Способ управления фазным вентильным преобразователем

)5 Н 02 М 7/48 ЕТЕНИЯ У СВИДЕТЕЛЬСТ АВТОР гическии инР.Р.Ва ние М,: структурная схетема управленияым инвертором;аграммь., пояснявания управля оми инвертора, о предлагаемого ание каждого изтпирания или заэлектротехнипри создании . ропитания.ется повыше- преобраэоваей границы оты и улучшеной электроГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ и)-ФАЗНЫМ ВЕ НТИЛ ЬН ЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ ЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании многофазных источников вторичного электропитания. Цель изобретения - повышение коэффициента мощности преобразователя, расширение диапазона регулирования выходной частоты и улучшение качества преобразованной электроэнергии. Предложенный способ управления п)-фазным вентильным преобразователем заключается в том, что формируют последовательность высокочастотных импульсов с периодом следования Тг и последовательность синхронизирующих Изобретение относится к е и может быть использовано сточников вторичного электЦелью изобретения явля ие коэффициента мощности еля, расширение верхн егулирования выходной част ие качества преобразован нергии. импульсов с периодом. следования Т 1)=То/2 гп, кратным периоду переменного напряжения преобразователя То. Длительность открытого состояния вентилей регулируют по заданному закону, причем каждый момент включения вентиля определяют числом Й 1 л, соответствУюЩим номеРУ фазы. и и числом Йь, соответствующим заданному закону регулирования и выраженным количеством высокочастотных импульсов на интервале проводимости, кратном периоду переменного напряжения То. В соответствии с предложенным способом формируют последовательность импульсов токовых интервалов с периодом следования Тк=-То/К, а период следования высокочастотных импульсов задают равным Тг=Т,/и, где К - число токовых интервалов квантования; и - число шагов квантования на токовом интервале, Момент каждой коммутации вентиля (включения или выключения) определяют сочетанием вышеуказанных чисел и треть- им числом Йз, соответствующим токовому интервалу проводимости таким образом, что Тп=Тий 1 п+Тгй 2 п+Ткйзп, Способ может использоваться как при управлении автономными инверторами, так и в схемах регулируемых выпрямителей и непосредственных преобразователей, 2 ил. На фиг. 1 изображена ма силовой части и сис трехфазным транзисторн на фиг. 2 - временные ди ющие принцип формиро щих сигналов транзистораРассмотрим существ способа управления, Зад моментов коммутации 1 п (опирания) силовых вентилей преобразователя осуществляют посредством комбинации ИЗ ТРЕХ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ЧИСЕЛ М 1 п, Мгп И ИЗп, которую далее преобразуют в некоторый интервал времени хп. 5Причем начало этого интервала совпадает с моментом ь (фиг. 2), принятого за начало отсчета для всех моментов коммутации Ь. На фиг. 2 в качестве нулевого момента отсчета Ь выбран момент начала периода 10 То(1 о - Т 1 з) одного из формируемых выходных фазных напряжений Оа. Тогда окончание этого интервала х, и определяет заданный момент коммутации 1 п.При этом интервал хп формируют в ви де суммы трех интервалов времени, т.е.хп =Т 1 п+Т 2 п+Тзп (1)В свою очередь каждый иэ этих интервалов определяют из соответствуюших заданных для данного момента коммутации 1 п ЧИСЕЛ М 1 п, ГЧгп, ИЗп И ИСХОДНЫХ МаСШтабНЫХ периодов Т 1 ч, Тк и Тг.Тогда в целом алгоритм реализации способа управления можно представить следующим выражением:25 Хп,Т 1 п+Т 2 п+Тзп=Г 11 пТй+МгпТг+КзпТК, (2) где п, 2, 3,- текущие номера задаваемых моментов коммутации(включения и выключения) силовых вентилей преобразователя напряжения в течении периода То.Все операции формирования сигналов управления вентилями преобразователя на- пРЯжениЯ за пеРвый пеРиоД То(Ьз) Целиком повторяют для всех последующих периодов, начальный момект которых при нимают за нулевой момент отсчета Ь.Рассматривают предлагаемый способ управления на пример формирования сигналов управления транзисторами инвертора (фиг, 1), реализующего ШИМ выходного 40 напряжения. Здесь величина исходных масштабных периодов Ти, Тк и Тг, из которых позаДаваемым числам й 1 п, Мгп и Мзп набиРают СОСтаВНЫЕ ИнтЕрааЛЫ Т 1 п, Тгп И ТЗп ОбуСЛОВ- лена числом функционально самостоятель ных интервалов в структуре формируемых сигналов управления (фиг. д -г).Первый, наибольший из них Т 1 ч (фиг. 2 в) является периодом следования точек перехода через ноль первых гармоник формиру емых фазных напряжений Оа, Оь, Осинвертора:Ти - = --То 1(3)2 Гй 2 п 1 ЕвыхГдв Рвых И П 1 - СООтавтСтВЕННО ЧаСтста И 55 число фаз гп=3 формируемого напряжения,Вторым по величине является масштабный период следовательно токовых импульсов или период токовых интеовалов Т, (фиг,26) в формируемых сигналах управления (фиг. 2 д-к), с помощью которого дискретно (ступенчато) воспроизводится заданный(синусоидальный) закон управления транзисторами инвертора.Третьим масштабным периодом Тг (фиг.2 а) является шаг квантования, который определяет минимальную степень изменения длительности токовых интервалов Т,Рассмотрим формирование сигнала управления одним из силовых вентилей трехфазного инвертора (фиг. 1) по диаграмме его управляющего сигнала (фиг. 2 д). Разберем задание произвольного момента включения этого вентиля, например, на восьмом токовом интервале цо. Согласно алгоритму способа управления в соответствии с выражением (2)Х 11 =Т 111+Т 211+Т 311=Й 111 ТИ+М 211 йг+ЗЙЗ 11 ТК и тогда для определения конкретного временного положения данного момента коммутации 111 необходимо заготовить командную комбинацию из трех цифр 8111, Й 211, Мз 11,с помощью которой определяют и фиксируют момент т 11.В соответствии с принятыми величинами масштабных периодов Тл, Тк, Тг числа исходной команды для момента 111 равны й 111=2, И 211=4, МЗ 11=1,В целом для всего интервала времени, задающего момент коммутации т 11 относительно начала отсчета то, можно записать: х 11 =Т 111+Т 211+ТЗ 1 1=Й 111 ТИ+Й 211 Тг+ЙЗ 11 Тк= 2 Ти+4 Тг+Тк,что и показано на диаграмме фиг. 2 д,Рассмотрим реалиациа предлагаемого способа на примере трехфазного транзисторного инвертора (фиг. 1) и устройства для его управления, которое состоит из последовательно соединенных задающего генератора 1, блока 2 счета импульсов высокой частоты, блока 3 счета токовых интервалов и блока 4 счета интервалов Тн, Выходы 1 блоков 4, 3 и 2 счета соответственно через схемы 5, б и 7 совпадения, последняя из которых состоит из параллельно соединенных субблоков(матриц совпадения) 8, 9 и 10, соединены с входами блока 11 распределения, К разрешающим входамсхем 5 и 6 совпадения и субблоков 8, 9 и 10 схемы 7 совпадения подключены соответствующие выходы блока 12 управления. Выходы блока 11 через усилители-формирователи 13 - 18 подсоединены к входам соответствующих транзисторов 19-24 трехфазного инвертора, выполненного в виде трех однофазных, с трансфооматорами 25-27 на выходе. Транзисторы 19-24 шунтированы диодами 28-33 обратного тока, 170071950 Блок 12 своим выходом О установки схемы в исходное нулевое состояние, соединен с входами сброса В блоков 2, 3 и 4 счета.Схема работает следующим образом, Задающий генератор 1 вырабатывает на выходе последовательность импульсов высокой частоты (фиг. 2 а) с периодом следования Тг, который используется в качестве шага квантования при формировании ШИМ-сигналов управления (фиг. 2 д-к) по синусоидальному закону., Блок 2 счета высокочастотного импульсов представляет собой регистровый счетчик импульсов. По входу В ан устанавливается (сбрасывается) в начальное нулевое состояние, а на выходе 1 в параллельном двоичном коде вырабатывает порядковые номера текущих входных импульсов нв интервале их следования Тг, т.е. с момента прихода каждого из них, например, в то (фиг, 2 а) и до моментз появления следующего Т 1. На выходе И он вырабатывает импульс в момент его переполнения 16, и, Для данной схемы коэффициент деления выбран равным шести, поэтому из всех входных импульсов с периодом следования Тг (фиг. 2 а) на выход 11 проходит каждый шестой импульс соответственно в момент 16, т 7, тв, .с периодом следования Т, Этот период используется далее для задания токовых интервалов в сигналах управления вентилями (Фиг. 2 д-к),Блок 3 счета токовых интервалов по принципу действия аналогичен блоку 2 счета, На своем выходе 1 он вырабатывает в параллельном двоичном коде порядковые номера текущих входных импульсов на периоде их следования Т, а на выход 11, в соответствии с выбранным коэффициентом давления равным трем, пропускает каждый третий входной импульс (фиг. 2 в) то, 18, .с периодом следования Тч,Блок 4 счета интервалов Тч по принципу действия также аналогичен блоками 2,3 счета и вырабатывает на выходе 1 в двоичном параллельном коде порядковые номера входных импульсов на периоде их следования Тч. 1 аким образом, на выходахблоков 2-4 счета сФормированы в двоичном коде циклического счета (соответственно с циклами 6, 3 и б) порядковые номера текущих импульсов указанных посЛедовательностей. Импульсная последовательность с выхода 11 блока 2 счета с периодом Т (фиг, 2 б) используется дпя синхронизации работы блока 12 управления, Он содержит счетчик этих импульсов, по устройству и принципу действия аналогичный блокам 2-4 счета, но имеющий емкость счета, равную 18, (т.е, соответствующую количеству таковых интервалов Т на периоде То формируемого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 напряжения) и являющийся таймерам блока 12 управления.Е соответствии с диаграммами сигналов управления (фиг, д-к) лри использовании односторонней ШИМ на каждом токовом интервале (например, первом о), открыты три силовых вентиля: соатве тствечно 19, 22 и 24 (фиг. 2 д, з, к), Все они закрываются одновременно в конце токового интерва,а 16, а открываются в разные моменты соответственно т 5, т 2 и т 1. Измене. нием положения (фазы) моментов отпирания транзистааов 19-24 и достигается регулирование длительности их рабочих (открытых) интервалов, а значит и закан изб енения выходного напряжения. В данном варианте схемы реализован закон управления, при котором длительность управлващих импульсов на каждом токовом масштабном периоде Т устанавливаегся пропорциональной среднему значени:с первой гармоники его выходного напряжения на этом же токовом интервале,Процесс формирования управляющих сигналов далее осуществляется с помощью схемы 5 совпадения, выполненной, капример, по схеме трехразрядчого дешифратара, схемы б совпадения подготовки таковых интервалов и трехканальной схемы 7 совпадения, На их входы с выходамсоответствующих блоков 2-4 счета импульсов поступают в параллельном двоичном коде циклические последовательности порядковых номеров их текущих входных импульсов, На входы 11 в соответствии с алгоритмом способа поступают из блока 12 управления управляющие цифры М 1 о, ч 2 о и Мзо. Конкретно на входблока 5 поступают постоянно по шести трактам все значения числа М 1 за период Т,(фиг. 2 в), т,е, О, 1, 2, 5 в параллельном двоичном коде. Схема 5 совпадения должна иметь шестиканальный выход,При совпадении одного из шес"и управляющих чисел М, например О, с соатветст. вующим числом 0 на входев течение интервала времени Тл 1(то-т 8) на одном из шести выходных каналов схем,ы 5 совпадения соответственно первом, дол;ен вырабатываться единичный выходной уровень, На остальных пяти выходных каналах в этом интервале должны действовать нулезые выходные уровни, Выполнение схемы 5 совпадения в виде трехразряднога дешифратара упраздняет необходимость постоянной подачи всех управляющих чисел Мп(0, 1, "., ., 5) по шести трехпроводным трактам от блока 12 управления и обеспечивает их содержание в памяти данного дешифратара, Это отражено на схеме (фиг, 1) штриховойсхемы 7 совпадения иэ блока 12 поступают 55 управляющие числа й 2 П со значениями соответственно 2 и 1, Они совпадают с числами на выходе блока 2 для соответственно 3-го (т 2-тз) и 2-го (11-т 2) его входных импульсов (фиг, 2 а, и, к). Поэтому на входах матриц линией связи блока 12 с входомсхемы 5 совпадения.Далее выходные сигналы схемы 5 сравнения шестиканальным трактом подаются на входсхемы 11 распределения, В ней по наличию единичного уровня на одном из входов (в нашем примере в первом канале в течение интервала Ьв) осуществляют подготовку определенных трех трактов формирования сигналов управления для силовых транзисторов; соответственно 19, 23 и 24.Схема Б совпадения подготовки токовых интервалов по логике аналогична схеме 5 совпадения, но в отличие от нее сигналы на входпоступают на интервалах Тк(1 о - та) и изменяются в меньших пределах О, 1, 2; О, 1, 2;, На входпоступают постоянно все значения управляющего числа йзп (О, 1, 2) и его выходной тракт должен быть трехканальным, Поэтому схема 6 совпадения реализована в виде стандартной схемы трехразрядного дешифратора, как и схема 5 совпадения соответствующим использованием ее емкости и трех первых каналов выходного тракта.Выходные сигналы 6 совпадения, поступая на входблока 11 распределения, осуществляет стробирование на периоды Т узлов формирования управляющих сигналов соответствующих трех силовых транзисторов, выбранных блоком 5.Схема 7 совпадения для каждого из токовых периодов Тк, например то - Ь осуществляется задание моментов открытия 15, 12 и 1 (фиг, 2 а, б, д, и, к) задействованных на данном токовом периоде транзисторов; например, 19, 23 и 24. Для этого на входыматриц 8, 9 и 10 совпадения, на каждом токовом интервале (например, ь-тб), иэ блока.12 управления подаются по три разных управляющих числа й 2 п, Теперь в каждой из матриц, например 8, на интеовале (а-т 6) совпадения значений управляющего числа 82 п, равного четырем, с числом. поступающим на входс выхода блока 2 счета, который Формирует его на свой пятый входной импульс (на данном токовом интервале то 1 а), также равным 4 (так как счет в блоке 2 ведется с нуля О, 1, 2, 35) на вцходе матрицы 8 совпадения Формируется единичный по уровню импульсный сигнал длительностью Тг(15-М).В соответствии с диагоаммами (фиг. 2 г, д, и, к) на этом токовом интервале о-ь на входедругих матриц 9 и 10 совпадения 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 9 и 10 выработаны единичные импульсы длительностью Тг на интервалах времени соОтветственно 12-З и ц-и.Передние фронты этих импульсов используются далее в блоке 14 для задания моментов открывания (передних фронтов сигналов управления) соответственно Ъ. 12 и 11 силовых транзисторов 19, 23 и 24, Блок 12 управления длязаданной схемы инвертора (фиг, 1) состоит из узла памяти, устройства вывода, таймера управления и устройства запуска (фиг. 1, не показаны).Предлагаемый способ управления вентильным преобразователем может быть использован для управления как автономными инверторами, так и в схемах регулируемых выпрямителей и непосредственных преобразователей.При этом удается уменьшить уровень пульсаций выходного напряжения на низких частотах. Способ характеризуется высокой надежностью и точностью регулирования.Формула изобретения Способ управления в-фазным вентильнцм преобразователем, заключающийся в том, что формируют последовательность высокочастотных импульсов с периодом следования Тг, последовательность синхронизирующих импульсов с периодом следования Тч=То/2 гп, кратным периоду переменного напряжения То, а каждый момент включения вентиля преобразователя определяют числом йь. соответствующим НОМЕРУ фаэы, И ЧИСЛОМ й 2 л, СООтВЕтСтВУЮ- щим заданному закону регулирования и выраженным количеством высокочастотных импульсов на токовом интервале проводимости, период следования которых задают кратным периоду переменного напряжения То, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коэффициента мощности преобразователя, расширения пределов регулирования выходной. частоты и улучшения качества выходного напряжения, определяют дополнительно каждый момент выключения вентиля преобразователя, период токовых интервалов проводимости задают равным Тк=То/К, а период следования высокочастотных импульсов Тг=Тк/и, где К- число токовых интервалов квантования на периоде переменного напряжения То, и - число шагов квантования на токовом интервале проводимости, причем момент тп каждой и-й коммутации (включЕния или выключения) вентиля преобразователя определяют сочетанием указанных чисел йь, й 2 л И тРЕтЬЕГО ЧИСЛа йэп, СООтВЕтСтВУЮЩЕГО токовому интервалу проводимости, так что1 о Тйй 1 п+Тгй 2 п+Ткйзп.1700719 Составитель А. ЧесноковТехред М.Моргентал Корректор, Н. Ревск да роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,аз 4476 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/Б