Регулируемый по напряжению мостовой трехфазный инвертор

Сооз Соеетскик Социалистических Республиклам изобретенийи открытий Бюллетень1 цсаьць 8 Г 16 70 72) Авторы изобрете)п И. т-.ернышев ало Мыцык, А.В. цесиоковенин энергетический нститут ковскии с аявитель РЕГУЛ 14 РУЕМЫЙ ПО НАНРЯЖЕНИ ОСТОВОЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ЯНВЕРТОР О Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для построения вторичных трехфазцых источников питания, а также схем управления такими источниками, предназначенных для частотного запуска и управления электроприводом переменного тока преимущественно в тех случаях, когда потребитель (например, асинхронный двигатель) не критичен к качеству выходного тока (напряжения).Существуют различные возможности широтно-импульсного регулирования выходного напряжения инвертора.При этом сигнал управления ключами может формироваться при помощи как однополярной, так и двухполярной широтно- импульсной модуляции, В течение каждого полупериода выходной частоты осуществляют дополнительное переключение ключей в стойке инвертора, причем число этих переключений зависит от треоований к качеству выходного напряжения (тока), В ТОМ СЛУЗЕ, КОГДЗ ЭТИ ТРСООВЗНИЯ ВЫСОКИ, число переключений выбирают оольшим 1. Если же потреоитель позволяет, то число пегек,1 Очсний (ВклОчен - Выклочен) Выбирается равным одному - двум 2. Однако, как известно, увеличенное число переключений кльочсй инвертора вызываст рост потсрь и, к 21 следствие, сьИжспис сГО КПД. Схемы управления и:верторзми могут быть реализованы как в магнитно-транзисторном, так и в ицтегральььом исполнении иа логиеских элементах типа И 11;1 И - 11 Е. Наиоолес близ 1:) ПО с;цесту те;ничсско:о решения яьляется цнвертор 3, содержа ший мост управляемых кл;оче 11, мост обратных диодов и блок управления. В состав олока управления входят задающий гснератор (ЗГ), распределитель импмльсов (РИ); логический мзсл (Л) ) и модулятор ширины импульсов ШИ). Выходы 1 У через усилительно-развязывающес устройство (УРУ) под.л 10 чены ко Входам прдвляемых ключей силовой части инвертора. МШИ сицхронизировац от задающего генератора, на сг) вход пост 1 паст с 1 ГП 2 л От 1 змсритсльно-со:ласуюцего узла (ИСУ), а выход связан, 1 УП остр о е н и е блока управления позволяет ;)салцзОВ 2 ть 2 ЛГОритм персл)очепия 1.л 1 О- :сй пнвертора, обеспсчива 1 ощий регулирова:ьие егоыходцого напряжения в широ м диапазоне пр) Одноврс)сипом ис 1 л- С;1 И:1 ИС 1 ЖЗ)ОЦ;ОГО ДС;:СТ.:1;и РЕЗКЦИИ ЗК- гигььо-иыдмьтивцой нагрузки ца фо" му гь хо ного напряжения.К недостаткам иВсртора с таким блоко.ь упразлс;Пя следует отнести увеличсп -660172 а(28)Ь(31) с (8) О, 1О11 11 О1 11 11 11, 1О 1О 1О1О 1 О О 0 1 О 0 1 1 1 1 1 1 11, 1 11О 1, ОО , 3 О , О ( О ОО ОО1 0 1 О 1 0 1 О 1 О 1 0 1 10 нос число переключений ключей, вызывающее рост динамических потерь и ьозникноденис сквозных токов, также ведущих к до;еолнитслыЕым потеряхе, и, следовательно, уменьшение его КПД.Изобретение для регулирования вьеходного напряжения предлагается использовать упрощенный алгоритм управления ключами инвертора, обеспечивающий минимальное число персклеочениее ключей за период. ерее этом вводится лишь одно дош)л НИТСЛЬПОС ПСРЕЕ,ЕОЧЕЕЕИЕ, ЕЕЕ)нсЕСМ НС На Кс.ждом полупсриодс, а лишь па ееолупериодс, в течение которого открыт соответствующий ключ пнвертора. Это позволяет повысить КПД ицвсртора при том же качсс) ь; выходного напря)кения, которое достигается известным аглоритъеом с большим числом перец.почений.Цсльео изобретения является увеличешс КПД инвертора.Поставленная цель достигается тем, что лоееечесее)ейе узел введено три дополнительных логеечесюех элемента НЕ, При этом,ева входа каждого из шести трехвходовых лоических элементов И - НЕ подключены к распределителю импульсов, третий - к модулятору ширины импульсов, а каждый из чх выходов подсоединен к одному из входов каждого из шести двухвходовых логических элементов И - НЕ, другие входы которых подключены к распределителю импульсов. К выходу каждого из шести двухвходовых логических элементов И - НЕ подклеочены логические элементы НЕ, выхсды которых являеотся выходами ЛУ.На фиг. 1 изображена олок-схема инвертора; на фиг. 2 - схема блока управления инвертора; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы пнвертора.Инвертор содержит мост управляемых ключей 1, мост обратных диодов 2 и блок ,правления 3. Блок управления включает з себя задающий генератор (ЗГ) 4, который )существляет регулирование выходной частоты инвертора, распределитель импульсов (РИ) 5, логическое устройство (ЛУ) б,выходы которого через уснлеетсльно-развязывающий узел (УРУ) 7 подклю сны к управляющим входам ключей инвертора, модулятор ширины импульсов (У 1 ШИ) 8, сЕН 5 .,роеееезеерованныйе от задающего генератораи подключенный к логическому узлу, а также измерительно-согласующий узел (ИСУ) 9, подсоединенный к модулятору ширины импульсов. На фиг. 2 представлена элек- О трспчсская схема распределителя импульсов5, выполненного в виде трехфазного псресчетного кольца, и логическое устройство 6, которое выполнено в виде шести трсхвхо.Еове 1 х 10 - 15 и шести Двухе 5 ходовых 16 21 15 еое;еецессесеех э;есмеетов И- - НЕ, а также шести лог есскеех элементов НЕ 22 - 27. Выходыы 28 - 33 распределите)15 е еемпьсов, с которых снимают сигналы а, и, Ь, 6, с, с, под.20соединены,к двум входам каждого из шести трсхвходовьех логических элементов И - НЕ и к Одному из входов аж;Ого из шести двухвходовых логических элементов И - НЕ, причем каждый пз выходов распределителя подсоединен ко входам двух трехвходовых и одного двухзходового логического элемента И - НЕ, К третьему входу логических элементов 10 - 5 подсоединен МШИ 8, Каждый из выходов 34 - 39 подсоединен к одному из оставшихся входов двух в ходовых логических элементов И - НЕ16 - 21, а к каждому пз выходом 40 - 45 этих элементов подсоединены соответственно логические элементы НЕ 22 - 27, зыходы 46 - 51 которых являюгся ве.ходами логи ческого устройства 6, где формируются сигналы А, А, В, В, С, С соответственно. Два выхода логического - 1)смептИ - НЕ 10, соединены с выходами 31 и 40 33 (б и с), распределителя,импульсов 5,а третий вход соединен с ЧШЙ 8 (1) Выход 34 логического элемента 10 под- КЛЮЧЕН КО ВХОДУ ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛСМСН- та 16, к другому входу которого подсое дннен выход 28 (а) распределителя 5. К вы:соду 40 логического элемента 16 подсоед енен логеееескеей элемент 22, на выходе которого 46 формируется сигнал управления А. с(33) ЕЬс(34)а ГЬс(40) а ГЬс15)Приведем таблицу пстицности логиескпх состояний на входах и выходах канала формирования сигнала управления Л.В системе И - НЕ форма сигнала Л имеет вид 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 где 1 - сигнал с выхода модулятора ширины импу;псов 8.Формирование других выходных сигцалов ЛУ б производится аналопчным обри. зом. Принцип формИровация сигналов ЛУ и выходного напряжения пнвертора пояс:яется временными диаграммамц на фиг. 3, где 1 У - сигнал управленияМШИ 8;У,. - сигнал стабилизациис выхода измерительно - согласующего устройства;С,., - - сигнал генераторапилообразного напряжения, на базе которого выполнен МШИ;04 - сигнал с выходаЗГ 4;(1 гз(о) - Узз(С) - сигналы с выходараспределителя импульсов 8;У - сигнал с выходаМШИ, где а - угол регулирования;сз 4 - Узз - сигналы с выходовтрех входовых логических элементовИ - НЕ 10 - 15;64 О, У 4 - сигналы с выходовдвух входовых логических элементов И - НЕ 1 б, 17;У 4 з, У 4, - сигналы с выходовлогических элементов НЕ 22, 23;К - фазное, регулируемое напряжение на выходе инвертора.По сравнению с известным решением, в котором применяется двуполярцая широтно-импульсная модуляция (ШИМ), входных (управляющих) сигналов инвертора, т. е. когда ключи стойки инвертора переключаются в противотакте, предлагаемый ин. вертор имеет большее значение КПД за счет применения однополярной ШИМ управляющих сигналов инвертора и вследствие этого уменьшенное число переключений клОчей инвертора, уменьшающее динамические потери в нем. В течение полупериода выходного напряжения в этом случае переключается только один из ключей стойки инвертора, верхний или нижний, что позволясг повысить значение КПД инвертора также за счет устранения дополнительных потерь от сквозных токов типа транзистор в транзистор, возникающих в момент переключения. При таком алгоритме, также как и в прототипе, удается изосжать искажаю 1 цеГО действия реакции активно-индуктивной ца- ГРУЗИИ Па ФОРМГ 11 ХОДЦОГО ЦаПРЯЖСЦ 1151 ИЦ вертора при его регулировании,Кроме регулирования выходного цапряжееия В инверторе может Осупсствляться стабилизация вьходного цапряжецпя (действующего значения цли первой, основной гармоники), например, довольно простым парахстричсскпм способом (1 ри иззспеции цапрюкения питания), Для этого вышсупо ЯЗУТЫ 11 аОДаЛ 5 ТОР ШПРИЦ ИЗ 11 ЛЬСОБ ВЬ 1- ПО. 1 Я 10 т так 11 з ОбраЗОз 1, чооы дли ел- ность а его выходного сигнала Г, пропори.О.ално увеличивалась с ростом сигнала управления, т. е, с увеличением напряжения питания пцвсртора,Ицвертор может применяться во всех случаях, где требуется преобразование постоянного напряжения в трехфазпое переменное, стабилизированное или регулируемое по величине (от максимального зцачсция до 0), заданной фиксированной пли регулируемой частоты, а потребитель при этом не критичен к качеству выход;ого цапряжения (тока) инвертора.Формула изобретенияРегулируемый по напряжению мостовой трехфазный инвертор с блоком управления, включающим в себя последовательно включенные задающий генератор, распредели. тель импульсов и логический узел, выходы которого связаны с управля 1 ощими входами ключей ицвсртора, модулятор ширины импульсов, включенный между задающим генератором и логическим узлом, и пзмсрительно-согласующий узел, подклОчеццы и модулятору ширины импульсов, логический узел выполнен в виде шести трехвходовых и шести двухвходовых логических элементов И - НЕ, образующих две группы, а также трех логических элементов НЕ, два входа каждого из шести трсхвходовых логических элементов И - НЕ подключены и распределителю импульсов, а третий - и модулятору ш;рины импульсов, каждый из их выходов подсоединен к одному из входов каждого из шести двухвходовых логических элементов И - НЕ, другие входы первой группы из трех двухвходовых логических элементов И - НЕ подключены к распределителю импульсов, а к выходам двухвходовых логических элементов И - НЕ второй группы подсоединены логические элементы НЕ, Отличающийся тем, что, с целью повышения КПД ицвсртора за счет уменьшения числа переключений его ключей, логический узел снабжен трем; дополнительными логическими элементами НЕ, причем другие входы двухвходовых логических элементов И - НЕ второй группы подключены к распределителю импульсов, а к выходам( Г т ттдвухвходовых логических элементов И - г 1 Г первой г ггппы - дополннгельные логич с;ис элементы НЕ. 11 сточники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. 11 атент США М 3573 б 01, кл. 321-9, 1971. 2. Лвторскос свидетельство СССРМ 254038, кл. Н 02 Р 13,18, 19 б 8.3. Некрасов В, М. и др. Применение интегральных схем при построении систем уп равнения статическими преобразователями.В сб, Повышение эффективности устройств преобразовательной техники, ч, 1, Киев Наукова думка;, 1972, с. 487 в 4,"срс-, Г, Хислеаа Коррс:стор С. ФаинЗаказ 31" 1513 к 1 зд о Зопак Яоо По 1 п сио.1.11 О Госу,".аоста аио о койи .: по с ак инара" си"11,035, Моска,1.-35, Раущская иаб., д. 4/5