Стабилизированный по напряжению трехфазный мостовой инвертор

(22-присоединением заявк23) Приоритет -Гасударственный квинтет СССР не делам изебретеннй н еткрытнйОпубликовано 05.03.80. Бюллетень 9 Дата опубликования описания 15.03.80. С. Мыцык, А. В, Чесноков, И. В. Балюс и А, И. Чернышев Московский ордена Ленина энергетический институт(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПО НАПРЯЖЕНИ ТРЕХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОРИзобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении вторичных трехфазных источников электропитания, предназначенных как для централизованных систем электроснабжения, так и для частотно-управляемых электроприводов,Большое число схем стабилизации выходного напряжения преобразователей можно разделить на два класса, использующих компенсационный и параметрический способы стабилизации. Схемы, использующие компенсационный способ, содержат, как правило, измерительный орган напряжения и исполнительный орган, изменяющий ве-, личину выходного напряжения преобразователя в соответствии с сигналом измерительного органа. Наличие такого измерительного ограна усложняет схему преобразователя, ухудшает его массогабаритные, энергетические и динамические показатели. Недостатком преобразователей, реализующих компенсационный способ стабилизации, является также инерционность, не позволяющая быстрб отрабатывать резко меняющиеся внешние возмущения. В отличие от схем компенсационного способа стабилизации напряжения схемы параметрического способа не содержат цепи обратной связи и, в частности, измерительного органа. напряжения. При воздействии внешнего возмуще ния, в данном случае по цепи питания, выходное напряжение преобразователя остается неизменным за счет автоматического изменения параметров элемента, определяющего его величину.Известны однофазные инверторы или конверторы, реализующие параметрический способ стабилизации 1 . Известные устройства содержат мультйвйбратор на насыщающемся трансформаторе с прямоугольной петлей гистерезиса, который выполняет од новременноинформационные и силовыефункции, балластный резистор в цепи его питания и выходную цепь в виде обмотки трансформатора в случае однофазного инвертора или в виде обмотки трансформатора, нагруженной на выпрямитель в случае 21 конвертора. Обеспечиваемая точность стабилизации выходного напряжения при этом приемлема для подавляющего числа случаев применения.К недостаткам известных инверторов следует отнести уменьшение КПД и значительное ухудшение массогабаритных показателей преобразователей, обусловленное наличием" токоогранйчйвающих элементов в виде балластных сопротивлений или активных элементов.Известен также инвертор, который содержит мост управляемых ключей и блок управления. В состав блока управлениявходят последовательно включенные задающийгенератор, распределитель импульсов и логический узел, выходы которого связаны с управляющими входами ключей инвертора, а также функциональный узел-модулятор длительности импульса, включенный между задаю 1 цим генератором и логическйм узлом, который осуществляет функцию изменения ширины управляющего импульса. Данныйузел выполнен на базе генератора пилообразного напряжения и при его помощи на основе компенсационного способа в принципе может осуществляться как регулиро вание, так и стабилизация выходного напряжения. В том случае, когда модулятор длительности импульса выполняет функцию стабилизации выходного"-йа 1 фйжения; его управляющим сигналом является сигнал измерительного органа напряжения, пропорциональный выходному фазному напряжению инвертора. Он снимается либо непосред"ственно с зажимов для подключения нагрузки, либо с зажимбв дляподключения инвертора к шинам питающей сети 121. зеНедостатками известного инвертора является то, что в первом случае выходное напряжение должно быть выпрямлено и отфильтровано при помощи фильтров с достаточно большим коэффициентом добротности,35"что внесет соответствующее запаздываниеи ухудшит качество стабилизации выходного напряжения, особенно в переходных режимах при колебаниях напряжения питающей сети. Во втором случае, когда измерительный орган напряженияподключен"к шй нам питающей сети инвертора, резкие колебания напряжения питания могут вообще нарушить процесс стабилизациипри выше: описанном варианте выполнения функционального узла. Эти нарушения (сбои) а также необходимость введения дополнительно 43го измерительно-согласующего узла в блок управления для получения сигнала, пропорциональйого выходному"напряжению, и негативные свойства, присущие компенсационному способу, являются недостатками инвертора,Целью изобретения является упрощение и повышение качества стабилизации выходного напряжения в переходных режимах при колебанийх напряжения питающей сети,Для достижения поставленной цели используется известный трехфазный мостовой инвертор, содержащий мост управляемых 4ключей и блок управления. В состав блока управления входят последовательно включенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический узел, а также модулятордлительности импульса, включенный между задающим генератором и логическим узлом. Выходы логического узла связаны с входами управляемых ключей инвертора, модулятор выполнен в виде одновибратора импульсов, содержащего триггер, счетный вхо 1 которого связан с выходом задающего генератора, и однофазную инверторную ячейку с насышающимся трансформатором на выходе и ключевым элементом в цепи питания. Входы управляемых ключей однофазной инверторной ячейки связаны с прямым и инверсным выходами триггера, а управляющий вход ключевого элемента в цепи питания связан через выпрямитель с одной из выходных обмоток насыщающегося трансформатора, Другая выходная обмотка этого трансформатора подключена к двухполупериодному выпрямителю, выход которого образует выход одновибратора. Цепь питания одновибратора связана с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора, к питающей сети.На фиг. 1 - принципиальная схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы; на фиг. 3 - зависимост -личины выходного напряжения инверторанапряжения питания при различном числе регулировочных импульсов Х.Стабилизированный по напряжению инвертор (фиг. 1) содержит мост управляемых ключей 1 - 6 и блок управления. В состав блока управления входят задающий генератор (ЗГ)7, который осуществляет синхронизацию раб 1 зты отдельных узлов, распределитель 8 импульсов, логический узел 9, выходы которого связаны с входами управляемых ключей 1 - 6, и модулятора длительности импульсов, выполненный в виде одновибратора 10 импульсов. Одновибратор 10 содержит триггер 11, работающий в ключевом режиме, счетный вход которого связан с задающим генератором 7, и однофазную инверторную ячейку 12 с включенным на выходе насыщающимся трансформатором 13, Управляющие входы ключевых элементов 14 - 15 связаны с прямым и инверсным выходами триггера 11, соответственно. В цепи питания однофазной инверторной ячейки 12 включен ключевой элемент 16, управляющий вход которого связан через выпрямитель 17 с одной из выходных обмоток насьпцающегося трансформатора 13. Др 1 угая выходная обмотка этого трансформатора подключена к выпрямителю 18, выход которого образует выход одновибратора 10, На выходе одновибратора 10 включен логический элемент НЕ 19, осуществляющий инверсию выходного сигнала. Цепь пи5тания одновибратора 10 с выводами дляподключения трехфазного мостового инвертора к питающей сети 13, причем это может быть сделано либо непосредственно, какпоказано на фиг. 1 в том случае, когда напряжение питания инверторов 13 невелико,либо в целях уменьшения габаритов насыщающегося трансформатора 13, через делительное устройство, осуществлякицее пропорциональное уменьшение напряжения питающей сети.Логический узел выполнен на элементах И-ИЛИ-НЕ и представляет собой шестьидентичных каналов для формирования управляющих сигналов каждым из шести ключей инвертора. Выходы 20 - 25 распределителя 8 импульсов подключены к двум входам каждого из шести трехвходовых логических элементов И 26 - 31 и к входу одного логического элемента ИЛИ-НЕ 32 - 37.К третьему входу логических элементов26 - 31 подсоединен выход одновибратора10, а каждый из выходов этих элементовподключен ко второму входу соответствующего элемента 32 - 37, выходы которых являются выходами блока управления и подсоединены к управляющим входам ключей1 - 6 инвертора,Принцип работы инвертора поясняетсявременными диаграммами, приведенными йафиг. 2, где показаны;7 - сигнал с выхода задающего генератора 7;20 - 25 - сигналы с выхода распределителя 8 импульсов 8;11 - сигнал с выхода триггера 11 одновибратора 10;13 - форма напряжения на обмоткахнасыщающегося трансформатора 13;1 о - сигнал с выхода одновибратора 10импульсов;19 - сигнал. с выхода логического элемента НЕ 19 на выходе одновибратора 10.26 - 31 - сигнал с выходов логическихэлементов И 26 - 31 логического узла 9;32 - 33 - сигналы с выходом логическихэлементов ИЛИ-НЕ 32 - 33 для управления ключами 1, 2 инвертора;13 а - форма выходного фазного напряжения инвертора, стабилизированного повеличине основной гармоники.Задающим генератором 7 задают выходную частоту инвертора. Распределитель 8 импульсов обеспечивает 120-градусный фазовый сдвиг управляющих сигналов 20 - 25 (см, фиг. 2) ключей 1 - 6 инвертора, Триггер 11 одновибратора 10 импульсов переключает в соответствии с тактовыми импульсами задающего генератора 7 транзисторы 14 - 15 однофазной инверторной ячейки 12. Число витков коллекторных обмоток 38 - 39 насыщающегося трансформатора,13 выбирают таким образом, чтобы при минимально возможном напряжении питанияИ - число регулировочных пауз длительностью на периоде управляющего сигнала;,К - номер гармоники.Основная гармоника напряжения (соответствующая К =1) имеет вид:13 ы= - " --- :- -- з 1 п(вз 1+О ).2 Ь 5 ай.1 /6 М. й )УааТ /Б КВ простейшем случае, когда число регулировочных пауз Х равно 1 (см. фиг. 2), действующее значение первой основной гармоники фазного напряжения, выраженное через напряжение литания 13, примет вид: 20 25 30 На фиг. 3 представлена зависимость действующего значения напряжения первой гармоники в функции напряжения питания. Видно, что при изменении 13 п в пределах + 15%,изменяется в пределах +0,8 до - 1,3%. В тех случаях, когда данная точность стабилизации не устраивает потребителя, число регулировочных пауз может быть увеличено. Так, например, при И =3, выражение для действующего значения первой гармоники примет вид:13 и-- 2,592 Ц, з 1 п (% ОваЬ/1813 п) и при том же диапазоне изменения напряжения питания 13 и изменяется в пределах +0,08% до - 0,16% (см. фиг. 3), что практически всегда удовлетворяет потребителя электромашинного типа. В этом случае задающим генератором 7 и распределителем 8 импульсов должен быть включен дополнительный делитель частоты, а логический узел 9 видоизменен, для того чтобы избежать возможного искаженного воздействия реакции ЭДС активно-индуктивной нагрузки. Для сравнения на графике пунктиром представлена кривая действующего значения первой гармоники нестабилизированного фазного напряжения.При использовании стабилизированного инвертора по предложенной схеме в частот 40 6инвертора (а следовательно, и одновибратора 10) БптЬ длительность выходного сигнала 18 одновибратора 10 импульсов была бы равна я/ЗМ (для случая И=1, см, фиг. 2). Трансформатор 13 при этом перемагничивается на собственной частоте, пе риод которой равен Т/ЗХ, где Т 2 - и" частоты выходного напряжения инверог,.Увеличение величины питающего напряжения Ип вызывает пропорциональное уменьшение длительности выходного сигнала 13 10 одновибратора импульсов или соответствующее увеличение длительности ц управляющего сигнала 19 и уменьшение величины выходного напряжения, Первая гармоника выходного напряжения 13 (действующее или максимальное ее значение) при этом будет стабилизировано (см. фиг. 3).Выходное фазное напряжение инвертора описывается выражением:где 1.Ъ - напряжение питания инвертора;но-регулируемом электроприводе выявляется его новая функциональная возможность, а именно, обеспечение пропорционального регулирования по закону 13 Д = сопй при одновременной стабилизации выходного напряжения на любой выходной частоте. Таким образом, предложенный инвертор может применяться в качестве вторичных трехфазных источников электропитания как для централизованных систем электроснабжения, так и на частотно-регулируемом электроприводе при частотном разгоне (запуск) электродвигателей по закону Б/1= сопз 1,Формула изобретенияСтабилизированный по напряжению трехфазный мостовой инвертор,содержащий мост управляемых ключей и блок управления в виде последовательно включенных задающего генератора, распределителя импульсов и логического узла, выходы которого связаны с входами управляемых ключей, а также модулятора длительности импульса, включенного между задающим генератором и логическим узлом, отличающийся тем, что, с целью напряжения в переходных режимах при колебаниях напряжения питающей сети, вышеупомянутый модулятор выполнен в ви 0 де одновибратора импульсов, содержащеготриггер, счетный вход которого связан свыходом задающего генератора, и однофазную инверторную ячейку на управляемыхключах,к выходным, в 61 водам которой подключена первичная обмотка введенного насыщающегося трансформатора, причем входы управляемых ключей однофазной инверторной ячейки связаны с прямым и инверсным выходами триггера, последовательно вцепи питания однофазной инверторной ячей 10 ки установлен ключевой элемент, управляющий вход которого связан, через выпрямитель с одной из выходных обмоток упомянутого насыщающегося трансформатора,другая выходная обмотка этого трансформатора подключена к двухполупериодномувыпрямителю, выход которого образует выход одновибратора, а цвпь питания одновибратора связана с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора к питающей сети.20, Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Моин В. См Лаптев Н. Н. Стабили;зированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, рис. 8 - 16, рис. 8 - 17.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке2416674/07, кл. Н 02 Р 13/18,1976 (прототип).720 б 36 О ОП 4 48 4 Ж 43 405 КоррекПодннсСР 4(5 тная, 4 едактор Ю. Челюкановаказ 10240/45ЦНИИПИ Госпо делам113035, Москвафилиал ППП Пат Составнтель Ю. АндрееТехред К. ШуфрнчТираж 783ударственного комитета Сизобретений и открытийЖ - 35, Раушская набент, г. Ужгород, ул. Про