Способ управления трехфазным мостовым инвертором

Номер патента: 864492

Авторы: Добрускин, Рождественский

ZIP архив

Текст

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфвз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетН 02 Р 13/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий. (72) Авторы изобретения В.А. Добру скин и А.Ю. Рождест вен с к Научно-исследовательский институт автои электромеханики при Томском институтавтоматизированных систем управленияи радиоэлектроники(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТО ИНВЕРТОРОМ5 Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты для регулирования и улучшения гармонического состава выходного напрякения путем его широтно-импульсной.модуляции.Известен способ управления трвхфазным преобразователем частоты, основанный на формировании синусоидальных выходных напряжений в инверторе с индивидуальной коммутацией. При данном способе управления также используют нулевой режим работы вентилей в течение 1/б части периода поочередно для каждой фазы. В течение указанной 1/б части периода в двух других фазах осуществляют,поочередное управление .вентилями каждой фазы на каждом тактовом интервале в соответствии с синусоидальным законом модуляции 11.Недостатками данного способа является значительное число переключений силовых вентилей и невозможность реализации его в инверторах с групповой коммутацией.Наиболее близким к предложенному является способ управления трехфазным мостовым инвертором, состоящий в том, что подключают непрерывно в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую, экстремапьное значение, к соответствующему зажиму источника питания, и в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаэ нагрузки, переключают в течение указанной шестой части периода другую фазу от одного зажима источника пи" тания к другому на каждом тактовом интервале, задерживают подключение третьей фазы в течение указанной шестой части периода к одному зажиму источника питания и переключают эту фазу во второй ттоловине укаэанной шестой части периода от одного зази ма источника питания к другому на каждом тактовом интервале, Переключение двух указанных фаэ осуществляют в соответствии с принятым законом модуляции 2)Недостатком данного способа является значительное число переключений силовых вентилей, что ухудшает энергетические показатели инвертораЦель изобретения - улучшение энергетических показателей путем снижения числа переключений силовых вен-тилей.Поставленная цель достигается тем,что в способе управления трехфазныммостовым инвертором, во второй половине указанной шестой части периодаподключают задерживаемую фазу к эажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания навремя, определенное принятым закономмодуляции.При синусоидальном законе модуляции время подключения равно длитель"ности подключения фазы, опережающейна 120 зл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине укаэанной шестой части периода,При несинусоидальном законе модуляции время подключения меньше длительности подключений фазы, опережающей на 120 эл.град. непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в перво.1 половинеуказанной шестой части периода,На фиг, 1 представлен вариантсхемы, реализующей способ управления;на фиг. 2 - диаграммы импульсов 30управления вентилями, фазных и линейного напряжений при глубине модуляции, равной 1; на фиг. 3 - схемы замещения инвертора для интервалов импульса и паузы Выходного напряжения. 35Схема трехфазного мостового ин вертора (см, Фиг. 1) содержит вентили 1, 2 фазы А; вентили 3, 4 фазы В,вентили 5, 6 фазы С; мост обратноготока на диодах 7-12, а также анодный13 и катодный 14 узлы гашения (показаны в виде ключей), К выходным зажимам инвертора присоединена трехфазная нагрузка 15-17, соответственно фаз А, В и С, соединенная взвезду. Имеется источник 18 питания 45инвертора. На фиг, 2 приведены диаграммы 19-24 импульсов управления,соответственно вентилями 1-6 инвер"тора (см. Фиг. 1); диаграммы 25-27фаэных напряжений, соответственно Фаз 50А, В и С, диаграмма 28 линейного напряжения линии АВ, моменты времени29-36 на одной шестой части периодавыходного напряжения, соответствующиепереключению хотя бы одного вентиля.На Фиг, 3 приведены схемы замещенияинвертора для интервалов времени29 30 к 30 31 г 31 32 к 32 ЗЗе 33 34 к34-35, соответственно фиг, За, Зб,Зв, Зг, Зд, Зе. Период повторяемостидля трехфазного мостового инвертора 60составляет 60 эл, град., или шестуючасть периода выходного напряжения.При данном способе управленияодну фазу, имеющую экстремальное значение, непрерывно подключаот к сост ве; ствующему зажиму источника питания (см. Фчг. 2, диаграмма 22, интервал 29-35), В течение этого же времени другую фазу, опережающую на 120 эл, град, непрерывно подключаемую фазу переключают на каждом тактовом интервале отодного зажима источника питания к другому в соответствии с приня тым законом модуляции (см,фиг, 2, последовательность 19,20), Переключение этой фазы осуществляют путем двухполярной ШИМ управляющих сигналов, когда на каждом тактовом интервале производят попеременное включение вентилей обеих групп (анодной и катодной) одной фазы. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой фазы к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале (см. Фиг, 2, диаграмма 19, интервалы времени 31-32, 33-35). В течение этого же интервала времени (см, фиг. 2, интервал 29-35) третью фазу, отстающую на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой Фазы, подключают с задержкой к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале в соответствии с принятым законом модуляции, Подключение этой фазы осуществляют путем однополярной ШИМ управляющих сигналов, когда на каждом тактовом интервале производят включение вентиля одной группы (анодной в рассматриваемом случае) этой фазы. Закон модуляции определяется длительностью подключения этой Фазы к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, на каждом тактовом интервале (см. фиг. 2, диаграмма 23, интервалы времени 30-32, 33 - 34), Цля реализации способа управления в инверторе с групповой коммутацией модуляцию длительности импульсов управления осуществляют перемещением переднего Фронта этих импульсов (см. Фиг. 2, диаграмма 19).Число переключений силовых вентилей для одного периода выходного Напряжения определяется в предлагаемом способе выражениеми = 62 М,где й - число импульсов в полупериоде выходного линейного напряжения. Импульсы управления, представленные на диаграммах 19-24 (см. Фиг. 2) подают на вентили соответственно 1-6 инвертора (см. Фиг. 1), Фазные напряжения, представленные на диаграммах 15-27 (фиг. 2), получаются при использовании графоаналитического метода при последовательном, рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работы инвертора, Выходные линейные напряторного сложения соответствующих фазных напряжений (см. Фиг. 2, диаграммы 28, 25, 26), Пусть инвертор работает (см, Фиг. 1) на нагрузку сффициентом мощности Со и 0 259 (Чи = 75 эл, град,). Работа инвертора рассматривается на одной шестой части периода выходного напряжения для всех фаэ одновременно, полная,картина фаэных напряжений получается круговыми перестановками (рассматриваемые моменты времени показаны стрел- ками на Фиг. 2). Отсчет времени ведется с начала интервала 29-30. По задним фронтам импульсов управления.(см. Фиг. 2, диаграммы 19-24) вентилями анодной (катодной) группы срабатывают анодный 13 (катодный 14) (см. Фиг. 1) узлы гашения и выключают, соответственно , вентили анодной (катодной) группы. Йа интервале 29- 20 30 .(см. Фиг, 2) импульсы управления подают на вентили 2, 4 катодной груп. пы инвертора (см. Фиг. 1). Такое включение вентилей приводит к ФормиРованию нулевой паузы в кривых Фазных 75 напряжений, так как все фазы нагрузки подключают к одному (отрицательному) зажиму источника питания (см.Фиг. За), В течение этого интервала токи направлены следующим образом: ток Фазы А направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрицательному зажиму источника питания; токи фаз В и С направлены от отрицательного зажима источника питания через обратные диоды 10 и 12 к узлу нагрузки (см. Фиг. За), В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергией нагрузки между всеми фазами, На интервале 30-31 (см, фиг. 2) импульсы управ ления подают на вентили 2, 4 и 5.В течение этого интервала токи фаз направлены следующим образом; ток фазы А направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 2 к отрица тельному зажиму источника питания, ток фазы В направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 10 (вентиль 4 закрыт вследствие индуктивного влияния нагрузки), к узлу нагрузки, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания 18 через открытый жения инвертора образуются путем веквентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг,Зб) При этом в двух фазах А и В модульФазного напряжения на нагрузке равен 1/ЗЕ (Е - напряжение источника питания инвертора), а в фазе С равен+2/ЗЕ (см. Фиг. 2, диаграммы 25-27),На этом интервале происходит обменреактивной энергии нагрузки между 60фазами А и В. На интервале 31 32импульсы управления подают на вентили 1, 4, 5. В течение этого интервала токи фаз направлены следующимобразом: ток фазы А направлен от 65 узла нагрузки через сбратный диод 7(вентиль 1 не открывается, поскольку направление тока в этой фазеостается неизменны), к положительному зажиму источника питания, ток Внаправлен от отрицательного зажимаисточика питания через .обратныйдиод 10 к узлу нагрузки; ток фазы Снаправлен от положительного зажимаисточника питания через открытыйвентиль 5 к узлу нагрузки (см. Фиг. Зв),При этом в двух фазах А и С модульфазного напряжение на нагрузке равен+1/ЗЕ, а в фазе В равен -2/ЗЕ (см.фиг, 2, диаграммы 25-27). На этоминтервале происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами Аи С и рекуперация реактивной энергиинагРузки фазы В в источник питания.После перехода тока фазы В черезнуль он направлен от узла нагрузкичерез открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источникапитания.Это переключение (с обратного диода10 на вентиль,4) не влияет на распределение фазных напряжений и оноостается прежним до конца рассматриваемого интервала (см. Фиг. 2, диаграммы 25-27). После перехода токанет рекуперации реактивной энергиинагрузки ь источник питания. На интервале 32-33 импульсы управленияподают на вентили 2 и 4, В течениеэтого интервала тока фаз направленыследующим образом: токи фаз А и Внаправлены от узла нагрузки черезоткрытые вентили 2 и 4 к отрицательному зажиму источника питания; токфазы С направлен от отрицательногозажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки (см.,фиг. Зг), Такое включение вентилейприводит к формированию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, таккак все фазы нагрузки.подключают кодному (отрицательному) зажиму источника питания (см, фиг,2 диаграммы25-27). В течение этого интервалапроисходит обмен реактивной энергиинагрузки между всеми Фазами. На интервале 33-34 импульсы управленияподают на вентили 1, 4 и 5. В течениеэтого интервала токи фаз направленыследующим образом: ток фазы А направлен от узла нагрузки через обратныйдиод 7 (вентиль 2 закрыт вследствиеиндуктивного влияния нагрузки) кположительному зажиму источника пи"тания; ток фазы В направлен от узланагрузки через вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания;ток Фазы С направлен от положительного зажима источника питания черезвентиль 5 к узлу нагрузки (см.фиг.ЗдПри этом в двух фазах А и С модульфазного напряжения на нагрузке равен +1/ЗЕ,.а фазы В равен -2/ЗЕ (см.фиг. 2, диаграмьы 25-27).В течениеэтого интервала происходит обменреактивноф энергии нагрузки между фазами А и С. На интервале 34-35 импульсы управления подают на вентили 1, 4. В течение этого интервала токи фаэ направлены следующим образом: ,ток Фазы А направлен от узла нагруз-. ки через обратный диод 7 к положительному зажиму источника питания, ток фазы В направлен от узла нагрузки через вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания; ток Фазы С направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 (направление тока не меняется относительно предыдущего интервала) к узлу нагрузки (см. Фиг,Зе), При этом в двух фазах В и С модуль 5 фазного напряжения на нагрузке равен -1/ЗЕ, а Фазы А равен +2/ЗЕ (см. фиг, 2, диаграммы 25-27). В течение этого интервала происходит обмен реактивной энергии нагрузки между 20 Фазами В и С и рекуперация реактивной энергии нагрузки фазы А в источник питания. Таким образом, на интервале 29-35, что соответствует одной шестОй части периода выходного напряжения, рассмотрена работа трехфазного мостового инвертора-на активно- индуктивную нагрузку с к =75 эл, град. по предлагаемому способу управления и построены кривые фазных напряже- ЗО ний. Полная картина фазных напряжений на периоде получается путем круговой перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода (см. Фиг. 2, диаграммы 25-27), Линейные напряжения (см. Фиг. 2, диаграммы 28) получают из соответствующих фазных напряжений, Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представв.ляют собой последовательность широт но-модулированных импульсов, попарно"симметричных относительно друг друга. Форма выходных напряжений не зависит от характера нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента 45 мощности от единицы до нуля. Относительная длительность импульсов линейного напряжения на каждом тактовом интервале равна среднему значению синусоидальной кривой на этом же ин О тервале и изменяется прямо пропорционально глубине модуляции. Следовательно, предлагаемый способ управления позволяет сформировать на выходе инвертора с групповой коммутациейнапряжение в виде последовательности импульсов, длительность .которых модулирована по синусоидальному закону.Применение изобретения позволяетулучшить энергетические. показатели 60трехфазного мостового инвертора пу.тем снижения числа переключений силовых. вентилей.и реализовать его какв инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с груп позой коммутацией. Это позволяетрасширить область применения трехфазных мостовых инверторов. Формула изобретения1. Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу нагрузки, имеющую экстремальное значение, непрерывно подключают к соот. ветствующему зажиму источника питания, переключают на каждом тактовом интервале фазу, опережающую на 120 зл.град. непрерывно подключаемую Фазу, от одного зажима источника питания к другому в соответствии с принятым законом модуляции, задерживают на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, подключение фазы, остающей:на 120 эл.град. от непрерывно подключаемой фазы, на каждом тактовом интервале и в первой половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, иФ отключают в конце каждого тактового интервала от указанного зажима источника питания, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из Фаэ нагрузки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, во второй половине указанной шестой части периода подключают задерживаемую Фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания на время, определенное принятым законом модуляции.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что при синусоидальном законе модуляции время подключения равно длительности подключения фазы, опережающей на 120 эл.град. непрерывно подключаемую Фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине укаэанной шестой части периода.З.способ по п.1, о т л и ч а.ющ и й с я тем, что при несинусоидальном законе модуляции время подключения меньше длительности подключения фазы, опережающей на 120 эл.град.непрерывно подключаемую фазу к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания, в первой половине указанной шестой части периода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 471646, кл. Н 02 Р 13/24, 1975.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2632494/07,кл. Н 02 Р 13/18, 09.01.79.864492 7 г 7 7 е) фиг.З Боярика Пономарен 4 П фПатен ород, ул. Проектная Фил едактор .П. Коссаказ 7825/82 ВНИИПИпо д13035, М Составитель Ю Техред Т,Мато,Тираж 733сударственного комитета СС ам изобретений и открытий ква, Ж-З 5, Раушская наб.,орректо одписно

Смотреть

Заявка

2848336, 10.12.1979

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ ПРИ ТОМСКОМ ИНСТИТУТЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

ДОБРУСКИН ВЛАДИМИР АФАНАСЬЕВИЧ, РОЖДЕСТВЕНСКИЙ АЛЕКСАНДР ЮРЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02P 13/18

Метки: инвертором, мостовым, трехфазным

Опубликовано: 15.09.1981

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-864492-sposob-upravleniya-trekhfaznym-mostovym-invertorom.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ управления трехфазным мостовым инвертором</a>

Похожие патенты