Способ управления трехфазным мостовым инвертором

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. Н 02 Р 13/18 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 15,0780, Бюллетень Мо 26 Дата опубликования описания 150780(72) Авторы изобретения В.А.Добрускин, А.Ю.Рождественский и М.А.Житков Научно-исследовательский институт автоматикии электромеханики при Томском институте автоматизированныхсистем управления и радиоэлектроники(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ2 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в вентильных преобразс вателях частоты с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения 3 для питания двигателей переменного тока.Известен способ управления тиристорами автономного трехфазного мостового инвертора с групповой комму тацией путем широтно-импульсной модуляции выходного напряжения с одновременным выключением по окончании импульса управления тиристоров двух фаэ одной группы. 11 . 15НаиболеЕ близким к изобретениюпо технической сушности является способ управления трехфазным пресбраэователем частоты, основанный на Формировании синусоидальных выходных 20 напряжений в инверторе с индивидуальной коммутацией. При данном способе управления в течение каждой шестой части периода выходного напряжения одну фазу, имеюшую экстремальное (положительное или отрицательное) значение, непрерывно подключают к соответствуюшему (положительному или отрицательному) зажиму источника питания, а две другие фазы в течение 30 указанной одной шестой части периода переключают в соответствии с приня" тым законом модуляции от одного зажима источника к другому, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаэ нагрузки. При данном способе управления также используют нулевой режим работы вентилей в течение одной шестой части периода поочередно для каждой Ъаэы. В течение указанной одной шестой части периода в двух других фазах осуществляют поочередное управление вентилями на каждом тактовом интервале 23 .Недостатками известного способа являются значительное число переключения силовых вентилей, что ухудшает энергетические показатели преобразователя, а также воэможность реализации данного способа только в инверторах с индивидуальной коммутацией. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и улучшение энергетических показателей за счет снижения числа переключений силовых вентилей трехфазного мостового инвертора.Поставленная цель достигается темчто н способе управления трехфазным мостовым инзертором, заключающемся в том что непрерывно подключают в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую экстремальное значение, к соответствующему зажиму источника питания, а также переключают в течение указанной шестой части периода фазу, опережающую непрерывно подключаемую фазу на 120 эл.град., от одного зажима источника питания к другому и фазу, отстающую от непрерывно подключаемой фазы на 120 эл.град в конце указанной шестой части периода к соответствующему зажиму источника питания причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, задерживают подключение фазы, отстающей от непрерывно подключаемой фаз на 120 эл,град., в течение указанной шестой части периода на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания.На фиг. 1 представлен вариант схемы ийвертора, реализующий данный . способ управления, на фиг. 2 - диаграммы импульсов управления вентилями, фазных и линейных напряжений при глубине модуляции, равной единице; на фиг. 3 - аналогичные диаграм- мы.,при глубине модуляции, равной 0,5, на фиг. 4 - схемы замещения ийвертора на интервалах импульса и паузы.Схема автономного трехфазного мостового инвертора напряжения с групповой коммутацией (см,фиг.1) содержит вентили 1 и 2 фазы А, вентили 3 и 4 фазы В, вентили 5 и б фазы С, мост обратного тока на диодах 7-12, а также анодный 13 и катодный 14 узлы гашения (условно показаны в виде ключей). К выходным зажимам инвертора присоединена трехфазная нагрузка 15-17 соответственно фаз А, В и С, соединенная в звезду. Схема включает также источник 18 питания инвертора.На фиг. 2 приведены диаграммы 19-24 импульсов управления соответственно вентилями 1-б инвертора (см. фиг.1), диаграммы 25-27 фазовых напряжений доответственно фаз А, В и С, диаграммы 28-30 линейных напряжений соответственно линий АВ,ВС и СА, Моменты 31-33 времени соответствуют 0 эл.град., 90 эл,град., и 180 эл.град. выходного линейного напряжения АВ (см,фиг.2, диаграмма 28), моменты 34-39 времени на одной шестой части выходного напряжения соответствуют переключению хотя бы одного вентиля.При данном способе управления на интервале от 0 до 90 эл.град каж 50 ют при использовании графоаналитического метода при последовательном рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждогоинтервала работы инвертора по предложенному способу, Выходные линейные напряжения 28-30(см.фиг.2) инвертора образуются путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений.Рассмотрим работу инвертора (см. фиг.1) на нагрузку с коэффициентом мощности соьР= 0,707 Я = 45 эл.гра 4 пользуясь диаграммами 19-24 импуль,сов управления (см,фиг.2), Отсчет времени ведется с нулевой отметки времени (фиг.2). Работу инвертора рассмотрим на одной шестой части педой фазы вентили этой фазы переключают поочередно, на интервале от90 до 180 эл.град. переключают только один вентиль фазы, причем на интервале от 90 до 150 эл.град. используют режим работы этого вентиляв качестве нулевого, а на первомтакте интервала (от 0 до 30 эл.град.)полупериода каждой фазы длительностью в одну шестую часть полупериодаосуществляют поочередное переключение вентилей в течение времени,равного по длительности переключениютолько одного укаэанного вентиля напоследнем тактовом интервале (от150 до 180 эл,град.) полупериода 15 этой фазы. Для реализации способауправления в инверторе с групповойкоммутацией модуляцию длительностиимпульсов управления осуществляютперемещением переднего фронта этих 20 импульсов.Число переключателей силовых вентилей для одного периода выходногонапряжения определяется в предлагаемом способе выражением п=б(2 Н+), р 5 где й - число импульсов в полупериоде выходного линейного напряжения.Интервал от 0 до 90 эл.град. длякаждой фазы состоит из трех тактовыхинтервалов длительностью 30 эл.град.каждый. На каждом указанном тактовом интервале длительность импульсовуправления равна среднему значениюсинусоидальной кривой на этом жетактовом интервале (см,фиг.2, диаграмма импульсов 19), В начапе первого и последнего (шестого) тактовыхинтервалов формируется в соответствии с законом модуляции пауза, равная по длительности минимальной паузев выходном линейном напряжении.40 Последовательности импульсов 2124 управления (см.фиг.2) соответственно для фаз В и С сдвинуты отпоследовательности импульсов 19 и20 соответственно на +120 эл.град.Импульсы 19-24 управления (см,фиг,2) подают на вентили 1-6 соответственно инвертора (см.фиг.1). Фазисенапряжение 25-27 (см,фиг,2) получариода выходного напряжения для всехфаз одновременно, поскольку полнаякартина фазных напряжений может бытьполучена при помощи круговых перестановок (рассматриваемые моменты34-39 времени условно показаны стрелками на фиг,2),По задним фронтам импульсов управления (см,фиг.2) вентилями анодной(катодной) группы срабатывает анодный 13 (катодный 14) (см.фиг,1) узелгашения и выключают соответственновентили анодной (катодной) группы.В моменты 31 и 34 (см.фиг.2) импульсыуправления подают на вентили 3 и 5анодной группы инвертора (см.фиг.1) .Такое включение вентилей приводитк Формированию нулевой паузы в кривых всех трех фазных напряжений, таккак все Фазы нагрузки при этом подключены к одному (положительному)зажиму источника питания (см.фиг.4 а),В течение этого интервала токи Фазнаправлены следующим образом; токфазы А направлен от узла нагрузкичерез обратный диод 7 к положительному зажиму источника питания; токифаз В и С направлены через открытыевентили 3 и 5 от положительного зажима источника питания к узлу нагрузки. В течение этого интервалавременипроисходит обмен реактивнойэнергии нагрузки между всеми фазами.В моменты 31 и 34 (см.фиг.2) импульсы управления подают на вентили2, 4 и 5. В течение этого интервалатоки Фаз направлены следующим образом: ток фазы А направлен от узланагрузки через открытый вентиль 2к отрицательному зажиму источникапитания, ток В направлен от отрицательного зажима источника питаниячерез обратный диод 10 (вентиль 4закрыт вследствие индуктивного влияния нагрузки) к узлу нагрузки, токФазы С направлен от положительногозажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлу нагрузки(см.фиг.4 б). При этом в двух ФазахА и В модуль фазного напряжения нанагрузке равен -1/3 Е (Е в . напряжение источника питания инвертора),а в Фазе С равен +2/3 Е.(см.фиг.2,диаграммы 25-27). После переходатока фазы В через нуль он направленот узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания. Это переключение невлияет на распределение Фазных напряжений и оно остается прежним до конца рассматриваемого интервала (см,Фиг.2, диаграммы 25-27). На этом интервале происходит обмен реактивнойэнергии нагрузки между фазами А и В.В моменты 35 и 36 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5. Втечение этого интервала токи фаз на-.правлены следующим образом: ток фазы 1 А направлен от узла нагрузки черезобратный диод 7 (вентиль 1 не откры",вается йоскольку направление токав фазе А остается неизменным) к положительному зажиму источника пита нияз ток Фазы В направлен от узланагрузки через открытый вентиль 4к отрицательному зажиму источникапитания, ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 5 к узлунагрузки (см.фиг.4 в). При этОм вдвух фазах А и С модуль Фазного напряжения на нагрузке равен +1/3 Е,а в фазе В равен -2/3 Е (см.фиг,2,диаграммы 25-27) . На этом интервалепроисходит обмен реактивной энергиимежду Фазами А и С.В моменты 36 и 37 импульсы управления подают на вентили 2 и 4, Втечение этого интервала токи фаз 20 направлены следующим образом: токифаз А и В направлены через открытые вентили 2 и 4 соответственноот узла нагрузки к отрицательномузажиму источника питания: токи фазы 25 С направлены от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки см.фиг.4 г). Такое включение вентилейприводит на этом интервале к Форми" 30 рованию нулевой паузы в кривых всехтрех фаэных напряжений,так как всефазы нагрузки при этом подключают кодному отрицательному зажиму источника питания,В течение этого интерваЗ 5 ла проИсходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами.В моменты 37 и 38 импульсы управления подают на вентили 2, 4 и 5, Втечение этого интервала токи Фаэнаправлены следующим образом: токифаз А и В направлены через открытыевентили 2 и 4 соответственно от узланагрузки к отрицательному зажимуисточника питания, ток Фазы С направлен через открытый вентиль 5 от положительного зажима источника питанияк узлу нагрузки (см.фиг.4 д). Приэтом в двух фазах А и В модуль Фазного напряжения на нагрузке равен-1/3 Е, а в фазе С равен +2/3 Е 50 (см.фиг.2, диаграммы 25-27) .В моменты 38 и 39 импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 5.В течение этого интервала токи Фаэнаправлены следующим образом: ток 55 фазы А направлен от узла нагрузкичерез обратный диод 7 (вентиль 1 неоткрывается, так как направлениетока в фазе А не меняется) к положительному зажиму источника питания. б 0 ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 и к отрицательному зажиму источника питания;ток фазы С направлен от положительного зажима источника питания через отб 5 крытый вентиль 5 к узлу нагрузки(см.фиг.4 е). При этом в двух фазахА и С модуль фазного напряжениянанагрузке равен +1/3 Е, а Фазы В равен -2/3 Е (см.фиг,2, диаграммы25-27). В течение этого интервалапроисходит обмен реактивной энергиинагрузки между Фазами А и С.Таким образом, в моменты 31, 3439, что соответствует одной шестойчасти периода выходного напряжения,рассмотрена работа интервала на активно-индуктивную нагрузку по данному способу управления и построеныкривые всех фаэных напряжений, Полнаякартина фазных напряжений на периодеполучается путем круговой-перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода (см.фиг.2,диаграммы 25-27), Линейные напряжения (см.фиг.2, диаграммы 28-30) получают из соответствующих фазных напряжений, Полученные выходные линейные 20напряжения автономного трехфазногомостового инвертора напряжения сгрупповой коммутацией представляютсоббй "последовательность широтномодулированных импульсов, попарно 25симметричных относительно друг друга (см.фиг,2, диаграммы 28-30),Форма выходных линейных напряжений не зависит от характера нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента мощности от единицы до нуля,Относительная длительность импульсоввыходного линейного йапряжения накаждом тактовом интервале длительностью одну шестую часть полупериодаравна среднему значению синусоидальной кривой на этом же "таКтбвом интервале и изменяется прямо пропорционально глубине модуляции (см.фиг.2и фиг.3, диаграммы 28-30) .Следовательно, данный способ40управления позволяет сформировать навыходе инвертора с групповой.комму- .тацией напряжение в виде последовательности импульсов, длительностькоторых модулирована по синусоидальному закону, и улучшить энергетические показатели трехфазногомостового инвертора за счет снижения числа переключений силовых вентилей и реализовать его как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией, Эти преимущества позволяют расширить область применения трехфазных мостовых инверторов.Формула изобретенияСпособ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что подключают непрерывно в течение каждой шестой части периода выходного напряжения фазу, имеющую экстремальное значение, к соответствующему зажиму источника питания, а также переключают в течение указанной шестой части периода фазу, опережающую непрерывно подключаемую Фазу на.120 эл:.град., от одного зажима источника питания к другому и Фазу, отстающую от непрерывно подключаемой фазы на 120 эл.град., в конце указанной шестой части периода к соответствующему зажиму источника питания, причем в качестве непрерывно подключаемой фазы поочередно через шестую часть периода используют каждую из фаз нагрузки, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей и улучшения энергетических показателей путем снижения числа переключений силовый вентилей,задерживают подключение фазы, отстающей от непрерывно подключаемой Фазы на 120 эл.град., в течение указанной шестой части периода на время, равное минимальной паузе в выходном линейном напряжении, к зажиму, противоположному соответствующему зажиму источника питания.Источники информации принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 9515245, кл. Н 02 Р 13/18, 1976.2. Авторское свидетельство СССР 9471646, кл. Н 02 Р 13/24, 1975,748793 Составитель В,МироновРедактор С.Лыжова Техред М.Кузьма тор М.Демчик аз 4382/20 ЦНИИПИ по д 113035, дписное Тираж 783 По Государственного комитета СССР елам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4