Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором

(21) 4 (22) 0 (46) 2 СР 986 р ны вых ится к электроиспользованояи инверторамими в состав пно-регулиру Изобретение отнтехнике и может бы я яемом э эмененн управления.автономнапряжения, входящи ита- емоволне Нания установок частолектропривода,Цель изобретениаэона регулировриантности формьнапряжения к паручшенном качест схемара напдиагра я - расширение ания инвертора прикривой выходноаметрам нагрузки ве процесса свяя частоты и вел -ди ин м (длначалстоте о и з ого регулировани ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПо ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫтПРИ Пнт СССР 371755/24-071.02.883.0390. Бюл. О 11(71) Отдел энергетической кибернетики АН МССР.(56) Заброднн Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно-импульсным регулированием. - М.: Энергия, 1977, с. 17-20.Авторское свидетельство СС 11 1236591, кл. Н 02 М 7/40, 1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ ВЕНТИДЬНЫМ ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к электро" технике и может быть использовано в автономных инверторах. Цель изобретения - расширение диапазона регулиро-. вания ннвертора по частоте при инвариантности формы кривой его выходного напряжения к параметрам нагрузки 2и улучшенном качестве процесса И- кратного связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения. Регулирование частоты выходного напряжения инвертора осуществляют за счет непрерывной поэтапной вариациидлительностей пауз между импульсами управления и самих управляющих импульсов на центральных участках тактовых .интервалов. На поддиапазонах регулирования длительность и местоположение сигналов управленияварьируют в зависимости от значений выходной частоты Р и от количества формируемых сигналов п на каждой половике тактовых интервалов путем односторонней модуляции длительности. Одновременно на всем диапазоне регулирования на тактовых интервалах закрытого состояния вентилей от 140 до ЗОО вв град. фор- ( мируют сигналы включения вентилей, равные по длительности и симмегричные аналогичным запирающим импульсам.5 ип. Ьаай одного напряжения, осущества счет плавного поэтапногоя количества импульсов в полуыходной кривой инвертора.иг. 1 изображена упрощеннаяехфазного мостового инверто- файф жения; на фиг. 2 - временные ю 3 ммы, иллюстрирующие предлагаеоб управления .преобраэоватеопределенности принято, чтоьной (минимальной) выходной инвертора на циклограмме уп 1552316Начальные формы линейного и фазного выходного напряжения инвертора Бь и Бо, а также сигналов управления Б соответствующие начальной (минимальной) выходной частоте Р изображены на фиг.2 а. Характерной особенностью опорной формы линейного выходного напряжения 11 ь является равенство между собой длительности выходных импульсов, формируемых внутри тактовых интервалов, и длительности импульсов, генерируемых на гра ницах тактовых интервалов, При этом длительность центрального на полу- периоде импульса в полуволне линейного выходного напряжения инвертора в два раза превышает длительность 45 других выходных импульсов, продолжительность Ъ 110 каждого из которых на начальной частоте Р, определяется как1Ъ = с:;с=р-ус-, Соответственно продолжительность Ъ сигналов (импульсов) управления, попеременно со сдвигом в 60 эл. град. поступающих на каждый из основных вентилей трехфазной мостовой схемы инвертора, на наИчальной частоте равна Ъ = -,о 6 РИОтмеченные импульсы управления Б поступающие,на вентиль +А фазы А 50 равляющих импульсов внутри тактовыхинтервалов 60-градусных продолжительностей формируется по несть импульсовуправления (И=6)соответственно вданном случае алгоритм управленияобеспечивает шестикратное связанноерегулирование частоты и величинысреднего на полупериоде значения вымодного напряжения преобразователя,принято также, что основные вентилисиловой схемы инвертора являются пол.ностью управляемыми); на фиг. 3 -функциональная схема системы управления вертикального типа, при помощикоторой может быть практически реализован предлагаемый способ управления; на фиг, 4 - временные диаграммы,поясняющие работу системы на 1/6 части периода начальной выходной частоты 20(интервал 60-120 ); на фиг. 5 - диаграммы, иллюстрирующие работу системыв процессе шестикратного измененияВыходной частоты (обозначения кривыхна фиг, 4 и 5 соответствуют нумерации 25узлов устройства управления, приведенной на фиг.3). катодной группы трехфазной структуры преобразователя и вызывающие его периодическое выключение на момент времени, равный длительности упомянутых импульсов управления, представлены на фиг.2 на верхних временных диаграммах. Наличие указанных управляющих импульсов соответствует, таким образом, закрытому состоянию ключа, нулевое значение сигналов управления - его открытому состоянию, На начальной выходной частоте местоположения середин -х управляющих сигналов определяются в общем случае как С;=60 1+ +11(Я+1) 211 аэл.град, На второй половине тактовых интервалов формирование управляющих сигналов осуществляется симметрично. Кроме того, для обеспечения постоянства структуры силовой схемы трехфазного инвертора при любых значениях параметров (коэффициента мощности) нагрузки на всем диапазоне регулирования аналогичные симметричные включающие вентили сигналы управления формируются в зонах закрытого состояния на тактовых интервалах от 240 до 300 эл.град,Расширение диапазона регулирования частоты выходного сигнала трехфазного инвертора при предлагаемом способе управления обеспечивается за счет непрерывной поэтапной вариации дли" тельностей пауз между импульсами управления и самих управляющих импульсов на центральных участках тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей, находящихся в серединах зон проводимости и закрытого состояния вентилей длительностью в 180 эл,град. При этом для поддержания постоянства отношения величины выходного напряжения инвертора к частоте на поддиапазонах регулирования, на которых регулирование осуществляется за счет изменения продолжительности центральных пауз, длительности сигналов управления Ъ варьируют в зависимости от значений выходной частоты Р и от количества формируемых сигналов п на каждой половине тактовых интервалов в соответствии с выражением1 1 1Ъ = (- - в ), Одновременно на12 п Р РОЮуказанных поддиапазонах регулирования осуществляют симметричный синхронный сдвиг одного из фронтов (переднего или заднего) указанных им5 55231 пульсов управления по направлению к центрам тактовых интервалов, Местоположения середин д-х, считая от начала тактовых интервалов, сигналов выключения и включения вентилей оп-.ределяется в этом случае соответственно из функциональных зависимостей 10 1-в ). Отмеченное изменение длительоности сигналов управления производится путем соответствующего одинакового 5 и симметричного смещения передних относительно начала тактовых интерваловфронтов управляющих импульсов напервых половинах тактовых интервалови задних Фронтов сигналов управления 20 во вторых частях тактовых интервалов.Координаты середин д-х выключающихимпульсов управления на первых половинах тактовых интервалов при этомсмещаются к центрам тактовых интер валов.Указанный процесс продолжается домомента достижения выходной частотойпреобразователя значения Р прикотором продолжительность центральной 30 паузы между импульсами управленияпринимает нулевое значениеэл. град. 1- эл. град. п жения середин с и включения вен апазонах регули из Функциональны Местопо ключениких поддиределяю выгналоилей оп ной и висимо Абсолютн Фронтами каждой п 2 джд 2 д1+ 4 п 2 М(М+1) МР, 1При анализируемом варианте связан"4 ного регулирования частоты и величины напряжения инвертора в диапазоне четного количества раз (М=6) на первом подциапазоне регулирования изменение частоты (дпительности периода) выходного сигнала производят за счет изменения продолжительности паузы между управляющими импульсами, Формируемой в центрах тактовых интервалов. Соответственно при нечетных М на пер вом поддиапазоне регулирования производят последовательное плавное изме-. нение продолжительности центрального сигнала управления при неизменной кже вто половинляющиено, Регнапряжеводится управдиогопроиз-. о измеьногоющего кения тактов гнала, вии с 50 е исимостью Ъ+М)+М(М Я 2 п(п) (М п М+ указанного режим личине выходной иниц а дости частоты ется при венввртора) --Верхняя частотная граница указанного режима достигается при частотеМ (М+) 2 ТкФч 47ЛВ диапазонах частот Р (РсР =М(М+1)по 2 п п)( +М+М Мтактовых интервалов формируются управляющие импульсы изменяемых длительностей, а продолжительность остальных сигналов управления не зави" сит от текущих значений выходной частоты инвертора и определяется из со" отношения2 п(М +М-)-М(М+1) 6 одлительности остальных импульсов управления.Длительности импульсов управления на первом поддиапазоне регулирования анализируемого алгоритма управления изменяются уменьшаются) при росте выходной частоты в соответствии с за1 висимостью(- - в )= в (- 12 п Р РМ 36 Р На следующем подынтервале регулирования (фиг, 2 б) длительностьвсех сигналов управления, за исключением центрального, остается неизмен 2 п(М +М-)-М(М+1)равной ая величина расстоянийимпульсов управленияоловины тактовых интетается неизменной. Нах тактовых интерваловгналы формируются симмлирование частоты выхя инвертора при этомутем последовательнотельности ъ централом интервале управляосуществляемого в соо+М 1 +М М+ ф пРи ость центрального уп 1552316равляющего импульса уменьшается до нуля.На очередном доддиапазоне работы преобразователя, наблюдаемом в диапа"и 5 зоне частот Р, -Р и характеризующемся уменьшенным на единицу по сравнению с предыдущим режимом количеством вырабатываемых сигналов управления (при этом п=2), осуществляется, как и на первом поддиапазоне, последовательное изменение продолжительностей импульсов управления, производимое смещением передних Фронтов управляющих сигналов на первых половинах так товых интервалов и задних Фронтов импуьсов управления на вторых полови" нах тактовых интервалов. Такой же алгоритм Аормирования управляющих импульсов имеет место в диапазоне часитот от Р до Р , при этом на каждом тактовом интервале Формируется по два сигнала управления (и=1), а полу- волна линейного выходного напряжения инвертора синтезируется из пяти им пульсов (фиг,2 г).В диапазонах частот от Р до Р(Фиг.2 в) и от Р до Р (фиг.2 д) регулирование выходной частоты производится путем соответствующего измене О ния продолжительности (смещения Фронтов) сигналов управления, расположен" ных в центрах тактовых интервалов, Стрелки, изображенные на Аиг,2 у со- ответствующих фронтов импульсов управления, иллюстрируют описанныйхарактер изменения их временного положения внутри каждого иэ поддиапазонов регулирования.40После уменьшениядлительности последнего управляющего сигнала до нуля,наблюдаемого при номинальной выходной частоте преобразователя Р м.=(Р =6 Р , выходное напряжение инвер тора достигает своего максимального значения (Аиг.2 е). Последующее увеличение выходной частоты производится при неизменной величине выходного напряжения, что соответствует режиму постоянства мощности применительно к использованию преобразователя в системах частотно-регулируемого электропривода переменного тока. Переход от одного поддиапазона регулирова 55 ния к другому во всей регулировочной зоне инвартора осуществляется плавно, без скачков в величинах среднего и действующего значений напряженияР и амплитуд гармоник спектра выходнойкривой,Способ реализуется устройством,представленным на Фиг.3.Блок 1 задания частоты системы управления, величина сигнала 11 на выходе которого прямо пропорциональнавыходной частоте инвертора, определяет частоту следования тактовых импульсов генератора 2 тактовых импульсов, которая на всем диапазоне регу"лирования в двенадцать раз превышаетвыходную частоту преобразователя. Генератор 2 синхронизирует работу генератора 3 развертывающего линейноизменяющегося напряжения, выходной сигнал 11 которого характеризуется двусторонней симметрией и постояннойкрутизной, амплитуда сигнала У изменяется при этом (Аиг,5) с ростом выходной частоты по гиперболическомузакону. Источники 4-6 опорных напряжений связаны с соответствующими входами блока 7 Формирования длительностейимпульсов, источники 4 и 5 кроме тогосоединены с входами сумматоров 8 и9, на другие входы которых приходитсигнал с выхода Функционального преобразователя 10. Постоянные по амплитуде опорные напряжения У ,У ,Бб источников 4-6, поступающие на вход блока 7, сопоставляются в нем, как следует из кривых, приведенных на Аиг, 4, с развертывающим сигналом 11 з генератора 3. В моменты равенства указанных сигналов блоком 7 Аормирования вырабатываются команды на Формирование Аронтов выходных импульсов: передних фронтов на первой половине тактовых интер" валов и задних фронтов выходных импульсов на второй половине тактовых интервалов. В соответствии с принципом. работы схемы выбор амплитуд сигна" лов П,Ь , П, выраженных на Аиг.5 в долях от Умас, производится иэ соотношенийПэмакс Р 1 ц ПмаксРо 41 ц Ро 41т,ь ф гд6311 ак Р ыь ф Ц,м , - максимальная амплитуда сигнала генератора 3 развертки, наблюдаемая на начальной выходной частоте инвертора Р . Выбранные таким образом амплитудысигналов источников 4-6 обеспечивают при этом переход от одного поддиапазона регулирования кдругому на частотах, соответствующих упомянутым выше граничным значениям Р,Регулирование величины выходного напряжения преобразователя в процессе5 изменения частоты осуществляется путем односторонней модуляции Фронтов выходных импульсов, производимой Формированием соответствующего сигнала функционального преобразователя 10, связанного по входу с выходом блока 1 задания частоты. Каждому значению сигнала блока 1 приэтом соответствует определенная амплитуда сигнала 11, Кривая изменения сигнала 11,с в зависимости от значений напряжения 111 (от выходной частоты инвертора), выраженного в относительных единицах (О = 11 ), изображена на Фиг,5,% 11 о20ю 115 максПри этом задаваемый ход изменения величины Б,с определяется в соответствии с принципом управления преобразователем (Функциональный преобразо ватель 10 реализует расчетную функциональную зависимость, связывающую длительность включающих вентили им" пульсов управления, (определяемую величиной сигнала 11), с выходной З 0 частотой иннертора Р, аналогом которой является сигнал блока 1).Начальное значение Ц, ц= " 1" в05 максю нач ю (11+1 0,023 11 макс Совокупность укаэанных значений выходных сигналов блоков 4"б и.10 обеспечивает соответствие граничных выходных частот инверто- . ра, переходных от одного поддиапаэона регулирования к дРугому, пРиведенным 40 выше величинам Р На поддиапазонах частот Р -Р,и1 кР,-РР-Римеет место увеличение сигнала 11 О по закону обращенной гиперболы. В диапазонах выходных час-:к 1 к,тот Р -Р 1, Р-Р,т амплитуда 11 оо постоянна и определяется в первом случае из соотношения 11113 ма кс10 Кт 650Нэ макс"о Х 4 20,041 Отма В момент времени Р=6 Рамплитуда 11, достигает максимального значения в равного ц - ,ОНдракею0 ф 1 б 7113 максв Сигналы (импульсы о длительность которых соответствует продолжительности выходных импульсов инвертора) с выхода блока 7 Формирования поступают на вход логического распределителя 11 управляющих импульсов системы управления, осуществляющего логическое преобразование сигналов, приходящих от блока 7 и от трехразрядного регистра 12, и формирование управляющих сигналов на вентили в соответствии с законом 180-градусного управления ключами трехфазной мостовой схемой преобразователя, Форма кривой выходного напряжения инвертора при этом на всем диапазоне .регулирования не зависит от параметров нагрузки.Средняя частота коммутации вентилей силовой схемы преобразователя при предлагаемом способе управления на всем диапазоне регулирования близка к постоянному значению. Благодаря этой особенности, а также тому, что в процессе регулирования осуществляется последовательное плавное изменение ко. личества выходных импульсов в полу- волне выходного напряжения,обеспечивается заметное расширение диапазона регулирования преобразователя по частоте при улучшенном, происходящем без дискретного изменения формы напряжения, качестве процесса связанного ли- . нейного регулирования частоты и величины выходного напряжения. Действительно,в ходе управления преобразователем по известному способу число вырабатываемых импульсов управления, и, соответственно, выходных импульсов, остается неизменным, При росте выходной частоты инвертора в этом случае наблюдается последовательное уменьшение временных интервалов между импульсами кривой выходного напряжения, в результате чего достаточно быстро достигается верхняя граница частотного диапазона, определяемая частотнымифсвойствами вентилей и узлов коммутации схемы. Предлагаемый способ управ-. ления, устраняя указанный недостаток, позволяет осуществить качественное управление трехфаэными мостовыми схемами инверторов в практически любом заданном диапазоне регулирования выходной частоты.Формула изобретения Способ управления трехфаэным мостовым вентнльным инвертором, заклю 1 5 5 2 3 1 6 12(Р) ГъР на интервала кажд крытого состоя по (и)-й сиг включения вент тельностью, оп шения2 п(М +)-И(Иг г,;Т( ения се редин которых опр нно из Функцио тей С=60 1+(местопол деляются оответстве ьных эави 1 21.-14 п 2 Я(И+1) ад, и С =1 эл2 х 2 М(Ме( сигнал правл ения Форми интервала ай ере руют ине тактовоготкрытого иитиля с длит крытогоьностью Яьной закаждо состо опред висим зоныния в емой Функцио т(0+1) 2 п(п) (И + БР б чающийся в том, что основные вентили- разных Фаз инвертора периодически включают и выключают с взаимным Фазовым сдвигом в 60 эл,град., при этом для каждого основного вентиля в течение одного полупериода от 0 до 180 эл.град, Формируют зону проводимости, а в течение другого полупериода от 180 до 360 эл.град. формируют зону закрытого состояния, на тактовом интервале каждой эоны проводимости от 60 до 120 эл.град. формируют сигналы выключения вентилей, количество которых на начальной выходной частоте инвертора Р равно Я, а начальные местоположения середин -х, считая от начала тактового интервала, упомянутых сигналов. управления С, опре- . деляют иэ Функциональной зависимости(2 ь)(М) С, =60 1+ ) + эл град., о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования инвертора по частоте при 25 инвариантности Формы кривой выходного напряжения к параметрам нагрузки и улучшенном качестве процесса М-кратного связанного регулирования частоты Р и величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения инвертора, начальные длительности сигналов выключения вентилей опредеИ лают как Ъ = в в И, внутри первойгг35 половины тактового интервала каждой зоны проводимости формирование каждого и-го от начала тактового интервала сигнала выключения вентилей осуществляют при изменении выходной частоты инвертора от Р до Р =111(у+1)ина всем диапазоне регулирования на второй половине тактового интервала формирование сигналов упоавления производят симметрично первой половине, задают тактовый интервал каждой зоны эакрытого состояния вентилей от 240 до 300 эл.град внутри которого Формируют аналогичные сигналам выключения сигналы включения вентилей, при изменении выходной частоты1 т 1 (Я+1) от Р до Р =Р О овнутри каждой половины тактового инзон открытого и закрытого совентилей местоположения сереналов управления определяют-- эл,уф+1) ИРо 4 п1 из Функциональной зави( -- ), а при 12 п Р Р 1 т(аждой половине тактовогоой зоны открытого и за"ния вентилей Формируютналов выключения иилей с постоянной длиределяемой из соотно1552316 Состави Па едак ехред М, Диды рытиям при ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", гУжгород, ул. Гагарина, 10 Ц ИузлВР М гюд ПарфеноваКорректор 3 аказ 337 Тираж 496 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и о 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,Фие Хончакова ь Ще юее