Способ широтно-импульсного регулирования выходного напряжения трехфазного мостового инвертора

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДЕ ТЕЛЬ СТОУ(51)М. Кл. 6 05 Р 1/44 Н 02 Р 13/18 с присоединением заявки Рй Государственный комитет(23) Приоритет ио делам изобретений и открытий(53) УДК 621.314. 57 (088 8) Дата опубликования описания 28,05.80 Г. С, Мыщык А. В. Чесноков, И. В; Балюс и А, И. Чернышев(72) Авторы изобретения Московский ордена Ленина энергетический институт(54) СПОСОБ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯ ЖЕНИЯ ТРЕХФА ЗНОГО МОСТОВОГО ИНВЕРТОРА 1Изобретение относится. к преобразовательной технике и может быть использовано при построении стабилизированных или регулируемых по напряжениютрехфазных мостовых инверторов,Известны различные способы регул,рования (стабилизации) выходного напряжения инверторов: амплитудный способ,который реализуется установкой в цепипитания инвертора импульсного регулятора;0способ регулирования путем геометрического суммирования выходных напряженийинверторов с изменяемым фазовым сдвигом; способ регулирования выходного напряжения инвертора непосредственно внут 15ри инвертора за счет применения соответствующих способов (алгоритмов) переключения его ключей. Последний способнаиболее эффективен для подавляюшетчтчисла случаев применения,Известно достаточно большое числоалгоритмов переключения ключей с тойили иной степенью эффективности решавших задачу регулирования выходного на 2пряжения. Можно выделить две основные группы алгоритмов переключения ключей стойки инвертора - алгоритмы с двухполярным широтно-импульсным регулированн:; ШИР ДВИг) и алгоритмы с однопоярным ШИР (ОШИР). Основным недостатком алгоритмов первой группы являются ухудшенные энергетические показатели инвертора из-за завышенного числа переключения ключей и обусловленных этим повышенных потерь, Зто вызвано тем, что ключи плеча инвертора переключаются в противотакте, в соответствии с интервалами квантования алгоритмов. В транзисторных вариантах выполнения инверторов кроме вышеуказанных потерь, зто вызывает также дополнительные потери от сквозных токов.Группа алгоритмов с ОШИР позволяет в значительной мере исключить недостатки, присущие алгоритмам с ДШИР. Это обеспечивается тем, что на полупериоде выходной частоты переключают только один ключ стойки инвертора, В результа736063т шего формирования управляющих сигналовясен из последуюшего рассмотрения временных диаграмм на фиг. 2 и аналогиченуже рассмотрен и ым с ит уациям.фазовый угол перехода тока через иулевое значение может быть определен наосновании измерения длительности протен- кания инверсного тока в цепи питанияинвертора, На фиг. 2 приняты следуюшиеа10 буквешые обозначения:О- фазное напряжение и фазный ток инвертора;гоО -0 - сигналы управления ключами инвертора;1 - потребляемый инверторомиток;0- ра зрещаюший сигнал натииропускание импульсов нарадополнительном подинтера 20 вале проводимости.налВ некоторых случаях, когда инверториспользуется в качестве автономногоисточника питания, а параметры нагрузкиизвестны до начала проектирования, чис 25 ло и длительность регулировочныХ паузна дополнительном подинтервале проводимости могут быть определены. заранеена основании аналитического расчета.ия.Благодаря этому реализация предлагаемо 30 го способа значительно упрошается засчет ликвидации измерительно-согласуюгношего узла, однако при этом число переключений ключей инвертора не будет минимальным во всех возможных режимахяу35 работы,Все вышеприведенные рассужденияпроделаны для случая статической акстивно-индуктивной нагрузки. Для случаядвигательной активно-индуктивной нагрузля40 ки (например, работы преобразователя,нана асинхронный двигатель) форма токаиянагрузки имеет вид, отличный от показанного на фиг. 1 и 2, однако способ регулирования выходного напряжения соа 45 храняется и в этом случае,О, О - сигналы. управления ключами одного из плеч инвертора по фиг, 1, а;с2 а,а - фазное напряжение ифазный ток инвертора;О 2,0 в - разрешающий сигнал напропускание импульсов на дополнительном поди тервале.Для пояснения предложенного способ используем полуструктурную схему ин вертора на фиг. 1, а, выполненного на ключах 1-6 и на диодах 7-12 обратно тока.Рассмотрим принцип формирования у равляюших сигналов при М равном, на пример, трем. На интервале проводимос С, -Я, (см, фиг, 2) формируют отпи юшие сигналы для ключей 1 и 5, запир юшие сигналы для ключей 2 и 6 и сиг с широтноимпульсной модуляцией, пода ваемый иа вход ключа 4, который в результате этого многократно (в данном случае трехкратно) переключается. При формировании управляющего сигнала дл ключа 3 может возникнуть несколько различных ситуаций, зависяших от пара метров нагрузки и от угла регулирован Для принятия однозначного решения по формированию управляюшего сигнала измеряют фазовый угол Ч,перехода м венного значения тока фазы через ноль и сравнивают его с временным интерва лом 1 ЪЛ./0 - с. - л/ . Если окажетс что угол Мд не пересекается с указанным интервалом, т.е. выполняется усло вие Ч,2 У/ц - А/2 (ток ьд на фиг. 2 то в этом случае на всем интервале ЯО+Оь формируют запирающий сигнал д ключа 3, Если же угол % окажется равным или больше У/9 с, то дополнительном интервале регулирован Я-И 6 ) ключа 3 формируют отпирающий сигнал на интервале Ц-С 2 . Н конец, если фазовый угол окажется в пре делах 4 Ф/9-ЦйМо 1%9+Аф то отпирающий исигнал ключа 3. формируют с учетом угла регулирования м Длительность сформированного сигнала для отпирания ключа 3 при этом равна Чп/9+ц 9 р. На интервале проводимости И -О формируют отпираюшие сигналы для ключей 4 и 6, запирающие сигналы для ключей 3 и 5, широтно-модулированный сиг нал для ключа 1. При формировании управляюшего сигнала дляключа 2 следует рассматривать ситуации, аналогичные выше изложенным, Принцип дальнейУстройство для формирования сигналов управления ключевыми элементами инвертора, позволяющего осушествить предложенный способ регулирования 1, содержит задаюший генератор 13 регулируемой частоты, делитель 14 частоты на Я, распределитель 15 импульсов, модулятор 16 ширины регулировочной иаузы, функциональный блок 17 управления ключами инвертора и измерительно-согласуюший узел (датчик тока) 18. Задаюший генератор 13 предназначен для строгой фазовой синхронизации управляющих импульсов регулировочных пауз.-Делитель 14 частоты служит. для обеспечения И -кратного регулирования выходного напряжения. Модулятор 16 обеспечивает изменение длительности регулировочной паузы о( по сигналу ОРаспределитель 15 импульсов обеспечи, вает фазовый сдвиг между управляющими сигналами ключей инвертора. Функциональный блок 17 служит для формирования сигналов управления ключевыми элементами 1 6 инвертора. На вход его поступают сигналы с выходов распределителя 15, модулятора 16 и датчика 18, В функциональном блоке 17, представляющим собой набор логических элементов и содержащим два канала 19 и 20, на каждый ключ производится врезан ие" регулировочных пауз на основном интервале проводимости сигналов управления по каналу 19, а по сигналу 04 - на дополнительном интервале проводимости по каналу 2 О, Функциональный блок 17 содержит шесть идентичных двухканальных узлов, аналогичных вышеописанному, предназна 25 ченных для формирования управляющих сигналов каждого из ключей 1-6 инвертора, выходы которых соединены со входами соответствующих ключей.ЗОПроанализируем работу трехфазного мостового инвертора, выполненного на диодах и полностьюуправляемых ключах . (см, фиг. 1, а). Управляемые ключи 1-6 в любой момент времени могут находиться в открытом или закрытом состоянии в зависимости от сигналов управления. Они служат для пропускания активной мощности от первичного источника к нагрузке. Неуправляемые вентили 8-124 О служат для пропускания реактивной энер.гии. Работа ключей инвертора характеризуетСя тремя чередующимися состояния.ми: открыты два ключа одной группы (верхний или нижний) и один ключ другой45 группы, затем открыты все ключи одной группы, и, наконец, открыты только два ключа одной группы. Второе состояние возникает только по сигналу разрешения от датчика фазного тока в тот момент,5 О когда фазный ток имеет обратное направление по отношению к направлению прямой проводимости переключаемого ключа в плече инвертора, Условием возникновения второго состояния, т.е. появления проводящих импульсов на дополнительном подинтервале .являетсяУ ЯРзм а Из этого условия вытекает, что максимальное число дополнительных импульсов при статической активно-индуктивнойнагрузке равно половице импульсов наосновном интервале. Из этого же условияследует, что при одцом регулировочномимпульсе ( М =1) необходимость в дополнительном импульсе возникает лишь приЯпЮ/Я. (при о =Л/ ), т.е. дажецри чисто индуктивной статической наФгрудке такие условия цедостижимы, Такимобразом, случай с М: 1 можно выделитьособо в связи с отсутствием импульсовна дополнительном интервале регулирования,Кратко поясним необходимость во включении ключей ицвертора ца дополнительномподинтервале. В том случае, если фазовый угол перехода тока через нулевоезначение Ц сТ 33/Ъй-А.ф ( например,ца фиг. 1, б), создаются условиядля опериодического затухация токовнагрузки через обратный диод соответствующей фазы и выходное напряжение ицвертора не искажается, В том случае,если данное условие по фазовому углу невыполняется ( например, 1, ца фиг. 1,б),производят включение ключа ца дополнительном подинтервале, В этот моментвсе три фазы инвертора оказываютсяподключенными.к одной шине питанияццвертора, т.е. зажимы нагрузки заь.орочены. Токи в фазах цачинаот апериодически затухать, ЭДС самоицдукции уравцовешивается падением напряжения, врезультате чего фазные напряжения нагрузки Ь этот момент равны нулю и неискажаются коммутациоццыми импульсам июКак уже указывалось выше, определение угла Яп может быть произведено цри измереции длительности протекания инверсного тока в цепи пи нацияинвертора (см. фиг, 2),В том случае если фазовый угол перехода мгцовенного значения тока черезноль становится больше 60 (Юу Л/э ),то потребляемый инвертором ток становится знакогеременным, причем уголпротекания потребляемого тока в отрицательной области равен Юдь ЛП , Ъ фт.е. равен дополнительному подицтервалу, на котором должны возникать импульсы о .На фиг. 2 показан фазныйтокс которому соответствует потребляемый ток ,о и разрешающий сиг 1нал ООчевидно, что в этом случаена дополнительном интервале проводимос736063Составитель НикитинРедактор В. фельдман Техред Ж. Кастелевич Корректор М, Вигула Заказ 2426/38 Тираж 956 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская набд, 4/5филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4