Способ управления двухфазным инвертороми устройство для его осуществления

(22)Заявлено с присоединен (23) Приоритет Р 13/1.6 Гваударстваииый камСССР делам изабретеннй и аткрытийОпубликован Дата опубл 7. 06. 81. Бюллетень 53 у УД К 621. 316, .727(088.8) ания описан 06. 8) Заявитель дена Ленина энергетический институт осковск 54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ но 15 вления данающнй генеульсов, усиел еавления двухИзобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении преобразователей .постоянного напряжения в перемене двухфазное, предназначенных, в5 частности, для устройств автоматики.В качестве подобных преобразователей используются в основном двухфазные преобразователи (инверторы), содержащие три стойки ключей. Точка соединения ключей одной стойки образует нулевой выходной вывод, а точки соединения ключей двух других фазных стоек - фазные выходные выводы инвертора. Ключи, которые в дальнейшем будут обозначены нечетными номерами, под"1ключены к одной, например плюсовой, шине питания, афчетными - к другой, минусовой шине питания инвертора.Наиболее близким по технической сущности к данному изобретений является способ управления двухфазным инвертором, заключающийся в формировании шести периодических с частотой выходного напряжения последовательнос тей управляющих импульсов, типа меандр. В соответствии с этими последовательностями обеспечивают попеременно открытое длительностью У состояние ключей в стойках инвертора, причем последовательности управляющих импульсов для ключей фазных стоек сдвинуты на угол У/2 ц сторону опережения и отставания но отношению к последовательностям, управляющим ключами средней нулевой стойки инвертора. Напряжения на фазах нагрузки при этом имеют форму импульса длительностью л/2 т,1 1Устройство для осущестного способа содержит задратор, распределитель имплительно-развязывающий узНедостатки способа упрфазным инвертором - невозможность обеспечения регулирования выходного напряжения широтно-импульсным способом, а также ухудшенные энергетичес8367 53 4следовательностей соответственно наугол Уч 6/2, упомянутое отставание иопережение третьей и пятой основныхпоследовательностей импульсов обеспечивают соответственно на углы7+Щ 2 и Л/2 с 6/2, длительность управляющих отпирающих импульсов третьейи четвертой основных последовательностей обеспечивают равной У/2-д, а пятой и шестой - равной Х-, гдеЫугол регулирования.Устройство для осуществления предложенного способа, содержащее задающий генератор, распределитель импульсов, два выхода которого через усилительно-развязывающий узел подключенык управляющим входам ключей среднейстойки, снабжено модулятором шириныимпульсов, делителем частоты и четырехканальным логическим узлом, к входам которого подключены выходы распределителя импульсов, модулятора ширины импульсов и делителя частоты, а,его выходы через усилительно-развязывающий узел соединены с выводами дляподключения к управляющим входам ключей фазовых стоек.На фиг. 1 изображен двухфазный инвертор, выполненный на базе трехфазной мостовой схемы; на фиг. 2 - алгоритм управления ключами инвертора ивыходное напряжение инвертора, сформированные по данному способу управления, для случая активно-индуктивной(а) и активной нагрузки (б); на.фиг, 3 - принципиальная схема управления инвертором для реализации способа управления; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы управления.Принцип формирования последовательностей управляющих импульсов ключами 1-б двухфазного инверторов (фиг.1)по предложенному способу поясняетсявременными диаграммами на фиг. 2 а,где О 1-Об - алгоритмы управления.ключами 1-б инвертора; Од,ОВ,фазные напряжения и токи инвертора.Устройство для осуществления способа управления двухфазным инверторомсодержит задающий генератор 7, делитель 8 частоты, распределитель 9 импульсов, модулятор 1 О ширины импульсов, логический узел 11 и усилительноразвязывающий узел 12. Логическийузел 11 выполнен четырехканальным,В состав каждого из каналов входятчетырехвходовые логические элементы И-НЕ 13-16, трехвходовые логические кие показатели, обусловленные дополнительными потерями в устройстве управления, вызванными нерациональноувеличенной длительностью управляющих импульсов и потерями в силовой части инвертора в момент переключения клю- . чей.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за ечет обеспечения регулирования вы 4ходного напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора.Это достигается тем, что согласно известному способу управления двухфаз 1 О ным,инвертором с шинами питания, вы 5 с частотой выходного напряжения последрвательностей управляющих импульсов,причем первую и вторую последовательности управляющих импульсов, обеспечивающих открытое длительностью Х состо 30 якие ключей, подают соответственно на управляющие входы ключей средней стойки, третью и пятую последовательности с отставанием и опережением по отношению к началу отпирающих управляющих импульсов первой последователь- З 5 ности подают на основных интервалахпроводимости на управляющие входы ключей фазных стоек, подключенных к одной шине питания, четвертую и шестую последовательности импульсов, сдвинутых 40 по фазе на угол 7 по отношению к третьей и пятой. последовательностям, соответственно подают на управляющиевходы ключей фазных стоек, подключенных к другой шине питания, при этом 45 пятая .и шестая последовательности уп 1равляющих импульсов обеспечивают открытое состояние ключей одной фазнойстойки на интервалах О-У/2 и У -ЗХ/2 по отношению к началу управляющих импульсов первой последовательности,формируют четыре дополнительные периодические последовательности импульсов, обеспечивающие открытое длительностью д/2 состояние ключей фазных стоек, сдвинутых по отношению куправляющим импульсам третьей, четвертой, пятой и шестой основных пополненным на базе трехфазной мостовой ,схемы, включающей в себя три стойки, каждая из которых состоит из двух последовательно включенных ключей, причем нулевой выходной вывод подключен к точкам соединения ключей средней стойки, а другие выходные выводы подключены к точкам соединения ключейофазных стоек, состоящему в том, что формируют шесть основных периодических 58367 5элементы И-НЕ 17-22 и двухвходовые логические элементы И-НЕ 23-26. Зада; ющий генератор 7 подключен к делителю 8 частоты и модулятору 1 О ширины импульсов. Выход делителя 8 частоты подключен к счетному входу распределителя 9 .импульсов, Выходы модулятора 10 ширины импульсов, делителя 8 частоты, распределителя 9 импульсов подключены к входным выводам логичес ф ких элементов И-НЕ 13-20 и 25, 26 ло-. гического узла, а выходы. логических элементов И-НЕ 21, 22 и 23, 24 под.ключены к усилительно-развязывающему . узлу 2, выходные выводы которого подоключены к управляющим входам ключей 1-6 инвертора.1Все временные интервалы задают по отношению к началу отпирающего имОпульса первой последовательности, На интервале проводимости 0-7/2 в соответствии с основными последовательностями управляющих импульсов формируют отпирающие сигналы для ключей 1 и 5 и запирающие сигналы для ключей 2 и 6. Для ключей 3 и 4 на этом же интервале формируют изменяющийся широтно регулируемый сигнал. Так на интервале 0-7/2 в соответствии с третьей дополнительной последовательностью ,открывают ключ 3 (импульс на фиг.2 а заштрихован) и закрывают ключ 4, На интервале с,/2 -(У/2-о 1/2) в соответствии с основной последовательностью управляющих импульсов формируют отпирающий сигнал для ключа 4 и,запирающий сигнал для ключа 3, а на интервале (У/2-о/2) -Х/2 формируют запирающие сигналы для обоих ключей 3 и 4, На интервале проводимости Т/2-Х формируют отпирающий сигнал для ключа 1 и запито рающие сигналы для ключей 2, 3 и 4. Для управления ключами 5, 6 формируют сигналы управления, аналогичные описанным сигналам ключей 3 и 4, фазовый сдвиг последовательностей управляющих, ф 5 сигналов ключей 2, 4 и б относительно ключей 1, 3 и 5 равен Л , и дальнейшее формирование управляющих сигналов производится аналогично.Максимальная величина угла регули рования 4. равна л /2 (при этом О, =8 = 0), В этом. случае длительность закрытого состояния ключа 4 на интервале 0-7/2 и ключа б на интервале Л/2-Л также равна У/2. Так как Фаз ный угол нагрузки Ю не превышает знанчения Г/2 (при чисто индуктивной нагрузке), то для избежания искажающегоИ 53 6воздействия нагрузки на форму вьйодного напряжения на основном интервале О-У/2 формируют сигнал, отпирающий .ключ 3 инвертора, длительностью не болеес 6/2, и отпирающий сигнал такой же длительности для ключа 5 на основном интервале У/2-Х. При режиме прерывистых токов нагрузки, т.е. когда .Фазный ток, например 1, спадает до нуля на участке проводимости Х/2- - 0 Г+4/2), длительность отпирающего .сигнала дополнительной последовательности импульсов может быть задана меньше с/2 или даже равной нулю. Кро" ме того, на участках 0-У/2 и У-ЗУ/2 длительность сигналов опирающих ключей 6 и 5 инвертора может быть также уменьшена пропорционально углу, при котором фазный ток принимает нулевое значение. Это может быть сделано заранее программным способом, когда параметры нагрузки известны, либо по сигналу обратной связи по току.В предельном случае активной нагрузки или когда фазный ток спадает до нуля за время, меньшее длительностью половины регулировочной паузы Ы сигнал управления кпючами 5 и 6 инвертора принимает вид, аналогичный сигналам третьей и четвертой основных последовательностей (фиг. 2 б), а необходимость в формировании допол- нительных последовательностей импульсов пропадает. Уменьшение длительности управляющих импульсов основных последовательностей сигналов управления ключами инвертора позволит улучшить его энергетические показатели, а также упростить устройство для его реализации. В том случае, когда качество выходного тока инвертора не удовлетворяет потребителя, регулировочная пауза может быть сформирована на том же интервале проводимости, но состоящей из нескольких пауз, соответственно меньшей длительности каждая. Однако и в этом случае при формировании последовательностей управляющих импульсов для ключей 3-6 на соответствующих интервалах в соответствии с дополнительными последовательностями импульсов формируют отпирающие. сигналы толь ко на интервале, длительностью не больше с"/2, что является целесообразным с энергетической точки, зрения и достаточным для сохранения постоянства формы Фазного напряжения при7 83675изменении параметров нагрузки и угловрегулирования во всем диапазоне.Рассмотрим работу устройства дляосуществления способа управления двух-,фазным инвертором, Задающий генератор 7 определяет выходную частоту инвертора и осуществляет синхронизациюработы отдельных узлов, Делитель 8частоты, выполненный, например, в виде триггера, определяет зону возможного существования импульсов дополнительных последовательностей управляющих сигналов, равную У/4. Прямой выход триггера делителя 8 частоты подключен к счетному входу распределителя 9.импульсов, выполненного по пересчетной кольцевой схеме на триггерах 1 К-типа. Модулятор 10 ширины импульсов по сигналу 0 осуществляетизменение длительности регулируемойпаузы с 6 . Он может быть выполнен, например, в виде генератора 27 пилообразного напряжения, компаратора 28 илогического элемента НЕ 29, Собственно задающий генератор 7 и модулятор 10 ширины импульсов могут бытьвыполнены совмещенными в виде одногоузла, выполняющего обе функции,Выходы 30-33 распределителя 9импульсов, инверсный выход тригге 30ра делителя 8 частоты, а также выходы комнаратора 28 и логического элемента НЕ 29 модулятора 1 О ширины импульсов подключены к входньщ выводамлогического узла 11.Рассмотрим формирование последо 35вательности управляющих импульсов подвум каналам (например ключами 4 и 5)логического узла 11. К входным выводам логического элемента И-НЕ 1 7 подключены выходы 30, 32 раснределите 40ля 9 импульсов и выходы комнараторамодулятора 10 ширины импульсов, Навыходе нри этом формируют сигнал вида.0,1. (фиг. 4). К входным выводам логического элемента И-НЕ 13 подключенывыходы 31, 33 распределителя 9 импульсов, инверсный выход триггера, делителя 8 частоты и выход логическогоэлемента НЕ 29 модулятора 1 О шириныимпульсов. На выходе логического зле фмента 13 при этом формируют сигнал вида Ц. Сигналы 61 и О постунают навход логического элемента И-НЕ 23, навыходе которого при этом получают управляющий сигнал 0 который после 4усиления поступает на управляющий входключа 4 инвертора. Нри формировании управляющего сигнала 05 на вход логического элемента И-НЕ 19 поступают сигналы с выходов 30 и 33 распределителя 9 импульсов и сигнал с выхода компаратора 28 модулятора 1 О ширины импульсов. На выход логического элемента И-НЕ 15 поступают сигналы с выходов 31,32 распределителя 9 импульсов, сигнал с инверсного цыхода триггера делителя 8 частоты и с выхода логического элемента НЕ 29 модулятора 1 О ширины импульсов. На вход логического элемента И-НЕ 25 поступают сигналы с выходов 30 и 32 распределителя 9 импульсов. Сигналы О , О и О с выходов соответствующих логических элементов И-НЕ поступают на вход логического элемента И-НЕ 21, на выходе которого формируют сигнал для управления ключом 5 инвертора вида 05 (фиг.4). Сигналы ОЗ и 06 в логическом узле 11 формируют аналогично (см, временные диаграммы на фиг, 4).Так как регулирование выходного напряжения может осуществляться при помощи различных алгоритмов широтно- импульсного регулирования в указанных временных интервалах и для указанных ключей инвертора, то могут изменяться и некоторые узлы блока управления инвертора (например логический). Интересным представляется устройство, в котором может осуществляться бесконтактное изменение числа регулировочных импульсов в процессе регулирования выходной частоты инвертора. Для этого генератор 27 пилообразного напряжения модулятора 10 ширины импульсов должен быть выполнен автономным, т.е, должна отсутствовать связь между . ним и задающим генератором 7, или синхронизированным от дополнительного задающего генератора. Таким образом, данный способ управления двухфазным инвертором позволяет осуществить регулирование выходного напряжения при улучшении энергетических показателей системы управления и инвертора. Уменьшение длительности управляющих сигналов третьего и четвертого ключей инвертора на 7/2 позволяет уменьшить статические потери в устройстве управления на 167 Данный способ управления позволяет устранить несколько противотактных переключений ключей стойки инвертора. Это позволяет уменьшить на 463 дополнительные потери от сквозных токов. При выполнении ключей инвертора9 836753 на тиристорах уменьшается величина по- к терь от коммутационных токов. О 1 О формула изобретения Данный способ управления двухфазным инвертором и устройство для его осуществления могут применяться в тех случаях, когда требуется преобразование постоянного напряжения в двухфазное с регулируемыми параметрами: частотой и величиной выходного напряжения,131. Способ управления двухфазным инвертором с шинами питания, выполненным на базе трехфазной мостовой схемы и включающим в себя три стойки, каждая из которых состоит из двух по" следовательно включенных ключей, причем нулевой выходной вывод подключен к точкам соединения ключей средней стойки, а другие выходные выводы подключены к точкам соединения ключей фазных стоек, состоящий в том, что формируют шесть основных периодических .с частотой выходного напряжения последовательностей управляющих импульсов, причем первую и вторую последова- ЗО тельности управляющих импульсов, обеспечивающих открытое длительностью Х состояние ключей, подают соответственно на управляющие входы ключей сред. ней стойки, третью и пятую последовательности с отставанием и опережением по отношению к началу управляющих отпирающих импульсов первой последовательности подают на основиых.интервалах проводимости на управляющие входы ключей фазных стоек, подключенных к одной шине питания, четвертую и шестую последовательности импульсов, сдвинутых по фазе на уголХ по отношению. к третьей и пятой последовательностям, соответственно подают на управляющие входы ключей фазных стоек, подключенных к другой шине питания, при этом пятая и шестая последовательности управляющих импульсов обеспечивают отрытое состояние ключей одной фазнойстойки на интервалах О-У/2 иХ по отношению .к началу управляющих импульсов первой последовательности, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности регулирования выходного напряжения и улучшения энергетических показателей, формируют четыре дополнительные периодические последовательностиимпульсов, обеспечивающие открытое длительностью Ы/2 состояние ключей фаэных стоек, сдвинутыхпо отношению куправляющим импульсам третьей, четвертой, пятой и шестой основных последовательностей соответственно наугол У-с 6/2, упомянутое отставание иопережение третьейи пятой основныхпоследовательностей импульсов обеспечивают соответственно на углыУ+И/2и Т/2-о/2, длительность управляющихотпирающих импульсов третьей и четвертой основных последовательностейобеспечивают равной У/2-4 а пятойи шестой - равной У-с где а - уголрегулирования.2. Устройство для осуществленияспособа по п, 1, содержащее задающийгенератор, распределитель импульсов,два ьыхода которого через усилительноразвюзывающий узел подключены к управляющим входам ключей средней стойки,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,оно снабжено модулятором ширины импульсов, делителем частоты и четырехканальным логическим узлом, к входамкоторого подключены выходы распределителя импульсов, модулятора шириныимпульсов и делителя частоты, а еговыходы через усилительно-развязывающий узел соединены с выводами дляподключения к управляющим входам ключей фазных стоек.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. боссов О.А., Хасаев О.И. Полностью управляемые тиристоры в устройствах автоматики.И., Энергия,1970, с. 112.НИИП Заказ 3203 Подписное фипиал ППП "Патент", г. Ужгород, уд, Проектная, 4