Способ управления трехфазным мостовым инвертором

)9) (н)51)5 Н 02 М 7/48 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ начения; 1 - эаля первой модуГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТГ 10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМГ 1 РИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИцЕТЕГЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томскоминституте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к электротехнике, Цель изобретения - повышение коэффициента использования первичного Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении систем преобразователь частоты - асинхронный двигатель с автономными инверторами напряжения, регулируемыми по принципу широтно-импульсной модуляции,Цель изобретения - повышение коэффициента использования первичного источника электропитания и упрощение схемной реализации устройства для управления трехфазным мостовым инвертором,На фиг. 1 представлены временные диаграммы. поясняющие формирование управляющих сигналов вентилями инвертора и его выходное (линейное) напряжение; на источника электропитания и упрощение схемной реализации устройства для управления трехфазным мостовым инвертором, Способ заключается в том, что формируют шесть сдви 11 утых на .7 г/3 последовательностей управляющих импульсов, причем вторую модулированную последовательность импульсов формируют путем широтно-импульсного регулирования на несущей частоте. период которой равен периоду несущей частоты первой модулированной последовательности импульсов, широтно-импульсное регулирование осуществляют перемещением переднего фронта импульсов второй модулированной последователь- ости импульсов, а изменение их длительности определяют зависимостью р .= у, где у - угол регулирования;р - глуб на модуляции, 6 ил. фиг, 2 - схема устройства для управления трехфаэным мостовым инвертором для реализации способа; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства для управления; на фиг. 4 - схема трехфазного мостового инвертора; на фиг, 5 - схемы замещения инвертора с нагрузкой для некоторых временных интервалов работы; на фиг. 6 - зависимости коэффициента использования напряжения первичного источника электропитания от числа импульсов в полупериоде линейного напряжения инвертора для известного (а) и предложенного (б) способа управления,На фиг. 1 приняты обозданный закон модуляции длироэнной последовэтел),носи импульса 2; 3 - отсрая модулировэ)п)эя последом;елнос импульсов, фарм рузмая о саот- СЕТСТОИ 1 С ЗаКОНОМ ШИОС ГО-ллпУ ЬСНОГО регулирования: на ф)г, 4 шссть рэ)ньх ингероэлоо, сс)атосс.оующ,)ь перОду ыходнай частоты и ерторэ ,5 и б - выход; - .:.лс С) Н ЗЛЫ Д."Я ОР) РООЭ)1 Я ПОСЛЕДОЭЭТСЛЬ- настей управляющих импульсоо ве)гилями одной эзы инвгрторэ; 7 и 8 - импу,.,сы у рэогсния нанти ями той же Фазы иноерторэ для коэФФициента нагрузки равного нулю (угг)э нагрузки 90 эл. град,); 9 - л)лнеиноо напряжение АВ ингертора; 10 - момент времени, соответствующий началу отсчета периода выходного линейного нгл)ря;кения В )цьстар, 1 1"15 лг)лснл ) м;1фцэ иггсреале 0 - ,т/3, соотоетсть;. О ни. цереклю)сци)0 хо гя Оь .)дОГО ьс)тило 1 нверто)э; 16-21 - моменты времени соасот свен)о для интерало.7 г/3; 2 г/3; л; 4.с/3;577/3; 2:г периода выходного линейно)0 нэц)Лжец 1 г АВ 11 осртарэ,Дл Фомироанин шести с,)1 ну гых э угол /3 цослсдовательносгеи уцравляощих импульсов (1, 8) о соо)остствии с предложенным способом упраления формируют дне модулиро)энные поседооательносги мпульсов 2 и 3, в первой 2 из которых период повторения равен .т/3, а закон модуляции 1 соответствует зцэченцо си усоидальной функцли на интервале 0 - л/3, Фо)миру)ат также шесть рэных интерэо 4, составляющих цериод выходной частоты инвергора, при этом на нервам интервале 0- л/3 подают первую модулированную посг)едовзтельность имцульсов 2, нэ втором интервале л/3- 2/3 обесценивают открытое состояние вентилсй, на третьем интероэле 2 л/З-,тг пода)ат вторую модулированну)о последовательность им пульсов 3, на четвертом интервале т 4 т/3 подают инверсную относительно первой модулированную последовательнос 1 ь имцульсоо, на пятом и шестал и)гтервалах 4:т/3- 2 л обеспечивают закрытое сосоянис вентилей. Изменение коэффициента людуляции первой модулированной последовательности импульсов 2 осуществляют перемещением переднего фронта импульсов. Модуляцию осуществляют по синугоидальнаму закону, соответствующему значению синусоидальной функции на ин тероале О - )т/3. Вторую последовательность модулированных импульсов 3 формируют на основе широтно-импульсно)о ре)улирования на несущей частоте, Период повторения отарой последовательности 3 равен периоду несущей частоты первой 10 дулровэнной цоследооагельности им. пульсов 2 э )егулироо,)нис Осуществляют и)скешециегл цсс;сднего Фронта и)луль со ,1, при сл ре у)и)0 ан 1 длигельОс)и импульс)цсрв)й :ф и от)г) и 3 поседзоэсл ь)Остей Оц )сд, ) : л н)10 имос; ь)0/) (гдс й глуби; к и. 1,р уи)О);)нияС )носит ,ная дл;с: нос,ь г импульсон цсрвай модул; Г)оэ:-л ои посла дсоэтельности имцульсоо 2 на к; ядомтактовом интервал: раонг с)родному зна чснию синусоидальлой кривой нэ э;ом жс и )сроэле и изм")с)ся цр)мо ропорциои;льна глубине модуляциигд М . 1, 2, 3 - число т;, .х и)троэоо 20;Э ОдНГ И Ш Си ;.Ст пСГЛ 10 да ЫХОдНОГОнэп яжсния;го = 1, 2,. М - порядковый номер имульсэ,0носи)л ь)ая дТел; Ос ) ь т р 1 м"ть 25 ссо оо второй паслсдооа)елности импульгл. в 3 определяется вырэжснисмЛ3 М30где;,- угол рсгули)О)эни), 0 )1,исло импульсов посдогэтельцасти3 ца инте ,але т/3 равно числу импульсовн)следооэгельцог 2 нэ том же интервэ 35 лИзменен)с коэффициента модуляцииЦРай МОДУЛИРОВаННОй ПагЛЕДОатЕЛЬНОс;и )мпульсов Осуществляют перемещениел переднего фронта импульсоо40 )ло)лсцт) времени 12 и 15 нэ фиг, 1, заднийфзонт илцульсов 2 Формируетгя в тактооыегл 10 мснты времни 1. ---- ь 1 оь)ен) ы оремеЗЬ 1)113 и 16 нэ )иг, 1 Г = 1, 2, 3, .), Регулиро 45 ание длите)ьности импульсов 3осуществляют перемещением переднегофронта импульсов (моменты времени 11 и11 на фиг, 1), задний фронг имцульсоо 3формируется также о тактовые моменты,.илеи--- (моменты времени 13 и 16и,) фиг, 1), Глубину м)дуляциир и угол регулирования изглсняют одновременно и ихабо,:,лютные величины равны друг другу в55 лобсй момент времени,Устройстводля управления трехфазнымластовым иноерторам (фиг, 2), реэлизуюнее предлагаемый способ, содержит задающй генератор 22, первый 23 и отарой 24рэгцр.делит)лц ур)ней), управляемый де 1684891литель 25, первый 26 и нторой 27 компараторы, датчик 28 нуля фазных токов и коммутатор .29, Задаюий генератор 22, являющийся и генератором пилообразного цдцряжеция, входом 30 црсоединен к внешнему источнику сигнала, определяющего выходную часто 1 у ицдертора. Выходол 1 31 (пилообразных ил 1 пульсон) - к первым нходдл 1 компарагоров 26 и 27, а Выходом 32 (тактовых импул ьсон) - к входу первого распределителя 23 уровей, первый выход которого подключен к Входу Второго распределителя 24 уровней Бьходь первого распределителя 23 уровней соединены также с соответствующими первыми нходдл 1 и управляемого делителя 25, Выход последнего связан с вторым входом первого компаратора 26, Вторые нходы управляемого делителя 25 и второго кол 1 параторэ 27 соединены между собой и подключены к внешнему источнику сигнъа 33, оцределяощему глубину модуляции О,. Датчик 28 нуля фазных токов входами 34-36 црисоединен к внешцел 1 у источнику сигцдлон (цропорциональных фазным 1 окам ицдергорд), д Выходами - к Входам 37-42 коммутатора 29, с входами 43 - 48 которого соединены н соответствуютей последонательнос 1 и выходы второго рдспредслителя 24 уронни, К входам 49 1 50 кол муатор; 29 почклочецы соответственно прямой 1 инверсный выхо дь первого :омпард 1 орд 26, д к входу 51 выход второго компардтора 27. Выходы 52- 57 комл 1 утаторд 29 являются Вьходами устройства для правления трехгндзцым мостовым иннертором, предаз дче, ными для подключг.ния к уцранляк;щинходам вентилей.Первый распределитель 23 уровней выполнен на М/3 каналов (где Г 4 - число импугьсов н полупериоде выходной частоты и;Вертора), а второй рдспределитгль 24 уровней - на шесть каналов.Управляемьй делитель 25 представляет собой резисторный делитель напряжения, коэффициент деления которого меняется при подключении параллельно к нижнему плечу резисторов 58, Делитель 25 В Общем случас содержит (Ы/3 - 1) цепочек резистор - ключ 59,Коммутатор 29 выцолнеца основе комбинационной схемы из шести одинаковых ячеек 60, каждая из которых содержит четыре элемента 2 И-НЕ 61-64, элсмснт НЕ 65 и элемент 4 ИЛИ -НЕ 66, Обд входа элементов 61 - 63, второй вход элемента 64 и вход элемента 65 являются Входдл 1 и ячейки 60, Выходы элементов 61 - 63 и 65 соединены с входами элемента 66, выход которого соединен с первым с ,.) 10 15 20 3 .40 45 50 55 входом элемента 64 Выход последнего янляегсл вьходом ячейки 60 и ньходом коммутдторд 29,Первые Входы элел 1 ецтон 61 всех ячеек Обьединены и подклочецы к входу 49 коммутатора 29, Аналогично обьединены и подключены к входу 51 первые входы элементов 62 и к входу 50 г;ерные входы элемец Од 63, Второй вход эле.1 ецта 61, вход элемента 65, Вторые нходы элементов 62 и 63 в перечисленной цоследонатеьости для каждой ячейки 60 присоедиецы к четырел смежным выхода, распределителя 24 уровней, при этом у первой рупцы ячеек 60 одноименные Входы присоединены к ныходал 1 43-18 рдсцредел 11 еля 21 с шагом через однц ньход (следуе 1 уестчто выходы 43- 48 здкольонд:, т е, после Вьхода 48 следует Выход 43 1 т Д,). Аналогично г 1 доил 1 ецнье входи гторой группы ячеек 60 г 1 рисоед 1 ець; к ньходам 43-48 распределителя 24 с нагом через дна выхода. Втгрье входь элемецтд 61 ячеек 60 присоединены к соответствующим Влоддл 1 37- 42 датчика 28 улч фдзцых токов. Указанняе входы ячеек первой групцы пр;соединены к пря 1 ым дьхода 137. 39 и 41 колцардторон датчика 28, ачеек второйрупцы - к 1 ндерсньм Выходдл 38, 40 и 42 тех ж; комцдрдторон.Устройс гво для ) цднлеция трехфдзц ыл 1 лцс 1 оным иннерторол 1 грдботдет следуощим ОЬР .цм.На фиг. 3 прия.ь обозначения: 67 - ццследодател пост импульсов пилообразной форлы нд выходе 31 задающего генератора 22; 68 после,;ондгельцость узких импульсод ца выходе 32 задающего генератора 22; 69 - последондтелшость импульсов нд Выходе первого распределителя 23 уронни; 70 - последовательность импульсов ца Выходе упранляел 1 ого дел 1 теля 25; 71 - . последовательность 1 мпульсов на выходе 49 компдраторд 26; 72 последовательность импульсод ца Вьходе 50; 73 - последондельцость импульсов цд Выходе кол 1 паратора 27; 74 - дидграил 1 а цагряжения цд выходе 37 датчика 28 нуля фдзных токов при сон у=. - 0,75 - последондтельность импульсов на Выходе элемента 66 ячейки 60 коммутатора 29; 76 и 77 - диагрдммы напряжения на Выходах соответственно 52 и 53 устройства управления,Иннертор,для управления которым примеяегся предлагаемыи способ, вьполне по трехфазцой мостовой схеме (фиг. 4) на управляемых вентилях 78-83, шунт 1 ронднцых диодами 84-89 обратного тока. Его питание осуществляется от источцикд электропитания 90, К ньходцьм зажимамг 1 л нгп (2 ц 1,;ноерторд подключается трехфдэгая нд 1 чэкд 993, соединецгая в звезду,После включения устройства сигнал, рогарциондпьный выходной частоте лн нерторд, поступает на вход 30 задаю цего генератора 22, на выходах которого образуются две последовательности импульсоо - цилообразгай форглы 67 (см. фиг. 3) и узки. имг ульсоо 68, саавстстеующих по времени крутым фрогтам последовательности 67. Задающий генератор 22 настроен так, что частота этих импульсов о 2 й раз больше выходной частоты иноертора.Узкие иглпульсы синхронизируют раба ,у распределителя импульсоо 23, на ныха,1 ах которого поочередно пояеляет.я , агенциал в течегие интервала г/14 с пери сдхм:т/3, где л- полуцериод выходной частоты интервал д. П ри появлении отенциала ца ньхаде распределителя 23 лдмыкаегся ключ 59 управляеглого делителя :.5, скдчком изменяя его коэффициент делеоя па закону де п = 1, 2, ., 1 г/3, что соответствует отрезкал си:усаиды г,а дидгрдмгле 1 (сгл, фиг, 1), 1 ри.тагл нацряжение с охода 33, определяющее глубину модуляции и выбранное так, что прир= 1 оно равно амплитуде импульсов 67 пилообразной формы, преобразуется е ступенчатую кривую на выходе делителя 25, число ступеней которой рдвно М/3,На диаграмме 69 изображено напряжение на первом выходе распределителя 23, д нд диаграмме 70 - напряжение на выходе управляемого делителя 25 для й = 6.Ступенчатое напряжение 70 поступает гш нторой (опорный) вход компаратора 26, гд первый (модулирующий) вход каторога падается напряжение пилообразной формы 67, В результате на выходе 49 компдраторд 26 образуется последовательность 71 импульсов, промодулированных по синусоидальному закону(см, диаграмму 2 на фиг. 1).11 д выходе 50 образуется инверсная систегле 71 система 71 импульсов,В результате сравнения с помощью компаратара 27 пилообразного напряжения 67 с опорным напряжением с входа 33, на выходе компардтора 27 образуется последовательность импульсов 73 (см, .диаграмму 2 на фиг, 1), Нарастающий франт импульса на первом выходе первого распределителя 23 синхронизирует второй распаеделитель 24 уровней, а также определяет начало периода ступенчатой кривой 70, поэтому импульсы ца каждом из 5 10 20 30 35 40 45 50 55 гыходав 43-48 совпадают со ступенчатойкривой 70 цо д, ительнаси и цо фазе, Та.кае же санцдд.ние будеи с цоследондтельгостью 71, которая является функциейкривой 70.Датчик 28 нуля фдзнык скан (содержащий три цезднисигльгх комгардторд) цреобрдэуе; сгдлы, цраца 1. циондльцье фдэныглтокагл, и 3-фдз,;ую систему црямоугальныхимпульсов, у которых на выходе "1(положительный поенцидл) возникает, когда фдзный ток болыце нуля, и "0" (гулеоойпотенциал) - когда фдзцый ток меньше нуляИннертарьц цодключннные к выходу каждого коглгоратора. г;о наляюголу и ь инверсную грех+а."ч,г,о цаглед нет лыость. Нддидгрдглмс 74 э бЕджегга г пр ;ение ндгыходе 37,1 никд 28 улфдз ы:. токов цринагрузке игнепоад ; сонО,Таким абра-.,ам ца нхгды комглутатара;9 постуцдат сцусаиддльндя посл "даодельнасть имцульсан 71 на вход 49, ицнерсдя ей цаследондтельгость 72 нд н; ад 50,прямоугольная посл.доннелиость 73 нднхад 51, нд несть нхадон 43 48 пастугдютшесть слажных имп 7 льсан длтельггастью;т/3 с цериодол 2/; каждый, и дне трехфазные системы прямоугольных импульсоопряма. на нады 37, 39 и 41 иобратнач цд входы 38, 40, 42,На фиг, 5 прин доны схемы замещенияиннертора длч различных игтерналав работы ,а) для ин г рндлсн 10-1и 13-14 (см, фиг,1) б) для ицардаган 11-12 и 14- 15; о) дляингерндлан 12-13 и 15 - 16.Рдссглогрим работу и нерторд над рузку с коэффициеггтогл сон утн= 01/= 90 зл, град.,), используя диаграмлы 7, 8 (фиг, 1) импульсов управлениянентилягли 78 и 79 инверторд (см, фиг. 4)фазы А и аналогичные им диагрдглмы, сдоичутые на 120 эл, град. в сторону отстдваниядля фазы В и на 120 зл. град в сторонупережеия пля фазы С, Работа иннертордрассмдтриодегс; на одной шестой части периода выход;сга гапряжегия - периода поооряеглости - для всех фазздгаоременна, полная картина ф:эгых и линейных напряжений получается круговымигерестаноекдгли, Рассматриваемые моменты времени условно показаны стрел каглина фиг, 1 и обозначены 10 - 16, Отсчет времени ведется с. отметки 10, соответствующей нулю огибающей линейцоганапряжегия ЛВНа интервале 10 - 11 (фиг, 1) импульс управления паддкп нэ вентиль 79 иннертора(фиг 4), В течение этого интервала временитоки направлены гледующим образом: токфазы А от узд нагрузки через открытыйвентиль 79 к отрицательному зажиму источника питания; токи фдэ В и С от отрицательного зажил 1 д источника питания через обратные диоды 87 и 89 к узлу нэгрузки см. фиг. 5 а). Таким образом на интервале 10-11 формируется нулевая паузэ в кривых фазных напряжений. В течение этого интервдлд времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами,На интервале 11 - 12 импульсы управления подают на вентили 79 и 82 инвертора Направления гоков остаются неизменными относительно предыдущего интервала, д фаза С подключается через открытый вентиль 82 к положительному зажиму источника питания 90 фиг. 5 б), В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки л 1 ежду фазами А и В, При этом в фазах А и В амплитуда фдзного напряжения на нагрузке составляет -1/3 Е Е - напряжение источника питания инвертора), в фазе С равна (2/ЗЕ.На интервале 12-13 импульс управления подают на вентиль 82 инвертора, Направления токов остаются неизменными относительно предыдущего интервала, а фаза Л подключается через обратный диод 84 к положительному эажил 1 у источника питания 90 фиг. 5 в). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами А и С и рекуперация реактивной энергии нагрузки фазы В в источник питания, При этом в фазах А и С амплитуда фдзного напряжения на нагрузке равна +1/ЗЕ. а в фазе Б составляет -2/ЗЕ,На интервале 12 - 14 импульс управления подают опять на вентиль 79, Схема замещения инвертора соответствует фиг, 5 д, так как направления токов в фазах остаются неиэменныл 1 и, На интервале 14-15 импульсы управления подают опять нд вентили 79 и 82 инвертора. Схема зал 1 ещения для этого интервала соответствует фиг, 5 б, так как направления токов в фазах остаются неизменными. На интервале 15-16 импульс управления подают опять на вентиль 82 инвертора. Схема замещения для этого интервала соответствует фиг. 5 в, так кдк направления токов в фазах остаются неизменными.Таким образом, на интервале 10 - 16 период повторяемости) представлена работа трехфазного мостового инвертора рассмотрена на активно-индуктивную нагрузку с т/= 90 зл. град. по предлагаемому способу управления. Полная картина фазных напряжений получается путем круговой перестановки напряжений, полученных на одной шестой части периода. Линейные напряжения получают путем векторного сложения соответствующих фаэных напряжений фиг, 1, диаграмма 9 - линейное напряжение АВ).5 Таким образом на выходе инвертордформируется линейное напряжение, форма которого не зависит от параметров нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента 0со 5 р(1,0,10 Амплитуда гармоник линейного напряжения инвертора, управляемого в соответствии с предлагаемым способом угравления;2 Е , 1/3 л1,=, со 5 к(- 7 ) -п =-12 э л- со 5+ со 5 кгр)кп 7 и .тг- со 5 - + " со 5 1 - ---- 7 ) -и М где и = 2/ЗМ+1;-1,2, 3,;, 1/ЗМ,7 п (7,) определяются по выражению7, при ЗамЕнЕ индЕкСа П 1 на п);= 3(1,На фиг, 6 приведены зависимости коэффициента использования напряжения первичного источника электропитания от числа импульсов в полупериоде линейного напряжения инвертора для прототипа - кривая "а" и предлагаемого изобретения - кривая "б",Формирование одной широтно-модулированной последовательности импульсов из одного участка синусоиды на интервале 0 - т 7/3 приводит к упрощению предлагаемого технического решения,Формула изобретения50Способ управления трехфазным мостовым инвертором, заключающийся в том, что фОрМИруЮт ШЕСТЬ СдВИНутЫХ На сг/3 ПОСЛЕ- довательностей управляющих импульсов, 55 которые подают на управляющие входывентилей инвертора, и две модулированные последовательности импульсов, период повторения первой из которых равен 7/3, а закон модуляции соответствует значениюсинусоидалц ой функции на интервале О -."т/3, причс.м каждую из шести указанных сдвинутых на угол г/3 цоследова гельностей управляющих импульсов формируюг на интервале О -г/3 из первой модулирован ной последовательности, на интервале л/3- 2 л;/3 обесг 1 ечцнают постоянно открытое состояние всчниля, на интервале 2 л/3-л из второй модулированной последовательности импульсов на интервале л г/3 1 П инвертируют пер-.ую модулированную последовательность, а ца интервале 4 гг/3-2 т обеспечивают закрытое состояние вентилей, при этом изгленение коэффициента модуляции й первой модулированной последовательности осуществля юг переме щением переднего фронта импульсов несущдй частоты, также оцредслгцот моецгы перехода мгновенного значения тока каждой фазы через нуль н ппдаот на со г) отве 1 ствующие вен 1 или инвертора для обеспечения их переключений только чагть с.формулированных последовательностей управляющих импульсов, начиная с опреде-енного момента перехода мгновенногоачения тока фазы через нуль, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения козффициента использования напряжения ис 1 очника питания и упрощения схемной реализации, вторую модулированную последовательность импульсов формируют 1 утем широтно-импульсного регулирования ца несущей частоте, период которой равен и риоду несущй частоты первой модулиролчнной последовательности иглпульсов, причем широтно-импульсное регулирование осуществляют перемещением переднего фронта импульсов второй модулированной последователыгости импульсов, а изменение их длительности определя ю т зависимост ью у = р, где у- угол регулирования,1684891 Жр. бСоставитель А.Чесноковедактор Л,Пчолинская Техред М,Моргентал Корректор М,Демчи аказ 3513 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям п 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Т ССС нат "Пат Производственно-издательский комби ент", г. Ужгород, ул, Гагарина,