Способ управления трехфазным мостовым инвертором
Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повышение коэффициента использования первичного источника электропитания и упрощение схемной реализации устройства для управления трехфазным мостовым инвертором. Способ заключается в том, что формируют шесть сдвинутых на лУЗ 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-иЛпульсное регулирование осуществляют перемещением переднего фронта импульсов второй модулированной последовательности импульсов, а изменение их длительности определяют зависимостью f.i - у , где уугол регулирования;// -глубина модуляции. 6 ил. Ё
СОЮЗ COBETCKMX
СОЦИЛЛИСТИ 1ЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТГТ t1O ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ Г1РИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВицЕТЕГ! ЬСТВУ с) СО QO О ! х {21) 4621353/07 (22) 19.12.88 (46) 15.10.91. 6юл. ¹ 38 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники {72) А.Ю.Рождественский и В,Т.Молчанов (53) 621.314,27(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1229929, кл. Н 02 М 7/48, !986, Авторское свидетельство СССР ""- 1358055, кл. Н 02 M 7/537, 1987. Авторское свидетельство СССР ¹ 11335566115588,, кКл, Н 02 М 7/48, 1987, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЙ 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 „„5U ÄÄ 1684891 А1 источника электропитания и упрощение схемной реализации устройства для управления трехфазным мостовым инвертором. Способ заключается в том, что формируют шесть сдви11утых на л/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-ия1пульсное регулирование осуществляют перемещением переднего фронта импульcoR второй модулированной последователь11ости импульсов, а изменение их длительности определяют зависимостью р =), гдето — угол регулирования;р — глубина модуляции. 6 L",ë. 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 {a! и предложенного (б) способа управления, На фиг. 1 приняты обозначения; 1 — заданный закон модуляции для первой модуг 1684891 литель 25, первый 26 и нторой 27 компараторы, датчик 28 нуля фазных токов и коммутатор .29. Задаю1))ий1 генератор 22, »нляющийся и генератором ))илообpaзнoго нлпряжения, входом 30 r)p )соединен к внешнему источнику сигнала, определяющеco выходную частоту In) 31 (пилообразных импульсон) — к первым входам компарагоров 26 и 27. а нь)ходом 32 (тактовых импульсон) — к входу первого распределителя 23 уров))ей, первый выход Которого подключен к входу второго распределителя 24 уровней. Выходы первого распределителя 23 уровней cnegf) f Первый распределитель 23 уровней выполнен на N/3 каналов (где Г4 — число импугьсов н полупериоде выходной частоты инвертора), а второй рлспределитгль 24 уровней — на шесть каналов. Управляемый делитель 25 представляет собой резисторный делитель напряжения, коэффициент деления которого меняется при подключении параллельно к нижнему г)лечу резисторов 58, Делитель 25 н общем случас содержит (N/3 — 1) цепочек резистор — ключ 59. Коммутатор 29 выполне« lfa основе комбинационной схемы из шести одинаковых ячеек 60, каждая из которых содер:KfnT четыре элемента 2И- Н Е 61-64, элсмснт НЕ 65 и элемент 4ИЛИ--НЕ 66. Оба входа элементов 61 — 63, второй вход элемента 64 и вход элемента 65 являются входами ячейки 60, Выходы элементов 61 — 63 и 65 соединены - входами злемен; 66, выход которого соединен с пер..ым г 2 г Зг, 40 55 входом a»Br Обьединены и подкл)очены к входу 49 комmy)a Topa 29, Аналогично обьединены и подключены к входу 51 первые входы элементов 1)2 и к входу 50 перв»)е входы элеме« fон 63. Второй Bход эле).1ентл 61. вход элементл 65, вторые входы алек)с«тон 62 и 63 в перечисленной последовательности для клждой я ейки 60 присоеди);ены к четырел смеж«ым выходам распределителя 24 уровней. при этом у первой )руппы ячеек 60 одноименные входы присоединены к выходам 43-18 рзспредел11< ел» 21 с шагом через Од)1« ВыхОд (следуеT y" pc Tt., что выходl I 43 48 закольцонз):I). T.o. Ilocap Bb)%0+a 48 cf)B— дуеT выход 43;1 т.д,). Анзлог11чно Одно)1менн),)е входи второй группы ячеек 60 присоединень; к нь)ходам 43-48 распределителя 21 с lfoлгом через дна выхода. В<орые входы элеме«тл 6 1 ячеек 60 присоединены к соответствующим н))лодлм 3742 датчика 28 уля фззных Toкон. Указаннь е входы ячеек первой группы пр);соеди))ены к прямым нь)хода .1 37. 39 и 11 ко Ii 1142 TB) жо ком))лрзторон. УстройсгBoдля уп))анления трехфззным мое<оным «)< Bop < o por) г)з ботает следу)о щим ОЬ) ) ом. На фиг. 3 пр))ня) ь) обозначения: 67— последовательность импульсов пилообрлз«ой фор)<ы нз выходе 31 aa>ia)oufefo генератора 22; 68 посл,;онзгельность узких импульсон на выходе 32 задлюще) о генератора 22; 69 — последовательность импульсов нз выходе первого распределителя 23 урон«ни; 70 — последовательность импульсов на выходе управляемого делител«25: 71 -- последовз<ельность 11мпульсов на выходе 49 компэраторз 26; /2 - последовательность импульсов на выходе 50; 73 — последонл<ельllocTb импульсов «з выходе компзратора 27; 74 — диагрз)яма напряжения на выходе 37 датчика 28 нуля фазных токов при cos r/))i=- 0,75 — последовательность импульсов на выходе элемента 66 ячейки 60 коммутатора 29; 76 и 77 — диаграммы напряжения на ниходах соответственно 52 и 53 устройства управления. Иннертор,дляуправления которым применяется предлагаемыи способ, BL)r)oëíåfl по трехфазной мостовой схеме (фиг. 4) на управляемых вентилях 78-83, шунтиронлнных диодами 84-89 обратного тока. Его питание осуществляется от источника элактропитани«90. К выходным зажимам 168> 1(>>9 <1л =- sin (2и — 1), ::нвертора подключается трехфаэ>«а«н»руэка 91--93, coe7;« I После включения устрайс>ва сигнал, I>р0п0рциональный выходной частоте лн вертора, поступает на вход 30 задаю цего генератoрз 22, на выходах которого образуются две -<оследовательности импульсов— иилос>брав<«0><фор<лы 67 (см. фиг. 3) и узких имг ульсов 68, cоо«вс lствующих по вре!«åí<« крутым >рантам последовательности 67. Задающий генератор 22 настроен так, что частота этих импульсов в 2N раз больше >ыхадн<>й ч»стоты инвертора. Узкие и«лпульсы синхронизируют рабо<у распределителя импульсов 23, на выходах которого поочередно появляется ,>агенциал в течение интервала г/И с пер<; ад<>м:т/3, где л - палуиериод выходной частоты интервала. П ри появлении <отенциала I à вь>ходе распредел<пеля 23 замыкается ключ 59 управляемо<о делителя ..5, скачком изменяя его козффицие,ия по закону. де n = 1, 2, „., 1 <усоь ды «а диаграюле 1 (с<л, фиг, 1). 1ри "ro<< наиряжение с входа 33, оиределя<ощее глубину модуляции и выбранное так, ITG при/»= 1 оно равно амплитуде импульсов 67 пилообразной формы, преобразуется в ступенчатую кривую на выходе делителя 25, число ступеней которой равно N/3. На диаграмме 69 изображено напряжение на первом выходе распределителя 23, а на диаграмме 70 — напряжение на выходе уп равляемого делителя 25 для N = 6. Ступенчатое напряжение 70 поступает ><а второй (опорный) вход компаратора 26, на первый (модулирующий) вход которога падается напряжение пилообразной формы G7. Б результате на выходе 49 компаратора 26 образуется последовательность 71 импульсов, промодулированных по синусоида» ьному закону (см, диаграмму 2 на фиг. 1). l1", выходе 50 образуется инверсная систе<ле 71 систе<ла 71 импульсов, В результате сравнения с помощью компаратара 27 пилообразного напряжения 67 с опорным напряжением с входа 33, на выходе компаратора 27 образуется последовательность импульсов 73 (см..диаграмму 2 на фиг, 1). Нарастающий фронт импульса на первом выходе первого распределителя 23 синхронизирует второй распоеделитель 24 уровней, а также определяет начало периода ступенчатой кр>>лай 70, поэтому импульсы на каждом из 20 л5 ЗО 5<> r:ыходов 43- 48 со<. и:<дают со ступенчатой ><ри<>ай 70 иа д,лительнос<и и по фазе. Та-! oe же савиа,i .>I«e буде< и с иоследоваToëüí0стью 71, KîTор 3ÿ явлs>ется функцией «ривой 70. Датчи>, 28 нуля ф»зны< тсков (содержащий три 1<«:<»<>исимь<х компаратара) иреобразуе, c!«r» лы, »роно,. циона>и,><ь е (1»энь«л тока<л, в 3-<1 аз:<у>о систему прямоугольных импульсов, у к!>тор! на выходе "1 (положительный по<енциал) возникает, когда фазный ток бол>.«<е Ilyllя, « "0" ««у><евой потенциал) кОГда фазный ток м<< ныне нуля. Ин<>ерторь<, иадключенные к выходу каждого > our!ap;lr0p». г>о «<30ляю«иолу <и ь инверсную трехфa.-:»> 0 ио."л ;7>, > 3»т< >>ьность. Н» ди»гр»ãël.<с 74 I,s 1 р <жено I< <>ыходе 37,1(;;" ик.з 28 > ул . фаsrll»l: токов при 1<агруэке <»«г>< < ->,-и,.-«-. соs 0. ТаКИЬ< аГ<>»-.,0М, Я;>Г ДЫ КОМ<ЛУтатОРа ;?9 поступ»>оr ",.;> l3х0д 51, н» шесть входов 43 48 -остуиают шеcTb с>ле >к>. ь>x ими>/л ьсав д/1<«те!1 ь ность ю ;т/3 с иерис>до>л 2/.> v»+:öl,>é, и две трехфа Э Н Ы Е < (,< С ТЕ(М Ы Г> P и М 0 У Г 0, » з,Н Ь< 3< И М 11 у Л Ь <.ов -- r>ps« 0.! на в«оды 37, >9 и 41 и o6ðàTíà÷ l 38, 40, 42. На фиг. 5 приь. доны схемы з;3<лещения инвертора длч различныx интервалов работы: а) для ин .. .рвалсв 10-11 и 13-14 (см, фиг, I) б) для ин«ервалав 11 — 12 и 14-13; в) для » Рacc>..nтрим работу и> вертора на «а< рузку с коэффициентом cns p><= 0 1у>= 90 зл, град.,), используя диаграм лы 7, 8 (фиг. 1) импульсов управления вентиля<ли 78 и 79 инвертора (cM. фиг. 4) фазы А и аналогичные им д<«агра<л<лы, сдвичутые на 120 эл, град, в сторону отставания для фазы В и на 120 зл. град в сторону >пережениs(<>ля фазы С. Работа инвертора рассматриваеrc>1 на одной шестой части периода выход>;с«о «апр<<жения — периода пов<оряемости — для всеx фаз одновременно, полная картина ф:.эных и линейнь<х напряжений получается круговыми г<ерестановками, Рассл<атриваемь<е моменты времени условно показаны стрелками на фиг, 1 и обозначены 10 — 16. Отсчет времени ведется с. отметки 10, соответствующей нулю огибающей линейнога напряжения AB На интервале 10 — 11 (фиг, 1) импульс управления падак>г нэ вентиль 79 инвертора (фиг 4). В течение этого интервала времени токи направлены гледующим образом: ток фазы А 0Т уз а на<рузки через открытый 1684891 10 вентиль 79 к отрицательному зажиму источника питания; токи фаэ В и С от отрицательного зажима источника питания через обратные диоды 87 и 89 к узлу нагрузки (см. >иг. 5а). Таким образом на интервале 10-11 формируется нулевая паузэ в кривых фазных напряжений. В течение этого интервала 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, а фаза С подключается через открытый вентиль 82 к положительному зажиму источника питания 90 (фиг. 56). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами /i и В, При этом в фазах А и В амплитуда флзного напряжения на нагрузке составляет -1/3 Е (Š— 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 эажил1у источника питания 90 (фиг. 5в). 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 фазного напряжения на нагрузке равна +1/ЗЕ. а в фазе Б составляет -2/3E, На интервале 12 — 14 импульс управления подают опять на вентиль 79. Схема замещения инвертора соответствует фиг. 5а, так как направления токов в фазах остаются неизменными, На интервале 14-15 импульсы управления подают опять на вентили 79 и 82 инвертора. Схема зал1ещения 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. 5в, так как 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 ф = 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 фаэньх напряжений (фиг. 1, диаграмма 9 — линейное напряжение АВ). 5 Таким образом на выходе инвертора формируется линейное напряжение, форма которого не зависит от параметров нагрузки в диапазоне изменения ее коэффициента 0 10 Амплитуда гармоник линейного напряжения инвертора, управляемого в соответствии с предлагаемым способом управления: ,1,3 4 U1,= 1, (cosk(„„— тл)— л =-1 2 3 — cos )+,, (cos k (— — — тр)— kn7 и л — cos — )+" (cosk(- — ---г )— м N сОБ I: I т ) 1, где и = 2/ЗМ+1; i 1,2, 3,;, 1/ЗМ, гл (т, ) определяются по выражению „, при замене индекса m íà n(i); м =зм. 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 — тг/3 приводит к упрощению предлагаемого технического решения, Формула изобретения Способ управления трехфазным МосТОвым инвертором, заключающийся в том, что формируют шесть сдвинутых на л/3 последовательностей уп равл я ющих импул ьсов, 55 которые подают на управляющ е входы вентилей инвертора, и две модулированные последовательности импульсов, период повторения первой из которых равен 7/3, а закон модуляции соответствует значению sJ r0 iieet th х7 Р rg РР!!|!!!! ! ! lLIL. LILll J1Jl 1!! !П! !ПП!! ПГ 1П!! Г ГП !Г1 )и !! ПП П (1 !! ., 1 I синусоидальнг и функции на интервале 0-т/3, причем каждую из шести указанных сдвинутых на угол -t/3 последов"г-.ельностей управляющих импульсов формируют на интервале 0 -л/3 из первой модулирован- 5 ной последовательности, на интервале л/3- 2л;/3 обеспечивают постоянно открытое состояние ве,пиля, на интервале 2л/3-л из второй модулированной последовательности импульсов на интервале л - 47г/3 10 инвертируют пер:ую модулированную последовательног. ь, а на интервале 4гг/3-2л обеспечивают закрытое состояние вентилей, при этом изменение коэффициен1а модуляции и первой модулированной посл едовател ы гости осуществля юг по реме щением переднего фронта импульсов несущбй частоты, также опредслгнот мо»енгы перехода мгновенного значения тока каждой фазы через нуль и пода>от на со- 20 отве1ствующие вентили инвертора для eÑeñïe÷åíèë «х переключений только часть сформированных последовательностей yriравляющих импульсов, начиная с опреде. енного момента перехода мгновенного .. ачения тока фазы через нуль, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения козффициента использования напряжения ис1очника питания и упрощения схемной реализации, вторую модулированную последовательность импульсов формируют ..1утем широтiiо-импульсного регулирования на несущей частоте, период которой равен периоду несущ и частоты первой модулироаанной последовательности импульсов, причем широтно-импульсное регулирование осуществляют перемещением переднего фронта импульсов второй модулированной последовательности имi1óëüeîî, а изменение их длительности определяют зависимостью у =p, где у- угол ,.егулирования. 1fip(1!)<> 1 1 84691. J J " L I 1 1. 1 1. IJ Г | Г â€” I,Ы IULILE Й ILllll3. Т ГГ! ПП (П ПГ1ПГ1 Х1Г П l Глп ппг1ПХ1 (1 "7 Ч У-) l1П ГЛП ПГ Т1 и / 1П Ж:.У "Г Г !) 1! I1ГЛГ 1684891 оо 5 Ьк Составитель А.Чесноков Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор М,Демчик Заказ 3513 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
