Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором

Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором предназначается для широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора , работающего в системе преобразователь частоты - двигатель. Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного линейного напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора за счет снижения амплитуд низших из высших гармоник при регулировании и снижение числа коммутаций вентилей инвертора . Сигналы, формирующие полуволну напряжения, заполняют нерегулируемыми сигналами на интервалах 0-60 и I20- 180 эл.град. В течение каждой шестой части периода поочередно для каждой фазы вентили двух фаз одной группы используют в режиме нулевых, т.е. вентили постоянно включены. Коммутацию вентршей третьей фазы другой группы осуществляют регулируемыми по длительности несзтдими сигналами следующим образом, В начале каждой шестой части периода длительность первого несущего сигнала регулируют перемещением заднего фронта, а его передний фронт сливают с задним фронтом нерегулируемого сигнала на интервале 0-60 эл.град. Длительность импуль са управления увеличивается относительно 60 эл.град. на величину длительности несущего сигнала, а число коммутации вентиля уменьшается. 13.П.Ф-ЛЫ, 3 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19> (Н1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) .3798042/24-07

:;(22) 14.06.84 (46) 07.06.86. Бюл, - 21 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) А.Ю. Рождественский и В.Н, Черемисин (53) 621 . 374, 36 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 752748, кл. Н 02 Р 13/18, 1980

Авторское свидетельство СССР № 736063, кл. Н 02 P 13/19, 1980. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЪ111

11ОСТОВЪР1 ВЕНТИЛЪНЪМ ИНВЕРТОРОМ (57) Способ управления трехфазньпч мостовым вентильным инвертором предназначается для широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора, работающего в системе "преобразователь частоты — двигатель".

Цель изобретения — улучшение гармонического состава выходного линейного напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора эа счет снижения амплитуд низших из высших гармоник при регулировании и снижение числа коммутаций вентилей инвертора, Сигналы, формирующие полуволну напряжения, заполняют нерегулируемыми сигналами на интервалах 0-60 и !20180 эл. град. В течение каждой шестой части периода поочередно для каждой фазы вентили двух фаз одной группы используют в режиме нулевых, т.е. вентили постоянно включены. Коммутацию вентилей третьей фазы другой группы осуществляют регулируемыми по длительности Несущими сигналами следующим образом, В начале каждой шестой части периода длительность первого несущего сигнала регулируют перемещением заднего фронта, а его передний фронт "сливают" с задним фронтом нерегулируемого сигнала на интервале 0-60 эл,град. Длительность импуль" са управления увеличивается относительно 60 эл.град, на величину длительности несущего сигнала, а число коммутации вентиля уменьшается.

1 э пеф лыу 3 иле

123659!

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и предназначено для осуществления широтно-импульсной модуляции выходного напряжения трехфазного мостового инвертора, работающего в системе "преобразователь частоты — двигатель .

Цель изобретения — улучшение гармонического состава выходного линейно>го напряжения и улучшение энергетических показателей инвертора за счет снижения амплитуд низших и высших гармоник при регулировании и снижения числа коммутаций вентилей инвертора, I5 а также исключение фазового искажения выходного напряжения, IIa фиг.1 представлен вариант схемы инвертора, реализующего предлагаемый способ управления; на фиг.2 — диаграммы импульсов управления вентилями фазных и линейного напряжений при глубиье модуляции, равной 0,5; на фиг.3 — схемы замещения инвертора для интервалов импульса и паузы выходного напряжения.

Схема трехфазного мостового инвертора (фиг.l) содер>кит управляемые вентили 1 и 2 фазы А; вентили 3 и 4 фазы В; вентили 5 и 6 фазы С; мост обратного тока на диодах 7 — 12, источник 13 питания инвертора. I(выходным зажимам инвертора присоединена трехфазная нагрузка 14 — 16 соответ35 ственпо фаэ A В, С, соединенная в звезду, На фиг.2 привецены диаграммы 17-22 импульсов управления, соответст"зенно вентилями I 6 инвертора; диаграммы 23-25 фазных напряжений

40 соответственно фаэ А, В, С; диаграмма 26 линейного напряжения (АВ) . Цифрами 27 — 29 обозпачепы моменты времени, соответствующие 0,30, 60 эл ° град. периода выходного напряжения для вентиля 1 фазы A. Цифрами

30-37 обозначены моменты времени на одной шестой части периода выходного напря>кения (интервал 60-120 эл.град.) соответствующие переключению вентиля 1. Цифрами 38 — 40 обозначены моменты времени, соответствующие 120, 150, 180 эл.град. периода выходного напряжения для того же вентиля.

На фиг.3 приведены схемы замещения ицвертора для интервалов времени

29-30, 3!-32, 33-34, 35-36, 37-38", 30-31, 32-33, 34-35,36 — 37 соответственно фиг.3а, б.

Для Г1>,: хфазного мостового инверторя период повторяемости составляет

60 эл.град. — шестую часть периода вьгход <ог<> напряжения, Работу инвертора в течение периода выходного напряжения для любой фазы можно рассь<отреть при помощи круговых перестановок диаграмм напряжения, полученных для всех фаз в течение периода повторяемости. Вентили одной группы — это вентили 1, 3 и 5 (фиг.1), т.е ° вентили аноцной группы < вентили, аноды которых соединены с положительным зажимам источника 13 питания). Вентили другой Группы — это (для рассмат<риваемого случая) вентили 2, 4 и 6 (фиг.1), т.е, вентили катодной группы (вентили, катоды которых соединены с отрицательным зажимом источника питания}, Импульсы управления вентилями одной группы представлены соответственно на фиг.2 диаграммами 17, 19 и 21, а импульсы управления вентилями другой группы представлены на фиг.2 диаграммами 18, 20 и ?2, Сигналы нерегулируемой длительности — это сигналы, длительность которых не изменяется при регулировании выходного напряжения инвертора. Регулируемые несущие сигналы — эго сигналы, за счет изменения длительности которых осуществляется регулирование выходного напряжения инвертора.

При предлагаемом способе управления нулевые паузы между имгульсами напряжения образуются путем замыкания на один из полюсов (зажимов) источника 13 питания всех фаэ нагрузки

I, I4 — 16, фиг. 1), п>гтервалы времени

30-31, 32-33, 34-35, 36-37 на фиг,2, диаграммы 17, 23, 24, 75 и 26. Сигналы нерегулируемой длительности формируют па интервалах 0 — 60 эл.град.

1 фиг ° 2, диаграмма 17, моменты времени

27-79) и 120 †1 эл,гряд. (фиг.2 моменты времени 38-40). Необходимо отметить, что в предлагаемом способе управления регулирование выходного напряжения инвертора осуществляется путем широтно-импульсной модуляции по прямоугольному закону. Это позволяет уменьшить число коммутаций силовых вентилей эа счет использования работы вечтилей в двух фазах в режиме нулегых на интервале 60 зл.град, (иг,2, диаграммы 20 и 22, интервал времени 29-38), а в третьей фазе, проводящей полный ток нагрузки, су, 23., >91

10 ществуют коммутации вентиля в соответствии с принятым законом модуляции (фиг.2, диаграмма 17, моменты времени 29-30, 31-32 и т.д. на интервале 29-38) .

Число коммутаций силовых вентилей инвертора всех фаз для одного периода выходного напряжения определяется в предлагаемом способе выражением

LI = 121K + 1), где К вЂ” число регулировочных пауз в течение 60 эл.град, выходного напряжения, К = 2,3,4,...

После рассмотрения импульсов управления вентилями всЕх фаз в тече- 15 ние периода повторяемости (фиг,2, диаграммы 17-22 на интервале 29-38) легко продолжить полученные последовательности на весь период путем круговых перестановок (фиг,2, диаграм- 20 мы ) 7-22).

Импульсы управления 17-22 (фиг, 2) подают на вентили соответственно 1-6 инвертора (фиг ° 1). Фазные напряжения

23-25 (фиг.2) получаются при использовании графоаналитического метода при последовательном рассмотрении эквивалентных схем замещения, составленных для каждого интервала работы инвертора по предлагаемому способу. 30

Выходное линейное напряжение инвертора образуется путем векторного сложения соответствующих фазных напряжений (фиг.2, последовательность 26), 1

Рассмотрим работу инвертора(фиг.1 на нагрузку с коэффициентом сдвига фазы coo q = 0,6 (g = 53 эл,град.), пользуясь диаграммами импульсов управления 17-22 { фиг.2) предлагаемого способа. Работа инвертора расматривается на одной шестой части пе. риода выходного напряжения для всех фаз одновременно, полная картина фазных напряжений получается круговыми перестановками. Рассматриваемые моменты времени условно показаны стрелками на фиг.2 и обозначены 29-38.

Отсчет времени ведется с отметки 29 соответствующей максимальному значению линейного напряжения АВ (диаграмма 26 »а интервале 29-30, фиг,2); импульсы управления подают на вентили 1, 4 и 6 инвертора (фиг.1). В течение этого интервала времени таки направлены следующим образом: ток фазы A направлен от положительного зажима источника питания через открытый вентиль 1 к узлу нагрузки, ток фазы С направлен от отрицательного зажима источника питания через обратный диод 12 к узлу нагрузки; ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания (фиг.3a). В течение этого интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между фазами В и С.

При этом в фазе А амплитуда фазного напряжения на нагрузке равна +2/3 Е (F. — напряжение источника питания инвертора), а в фазах В и С равна— !

/3E (фиг,2, диаграммы 23-25). На интервале 30-31 (фиг.2) импульсы управления подают на вентили 4 и 6 катаднай группы инвертора (фиг,!). Такое включение вентилей приводит к формированию нулевой паузы в кривых фазных напряжений, так как все фазы нагрузки подключают к одному (отрицательному) зажиму источника питания (фиг,Зб). Б течение этого интервала времени токи направлены следующим образом: токи фаз A и С направлены от отрицательного зажима источника питания через обратные диоды 8 и 12 к узлу нагрузки; ток фазы В направлен от узла нагрузки через открытый вентиль 4 к отрицательному зажиму источника питания (фиг.Зб). В течение этога интервала времени происходит обмен реактивной энергии нагрузки между всеми фазами. На интервалах 31-32, 33-34, 35-36, 37-38 импульсы управления подают на вентили 1,4 6 инвертара. Схема замещения для этих интервалов та же, что и для рассмотренного интервала 29-30 (фиг ° 3a). На интервале 37-38 ток фазы С переходит через нуль, при этом происходит переход тока с обратного диода 12 на открывшийся вентиль 6, Этот переход тока не влияет на распределение фазных напряжений и они остаются прежними до конца рассматриваемого интервала фиг.За и фиг. 2, диаграммы 2325). 1осле перехода тока нет обмена реактивной энергии между фазами В и

С. На интервалах 32-33, 34-35, 36-37 импульсы управления подают на вентили 4 и 6 инвертора и в кривых фазных напряжений формируется нулевая пауза (фиг.Зб и фиг.2, диаграммы 23-25), Таким образом, на интервале 2938, что соответствует одной шестой части периода выходного напряжения, рассмотрена работа трехфазного мос1236591 тового инвертора на активно-индуктивную нагрузку с q< = 53 зл,град, Полная картина фазных напряжений получается путем круговой перестановки напряжений, полученнъ(х на одной шестой части периода (фиг,2, пос,педовательности 23-25). Линейное напряжение получа(от из соответствующих фазных напряхсений (фиг.2, последовательность 26), Полученные выходные линейные напряжения трехфазного мостового инвертора представляют собой последовательность широтно-модулированных импульсов. Форма выходных напряжений не зависит от параметров активно-индуктивной нагрузки в диапазоне изменения ее коэфициента сдвига фазы

0,5 = с(>s с())i 1),0.

Пр опля Гаемь(!(спОсОб у пр (Iвл ения позволяет улучх(ить. гармонический сос тав выходного напряжения. В моменты времени 27, 29, 38, 40 ((TO с.оответСТБУЕТ ПаЧаПУ Каждой ШЕСтОй ПЯСТИ г.ерис>дя выходного напр>(хсеп(зя ) модуль фазпого напряжения изменяется в одной

) фазе От — дo — Е, а Б другой — от

3 3

h C до 1- — !Е. Линейное напряжеМ, з — (, з) ние, Образовя>>кое путем векторного сложения фазных напряжений, имеет в середине каждого полупериода импульс длительllОстью которая Б ? раза ripe

Бь!шает длительность любого другого

IБ п(чльса J (HHel(HO I o напряжения (фиг.2, диаграммы 23-26, интервал 27381. Особенность формирокапия линейНОГО няпуях(ения coc rol! Гякже Б том, что модуляция длительности импульса линейнОГО напряжения ка икте))1зале !

+, och lf(ec твл(1(> I ся !le pe "fe)>(el IIIeм

6 у)! .(3аднеГO ф)>ОП . Им)(EJ(I C :. 1 а IIB 11HTep нале = — сь †вЂ, 1-. переднего рронт;1 б 3М

I импульса (момент времени 37, фиг, 2, диагряммг 26, Й вЂ” (He Jlo Ta«T»HH(x (f(Iтервалов на од !Ой шестой -(«.cTH nepuo I да Бь(Одн(\ГО;j;II)p((>У(- (Уi(H ), 1 з 1)мo(:,((-I ческий состягз выходного Напряжения по предлагаемому способу управления

Б cpenile1> с из>зестк(! .(Способом i(psf-моугопьпой )llf ) (111))P I с)вице re«ö с THóe T о сних сп)(и >(!1(питyä (fv>((Hb(х Гаp((o " ник (1--51 .

Ул чшепи(эиергегич(.ских показателей >(!())е 1>тОра Ос, (((ес тк 1) (l с r (((.>а (че т снижения числа коммутаций силовых

>зентилей следующим образом. Сигналы, формирующие полуволну напряжения, заполняют нерегулируемыми сигналами на интервалах 0-60 эл,град, (фиг.2, диаграмма 17, интервал времени 2829) и 120-180 эл.град. (интервал

1 времени 39-40 >. При этом Б течение

10 кахсдой шестой части периода поочередно для каждой фазы вентили двух фяз одной группы используют в режиме нулевых, т.е. эти вентили постоянно

Бключень(! фиг.2, диаграммы 20 и 22, интервал времени 29-381, 15

Коимутаци(о вентиля третьей фазы другой группы осуществляют регулируемыми по г(лительности несущими сигна—

Г ами следу(ощим образом. В Hà÷àëå кяж:;oil UIecòo() час Г!! пе)зиОда длительпосTH

Гервого несущего сигналя регулируют г(е)оеме)((е(зиеь! заднего фронта Hecy(»eг го сигнал-) E ())>H> . 2, диаграмма ) 7 „момент времен:(30 ), а его передний

25 фронт сливают c qe((Hим фронтом нерегулируемого сигнала на >IFI" ервапе

0-60 эл,град. (фиг.2. диаграмм;! 17, момент времени 29). Таким образом, длительность импульса упрагзпения силового вентиля увелг(чи>зается относиЭО ..ельно 60 эл. град. 1(а Белг(ч>(ну дли..-ельности несущего сигнала, а число коммутаций этого же силового вентиля уменьшается (фиг.2, диаграмма 17, ин..ервял Бремени 27-307 . В конце этой

35 ж шестой части периода Д:п!тел>,кость

))вслед((его несущего сигн;>(ья pe: улируот 1leðå((å!)>е!(1!еь(переднегo фронта не(у!((е(о сиl кала (,с)>иг, 2. Ди "t! ром((я 1 7, момент Бремени 37), r(e>-o a;1(I((iI

p() фрс(т сливают с r(epe((!i>fi«j>;:>OH To(. (pðе гулируемогo си лила (fë интервале

120--180 эп„гряд. (фиг.2„ диаграмма

17, моне(И: Бремени 381. Таким OGpaГ зо, д>(ите>зь) c)còH имиульса -о((ря)>пения

4 си,.loBoc» lзен r((JIsf увеписп(1>яется Отко б с ит ез)»1(» 60 эл . град, ня «eëH÷ilíó ,,з(и ге;1-(,Hñ сти нес.ушегп c)(г>(аля, а чис— )(? 1 Ом. )Ут:зций этОГО ihе сил»БОГО БPII хиля п(екьшает(>я (()If(. 2 диаграмма

17„ ии(ерва)(времени 37-40). Слеповат ль)(о, иа интервале длительностью

Б одну п(ес.т ло част>-. периоля осу!)>с-ств> ((Ртс>1 ()ескоммутациопкый перехог(им ((,:,:(,ГОБ уира!злеi(Hs E)PI(TH:!Бми двух

55 фс> . Из О "(Iio>(шР) той -засти периоДа Б др., Гу(о и из друго!(Б тpeò»þ и т.д. ))a фиг,2 эти моменть(обозняче и,. цифрами

?9 >пя фаз 1!. (Пня "рам..(я 17) и В (ди36591

7 !2 аграмма 20) и 38 для фаз А (диаграмма 17) и С (диаграмма 22). В следующей шестой части периода такой бес" коммутационный переход осуществляется опять для двух фаэ и т.д. Такой бескоммутационный переход импульсов управления силовых вентилей всех фаз приводит к снижению числа коммутаций силовых вентилей и, следовательно, к улучшению энергетических показателей инвертора, Фо р м ул а и з о б р е т е н и я

1. Способ управления трехфазным мостовым вентильным инвертором с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения путем формирования откры.вающих нерегулируемых сигналов вентилей инвертора каждой фазы на интервалах 0-60 и 120-180 эл.град..периода выходного напряжения и формирования на интервале 60-120 эл,град, несущих сигналов с широтно-импульсной модуляцией путем N --кратного выключения вентилей инвертора и изменения угла !! их проводимости !! от 0 до — где

311 любое целое число, при этом длительность первого из несущих сигналов регулируют перемещением заднего фронта несущего сигнала, передний фронт которого совпадает с задним фронтом нерегулируемого сигнала .а интервале 0-60 эл.град,, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выход1Î ного линейного напряжения и улучшения энергетических показателей инвертора, длительность последующих после первого несущих сигналов на интервале 60-120 эл.град. регулируют

15 перемещением переднего фронта, а задний фронт последнего из них совмещают с передним фронтом нерегулируемого сигнала на интервале 60—

120 эл.град.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью исключения фазового искажения выходного напряжения, длительность последующих

21 после первого несущих сигналов, кроI ме последнего, на интервале 60120 эл.град. регулируют перемещением как переднего, так и заднего фронтов.

1Z36591

Ð7 Р8 yzkp7p 7У 4Ð

ИН1Н1И

t 1

ÃÕ щщц лов

gа- г.3

Составитель Е, Калинкин

Техрел П.Олейник Корректор Е. Сирохман

Редактор Е, Папп

Заказ 3096/57 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д,4/5

1I оизводственно-полиграфическое предприят Be,, ". р,, г Ужго оц ул. Проектная> 4