Стабилизированный по напряжению трехфазный мостовой инвертор

Стабилизированный по напряжению трехфазный мостовой инвертор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

о И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ в720636

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДИТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17.10.77 (21) 2534080/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл 2

Н 02 M 7/48//

Н 02 P 13/18

Гасударственный квинтет

СССР не делам изобретений н еткрытнй (53) УДК 621.314..57 (088.8) Опубликовано 05.03.80. Бюллетень №9

Дата опубликования описания 15.03.80 (72) Авторы изобретения

Г. С. Мыцык, А. В. Чесноков, И. В. Балюс и А. И. Чернышев

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПО НАПРЯЖЕНИЮ

ТРЕХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении вторичных трехфазных источников электропитания, предназначенных как для централизованных систем электроснабжения, так и для час- s тотно-управляемых электроприводов.

Большое число схем стабилизации выходного напряжения преобразователей можно разделить на два класса, использующих компенсационный и параметрический способы стабилизации. Схемы, использующие ю компенсационный способ, содержат, как правило, измерительный орган напряжения и исполнительный орган, изменяющий ве-, личину выходного напряжения преобразователя в соответствии с сигналом измерительного органа. Наличие такого измерительного ограна усложняет схему преобразователя, ухудшает его массогабаритные, энергетические и динамические показатели. Недостатком преобразователей, реализующих компенсационный способ стабилизации, является также инерционность, не позволяющая быстрб отрабатывать резко меняющиеся внешние возмущения. В отличие от схем компенсационного способа стабилизации напряжения схемы параметрического способа не содержат цепи обратной связи и, в частности, измерительного органа. напряжения. При воздействии внешнего возмущения, в данном случае по цепи питания, выходное напряжение преобразователя остается неизменным за счет автоматического изменения параметров элемента, определяющего его величину.

Известны однофазные инверторы или конверторы, реализующие параметрический способ стабилизации (1) . Известные устройства содержат мультйвйбратор на насыщающемся трансформаторе с прямоугольной петлей гистерезиса, который выполняет одновременно информационные и силовые функции, балластный резистор в цепи его питания и выходную цепь в виде обмотки трансформатора в случае однофазного инвертора или в виде обмотки трансформатора, нагруженной на выпрямитель в случае конвертора. Обеспечиваемая точность стабилизации выходного напряжения при этом приемлема для подавляющего числа случаев применения.

720636

К недостаткам известных инверторов следует отнести уменьшение КПД и значительное ухудшение массогабаритных показателей преобразователей, обусловленное наличием" токоогранйчйвающих элементов в виде балластных сопротивлений или активных элементов.

Известен также инвертор, который содержит мост управляемых ключей и блок управления. В состав блока управления входят последовательно включенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический узел, выходы которого связаны с управляющими входами ключей инвертора, а также функциональный узел-модулятор длительности импульса, включенный между задаю1цим генератором и логическйм узлом, который осуществляет функцию изменения ширины управляющего импульса. Данный узел выполнен на базе генератора пилообразного напряжения и при его помощи на основе компенсационного способа в прин ципе может осуществляться как регулирование, так и стабилизация выходного напряжения. В том случае, когда модулятор длительности импульса выполняет функцию стабилизации выходного - йа1фяЖения; его управляющим сигналом является сигнал измерительного органа напряжения, пропорциональный выходному фазному напряжению инвертора. Он снимается либо непосред"ственно с зажимов для подключения нагрузки, либо с зажимбв для подключения инвертора к шинам питающей сети 12 .

Недостатками известного инвертора является то, что в первом случае выходное напряжение должно быть выпрямлено и отфильтровано при помощи фильтров с достаточно большим коэффициентом добротности, "что внесет соответствующее запаздывание и ухудшит качество стабилизации выходного напряжения, особенно в переходных режимах при колебаниях напряжения питающей сети. Во втором случае, когда измерительный орган напряжения подключен" к шйнам питающей сети инвертора, резкие колебания напряжения питания могут вообще нарушить процесс стабилизации при выше- описанном варианте выполнения функционального узла. Эти нарушения (сбои), а также необходимость введения дополнительного измерительно-согласующего узла в блок управления для получения сигнала, про порциональйого выходному" напряжению, и негативные свойства, присущие компенсационному способу, являются недостатками инвертора.

Целью изобретения является упрощение и повышение качества стабилизации выходногб йапряжения в переходных режимах при колебанийх напряжения питающей сети.

Для достижения поставленной цели используется известный трехфазный мостовой инвертор, содержащий мост управляемых

4 ключей и блок управления. В состав блока управления входят последовательно включенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический узел, а также модулятор длительности импульса, включенный между задающим генератором и логическим узлом. Выходы логического узла связаны с входами управляемых ключей ин вертора, модулятор выполнен в виде одновибратора импульсов, содержащего триггер, счетный вхоД которого связан с выходом задающего генератора, и о нофазную инверторную ячейку с насышающимся трансформатором на выходе и ключевым элементом в цепи питания. Входы управляемых ключей однофазной инверторной ячейки связаны с

15 прямым и инверсным выходами триггера, а управляющий вход ключевого элемента в цепи питания связан через выпрямитель с одной из выходных обмоток насыщающегося трансформатора. Другая выходная обмотка этого трансформатора подключена к

26 двухполупериодному выпрямителю, выход которого образует выход одновибратора.

Цепь питания одновибратора связана с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора, к питающей сети.

Ы

На фиг. 1 — принципиальная схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы; на фиг. 3 — зависимост -личины выходного напряжения инвертора .. напряжения питания при различном числе регу36 лировочных импульсов N.

Ы

Стабилизированный по напряжению инвертор (фиг. 1) содержит мост управляемых ключей 1 — 6 и блок управления. В состав блока управления входят задающий генератор (ЗГ)7, который осуществляет синхронизацию раб1зты отдельных узлов, распределитель 8 импульсов, логический узел

9, выходы которого связаны с входами управляемых ключей 1 — 6, и модулятора длительности импульсов, выполненный в виде одновибратора 10 импульсов. Одновибратор

10 содержит триггер 11, работающий в ключевом режиме, счетный вход которого связан с задающим генератором 7, и однофазную инверторную ячейку 12 с включенным на выходе насыщающимся трансформатором 13. Управляющие входы ключевых элементов 14 — 15 связаны с прямым и инверсным выходами триггера 11, соответственно.

В цепи питания однофазной инверторной ячейки 12 включен ключевой элемент 16, управляющий вход которого связан через выпрямитель 17 с одной из выходных обмоток насьпцающегося трансформатора 13.

Другая выходная обмотка этого трансформатора поДключена к выпрямителю 18, выход которого образует выход одновибратора 10. На выходе одновибратора 10 включен логический элемент НЕ 19, осуществляющий инверсию выходного сигнала. Цепь пи720636

5 тания одновибратора 10 с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора к питающей сети U„, причем это может быть сделано либо непосредственно, как показано на фиг. 1 в том случае, когда напряжение питания инверторов U„ невелико, либо в целях уменьшения габаритов насыщающегося трансформатора 13, через делительное устройство, осуществлякицее пропорциональное уменьшение напряжения питающей сети.

Логический узел выполнен на элементах И-ИЛИ-HE и представляет собой шесть идентичных каналов для формирования управляющих сигналов каждым из шести ключейй инвертора. Выходы 20 — 25 распределителя 8 импульсов подключены к двум входам каждого из шести трехвходовых логических элементов И 26 — 31 и к входу одного логического элемента ИЛИ-НЕ 32 — 37.

К третьему входу логических элементов

26 — 31 подсоединен выход одновибратора

10, а каждый из выходов этих элементов подключен ко второму входу соответствующего элемента 32 — 37, выходы которых являются выходами блока управления и подсоединены к управляющим входам ключей

1 — 6 инвертора.

Принцип работы инвертора поясняется временными диаграммами, приведенными йа фиг. 2, где показаны:

7 — сигнал с выхода задающего генератора 7;

20 — 25 — сигналы с выхода распределителя 8 импульсов 8;

11 — сигнал с выхода триггера 11 одновибратора 10;

13 — форма напряжения на обмотках насыщающегося трансформатора 13;

1B — сигнал с выхода одновибратора 10 импульсов;

19 — сигнал. с выхода логического элемента НЕ 19 на выходе одновибратора 10.

26 — 31 — сигнал с выходов логических элементов И 26 — 31 логического узла 9;

32 — 33 — сигналы с выходом логических элементов ИЛИ-НЕ 32 — 33 для управления ключами 1, 2 инвертора;

Uz — форма выходного фазного напряжения инвертора, стабилизированного по величине основной гармоники.

Задающим генератором 7 задают выходную частоту инвертора. Распределитель 8 импульсов обеспечивает 120-градусный фазовый сдвиг управляющих сигналов 20 — 25 (см. фиг. 2) ключей 1 — 6 инвертора. Триггер 11 одновибратора 10 импульсов переключает в соответствии с тактовыми импульсами задающего генератора 7 транзисторы 14 — 15 однофазной инверторной ячейки 12. Число витков коллекторных обмоток

38 — 39 насыщающегося трансформатора,13 выбирают таким образом, чтобы при минимально возможном напряжении питания

N — число регулировочных пауз длительностью на периоде управляющего сигнала; ,К вЂ” номер гармоники.

Основная гармоника напряжения (соответствующая K=1) имеет вид: — — — — — — sin (w t+0 ) .

2ц, йи.(/4м-,с i)

„Уздаи /6М

В простейшем случае, когда число регулировочных пауз N равно 1 (см. фиг. 2), действующее значение первой основной гармоники фазного напряжения, выраженное через напряжение питания Un, примет вид:

2S

На фиг. 3 представлена зависимость действующего значения напряжения первой гармоники в функции напряжения питания. Видно, что при изменении Up в пределах +-15%, изменяется в пределах + 0,8 до — 1,3%. В тех случаях, когда данная точность стабилизации не устраивает потребителя, число регулировочных пауз может быть увеличено. Так, например, при N =3, выражение для действующего значения первой гармоники примет вид:

Uzq > — — 2,592U„s1п (%Овады/1 8U и) и при том же диапазоне изменения напряжения питания Uz<> изменяется в пределах

+0,08% до — 0,16% (см. фиг. 3), что практически всегда удовлетворяет потребителя электромашинного типа. В этом случае задающим генератором 7 и распределителем 8 импульсов должен быть включен дополнительный делитель частоты, а логический узел 9 видоизменен, для того чтобы избежать возможного искаженного воздействия реакции ЭДС активно-индуктивной нагрузки. Для сравнения на графике пунктиром представлена кривая действующего значения первой гармоники нестабилизированного фазного напряжения.

При использовании стабилизированного инвертора по предложенной схеме в частот40

SO

6 инвертора (а следовательно, и одновибратора 10)00 4 длительность выходного сигнала 18 одновибратора 10 импульсов была бы равна я/ÇN (для случая N=1, см. фиг. 2). Трансформатор 13 при этом перемагничивается на собственной частоте, пе риод которой равен Т /ÇN, где Т2 — и" частоты выходного напряжения инвер о, Увеличение величины питающего напряжения Ип вызывает пропорциональное уменьшение длительности выходного сигнала 13

10 одновибратора импульсов или соответствующее увеличение длительности 4 управляющего сигнала 19 и уменьшение величины выходного напряжения, Первая гармоника выходного напряжения Uzg (действующее или максимальное ее значение) при этом

15 будет стабилизировано (cM. фиг. 3).

Выходное фазное напряжение инвертора описывается выражением: где Un — напряжение питания инвертора;

720636 но-регулируемом электроприводе выявляется его новая функциональная возможность, а именно, обеспечение пропорционального регулирования по закону U/f = const npu одновременной стабилизации выходного напряжения на любой выходной частоте. Таким образом, предложенный инвертор может применяться в качестве вторичных трехфазных источников электропитания как для централизованных систем электроснабжения, так и на частотно-регулируемом электроприводе при частотном разгоне (запуск) электродвигателей по закону U/f= const.

Формула изобретения

Стабилизированный по напряжению трехфазный мостовой инвертор,содержащий мост управляемых ключей и блок управления в виде последовательно включенных задающего генератора, распределителя импульсов и логического узла, выходы которого связаны с входами управляемых ключей, а также модулятора длительности импульса, включенного между задающим генератором и логическим узлом, отличающийся тем, что, с целью напряжения в переходных режимах при колебаниях напряжения питающей сети, вышеупомянутый модулятор выполнен в виде одновибратора импульсов, содержащего триггер, счетный вход которого связан с выходом задающего генератора, и однофазную инверторную ячейку на управляемых ключах, к выходным, вЫводам которой подключена первичная обмотка введенного насыщающегося трансформатора, причем входы управляемых ключей однофазной инверторной ячейки связаны с прямым и инверсным выходами триггера, последовательно в цепи питания однофазной инверторной ячей 0 ки установлен ключевой элемент, управляющий вход которого связан .через выпрямитель с одной из выходных обмоток упомянутого насыщающегося трансформатора, другая выходная обмотка этого трансформатора подключена к двухполупериодному выпрямителю, выход которого образует выход одновибратора, а цвпь питания одновибратора связана с выводами для подключения трехфазного мостового инвертора к питающей сети.

20, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Моин В. См Лаптев Н. Н. Стабили; зированные транзисторные преобразователи. М., «Энергия», рис. 8 — 16, рис. 8 — 17.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2416674/07, кл. Н 02 P 13/18, 1976 (прототип) .

720б36

0, ///

Un 1

03 0Æ 09 0 05 1,0 105 11

Составнтель Ю. Андреев

Редактор Ю. Челюканов Техред K. Шуфрнч Корректор N. нигула

Заказ 10240/45 Тираж 783 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4