Способ симметрирования выходных напряжений @ -фазного инвертора

 

СПОСОБ СИММЕТРИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ m -ФАЗНОГО ИНВЕРТОРА , заключающийся в том, что,формируют симметричную систему напряжений опорных фаз, синхронизированных JC выходными напряжениями инвертора и сдвинутых во времени относительно одна другой на величину Т/тс, где .Т период, а 4,„х частота ;выходного напряжения инвертора, измеряют начальные фазы выходных напряжений , сравнивают их с фазами опорных напряжений, в результате чего получают сигнал рассогласования, которым воздействуют на частоту выходного напряжения инвертора, увеличивая ее в два раза, если выходное напряжение отстает по фазе от опорного , и уменьшая частоту до нуля, если выходное напряжение опережает . по фазе опорное, отличающийс я .тем, что, с целью првьшения . точности симметрирования, в качестве начальной фазы измеряют обобщенную фазу, т.е. момент времени, соответствующий на диаграмме напряжений, положению центра тяжести площади, СП ограниченной полуволной выходного напряжения инвертора, для чего формируют из опорного напряжения пилообразное напряжение, перемножают его с выходным напряжением инвертора, полученное произведение интегрируют, и формируют сигнал, соответствующий 4 координате обобщенной фазы, путемделения проинтегрированного произве9д X) дения на проинтегрированное выходное напряжение инвертора. :о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) О 1) 4 (51)

ГОСУЯАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3477856/24-07 (22) 03.08.82 (46) 23.03.85. Бюл. В 11 (72) В.С,Руденко, В.А. Глазов и В.Я.Жуйков (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Адамия Т.Т., Чванов В.А.

Способы симметрирования трехфазной системы напряжений на выходе автономного инвертора при несимметрии .па.раметров нагрузки и инвертора.

"Электричество", 1972, 1(2, с. 48-51.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 660191, кл. Н 02 P 13/18, 1977. (54)(57) СПОСОБ CHMMETPHPOBAHHH BblХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ю -ФАЗНОГО ИНВЕРТОРА, заключающийся в том, что,формируют симметричную систему напряжений опорных фаз, синхронизированных

:с выходными напряжениями инвертора и сдвинутых во времени относительно одна другой на величину Т/в1 с, где, Т 1/ ц„- период, а Х,„- частота выходного напряжения инвертора, измеряют начальные фазы выходных напряжений, сравнивают их с фазами опорных напряжений, в результате чего получают сигнал рассогласования, которым воздействуют на частоту вы.ходного напряжения инвертора, увеличивая ее в два раза, если выходное напряжение отстает по фазе от опорного, и уменьшая частоту до нуля, если выходное напряжение опережает по фазе опорное, о т л и ч а ю щ и йс я .тем, что, с целью повьапения точности симметрирования, в качестве начальной фазы измеряют обобщенную фазу, т.е. момент времени, соответl ствующий на диаграмме напряжений, положению центра тяжести площади, ограниченной полуволной выходного напряжения инвертора, для чего формируют из опорного напряжения нипооб разное напряжение, перемножают его с выходным напряжением инвертора, полученное произведение интегрируют, и формируют сигнал, соответствующий координате обобщенной фазы, путем деления проинтегрированного произведения на проинтегрированное выходное напряжение инвертора.

1146783

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями, питающими несимметричные е -фазные нагрузки. S

Известен способ симметрирования

1 выходного напряжения трехфазного инвертора путем включения симметрирующих устройств (СУ) на выходе инверто— ра для выравнивания его нагрузки 1).10

Недостатком этого способа является наличие СУ, что приводит к снижению

КПД и увеличению габаритов инвертора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо- 15 соб симметрирования выходных напряжений tn -фазного инвертора, заключающийся в том, что формируют симметричную систему напряжений опорных фаз, синхронизированных с выхоДными нап- 20 ряжениями инвертора и сдвинутых во времени относительно одна другой на величину Т/m сe, где Т = 1/Е «„период, а Ьц„- частота выходного напряжения инвертора, измеряют на- 25 чальные фазы выходных напряжений, сравнивают их с фазами опорных напряжений, в результате чего получают сигнал рассогласования, которым воздействуют на частоту выходного нал- 50 ряжения инвертора, увеличивая ее в два раза, если выходное напряжение отстает по фазе от опорного, и уменьшая частоту до нуля, если выходное напряжение опережает по фазе опор- ное L2 3.

Недостаток известного способа закЪ лючается в том, что углы между образующими замкнутую систему векторами, которыми представляют напряжения на выходе инвертора, выравнивают, принимая во внимание только их первые гармоники. Это допущение непри: емлемо для инвертора напряжения, так как в нем выходные напряжения как правило несинусоидальны. Поэтому неучет высших гармоник приводит к большой погрешности, а применение фильтра на выходе инвертора в ряде случаев либо недопустимо, либо нецелесообразно.

Цель изобретения — повышение точности симметрирования выходных напряжений -фазного инвертора.

Поставленная цель достигается тем,55 что согласно способу симметрирования выходных напряжений в -фазного инвертора, заключающемуся в том, что формируют симметричную систему напряжений опорных фаз, синхронизированных с выходными напряжениями инвертора и сдвинутых во времени относительно одна другой на величину

Т/m с, где Т = 1/ дц„ — период, а „,„ — частота выходного напряжения инвертора, измеряют начальные фазы выходных напряжений, сравнивают их с фазами опорных напряжений, в результате чего получают сигнал рассогласования, которым воздействуют на частоту выходного напряжения инвертора, увеличивая ее в два раза, если выходное напряжение отстает по фазе от опорного, и уменьШая частоту до нуля если выходное напряжение опережает по фазе опорное, в качестве начальной фазы измеряют обобщенную фазу, т.е. момент времени, соответствующий на диаграмме напряжений положению центра тяжести площади, ограниченной полуволной выходного напряжения инвертора, для чего формируют из опорного напряжения пилообразное напряжение, перемножают его с выходным напряжением инвертора, полученно< произведение интегрируют и формируют сигнал, соответствующий координате обобщенной фазы, путем деления проинтегрированного произведения на проинтегрированное выходное напряжение инвертора.

На фиг. 1 изображены эпюры выходного напряжения одной фазы инвертора например, для активной нагрузки и

его 1-я гармоника при симметричном (ct) и несимметричном (о) режимах соответственно; на фиг. 2 — функциональная схема устройства (одной фазы), реализующего предлагаемый способ симметрирования; на фиг. Э— эпюры напряжений, поясняющие работы устройства реализации (одной фазы) и регулирования обобщенной фазы.

Способ осуществляется следующим образом.

Возникновение асимметрии выходных напряжений инвертора, например, из-за неравномерности его нагрузки по фазам сопровождается искажением формы этих напряжений, а, значит, и изменением на разные величины начальных фаз всех гармоник их спектров (фиг. 1, I ая гармоника). Эти изменения учитывают моментом времени, соответствующим положению центра тяжести полуволны выходного

6783 4 ратора 2 опорных фаэ (ГОФ) . Первый .выход ГОФ 2 подключен к первому вхо ду измерителя 3 обобщенной фазы, а второй — к входу сумматора 4, к другому входу которого подключен выход измерителя 3. Выход сумматора через генератор 5 управления (ГУ) подключен к входу инвертора 6, выход которого подключен к второму и третьему входам измерителя 3. Измеритель 3 состоит из перемножителя 7, интеграторов 8 и 9 и делителя 10.

Первый и второй входы измерителя 3 являются входами перемножителя 7, выход которого через интегратор 8 подключен к первому входу делителя 10, к второму входу которого подключен выход интегратора 9, вход которого является выход делителя 10.

Блоков 3-6 имеется по числу выходов инвертора.

Работа устройства рассмотрена

Ф на примере регулирования обобщенной фазы выходного напряжения одного канала (фазы) многофазного инвертора.

Синхронизатор 1, выполненный, например, на мультивибраторе, вырабатывает напряжение прямоугольной формы частоты f где m — число фаэ инвертора, д †часто выходного напряжения инвертора. Это напряжение с выхода синхронизатора 1 поступает на вход ГОФ 2, состоящего из делителя : чачтоты с коэффициентом деления, равным е/2, ГОФ 2 фррмирует на втором выходе напряжения опорных фаз (фиг. Зз — одно из них) прямоугольной формы частоты 2

Вых

Эти опорные напряжения сдвинуты во времени друг относительно друга

I строго на величину T/rn с, где Т1/ ы, образуя опорную симметричную систему напряжения. Кроме того, ГОФ 2 содержит генератор пилообразного напряжения, который формирует пило-, образное напряжение с углом наклона о в 45 и длительностью, равной Т/2, поступающее на первый выход ГОФ 2.

1 С1У

Напряжение опорной фазы поступа50 ет на вход сумматора 4. На его другой вход с вькода измерителя 3 обобщенной фазы поступает импульс (фиг. Зж), соответствующий временной координате центра тяжести полуволны

SS кривои выходного напряжения инвертора или его обобщенной ф зе.

Измерение обобщенной фазы производят в соответствии с выражением

3 114 напряжения инвертора. Моменты времени измеряют, сравнивают с ofzopными, и, воздействуя на систему управления инвертором, выравнивают так, чтобы они отстояли друг от друга на величину Т/в с, где Т вЂ” период выходного напряжения инвертора.

Можно показать, что координата абсциссы центра тяжести полуволны несинусоидальной периодической функции 5 (Ф) с периодом . Т =2я/ш . определяемая отношением моментов первого (м1) и нулевого (м ) порядков этой функции,н интервале (О, Т/2):

t5(t) еЦ, М

1 0

Н1в T/

S(t1 еИ

20 характеризует обобщенную начальную фазу Ф функции 5 (4) .

Связь этой координаты У, (или обобщенной начальной фазы Ф ) с начальными фазами гармоник спектра функции 3(11 выражается зависимостью = //2-K4g 11 где 4 — угол наклона к вещественной оси интегрального вектора с амплиту,дой С©, образованного путем геометри,ческого суммирования всех векторов с амплитудами С,1 и углами „, кото рыми можно представлять гармоники от

1 до и ряда фурье функции S (4) в момент времени 1 = О. 35

К -, коэффициент, зависящий от гармонического состава функции 5 (1) .

Момент времени, соответствующий временной координате центра тяжести полуволны несинусоидального напряжения,40 можно рассматривать. (а учетом смещения на постоянную величину T/2) как обобщенную начальную фазу этого напряжения, учитывающую начальные фазы Мд всех гармоник его спектра.

Квазисинусоидальное (многоступенчатое) выходное напряжение инвертора, может быть реализовано например, методом суммирования в общем контуре и инверторных ячеек, выходные напряжения которых - меандры — одинаковой частоты, равной частоте выходного напряжения инвертора, сдвинутые друг относительно друга во времени на требуемую величину..

Устройство реализации для одной фазы устройства состоит из синхронизатора 1, подключенного к входу гене1146783 (1) путем деления делителем 10 проинтегрированного на интеграторе 8 произведения выходного и синхронизированного с ним пропорционального времени напряжения (пилообразное 5 напряженке) на проинтегрированное интегратором 9 выходное напряжение инвертора.

Информацию об измеряемой обобщенной фазе получают в виде импульса, сдвинутого во времени относительно этой фазы на величину Т/2.

Если выхрдные напряжения инвертора симметричны (фиг. 1а), сигнал с выхода сумматора 4 отсутствует 15 и ГУ 5 вырабатывает импульсы прямоугольной формы (фиг. За) частотой j,, значительно превышающей частоту „„ выходного. напряжения инвертора. Причем, чем вьзпе частота импульсов ГУ, 10 тем выше точность регулирования (стабилизации) обобщенной фазы. Генератор импульсов выполнен, например; на мультивибраторе. Кроме того, ГУ обладает свойством преобразовывать 25 указанные импульсы в импульсы частотой Е„ /2 (фиг. Зб) или оставлять их неизменными (фиг. 3a).

С выхода ГУ 5 импульсы частоты /2 поступают на инвертор 6, сис- Зр тема управления которого путем деления частоты (фиг. Зв, г, д, е) формирует из них импульсы для управления силовой частью инверторной ячейки (фиг 3е сплошная) Выходные д5 напряжения инверторных ячеек суммируют и получают в -выходных напряжений ннвертора, одно из которых изображено пунктиром (фиг. За).

При возникновении асимметрии 40 на выходе инвертора, например, из-за неравномерности его нагрузки по фазам, кривая выходного напряжения рассматриваемой (как и остальных) фазы искажается (фиг. 1б, Фиг. Зе (пунк- 4 тиром)), происходит сдвиг во времени положения центра тяжести полуволны кривой этого напряжения, т,е. ее обобщенной фазы. При этом моменты перехода указанного напряжения через 1О нуль остаются неизменными. В результате чего на выходе сумматора 4 появляется сигнал рассогласования обобщенной фазы (фиг. Зи) в виде логического "0" длительностью

Г=Тд /360 (c) где д — угол рассогласования .обоб. ценной фазы, град.

Знак (опережение или отставание) и величина смещения обобщенной фазы в каждом из п каналов инвертора могут быть различными. Предположик, что обобщенная фаза одного из выходных напряжений инвертора отстает от опорной, как показано на фиг ° 3e.

Как видно из эпюр напряжений (фиг. Зб,в, г, д, е ), ГУ 5, увеличивая частоту импульсов формирования вдвое, смещает во времени всю искаженную кривую выходного напряжения (моменты ее перехода через нуль) в сторону опережения, тем самым смещая и обобщенную фазу. При этом величину рассогласования обобщенной Фазы отрабатывают за время

T T = Т а $ /360 = Vü, т.е. за время существования самого сигнала рассогласования. Аналогично отрабатывают опережение обобщенной фазы относительно опорной. Поскольку информацию об обобщенной фазе в виде импульса получают в следующий sa измеряемым полупериод выходного напряжения инвертора, в который и происходит его сдвиг путем "сжатия" или

"расширения" (в случае опережения обобщенной фазы) полуволны этого напряжения, сигнал рассогласования остается постоянным на все время его отработки. В один полупериод выходчого напряжения измеряют обобщенную фазу, в другой отрабатывают сигнал рассогласования фаз, в результате чего выходные напряжения у -фазного инвертора вновь образуют симметричную систему синхронно с опорной системой напряжений.

Таким образом, благодаря тому, что при симметрировании учитываются все гармоники спектров выходных напряжений инвертора, достигается преимущество в точности симметрирования последних по сравнению с .известным способом.

1146783

1146783

Составитель В.Жмуров

Техред М.Кузьма Корректор И.Зрдейи

Редактор Н.Данкулич

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4

Заказ 1378/42 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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