Способ управления ключами трехфазного инвертора

 

Использование: преобразование постоянного напряжения в регулируемое трехфазное переменное напряжение для систем электропривода и вторичного электропитания . Сущность изобретения: инвертор выполнен в виде трех полумостов с первыми 1, 3, 5 и вторыми 2, 4, 6 ключами, коммутируемыми на несущей частоте, в несколько раз превышающей частоту выходного напряжения инвертора. В начале каждого периода несущей частоты на протяжении каждого нечетного интервала длительностью 60 эл. град, открыты одновременно первые ключи 1.3,5 всех полумостов, а в момент времени, определяемый законом модуляции выходного напряжения, в данном периоде несущей частоты производят переключение цепи нагрузки с первого ключа 1. 3, 5 на соответственно 2, 4, 6. На протяжении каждого четного интервала длительностью 60 эл. град, порядок коммутации ключей 1-6 изменяют на обратный, т.е. в роль первого ключа выполняет второй и наоборот. Моменты переключения ключей с первого на второй и обратно корректируют, обеспечивая симметрию относительно середины периода несущей частоты, в тех двух фазах, где длительность открытого состояния ключей максимальна и минимальна. 4 ил. у Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s Н 02 М 7/5395

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

°

\ Ф

Ql 4

V 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4901477/07 (22) 09.01.91 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Ульяновский политехнический институт (72) В.М.Иванов

-(56) Авторское свидетельство СССР

М 830631,. кл. Н 02 M 7/48, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 731551, кл. Н 02 Ы 7/515, 1977. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КЛЮЧАМИ

ТРЕХФАЗНОГО ИНВЕРТОРА (57) Использование: преобразование постоянного напряжения в регулируемое трехфазное переменное напряжение для систем электропривода и вторичного электропитания. Сущность изобретения: инвертор выполнен в виде трех полумостов с первыми 1, 3, 5 и вторыми 2, 4, 6 ключами, коммутируемыми на несущей частоте. в несколько раз превышающей частоту выходного напряже„„Я „„1815777 А1 ния инвертора. В начале каждого периода несущей частоты на протяжении каждого нечетного интервала длительностью 60 эл. град. открыты одновременно первые ключи

1, 3, 5 всех полумостов, а в момент времени, определяемый законом модуляции выходного напряжения, в данном периоде несущей частоты производят переключение цепи нагрузки с первого ключа 1, 3, 5 на соответственно 2, 4, 6. На протяжении каждого четного интервала длительностью 60 эл. град. порядок коммутации ключей 1-6 изменяют на обратный, т.е. в роль первого ключа выполняет второй и наоборот. Моменты переключения ключей с первого на второй и обратно корректируют, обеспечивая симметрию относительно середины периода несущей частоты, в тех двух фазах. где длительность открытого состояния ключей максимальна и минимальна. 4 ил.

1815777

Предлагаемый способ относится к преобразовательной технике и может быть использован, например, в преобразователях частоты с широтно-импульсной модуляцией для регулирования скорости ансинхронного двигателя.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности путем снижения напряжения на ключах.

На фиг.1 представлена схема трехфазного автономного инвертора для реализации способа; на фиг.2 показаны диаграммы напряжений и управляющих импульсов; на фиг.3 — диаграммы исходных (а) и скорректированных (б) управляющих импульсов и напряжений; на фиг.4 — пример устройства управления для реализации предложенного вида модуляции, Автономный инвертор содержит три полумоста полностью управляемых ключей 16 и три полумоста неуправляемых обратных вентилей 7-12. Каждый из полумостов фазы инвертора состоит из согласно-последовательно соединенных первого и второго ключа, подключенных соответственно к первому и второму выводам источника питания, а средней точкой к соответствующей фазе асинхронного двигателя, Рассмотрим работу инвертора при соотношении между несущей и выходной частотами инвертора равном 12.

На 1-м периоде несущей частоты, где происходит переход фазы А через "0" (см. фиг.2), в начале периода открывают вторые силовые ключи 2, 4, 6 полумостов фаз инвертора. Затем производят переключение на первые ключи 1. 3, 5 полумостов в соответствии с законом модуляции напряжений в. фазах инвертора. На 2-м периоде несущей частоты указанный порядок работы ключей сохраняют, а на 3-м периоде порядок работы ключей в фазах инвертора изменяют на противоположный в соответствии с изменением знака производной модулируемого напряжения в фазе В, Таким образом, порядок работы первых и вторых ключей изменяют всякйй раз, когда начинают формировать вторую половину отрицательного или положительного полупериода напряжения для фаэ А, В, С двигателя 13, т.е. через 1/6 часть периода выходного напряжения инвертора.

Модуляция напряжений UA. 0в, Ос на фазах двигателя осуществляется за счет регулирования времен включения ключей, входящих в фазы инвертора, В случае исходной синусоидальной модуляции длительность включенного состояния первых ключей для фаз А, В, С (см. фиг.З,а) записывается следующим образом:

Лт1д = х{1+,и sin(K — 1)2 л/n)/2;

b, tts =х{1+,и sin((K — 1)2л/n — 2л/3))/2; (1) Л tqc = х{1+,и з!п((К вЂ” 1)2к/n+ 2 л/30/2.

А, Х Atmax Atmin с. dmin

40 д1 ° х + Atmax 4tmia

2 2 где Atmin, Atmax — минимальное и максимальное значение времен включенного состояния первых ключей в фазах инвертора. определяемых системой уравнений (1), Закон модуляции при принятом соотношении между несущей и основной частотами необходимо изменять на четных периодах несущей частоты (см. фиг.2, З,б). так как на нечетных интервалах моменты переключения ключей в двух фазах инвертора симметричны относительно середины периода несущей частоты и соответствуют модуляции равных значений напряжения.

Среднее значение напряжения на периодах несущей частОты для фаз двигателя при этом остается беэ изменения. Импульсы уп45

Здесь,и = коэффициент глубины моду10 ляции; r = Т/6N — длительность периода несущей частоты, где N — любое целое число; n = 6N = f/ Q- соотношение между несущей f и выходной Ичастотами; К = 1, 2, 3, ... — номер периода несущей частоты. Импуль-.

15 сы управления вторыми ключами 2, 4, 6 дополняют импульсы управления первыми ключами 1, 3, 5 до периода несущей частоты, Основные ограничения, определяющие коэффициент использования источника

20 питания по напряжению и действующее значение 1-й гармоники выходного напряжения, проявляются при углах модуляции л/2 и близким к ним при другом п. Это обусловлено тем, что моменты переключе- . ния с первых ключей на вторые, в совокупности определяющие результирующее напряжение, несимметричны относительно периода несущей частоты для различных фаз инвертора.

Для устранения влияния асимметрии моментов переключения на кривые выходного напряжения моменты переключения ключей корректируют, Для этого выбирают

35 время, соответствующее минимальной

Ьtmin и максимальной Ьtmax äëèòåëüíîñòè

I работы ключей следующим образом:

1815777 равления первыми ключами для описанного способа управления приведены на фиг.2.

Кривые фазных напряжений двигателя UA, 0ц, Uc при соединении обмоток двигателя в звезду показаны ниже, 5

Коэффициент использования источника питания инвертора по напряжению можно определить из следующего соотношения:

К = 0н.ср./Е, Kmax

20 бг

= —,й

25 для описанного управления

Крах

Зт

2 (т 1 + c sin лб2 — г 1 — с в п л/2)) 30 бг

3 где Лт 1A = Л t max. At 1B =Л t min.

Повышение коэффициента использования источника питания инвертора может быть выражено следующим соотношением:

K max тгпах у

Kmax tmax A tmin что для описанного управления по сравнению с прототипом составляет повышение в

1,33 раза. Эффект повышения коэффициен- 45 та использования источника питания инвертора по напряжению справедлив и для других соотношений между несущей и основной частотами, например, при n = 18 коэффициент повышается в 1,21 раза, при 50 и — = 24 — в 1,33 раза и т.д. Это позволяет облегчить работу ключей, так как напряжение источника питания при этом можно снизить. Использование указанного эффекта позволяет также расширить диапазон регулирования частоты вращения асинхронного двигателя вверх от номинальной частоты вращения асинхронного двигателя при согде Ui-i.,р. — среднее напряжение на нагрузке, Š— напряжение источника питания. Например, для фазы А двигателя при угле модуляции равном л/2 его максимальные 15 значения составляют: для известного управления хранении перегрузочной способности двигателя.

На фиг.4 показан пример устройства для реализации предложенного вида модуляции. Устройство управления трехфазным инвертором содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, счетчик

2 периода несущей частоты, счетчик 3 соотношения между несущей и выходной частотами инвертора, счетчики 2 и 3 подключены соответственно к младшим и старшим адресным входам постоянного запоминающего устройства 4, выходы данных которого через блок 5 усилителей подключены к управляющим входам ключей инвертора.

Основным элементом устройства (фиг.4), определяющим последовательность срабатываний ключей и длительность их работы является постоянное запоминающее устройство 4. Адресное пространство запоминающего устройства разбито на ряд областей, число которых равно соотношению между несущей и выходной частотами инвертора. Протяженность одной области определяется разрядностью счетчика 2 периода несущей частоты. Каждый из разрядов запоминающего устройства программируется последовательностями 0 и 1, число которых пропорционально соответственно паузе и работе соответствующего силового ключа 1-6 (фиг.1, 2) на периоде несущей частоты. Совокупность состояний разрядов составляет результирующий код ячейки памяти, определяющий работу всех ключей инвертора на такте работы задающего генератора. Результирующий код одного разряда данных внутри области пропорционален длительности работы соответствующего ключа инвертора на периоде несущей частоты, Исключение сквозных токов в момент переключения ключей, входящих в фазу инвертора, достигается программированием 0 в соответствующем разряде запоминающего устройства по адресу, пропорциональному фазе момента переключения, Развертка кодов во времени, поступающих с выходной шины данных запоминающего устройства 4 через блок усилителей 5 на управляющие входы. ключей инвертора, осуществляется с помощью задающего генератора 1 и счетчиков 2 и 3. При этом с помощью счетчика 2 осуществляется развертка кодов внутри области памяти, а счетчика 3 — переход на другую область памяти (период несущей частоты).

Таким образом корректировка управляющих сигналов. обеспечивающая симметрию моментов переключения цепи нагрузки в двух фазах инвертора относительно сере1815777 дины периода несущей частоты, позволяет повысить запас по длительности работы ключей и увеличить действующее значение

1-й гармоники выходного напряжения.

Формула изобретения

Способ управления ключами трехфазного инвертора с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащего в каждой фазе полумоста из согласно последовательно соединенных первого и второго ключа, подключенных соответственно к первому и второму входным выводам, причем на протяжении каждой нечетной 1/6 части периода выходного напряжения инвертора Т в начале каждого периода несущей частоты т = Т/6N, где N— любое целое число, открывают одновременно все первые ключи, а в момент времени, определяемый законом модуляции данной фазы выходного напряжения инвертора на данном периоде т, переключают цепь на-. грузки инвертора с первого ключа на вто5 рой, а на протяжении каждой четной 1/6 части периода Т, порядок коммутации ключей изменяют на обратный, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежно. сти путем снижения напряжения на ключах, 10 моменты переключения цепи нагрузки с первого ключа на второй и обратно корректируют; обеспечивая симметрию относительно середины периода т в тех двух фазах, где длительность открытого состоя15 ния ключей соответственно максимальна и минимальна.

1815777 фиг. 4

Редактор

Заказ 1643 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государстванного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Инп.

ynp. t

ИЮВ. улр1

Вю.

gJfpе 4f

Составитель B,Èâàíoà

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101