Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией (варианты)

Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией может быть использован в системах управления преобразователями частоты. Достигаемый технический результат - повышение качества работы электропривода в установившемся режиме и переходных режимах за счет исключения постоянных составляющих в выходном напряжении автономного инвертора на субгармонических частотах. Способ преобразования заключается в сравнении опорного пилообразного сигнала с положительной и инвертированной отрицательной полуволнами задающего (синусоидального) сигнала, причем при переходе задающего сигнала через ноль опорный пилообразный сигнал сбрасывают в начальное состояние, которое заранее определено и находится в диапазоне от нуля до максимума. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты.

Известны способы преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), в основе которых лежит принцип наложения синусоидального сигнала задания на пилообразный сигнал несущей частоты ШИМ, реализованные по принципу двуполярной широтно-импульсной модуляции (Н02М 7/527, Н02Р 5/175, RU 2012989 C1, 20.06.2004). Указанный способ имеет недостаток - большое искажение напряжения по сравнению с инверторами с однополярной широтно-импульсной модуляцией (ОШИМ).

Наиболее близким взятым за прототип является способ управления преобразователем напряжения с ОШИМ (Н02М 7/527, RU 2071634 C1, 01.10.1997 и фиг.1). Квазисинусоидальное напряжение формируется путем однополярной широтно-импульсной модуляции при сравнении пилообразного сигнала несущей частоты с синусоидальным сигналом задания с инвертированной отрицательной полуволной, что отображено на фиг.1,

где

U - напряжение;

t - время;

UЗ - сигнал задания;

UП - опорный пилообразный сигнал;

F - коммутационная функция управления силовыми ключами.

Данный способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией реализуется путем сравнения по модулю задающего синусоидального сигнала с опорным пилообразным сигналом, по результату сравнения формируется сигнал управления силовыми ключами.

Недостатком данного способа является ухудшение качества работы электропривода в установившемся режиме и переходных режимах за счет появления, при определенных соотношениях частоты пилообразного сигнала и частоты сигнала задания, постоянных составляющих в выходном напряжении автономного инвертора напряжения (АИН), ухудшающих работу электроприводов в установившемся режиме и в переходных процессах за счет возникновения постоянных составляющих в токах фаз (до 20% от номинала) и, как следствие, дополнительных пульсаций вращающегося момента.

Постоянные составляющие появляются в том случае, если в периоде управляющего напряжения (TЗ) на входе АИН укладывается целое (четное или нечетное в зависимости от способа организации ШИМ) число периодов опорного пилообразного напряжения (TП), вольт-секундная площадь работы верхних и нижних силовых ключей (см. фиг.1) неодинакова. Если же в периоде управляющего напряжения укладывается дробное число периодов пилообразного напряжения, то возможно появление биений (постоянная составляющая изменяется по уровню и знаку с некоторой частотой, зависящей от соотношения частот управляющего и пилообразного напряжений), среднее значение постоянной составляющей при этом равно нулю. Критические (субгармонические) частоты (fКР), на которых возникают наибольшие постоянные составляющие, можно определить как

где - целые числа;

fП - частота пилы широтно-импульсной модуляции.

Чем меньше n, тем больше постоянные составляющие.

Технический результат предлагаемого способа - повышение качества работы электропривода в установившемся режиме и переходных режимах за счет исключения постоянных составляющих в выходном напряжении автономного инвертора на субгармонических частотах, что позволит исключить постоянные составляющие в токах фаз и вызванные ими колебания вращающего момента.

Технический результат достигается двумя вариантами способа.

По первому варианту способ осуществляется следующим образом:

преобразование постоянного напряжения в квазисинусоидальное реализуется путем сравнения опорного пилообразного сигнала с положительной и инвертированной отрицательной полуволнами задающего (синусоидального) сигнала, причем при каждом переходе синусоидального сигнала задания через ноль пилообразный сигнал должен сбрасываться в начальное состояние. Начальное состояние должно быть постоянно, а величина его находиться в диапазоне от нуля до максимума пилы.

Структурная схема АИН по предложенному способу показана на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие предложенный способ, представлены на фиг.3, в них начальным состоянием выбрано нулевое значение пилы, где приняты следующие обозначения:

1 - блок вычисления перехода через ноль;

2 - блок формирования пилы;

3, 4 - сумматор;

5, 6 - нуль-орган;

7 - блок силовой части АИН;

S - сигнал сброса пилы в начальное состояние;

F1, F2 - коммутационная функция управления силовыми ключами верхнего и нижнего плеча АИН соответственно;

UАИН - выходное напряжение АИН.

Приведенный на фиг.2 АИН работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал задания UЗ поступает на блок вычисления перехода через ноль 1, представляющий из себя набор логических операций, определяющих момент перехода через ноль, и формирующий в этот момент логический сигнал S, который вместе с сигналом fП поступает на блок вычисления пилы 2. Выходом блока 2 является пилообразный сигнал UП, сбрасываемый в начальное значение в моменты перехода сигнала задания UЗ через ноль. Далее синусоидальный сигнал задания UЗ вычитается из пилообразного сигнала UП в сумматоре 3, а в сумматоре 4 складывается с UП. Результирующие сигналы с сумматоров поступают на два независимых нуль-органа 5 и 6 соответственно, выходом которых являются коммутационные функции F1 и F2 для управления верхними и нижними ключами соответственно, находящимися в блоке силовой части АИН 7, выходом которого является квазисинусоидальное напряжение требуемой частоты UАИН.

По второму варианту способ осуществляется следующим образом:

преобразование постоянного напряжения в квазисинусоидальное реализуется путем сравнения положительной полуволны задающего (синусоидального) сигнала с опорным пилообразным сигналом, а инвертированной отрицательной полуволны с дополнительным пилообразным сигналом. Причем опорный пилообразный сигнал сбрасывается в начальное состояние при переходе сигнала задания сигнал через ноль с отрицательной плоскости в положительную, а дополнительный при переходе с положительной плоскости в отрицательную. Начальное состояние должно быть постоянно, а величина его находиться в диапазоне от нуля до максимума пилы.

Структурная схема АИН по предложенному способу показана на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие предложенный способ, представлены на фиг.5, в них начальным состоянием выбрано нулевое значение пилы, где приняты следующие обозначения:

1 - блок вычисления перехода через ноль;

2, 8 - блок вычисления пилы;

3, 4 - сумматор;

5, 6 - нуль-орган;

7 - блок силовой части АИН;

UП1, UП2 - сигнал пилообразного напряжения;

S1, S2 - сигнал сброса пилы в начальное состояние.

Приведенный на фиг.4 АИН работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал задания UЗ поступает на блок вычисления перехода через ноль 1, представляющий из себя набор логических операций, определяющих момент перехода через ноль, и формирующий в зависимости от направления перехода (с отрицательной в положительную или с положительной плоскости в отрицательную) логический сигнал S1 или 52, который вместе с сигналом fП поступает на блоки вычисления пилы 2 и 8. Выходом блоков 2 и 8 являются пилообразные сигналы UП1 и UП2 соответственно, сбрасываемые в начальное значение в моменты перехода сигнала задания UЗ через ноль. Далее синусоидальный сигнал задания UЗ вычитается из пилообразного сигнала UП1 в сумматоре 3 и складывается с пилообразным сигналом UП2 в сумматоре 4. Результирующие сигналы с сумматоров поступают на два независимых нуль-органа 5 и 6 соответственно, выходом которых являются коммутационные функции F1 и F2 для управления верхними и нижними ключами соответственно, находящимися в блоке силовой части АИН 7, выходом которого является квазисинусоидальное напряжение требуемой частоты UАИН.

В силу того, что величина постоянных составляющих пропорциональна частоте задания, наибольший эффект от предложенного способа достигается на частотах, близких к максимальным.

Таким образом, предложенный способ преобразования в сравнении с прототипом позволяет при сохранении всех достоинств ОШИМ значительно снизить колебания токов двигателя в переходных процессах, полностью исключить несимметрию фазных токов в установившихся режимах, связанную с соотношением частот задания и опорной пилы ШИМ, и тем самым улучшить качество переходных процессов в электроприводе за счет исключения постоянных составляющих в выходном напряжении автономного инвертора на субгармонических частотах.

Реализация заявленного способа в опытном образце дала положительные результаты и предполагается к использованию с 2008 года.

1. Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в сравнении опорного пилообразного сигнала с положительной и инвертированной отрицательной полуволнами задающего (синусоидального) сигнала, отличающийся тем, что при переходе задающего сигнала через ноль, опорный пилообразный сигнал сбрасывают в начальное состояние, которое заранее определено и находится в диапазоне от нуля до максимума амплитуды пилы.

2. Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в сравнении положительной полуволны задающего (синусоидального) сигнала с опорным пилообразным сигналом, отличающийся тем, что формируют дополнительный пилообразный сигнал, который сравнивают с инвертированной отрицательной полуволной сигнала задания, причем опорный пилообразный сигнал сбрасывается в начальное состояние, которое заранее определено и находится в диапазоне от нуля до максимума амплитуды пилы, при переходе сигнала задания сигнал через ноль с отрицательной плоскости в положительную, а дополнительный при переходе с положительной плоскости в отрицательную.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнической промышленности, электроэнергетике и геоэлектрике для глубинного электромагнитного (частотного) зондирования земной коры.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах индукционного нагрева с полупроводниковыми преобразователями частоты при создании состоящих из нескольких инверторов, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, один из которых вводят в режим регулирования, а также из многоэлементного согласующего трансформатора, первичные обмотки которого соединены с соответствующими инверторами, а вторичные обмотки соединены последовательно и образуют контур суммирования напряжения.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для мостовых инверторов с односторонней широтно-импульсной модуляцией, работающих в режимах потребления и рекуперации энергии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах индукционного нагрева с полупроводниковыми преобразователями частоты. .

Изобретение относится к электротехнике, к векторному регулированию входных преобразователей электроподвижного состава переменного тока, и может быть использовано для регулирования заданных параметров четырехквадрантного преобразователя при изменяющейся нагрузке.

Изобретение относится к области электроники и автоматики и может быть использовано в силовой преобразовательной технике электропитания. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления преобразователями напряжения с полностью управляемыми вентилями, применяемых в передачах и вставках постоянного тока или высоковольтных приводах.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для независимого регулирования частоты и напряжения многофазной нагрузки, например статорной обмотки асинхронного двигателя.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к системам управления автономными инверторами. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полупроводниковой технике, и может быть использовано на электроподвижном составе для управления тяговыми электрическими машинами переменного тока, электродвигателями переменного тока технологических установок, электротермическими установками и другими потребителями электроэнергии, получающими питание от электрической сети переменного и постоянного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для получения регулируемого переменного напряжения, например, в системах управляемого электропривода переменного тока, при питании устройства от одного источника постоянного напряжения или при питании всех фаз инвертора от одного общего источника постоянного напряжения и несвязанных электрически фазах машины переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для пуска и регулирования скорости высокоскоростных асинхронных и синхронных электродвигателей

Изобретение относится к предохранительному приводному устройству с контуром аварийной защиты и может быть использовано в противопожарных и мониторинговых системах, используемых в сфере кондиционирования воздуха, нагрева и вентиляции

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного тока в постоянный с последующим преобразованием в переменный для питания электроприводов электровозов переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании узлов управления инверторами, входящими в состав систем генерирования энергии переменного тока с жесткими требованиями по электромагнитной совместимости

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразования мощности электромобиля

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем, имеющего ротор с постоянными магнитами
Наверх