RU2523042C2 - Method of bidirectional switch control in three-level semiconductor rectifier - Google Patents

Method of bidirectional switch control in three-level semiconductor rectifier Download PDF

Info

Publication number
RU2523042C2
RU2523042C2 RU2012144685/07A RU2012144685A RU2523042C2 RU 2523042 C2 RU2523042 C2 RU 2523042C2 RU 2012144685/07 A RU2012144685/07 A RU 2012144685/07A RU 2012144685 A RU2012144685 A RU 2012144685A RU 2523042 C2 RU2523042 C2 RU 2523042C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
rectifier
voltage
harmonic
supply network
Prior art date
Application number
RU2012144685/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012144685A (en
Inventor
Сергей Викторович Брованов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север"
Priority to RU2012144685/07A priority Critical patent/RU2523042C2/en
Publication of RU2012144685A publication Critical patent/RU2012144685A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2523042C2 publication Critical patent/RU2523042C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: rectangular voltage pulse is generated, with middles of generated rectangular pulses synchronised with phase voltage of power supply network by moments of voltage transition over zero, effective value of first harmonic of rectifier phase current is measured, angle δ is calculated by expression
Figure 00000009
, where ω is circular frequency of phase voltage of power supply network; L is phase inductance of rectifier; I1 is effective value of first harmonic in input phase current of rectifier; U1 is effective value of first harmonic in phase voltage of power supply network, generated rectangular pulses are phase-shifted back by δ angle, then fed to control inputs of bidirectional switches of three-phase three-level semiconductor rectifier.
EFFECT: possible formation of unity rate for rectifier phase current shift against first harmonic voltage upon change of given current value.
3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления выпрямителем с емкостным фильтром на выходе при создании электромеханических систем, например при создании электроприводов переменного тока.The invention relates to electrical engineering and can be used to control a rectifier with a capacitive filter at the output when creating electromechanical systems, for example, when creating AC electric drives.

Известен способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения (авторское свидетельство СССР №1460761, бюл. №7 23.02.1989), состоящий в том, что формируют эталонное напряжение, превышающее падение напряжения на включенном тиристоре, выделяют положительные значения каждого измеренного напряжения между анодом и катодом тиристора, формирование эталонного сигнала проводят путем суммирования всех выделенных положительных значений, сравнивают измеренные напряжения с эталонным напряжением, а сформированный импульс управления подают на управляющий электрод тиристора, напряжение на котором больше, чем эталонное напряжение.A known method of controlling bidirectional switches of a three-phase three-level semiconductor rectifier with a capacitive voltage divider (USSR author's certificate No. 1460761, bull. No. 7 02/23/1989), which consists in the fact that they form a reference voltage that exceeds the voltage drop on the thyristor, positive values of each measured voltage between the anode and cathode of the thyristor, the formation of a reference signal is carried out by summing all the selected positive values, compare the measured voltage I have a reference voltage, and the generated control pulse is fed to the thyristor control electrode, the voltage on which is greater than the reference voltage.

Существенным недостатком данного способа является формирование входного тока выпрямителя несинусоидальной формы, что значительно снижает входной коэффициент мощности трехфазного трехуровневого выпрямителя.A significant disadvantage of this method is the formation of the input current of the rectifier non-sinusoidal shape, which significantly reduces the input power factor of a three-phase three-level rectifier.

Кроме того, известен способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя (Mehl, Е. L.M., and Barbi, I. "Designe Oriented Analysis of a High Power Factor and Low Cost Three-Phase Rectifier", Proceeding of the 27th IEEE Power Electronics Specialists Conference, Baveno, Italy, June 23-27, Vol.1, PP. 165-171, 1996.), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью π 6

Figure 00000001
. Передние фронты импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети в моменты перехода напряжений через ноль, сформированные импульсы подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя (далее выпрямителя).In addition, a method is known for controlling bidirectional keys of a three-phase three-level semiconductor rectifier (Mehl, E. LM, and Barbi, I. "Designe Oriented Analysis of a High Power Factor and Low Cost Three-Phase Rectifier", Proceeding of the 27 th IEEE Power Electronics Specialists Conference, Baveno, Italy, June 23-27, Vol.1, PP. 165-171, 1996.), which is the prototype of the invention, in which rectangular voltage pulses of duration π 6
Figure 00000001
. The leading edges of the pulses are synchronized with the phase voltages of the supply network at the moments when the voltage passes through zero, the generated pulses are fed to the control inputs of the bidirectional keys of a three-phase three-level semiconductor rectifier (hereinafter rectifier).

Существенным недостатком данного способа является жесткая привязка передних фронтов импульсов напряжения к моментам перехода фазных напряжений через ноль и, как следствие, невозможность формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока.A significant drawback of this method is the tight binding of the leading edges of the voltage pulses to the moments of phase voltage transitions through zero and, as a result, the inability to form a unit phase shift coefficient of the rectifier relative to the voltage at the first harmonic when changing the magnitude of this current.

Задачей изобретения является создание способа управления, позволяющего формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока.The objective of the invention is to provide a control method that allows you to generate a unit phase shift coefficient of the rectifier current relative to the voltage at the first harmonic when changing the value of this current.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя с емкостным делителем напряжения формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью, равной π 6

Figure 00000002
, середины импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока выпрямителя, вычисляют значение угла 6 согласно выражениюThe solution to this problem is achieved by the fact that in the known method of controlling bidirectional keys of a three-phase three-level semiconductor rectifier with a capacitive voltage divider, rectangular voltage pulses of a duration equal to π 6
Figure 00000002
, the midpoints of the pulses are synchronized with the phase voltages of the supply network at the moments of voltage transitions through zero, the effective value of the first harmonic of the phase current of the rectifier is measured, the value of the angle 6 is calculated according to the expression

Figure 00000003
Figure 00000003

где: ω - угловая частота фазного напряжения питающей сети;where: ω is the angular frequency of the phase voltage of the supply network;

L - фазная индуктивность выпрямителя;L is the phase inductance of the rectifier;

I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя;I 1 - the effective value of the first harmonic of the current input phase of the rectifier;

U1 - действующее значение первой гармоники фазного напряжения питающей сети.U 1 - the effective value of the first harmonic of the phase voltage of the supply network.

Сформированные прямоугольные импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ относительно их середин, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей.The generated rectangular pulses are phase shifted in the direction of lag by an angle δ relative to their midpoints, and then fed to the control inputs of the bidirectional keys.

На фиг.1 приведена структурная схема системы управления, реализующая предлагаемый способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе емкостным делителем напряжения; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие способ управления; на фиг.3 - векторная диаграмма токов и напряжений, действующих во входной фазе выпрямителя.Figure 1 shows the structural diagram of a control system that implements the proposed method for controlling bidirectional keys in a three-phase three-level semiconductor rectifier capacitive voltage divider; figure 2 - diagrams explaining the control method; figure 3 is a vector diagram of the currents and voltages acting in the input phase of the rectifier.

Устройство (фиг.1) содержит трехфазную питающую сеть синусоидальных напряжений 1, 2, 3. Первая фаза питающей сети подключена к входу фазного дросселя 4, вторая и третья фазы питающей сети подключены к входам фазных дросселей 5 и 6 соответственно. Выходы фазных дросселей 4, 5, 6 соединены с входами 7, 8 и 9 трехфазного трехуровневого выпрямителя (ТТВ) 10, образующими входные фазы выпрямителя. В одной из входных фаз выпрямителя включен датчик тока 11. Одновременно фазы питающей сети соединены с входами генератора импульсов 12. Выход датчика тока 11 соединен с входом блока вычисления 5-13, выход блока 13 соединен с первым входом блока сдвига 14, второй, третий и четвертый входы которого соединены с генератором импульсов 12. Выходы блока 14 подключены к управляющим входам двунаправленных ключей 15, 16, 17. Каждый двунаправленный ключ одним выводом подключен к входной фазе выпрямителя, а другим выводом - к общей точке 18 выходных конденсаторов 19, 20, включенных последовательно. Параллельно выходным конденсаторам включена нагрузка (Н) 21, которая также подключена к выходу выпрямителя.The device (figure 1) contains a three-phase supply network of sinusoidal voltages 1, 2, 3. The first phase of the supply network is connected to the input of the phase reactor 4, the second and third phases of the supply network are connected to the inputs of the phase inductors 5 and 6, respectively. The outputs of the phase chokes 4, 5, 6 are connected to the inputs 7, 8 and 9 of a three-phase three-level rectifier (TTV) 10, forming the input phase of the rectifier. A current sensor 11 is included in one of the input phases of the rectifier. At the same time, the phases of the supply network are connected to the inputs of the pulse generator 12. The output of the current sensor 11 is connected to the input of the calculation unit 5-13, the output of block 13 is connected to the first input of the shift unit 14, the second, third, and the fourth inputs of which are connected to the pulse generator 12. The outputs of block 14 are connected to the control inputs of the bidirectional switches 15, 16, 17. Each bi-directional switch is connected to the input phase of the rectifier by one output, and by the other output to the common point 18 of the output capacitors 19, 20 connected in series. Parallel to the output capacitors, a load (H) 21 is connected, which is also connected to the output of the rectifier.

Способ управления двунаправленными ключами трехфазного трехуровневого полупроводникового выпрямителя осуществляется следующим образом. В генераторе импульсов 12 формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью π 6

Figure 00000002
, середины которых синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль. Полученные импульсы с блока 12 поступают на второй, третий и четвертый входы блока сдвига импульсов 14. С помощью датчика тока 11 измеряют величину действующего значения первой гармоники тока входной фазы выпрямителя, полученное значение передают в блок вычисления угла δ 13. Вычисляют значение угла 5 и полученное значение передают в блок сдвига 14. В блоке сдвига 14 импульсы сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ (фиг.2, а, б). Импульсы, сдвинутые по фазе в сторону отставания на угол δ по отношению к фазному напряжению 1 питающей сети, подают на управляющий вход двунаправленного ключа 15. Импульсы, сдвинутые по фазе в сторону отставания на угол δ по отношению к фазным напряжениям 2, 3 питающей сети, подают на управляющие входы двунаправленных ключей 16 и 17 соответственно. Двунаправленные ключи переключают согласно импульсам и формируют на входах 7, 8 и 9 относительно общей точки 18 напряжения: u7-18, u8-18, u9-18 (фиг.2, в, г, д). Соответственно, между нулем питающей сети и общей точкой 18 формируют напряжение (фиг.2, е) согласно выражению:The method of controlling bidirectional keys of a three-phase three-level semiconductor rectifier is as follows. In the pulse generator 12 form a rectangular voltage pulses of duration π 6
Figure 00000002
, the midpoints of which synchronize with the phase voltages of the supply network at the moments of voltage transitions through zero. The received pulses from block 12 are fed to the second, third and fourth inputs of the pulse shift unit 14. Using the current sensor 11, the value of the effective value of the first harmonic of the current of the input phase of the rectifier is measured, the obtained value is transferred to the block for calculating the angle δ 13. The angle 5 is calculated and the obtained the value is transmitted to the shear unit 14. In the shear unit 14, the pulses are phase shifted in the direction of the lag angle δ (Fig. 2, a, b). The pulses are phase-shifted in the direction of the delay by an angle δ with respect to the phase voltage 1 of the supply network, and are fed to the control input of the bi-directional switch 15. The pulses are phase-shifted in the direction of the delay by an angle of δ relative to the phase voltages 2, 3 of the supply network served on the control inputs of bidirectional keys 16 and 17, respectively. Bidirectional keys are switched according to the pulses and formed at the inputs 7, 8 and 9 relative to the common voltage point 18: u 7-18 , u 8-18 , u 9-18 (Fig.2, c, d, d). Accordingly, between the zero of the supply network and the common point 18, a voltage is generated (FIG. 2, e) according to the expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

На входах 7, 8 и 9 относительно нуля питающей сети формируют напряжения u70, u80, u90 согласно выражениям:At the inputs 7, 8 and 9 relative to zero of the supply network form voltage u 70 , u 80 , u 90 according to the expressions:

u70=u7-18-u0-18;u 70 = u 7-18 -u 0-18 ;

u80=u8-18-u0-18;u 80 = u 8-18 -u 0-18 ;

u90=u9-18-u0-18;u 90 = u 9-18 -u 0-18 ;

первые гармоники которых получают сдвинутыми по фазе в сторону отставания относительно фазных напряжений питающей сети на угол δ (на фиг.2, ж показано только напряжение u70).the first harmonics of which are obtained shifted in phase in the direction of the lag relative to the phase voltages of the supply network by an angle δ (in Fig. 2, g only voltage u 70 is shown).

Таким образом, сдвиг напряжений u70, u80, u90 относительно фазных напряжений питающей сети на угол δ является условием, обеспечивающим формирование единичного коэффициента сдвига первой гармоники фазного тока выпрямителя.Thus, the voltage shift u 70 , u 80 , u 90 relative to the phase voltage of the supply network by an angle δ is a condition that ensures the formation of a unit shear coefficient of the first harmonic of the rectifier phase current.

Покажем это, проанализировав векторную диаграмму фиг.3. Из векторной диаграммы видно, что для формирования единичного коэффициента сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока необходимо изменять угол δ согласно следующему выражениюWe show this by analyzing the vector diagram of figure 3. From the vector diagram it can be seen that in order to form a unit phase shift coefficient of the rectifier current relative to the voltage at the first harmonic, when the magnitude of this current changes, it is necessary to change the angle δ according to the following expression

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, предложенный способ позволяет формировать единичный коэффициент сдвига фазного тока выпрямителя относительно напряжения по первой гармонике при изменении величины данного тока в отличие от прототипа, где угол между фазными напряжениями питающей сети и первой гармоникой напряжений u70, u80, u90 постоянный и не изменяется от величины тока входной фазы выпрямителя.Thus, the proposed method allows you to generate a unit phase shift coefficient of the rectifier current relative to the voltage at the first harmonic when changing the value of this current, unlike the prototype, where the angle between the phase voltages of the supply network and the first harmonic of the voltages u 70 , u 80 , u 90 is constant and not varies from the magnitude of the current input phase rectifier.

Claims (1)

Способ управления двунаправленными ключами в трехфазном трехуровневом полупроводниковом выпрямителе с емкостным делителем напряжения, заключающийся в том, что формируют прямоугольные импульсы напряжения длительностью
Figure 00000002
, которые подают на управляющие входы двунаправленных ключей трехфазного трехуровневого выпрямителя, отличающийся тем, что середины указанных прямоугольных импульсов синхронизируют с фазными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль, измеряют действующее значение первой гармоники фазного тока выпрямителя, вычисляют значение угла δ согласно выражению
Figure 00000006
,
где: ω - круговая частота фазного напряжения питающей сети;
L - фазная индуктивность выпрямителя;
I1 - действующее значение первой гармоники тока входной фазы выпрямителя;
U1 - действующее значение первой гармоники фазного напряжения питающей сети,
сформированные прямоугольные импульсы напряжения сдвигают по фазе в сторону отставания на угол δ, а затем подают на управляющие входы двунаправленных ключей.
A method for controlling bidirectional switches in a three-phase three-level semiconductor rectifier with a capacitive voltage divider, which consists in the formation of rectangular voltage pulses of duration
Figure 00000002
which are fed to the control inputs of bidirectional keys of a three-phase three-level rectifier, characterized in that the midpoints of these rectangular pulses are synchronized with the phase voltages of the supply network at the moments of voltage transition through zero, the effective value of the first harmonic of the rectifier phase current is measured, the angle value δ is calculated according to the expression
Figure 00000006
,
where: ω is the circular frequency of the phase voltage of the supply network;
L is the phase inductance of the rectifier;
I 1 - the effective value of the first harmonic of the current input phase of the rectifier;
U 1 - the effective value of the first harmonic of the phase voltage of the supply network,
the formed rectangular voltage pulses are phase shifted in the direction of lag by an angle δ, and then fed to the control inputs of bidirectional keys.
RU2012144685/07A 2012-10-19 2012-10-19 Method of bidirectional switch control in three-level semiconductor rectifier RU2523042C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012144685/07A RU2523042C2 (en) 2012-10-19 2012-10-19 Method of bidirectional switch control in three-level semiconductor rectifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012144685/07A RU2523042C2 (en) 2012-10-19 2012-10-19 Method of bidirectional switch control in three-level semiconductor rectifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012144685A RU2012144685A (en) 2014-04-27
RU2523042C2 true RU2523042C2 (en) 2014-07-20

Family

ID=50515216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012144685/07A RU2523042C2 (en) 2012-10-19 2012-10-19 Method of bidirectional switch control in three-level semiconductor rectifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2523042C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2127630A (en) * 1982-09-17 1984-04-11 Eaton Corp Microprocessor controlled phase shifter
SU1460761A1 (en) * 1987-01-04 1989-02-23 Новосибирский электротехнический институт Method of controlling rectifier with capacitive filter
RU2239276C2 (en) * 2002-12-15 2004-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Method for controlling direct thyristor frequency converter by means of microprocessor system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2127630A (en) * 1982-09-17 1984-04-11 Eaton Corp Microprocessor controlled phase shifter
SU1460761A1 (en) * 1987-01-04 1989-02-23 Новосибирский электротехнический институт Method of controlling rectifier with capacitive filter
RU2239276C2 (en) * 2002-12-15 2004-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" Method for controlling direct thyristor frequency converter by means of microprocessor system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012144685A (en) 2014-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3168975B1 (en) Power conversion device and three-phase ac power supply device
CN105429484B (en) PWM rectifier prediction power control method and system based on any period delay
WO2014140004A3 (en) Charging device for an electric vehicle
Niu et al. Autonomous micro-grid operation by employing weak droop control and PQ control
CN102882406A (en) Control method for neutral-point voltage of bus of 10kW three-phase grid-connected inverter
KR101580020B1 (en) Controlling system for multilevel inverter and controlling method for the same
RU2523042C2 (en) Method of bidirectional switch control in three-level semiconductor rectifier
KR101946308B1 (en) Method of phase locked loop to improve accuracy of frequency measurement for single phase photovoltaic system
RU2473164C1 (en) Method to control bidirectional keys in three-phase three-level semiconductor rectifier with capacitance voltage divider
US20160336750A1 (en) A controller for a voltage source converter
RU2295823C1 (en) Method for controlling bi-directional keys in three-phased three-level rectifier
CN103956738A (en) Control method for battery energy storage system with both function of APF and function of SVG
CN104022532B (en) A kind of control method of grid-connected inverter of photovoltaic generating system and system
Haase et al. Controller design and implementation of a three-phase Active Front End using SiC based MOSFETs
RU2726935C1 (en) Method of controlling power of a static power compensator operating in a sinusoidal alternating voltage network
Colak et al. A comparative study of harmonic extraction methods for single phase shunt active power filter
RU2647792C1 (en) Method for synchronisation of traction converter control system with traction network supply voltage
CN102035219B (en) Unipolar ringless wide hysteresis control device and method for grid-connected current of single-phase grid-connected inverter
RU2554308C1 (en) Ac mains isolation resistance measurement device
Mesbahi et al. Reference current computation for three-level shunt active filter under distorted and unbalanced conditions
RU2585930C1 (en) Method of measurement of insulation resistance in electric networks
Lamkaddem et al. Energy produced by photovoltaic plants injected on the electric network
RU2460192C1 (en) Relay of difference in phases of generators connected for parallel operation
RU2018137950A (en) METHOD FOR TWO-CHANNEL FREQUENCY CONVERSION
RU148774U1 (en) THREE-PHASE SEMICONDUCTOR VOLTAGE RECTIFIER WITH CORRECTOR OF INPUT POWER FACTOR