RU161375U1

RU161375U1 - THREE-PHASE VOLTAGE CONVERTER

Info

Publication number: RU161375U1
Application number: RU2015148425/07U
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Бубнов; Вадим Николаевич Мишин; Виктор Алексеевич Пчельников; Глеб Александрович Лушпин
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2016-04-20

Abstract

Трехфазный преобразователь напряжения, подключаемый к трехфазной питающей сети переменного тока, три линейных выхода которой через трансформаторы связаны с фильтром, соединенным с трехфазной мостовой схемой, состоящей из шести поочередно включаемых импульсами управления, ключевых элементов, и содержащий схему формирования импульсов управления, соединенную с выходами фильтра и с драйверами управления ключевыми элементами, отличающийся тем, что фильтр имеет параметры, обеспечивающие фазовый сдвиг (задержку) каждого из линейных напряжений на 60 электрических градусов, при этом при монтаже изменен порядок соединения каналов импульсов управления с управляющими выводами ключевых элементов таким образом, что драйверы с первого по шестой, пронумерованные в традиционном порядке включения, соединены каждый с предыдущим в этой нумерации ключевым элементом, а именно: первый драйвер - с шестым ключевым элементом, второй драйвер - с первым ключевым элементом и т.д., до шестого драйвера, соединенного с пятым ключевым элементом, а общая последовательность коммутации ключевых элементов не изменена.A three-phase voltage converter connected to a three-phase AC mains, the three line outputs of which are connected via transformers to a filter connected to a three-phase bridge circuit consisting of six control pulses, key elements, which are alternately switched on and containing a control pulse formation circuit connected to the filter outputs and with key element control drivers, characterized in that the filter has parameters providing a phase shift (delay) of each of the linear voltages changes by 60 electrical degrees, during installation, the order of connecting the channels of control pulses with the control outputs of the key elements is changed so that the first to sixth drivers, numbered in the traditional switching order, are each connected to the previous key element in this numbering, namely: the first driver with the sixth key element, the second driver with the first key element, etc., up to the sixth driver connected to the fifth key element, and the general switching sequence of the key elements Comrade is not changed.

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике и предназначена для использования в трехфазных зависимых преобразователях (например, ведомых сетью инверторах).The invention relates to a converter technique and is intended for use in three-phase dependent converters (for example, network-driven inverters).

Управление работой таких схем происходит таким образом, что в течение периода питающего напряжения происходит шесть коммутаций, каждая через π/3 (60 электрических градусов), причем три из них происходят в группе ключевых элементов, подключенных к плюсовой шине и три - в группе ключей, подключенных к отрицательной шине. При работе в режиме ведомого инвертора управляющие импульсы подаваемые на ключевые элементы изменяются в моменты времени, близкие к точке естественной коммутации, т.е., прохождению через ноль синусоид линейных напряжений U_AB, U_BC, и U_CA.The operation of such circuits is controlled in such a way that during the period of the supply voltage there are six switching operations, each through π / 3 (60 electrical degrees), and three of them occur in the group of key elements connected to the plus bus and three in the group of keys, connected to the negative bus. When operating in slave inverter mode, the control pulses supplied to the key elements change at times close to the point of natural switching, i.e., through the zero-sine wave of linear voltages U _AB , U _BC , and U _CA.

Известны схемы управления преобразователями такого типа, в которых импульсы управления ключевыми элементами моста синхронизируют с напряжением питающей сети в моменты перехода через ноль фазного напряжения, сформированные импульсы подают на управляющие входы ключевых элементов трехфазного преобразователя (например, патент DE №2,119,525, US №4,347,562).There are known control circuits for converters of this type in which the control impulses of the key elements of the bridge are synchronized with the supply voltage at the moments of transition through zero phase voltage, the generated pulses are fed to the control inputs of the key elements of a three-phase converter (for example, DE patent No. 2.119.525, US No. 4.347.562).

В таких схемах возникает проблема определения точного положения точек перехода через ноль фазных напряжений, поскольку из-за нестабильности питающей сети, моменты перехода через ноль часто сопровождаются значительными пульсациями. Такие пульсации могут давать несколько ложных переходов через ноль, вносящих ошибки в работу схемы, из-за несвоевременной подачи управляющих импульсов на вентили преобразователя.In such schemes, the problem arises of determining the exact position of the points of transition through zero phase voltages, since due to instability of the supply network, the moments of transition through zero are often accompanied by significant ripples. Such pulsations can give several false transitions through zero, introducing errors into the circuit operation, due to the untimely supply of control pulses to the converter valves.

Известны схемы трехфазных преобразователей, в которых производится сглаживание фазных напряжений с помощью фильтра (см. патент US №4797802). В этом случае устраняются пульсации в моменты перехода через ноль питающих напряжений, а, следовательно, и неточности формирования импульсов управления. При этом такое сглаживание сопровождается фазовым сдвигом в 90 градусов и, следовательно, смещением точек перехода через ноль фазными напряжениями на 90 градусов. В техническом решении, описываемом в патенте US №4797802, в схему введен цифровой фазокомпенсатор, связанный со схемой формирования импульсов управления ключевыми элементами, который компенсирует фазовый сдвиг, вносимый фильтром фазных напряжений. Схема формирования импульсов управления соединена с драйверами управления 50 ключевыми элементами с 1 по 6 (Фиг. 2 описания указанного патента), пронумерованными в традиционном порядке их включения в работу. Данное устройство выбрано нами в качестве прототипа заявляемой полезной модели.Known schemes of three-phase converters in which the smoothing of phase voltages is performed using a filter (see US patent No. 4797802). In this case, the pulsations are eliminated at the moments of transition through zero of the supply voltage, and, consequently, the inaccuracies in the formation of control pulses. Moreover, such smoothing is accompanied by a phase shift of 90 degrees and, consequently, a shift of the transition points through zero by phase voltages by 90 degrees. In the technical solution described in US patent No. 4797802, a digital phase compensator is introduced into the circuit, associated with a circuit for generating control pulses of key elements, which compensates for the phase shift introduced by the phase voltage filter. The control pulse generation circuit is connected to the control drivers 50 of the key elements 1 to 6 (Fig. 2 of the description of the specified patent), numbered in the traditional order of their inclusion in the work. This device is selected by us as a prototype of the claimed utility model.

Недостатком указанного устройства является усложнение и удорожание схемы формирования импульсов управления; кроме того, в данном устройстве существует необходимость строгого согласования между собой параметров фильтра (который является аналоговым устройством) и фазокомпенсирующего устройства (цифрового), что также вносит сложность при проектировании и отладке такого устройства.The disadvantage of this device is the complication and appreciation of the formation of control pulses; In addition, in this device, there is a need for strict coordination between the parameters of the filter (which is an analog device) and a phase-compensating device (digital), which also makes it difficult to design and debug such a device.

Задача полезной модели - улучшение помехозащищенности ведомого сетью инвертора, при работе в условиях помех в промышленной трехфазной сети, с сохранением точности формирования импульсов управления ключами трехфазной мостовой схемы.The objective of the utility model is to improve the noise immunity of the inverter driven by the network, when operating in the presence of interference in an industrial three-phase network, while maintaining the accuracy of the formation of control pulses of the keys of the three-phase bridge circuit.

Поставленная задача решается тем, что в трехфазном преобразователе напряжения, подключаемом к трехфазной питающей сети переменного тока, три линейных выхода которой через трансформаторы связаны с фильтром, соединенным с трехфазной мостовой схемой, состоящей из шести, поочередно включаемых импульсами управления ключевых элементов, и содержащем схему формирования импульсов управления, соединенную с выходами фильтра и с драйверами управления ключевыми элементами, фильтр имеет параметры, обеспечивающие фазовый сдвиг каждого из линейных напряжений на 60 электрических градусов, при этом, при монтаже изменен порядок соединения каналов импульсов управления с управляющими выводами ключевых элементов, таким образом, что драйверы с первого по шестой, пронумерованные в традиционном порядке включения, соединяются каждый с предыдущим в этой нумерации ключевым элементом, а именно: первый драйвер - с шестым (предыдущим) ключевым элементом, второй драйвер - с первым ключевым элементом, и т.д., до шестого драйвера, соединенного с пятым ключевым элементом, а общая последовательность коммутации ключевых элементов не изменена.The problem is solved in that in a three-phase voltage converter connected to a three-phase AC supply network, the three linear outputs of which are connected through a transformer to a filter connected to a three-phase bridge circuit consisting of six, alternately switched by control pulses of key elements, and containing a formation circuit control pulses connected to the filter outputs and key element control drivers, the filter has parameters providing a phase shift of each of the linear voltages by 60 electrical degrees, and during installation, the order of connecting the channels of control pulses to the control terminals of the key elements is changed, so that the first to sixth drivers, numbered in the traditional switching order, are each connected to the previous key element in this numbering, and namely: the first driver with the sixth (previous) key element, the second driver with the first key element, etc., up to the sixth driver connected to the fifth key element, and the general sequence mutation of the key elements is not changed.

Т.е., схема управления соединена с ключевыми элементами мостовой схемы моста таким образом, что импульс управления, синхронизированный с точками перехода через ноль фильтрованного (а значит, сдвинутого на 60 эл. градусов) синусоидального напряжения U_AB с драйвера D₁ поступает на ключевой элемент, находящийся в группе ключевых элементов фазы С, т.е., предыдущий по порядку нумерации при традиционном порядке коммутации (фиг. 2 патента US №4797802) ключевой элемент К₆. Импульс с драйвера D₂, поступает на ключевой элемент К₁, и т.д., следуя обычному порядку коммутации ключевых элементов, но со сдвигом на 1 относительно обычного порядка коммутации. Для этого при монтаже однократно изменяют соединения каналов схемы управления с группами ключевых элементов в соответствии с предложенным алгоритмом управления.That is, the control circuit is connected to the key elements of the bridge bridge circuit in such a way that the control pulse synchronized with the transition points through zero of the filtered (and therefore shifted by 60 el.) Sinusoidal voltage U _AB from the driver D _{1 is} supplied to the key an element that is in the group of key elements of phase C, that is, the previous numbering in the traditional switching order (Fig. 2 of US patent No. 4797802) key element K ₆ . The impulse from the driver D ₂ arrives at the key element K ₁ , etc., following the usual switching order of the key elements, but with a shift of 1 relative to the usual switching order. To do this, during installation, the connections of the control circuit channels with groups of key elements are changed once in accordance with the proposed control algorithm.

При таком выполнении фильтра получаем стабильную фильтрацию, устраняющую помехи, влияющие на синхронизацию ключевых элементов моста, при этом, не внося других изменений в схему. За счет того, что изначально импульсы управления ключами преобразователя разнесены на 60 электрических градусов, фазовый сдвиг в 60 электрических градусов не вносит изменений в схему управления, импульсы синхронизации «остались» на месте, и нет необходимости вводить фазокомпенсирующее устройство, усложняющее схему. При этом структурная схема устройства не изменяется, связи между остальными конструктивными элементами не изменяются.With this implementation of the filter, we get stable filtering that eliminates the interference that affects the synchronization of the key elements of the bridge, while not making other changes to the circuit. Due to the fact that initially the control pulses of the converter keys are separated by 60 electrical degrees, a phase shift of 60 electrical degrees does not make any changes to the control circuit, the synchronization pulses “remained” in place, and there is no need to introduce a phase-compensating device that complicates the circuit. In this case, the structural diagram of the device does not change, the connections between the remaining structural elements do not change.

Далее сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором показана блок-схема трехфазного преобразователя, выполненного в соответствии с полезной моделью.Further, the essence of the utility model is illustrated in the figure, which shows a block diagram of a three-phase converter made in accordance with the utility model.

Трехфазный преобразователь напряжения подключается к трехфазной сети синусоидальных напряжений 1, с трансформаторами 2, используемыми для синхронизации импульсов управления мостовой схемой преобразователя, содержит фильтр 3, параметры которого выбраны из условия обеспечения сдвига в 60 электрических градусов фазных напряжений, поступающих на него с вторичных обмоток трансформаторов 2, и используемых в качестве опорных напряжений для синхронизации импульсов управления ключевыми элементами К₁-К₆, пронумерованными в соответствии с традиционной очередностью их включения, мостовой схемы 5, соединенной с сетью. Ключевые элементы К₁-К₆ трехфазного мостового преобразователя управляются импульсами с драйверов D1-D6, которые, в свою очередь, управляются схемой формирования импульсов управления 4 по заданному алгоритму. Эти импульсы синхронизируются с точками перехода через ноль опорными линейными напряжениями с выхода фильтра 3. В качестве ключевых элементов К₁-К₆ могут быть использованы тиристоры либо транзисторы. Схема формирования управляющих импульсов 4 может быть выполнена в любом из известных вариантов, например с использованием дифференцирующей схемы или операционных усилителей. Дроссели L₁ и L₂ предназначены для сглаживания пульсаций тока.A three-phase voltage converter is connected to a three-phase network of sinusoidal voltages 1, with transformers 2 used to synchronize the control pulses of the bridge circuit of the converter, contains a filter 3, the parameters of which are selected from the condition of providing a shift of 60 electrical degrees of phase voltages supplied to it from the secondary windings of transformers 2 , and used as reference voltages for synchronizing control pulses of key elements K ₁ -K ₆ , numbered in accordance with the dividing sequence of their inclusion, the bridge circuit 5 connected to the network. The key elements K ₁ -K _{6 of a} three-phase bridge converter are controlled by pulses from drivers D1-D6, which, in turn, are controlled by a control pulse generating circuit 4 according to a predetermined algorithm. These pulses are synchronized with the transition points through zero by the reference linear voltages from the output of the filter 3. As the key elements K ₁ -K ₆ can be used thyristors or transistors. The control pulse generation circuit 4 can be performed in any of the known variants, for example, using a differentiating circuit or operational amplifiers. Inductors L ₁ and L ₂ are designed to smooth current ripple.

При работе схема управления формирует 6 прямоугольных импульсов управления, с интервалами между ними в 60 электрических градусов, которые синхронизируются с линейными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль. Поскольку линейные напряжения предварительно фильтруются, в них устраняются помехи, вызывающие ложные срабатывания схемы формирования импульсов управления по переходам через ноль линейных напряжений, но при этом все импульсы сдвигаются на 60 электрических градусов. Этими импульсами синхронизируется схема формирования импульсов управления 4, связанная с драйверами D1-D6 управления ключевыми элементами К₁-К₆. При этом общая картина распределения управляющих импульсов не изменяется, поскольку они изначально разнесены на 60 градусов, но для соответствующей работы преобразователя необходимо изменить порядок коммутации ключевых элементов таким образом, что каналы управления ключами при обычном порядке коммутации, соединяются каждый с предыдущим в этом порядке коммутации ключом инвертора. Например, импульс управления, синхронизированный с точками перехода через ноль синусоиды напряжения АВ драйвером D1 подается не на первый ключевой элемент из группы фазы А К₁, а на предыдущий по традиционной очередности коммутации ключевой элемент К₆, который находится в группе ключей фазы В, и т.д. В известных устройствах последовательность переключений ключевых элементов К₁-К₆, разбитая на шесть 60 градусных интервалов по всему циклу напряжения имеет следующую очередность включения ключей: К₁ и К₆; К₂ и К₁; К₂ и К₃; К₃ и К₄; К₄ и К₅; К₅ и К₆ (если использовать обозначения рисунка). В устройстве по заявляемой полезной модели очередность переключений ключевых элементов будет такой же, но при этом ключевые элементы соединены с драйверами, сдвинутыми каждый на предыдущий в традиционной последовательности ключевой элемент. Для этого при монтаже схемы выполняют соответствующие соединения между каналами схемы управления и группами ключевых элементов. При этом общая последовательность коммутации ключевых элементов не изменяется, и никакие другие связи имеющихся конструктивных элементов между собой не меняются. Далее схема преобразователя работает в обычном режиме.During operation, the control circuit generates 6 rectangular control pulses, with intervals between them of 60 electrical degrees, which are synchronized with the line voltage of the supply network at the moments when the voltage passes through zero. Since the line voltages are pre-filtered, they eliminate the interference that causes false alarms of the control pulse generation circuit for transitions through zero linear voltages, but all pulses are shifted by 60 electrical degrees. These pulses synchronize the formation of control pulse 4, associated with the drivers D1-D6 control key elements K ₁ -K ₆ . At the same time, the overall picture of the distribution of control pulses does not change, since they are initially spaced 60 degrees, but for the corresponding operation of the converter, it is necessary to change the switching order of the key elements so that the key control channels in the usual switching order are connected to each previous key in this switching order inverter. For example, a control pulse synchronized with the zero sinusoidal transition points AB by the driver D1 is supplied not to the first key element from the phase group A K ₁ , but to the previous key element K ₆ , which is located in the phase B key group, according to the traditional switching sequence, and etc. In known devices, the switching sequence of the key elements K ₁ -K ₆ , divided into six 60 degree intervals throughout the voltage cycle has the following sequence of turning on the keys: K ₁ and K ₆ ; K ₂ and K ₁ ; K ₂ and K ₃ ; K ₃ and K ₄ ; K ₄ and K ₅ ; To ₅ and To ₆ (if to use designations of drawing). In the device according to the claimed utility model, the switching sequence of the key elements will be the same, but at the same time the key elements are connected to the drivers, each shifted to the previous key element in the traditional sequence. To do this, during the installation of the circuit, appropriate connections are made between the channels of the control circuit and groups of key elements. At the same time, the general sequence of switching key elements does not change, and no other connections between the existing structural elements change. Further, the converter circuit operates as usual.

Claims

A three-phase voltage converter connected to a three-phase AC mains, the three line outputs of which are connected via transformers to a filter connected to a three-phase bridge circuit consisting of six control pulses, key elements, which are alternately switched on and containing a control pulse formation circuit connected to the filter outputs and with key element control drivers, characterized in that the filter has parameters providing a phase shift (delay) of each of the linear voltages changes by 60 electrical degrees, during installation, the order of connecting the channels of control pulses with the control outputs of the key elements is changed so that the first to sixth drivers, numbered in the traditional switching order, are each connected to the previous key element in this numbering, namely: the first driver with the sixth key element, the second driver with the first key element, etc., up to the sixth driver connected to the fifth key element, and the general switching sequence of the key elements Comrade is not changed.