RU2172057C2 - Voltage inverter having low higher harmonic content - Google Patents

Voltage inverter having low higher harmonic content Download PDF

Info

Publication number
RU2172057C2
RU2172057C2 RU99120947/09A RU99120947A RU2172057C2 RU 2172057 C2 RU2172057 C2 RU 2172057C2 RU 99120947/09 A RU99120947/09 A RU 99120947/09A RU 99120947 A RU99120947 A RU 99120947A RU 2172057 C2 RU2172057 C2 RU 2172057C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inputs
output
voltage
outputs
inverter
Prior art date
Application number
RU99120947/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99120947A (en
Inventor
Д.А. Поздеев
С.А. Лазарев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод"
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 Открытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод"
Priority to RU99120947/09A priority Critical patent/RU2172057C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2172057C2 publication Critical patent/RU2172057C2/en
Publication of RU99120947A publication Critical patent/RU99120947A/en

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: converter engineering; independent voltage and frequency control of multiphase load such as induction-motor stator winding. SUBSTANCE: inverter has its voltage and frequency setting elements; logic device; power switches unit; multiphase generator whose input functions also as output of inverter frequency setting element and its nine outputs are connected to first nine inputs of logic device; reference-voltage generator; inverting amplifier whose input is output of inverter voltage setting element; two comparators whose first inputs are connected, respectively, to output of voltage setting element and to that of inverting amplifier, its second inputs being interconnected and connected to reference-voltage generator output and its outputs, to tenth and eleventh inputs of logic device; three outputs of the latter function as inputs of dead zone shaper; six outputs of the latter are connected to six control inputs of load power switches unit. Novelty is introduction of third, fourth, fifth, and sixth comparators whose first inputs are connected to output of reference-voltage generator and outputs, to additional inputs of logic device; two scaling amplifiers with gain factors of 0.732 and 0.268 whose inputs are connected to output of inverter voltage setting element and outputs, to second inputs of third and fifth comparators, and to newly introduced second and third inverting amplifiers, respectively, outputs of these amplifiers being connected to second inputs of fourth and sixth comparators, respectively. EFFECT: improved output characteristics of inverter (essentially reduced higher-harmonic content of its output voltage). 10 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для независимого регулирования частоты и напряжения многофазной нагрузки, например статорной обмотки асинхронного двигателя. The invention relates to a converter technique and can be used to independently control the frequency and voltage of a multiphase load, for example, a stator winding of an induction motor.

Известен инвертор напряжения с пониженным содержанием высших гармоник [1] , содержащий систему управления и два или более каскадно-соединенных отдельных инвертора через вторичные обмотки их трансформаторов (фиг. 1). Напряжение на нагрузке является в этом случае геометрической суммой напряжений отдельных инверторов и может плавно регулироваться от нуля до максимального значения смещением фаз открытия отдельных инверторов, а частота выходного напряжения зависит от частоты переключения коммутирующих приборов. Known inverter voltage with a low content of higher harmonics [1], containing a control system and two or more cascade-connected separate inverters through the secondary windings of their transformers (Fig. 1). The voltage on the load in this case is the geometric sum of the voltages of the individual inverters and can be continuously adjusted from zero to the maximum value by shifting the opening phases of the individual inverters, and the frequency of the output voltage depends on the switching frequency of the switching devices.

К недостаткам такого устройства относится его сложность, практическая невозможность получения качественной формы напряжений низкой частоты из-за необходимости увеличения габаритов трансформаторов, большое число силовых коммутирующих приборов, особенно для многофазной нагрузки. The disadvantages of such a device include its complexity, the practical impossibility of obtaining a high-quality form of low-frequency voltages due to the need to increase the dimensions of transformers, a large number of power switching devices, especially for multiphase loads.

Известен m-фазный инвертор напряжения с пониженным содержанием высших гармоник [2], содержащий блок формирования сигналов управления (БФСУ), блок управления ключами (БУК) и преобразователь частоты с непосредственной связью (ПЧНС), к выходу которого подключена нагрузка (фиг. 2). БФСУ служит для выработки m сдвинутых по фазе на 2 π/m радиан (где m - число фаз нагрузки) ступенчатых сигналов напряжения. Величина ступенек и их количество n на полупериоде выходной частоты выбраны таким образом, что в спектре напряжений отсутствует возможно больший ряд высших гармоник. БФСУ содержит многофазный генератор, логическое устройство, инвертирующий усилитель, резистивный делитель напряжения, и m одинаковых формирователей Ф1...Фm, каждый из которых содержит n ключей Кл1...Клn и сумматор Σ. Каждая комбинация сигналов на выходе многофазного генератора определяет номер i интервала на периоде формируемого сигнала управления (i = 1...2n). В соответствии с этим номером логическое устройство включает нужный ключ в каждом формирователе для передачи на входы сумматоров необходимых уровней напряжений с выходов резистивного делителя напряжения. Величины всех ступенек в сформированном сигнале управления на выходе сумматоров пропорциональны заданному сигналу Uзад, поэтому соотношения между ними, а следовательно, и форма сигнала остаются неизменными. Для примера на фиг. 2 приведена схема, формирующая сигнал управления с числом ступеней n = 6.Known m-phase voltage inverter with a lower content of higher harmonics [2], containing a control signal generation unit (BFSU), a key control unit (BPC) and a frequency converter with direct coupling (PCNS), the output of which is connected to the load (Fig. 2) . BFSU is used to generate m phase shifted by 2 π / m radians (where m is the number of load phases) step voltage signals. The magnitude of the steps and their number n at the half-cycle of the output frequency are chosen in such a way that the largest possible harmonic row is absent in the voltage spectrum. BFSU contains a multiphase generator, a logic device, an inverting amplifier, a resistive voltage divider, and m identical formers F1 ... Фm, each of which contains n keys Cl1 ... Cln and an adder Σ. Each combination of signals at the output of the multiphase generator determines the number i of the interval on the period of the generated control signal (i = 1 ... 2n). In accordance with this number, the logical device includes the desired key in each driver for transmitting the required voltage levels from the outputs of the resistive voltage divider to the inputs of the adders. The values of all the steps in the generated control signal at the output of the adders are proportional to the given signal U ass , therefore, the ratios between them, and therefore the signal shape, remain unchanged. For the example of FIG. 2 shows a circuit generating a control signal with the number of steps n = 6.

Блок управления ключами содержит генератор опорного напряжения, представляющего собой участки синусоид питающей сети, m компараторов К1...Кm, на выходе которых в соответствии с принципом вертикального управления формируются импульсы управления ключами в моменты равенства соответствующего сигнала управления и опорного напряжения, и усилитель-распределитель импульсов, который преобразует выходные сигналы компараторов до уровня, необходимого для управления силовыми ключами, и с учетом сигнала датчика тока ДТ распределяет их между анодной и катодной вентильными группами силовой части ПЧНС каждой фазы. The key control unit contains a reference voltage generator, which is sections of a sinusoidal supply network, m comparators K1 ... Km, at the output of which, in accordance with the principle of vertical control, key control pulses are generated at the moments of equality of the corresponding control signal and the reference voltage, and a distribution amplifier pulses, which converts the output signals of the comparators to the level necessary to control the power switches, and taking into account the signal of the current sensor, DT distributes them between the anode second gating groups and cathode power unit FCDC each phase.

Напряжение на фазах нагрузки Z1...Zm складывается из участков синусоид напряжения сети в соответствии со сформированным на выходе формирователей Ф1...Фm сигналом управления. The voltage at the load phases Z1 ... Zm is composed of sections of the sinusoidal voltage of the network in accordance with the control signal generated at the output of the formers F1 ... Фm.

Основным недостатком указанного устройства является тот факт, что эффект от пониженного содержания высших гармоник в специально сформированном сигнале управления уменьшается, так как при использовании силовой части преобразователя частоты с непосредственной связью напряжение на нагрузке складывается из участков синусоид питающей сети, вследствие чего в его гармонический спектр вновь добавляются высшие гармоники, частота которых кратна частоте питающей сети. The main disadvantage of this device is the fact that the effect of the reduced content of higher harmonics in a specially formed control signal decreases, because when using the power part of the frequency converter with direct coupling, the load voltage is added from sections of the sinusoid of the supply network, as a result of which again higher harmonics are added, the frequency of which is a multiple of the frequency of the mains.

Другим недостатком устройства является его повышенная сложность, связанная с последовательным преобразованием сигнала задания сначала в двухполярные ступенчатые сигналы управления и только затем - в импульсы управления ключами. Another disadvantage of the device is its increased complexity associated with the sequential conversion of the reference signal first into bipolar step control signals and only then into key control pulses.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа инвертор напряжения [3] (фиг. 3), содержащий блок силовых ключей 1, выполненный в виде трех одинаковых стоек из двух последовательно соединенных ключей, питающихся постоянным напряжением, который соединен с нагрузкой 2 инвертора, формирователь "мертвых" зон 3, логическое устройство 4, выходы которого 5, 6, 7 связаны со входами формирователя "мертвых" зон 3, многофазный генератор 8, вход которого связан с выходом fзад задатчика частоты 9 инвертора, а девять его выходов 10...18 подключены к первым девяти входам логического устройства 4, генератор опорного напряжения 19, инвертирующий усилитель 20, входом которого является выход Uзад задатчика напряжения 21 инвертора, два компаратора 22 и 23, первые входы которых соединены соответственно с выходом задатчика напряжения 21 и выходом инвертирующего усилителя 20, вторые входы объединены и связаны с выходом генератора опорного напряжения 19, а выходы подключены к десятому 24 и одиннадцатому 25 входам логического устройства 4. Отметим, что в некоторых случаях генератор опорного напряжения 19 и задатчик напряжения 21 могут иметь входы управления и управляться вспомогательным устройством регулирования 26 в функции сигнала задания частоты fзад от задатчика частоты 9.The closest in technical essence to the claimed invention is a voltage inverter selected as a prototype [3] (Fig. 3), containing a power switch block 1, made in the form of three identical racks of two series-connected switches, powered by a constant voltage, which is connected to the load 2 inverter generator "dead" zones 3, the logic device 4, whose outputs 5, 6, 7 are connected to the inputs of driver "dead" zones 3, 8 multiphase generator having an input coupled to the output frequency f backside setpoint 9 Inver torus, and its nine outputs 10 ... 18 are connected to the first nine inputs of the logic device 4, the reference voltage generator 19, an inverting amplifier 20, the input of which is the output U back of the voltage regulator 21 of the inverter, two comparators 22 and 23, the first inputs of which are connected respectively, with the output of the voltage regulator 21 and the output of the inverting amplifier 20, the second inputs are combined and connected to the output of the reference voltage generator 19, and the outputs are connected to the tenth 24 and eleventh 25 inputs of the logic device 4. Note that in some ryh cases, reference voltage generator 19 and voltage setting unit 21 may have control inputs and controlled by an auxiliary device 26, frequency control reference signal as a function of f butt 9 setpoint frequency.

Принцип работы устройства поясняется диаграммами на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6. Многофазный генератор 8 вырабатывает три сдвинутых на 120 эл. градусов сигнала 10, 11, 12 типа "меандр", а также последовательность из шести сдвинутых на 60 эл. градусов прямоугольных импульсов 13...18 длительностью 60 эл. градусов и частотой, равной заданной частоте fзад инвертора. Генератор опорного напряжения 19 вырабатывает двухполярное пилообразное напряжение 27 несущей частоты fоп (фиг. 5), которое сравнивается на входах компараторов 22 и 23 соответственно с прямым 28 и инверсным 29 сигналами задания напряжения Uзад инвертора. Выходы компараторов 22 и 23, на которых присутствуют сигналы 24 и 25, подключаются логическим устройством 4 к его выходам 5, 6, 7 в моменты времени, определяемые состоянием сигналов 10...18 в соответствии со следующими логическими уравнениями:

Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

Формирователь "мертвых" зон 3 формирует три прямых 30, 31, 32 и три инверсных 33, 34, 35 сигнала управления стойками блока силовых ключей 1 так, что между прямым и инверсным сигналами каждой стойки существует небольшая задержка ("мертвое" время) для исключения возможности одновременного включения верхнего и нижнего ключей стойки. Для примера на фиг. 6 приведены диаграммы сигналов 5, 30, 35, управляющих стойкой фазы А. Аналогичные диаграммы имеют группы сигналов 6, 31, 34 и 7, 32, 33, управляющие стойками фаз В и C соответственно. Формируемое напряжение 36 фазы А показано на фиг. 4. Аналогичные напряжения, сдвинутые на 120 эл. градусов, образуются в фазах В и C.The principle of operation of the device is illustrated by diagrams in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6. The multiphase generator 8 produces three shifted by 120 el. degrees of the signal 10, 11, 12 of the meander type, as well as a sequence of six shifted by 60 el. degrees of rectangular pulses 13 ... 18 with a duration of 60 el. degrees and a frequency equal to the specified frequency f back of the inverter. The reference voltage generator 19 generates a bipolar sawtooth voltage 27 of the carrier frequency f op (Fig. 5), which is compared at the inputs of the comparators 22 and 23, respectively, with direct 28 and inverse 29 voltage setting signals U back of the inverter. The outputs of comparators 22 and 23, on which signals 24 and 25 are present, are connected by a logic device 4 to its outputs 5, 6, 7 at time instants determined by the state of signals 10 ... 18 in accordance with the following logical equations:
Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

The shaper of the “dead” zones 3 generates three direct 30, 31, 32 and three inverse 33, 34, 35 signals of control of the racks of the power key unit 1 so that there is a slight delay (dead time) between the direct and inverse signals of each rack (dead time) to exclude the ability to simultaneously enable the upper and lower rack keys. For the example of FIG. Figure 6 shows diagrams of signals 5, 30, 35 that control the phase A rack. Similar diagrams have signal groups 6, 31, 34, and 7, 32, 33 that control the phases B and C racks, respectively. The generated phase A voltage 36 is shown in FIG. 4. Similar voltages shifted by 120 el. degrees are formed in phases B and C.

Основным недостатком указанного устройства является повышенное содержание высших гармоник в кривой фазного напряжения инвертора и, как следствие, - повышенный коэффициент искажения, характеризующий степень отдаления кривой напряжения на нагрузке от синусоидальной:

Figure 00000005

где U1н - действующее значение первой гармоники напряжения на нагрузке;
Uдн - действующее значение напряжения на нагрузке.The main disadvantage of this device is the high content of higher harmonics in the phase voltage curve of the inverter and, as a result, the increased distortion coefficient characterizing the degree to which the voltage curve at the load is removed from the sinusoidal:
Figure 00000005

where U1 n is the effective value of the first harmonic of the voltage at the load;
U days - the actual value of the voltage at the load.

Так, для максимального сигнала задания напряжения 28, 29, равного амплитуде пилообразного напряжения 27, разложение в ряд Фурье фазного напряжения 36 дает следующий спектральный состав:

Figure 00000006

где Uи - напряжение в звене постоянного тока. Из (2) видно, что амплитуды наиболее выраженных пятой и седьмой гармоник составляют соответственно 20% и 14,3% от амплитуды первой гармоники.So, for the maximum voltage reference signal 28, 29, equal to the amplitude of the sawtooth voltage 27, the expansion in the Fourier series of the phase voltage 36 gives the following spectral composition:
Figure 00000006

where U and is the voltage in the DC link. From (2) it is seen that the amplitudes of the most pronounced fifth and seventh harmonics are 20% and 14.3% of the amplitude of the first harmonic, respectively.

Действующее значение такого ступенчатого напряжения равно

Figure 00000007

коэффициент искажения по (1) с учетом (2) и (3):
Figure 00000008

что является достаточно большой величиной.The effective value of such a step voltage is
Figure 00000007

distortion coefficient according to (1) taking into account (2) and (3):
Figure 00000008

which is a fairly large value.

Цель изобретения - получение более качественных выходных характеристик инвертора, выражающихся в существенном снижении уровня содержания высших гармоник в его выходном напряжении. The purpose of the invention is to obtain better output characteristics of the inverter, expressed in a significant reduction in the level of higher harmonics in its output voltage.

Поставленная цель достигается тем, что в инвертор напряжения, содержащий задатчик напряжения и задатчик частоты инвертора, логическое устройство, блок силовых ключей, многофазный генератор, входом которого является выход задатчика частоты инвертора, а девять его выходов подключены к первым девяти входам логического устройства, генератор опорного напряжения, инвертирующий усилитель, входом которого является выход задатчика напряжения инвертора, два компаратора, первые входы которых соединены соответственно с выходом задатчика напряжения и выходом инвертирующего усилителя, вторые входы объединены и связаны с выходом генератора опорного напряжения, а выходы подключены к десятому и одиннадцатому входам логического устройства, три выхода которого являются входами формирователя "мертвых" зон, а шесть выходов последнего подключены к шести входам управления блока силовых ключей, питающего нагрузку, согласно изобретению дополнительно введены третий, четвертый, пятый и шестой компараторы, первые входы которых соединены с выходом генератора опорного напряжения, а выходы - с дополнительными входами логического устройства, два масштабирующих усилителя с коэффициентами передачи 0,732 и 0,268, соединенные входами с выходом задатчика напряжения инвертора, а выходами - соответственно со вторыми входами третьего и пятого компараторов и входами дополнительно введенных второго и третьего инвертирующих усилителей, чьи выходы подключены ко вторым входам соответственно четвертого и шестого компараторов. Отметим, что в некоторых случаях задатчик напряжения и генератор опорного напряжения могут иметь входы управления и управляться вспомогательным устройством регулирования в функции сигнала задания частоты от задатчика частоты. This goal is achieved by the fact that in the voltage inverter containing the voltage regulator and the frequency inverter, a logic device, a power switch block, a multiphase generator, the input of which is the output of the frequency inverter, and nine of its outputs are connected to the first nine inputs of the logic device, the reference generator voltage, an inverting amplifier, the input of which is the output of the inverter voltage setter, two comparators, the first inputs of which are connected respectively to the output of the voltage setter the output and the inverting amplifier, the second inputs are combined and connected to the output of the reference voltage generator, and the outputs are connected to the tenth and eleventh inputs of the logic device, the three outputs of which are inputs of the shaper of the "dead" zones, and the six outputs of the latter are connected to six control inputs of the power unit keys, supplying the load, according to the invention additionally introduced the third, fourth, fifth and sixth comparators, the first inputs of which are connected to the output of the reference voltage generator, and the outputs with additional inputs of the logic device, two scaling amplifiers with transmission coefficients 0.732 and 0.268, connected by inputs to the output of the inverter voltage adjuster, and outputs, respectively, with the second inputs of the third and fifth comparators and the inputs of the additionally introduced second and third inverting amplifiers, whose outputs are connected to the second the inputs of the fourth and sixth comparators, respectively. Note that in some cases, the voltage adjuster and the reference voltage generator may have control inputs and be controlled by an auxiliary control device as a function of the frequency reference signal from the frequency adjuster.

Преимуществом настоящего изобретения является тот факт, что за счет введения двух дополнительных делителей напряжения, инвертирующих усилителей и четырех компараторов образуются два дополнительных уровня в ступенчатой кривой выходного фазного напряжения инвертора. Соответствующим выбором коэффициентов передачи масштабирующих усилителей 0,732 и 0,268 удается получить существенное снижение содержания высших гармоник в выходном напряжении инвертора и, следовательно, снижение коэффициента искажения его формы. An advantage of the present invention is the fact that due to the introduction of two additional voltage dividers, inverting amplifiers and four comparators, two additional levels are formed in the step curve of the inverter output phase voltage. By appropriate selection of the transmission coefficients of the scaling amplifiers 0.732 and 0.268, it is possible to obtain a significant decrease in the content of higher harmonics in the output voltage of the inverter and, therefore, a decrease in the distortion coefficient of its shape.

На фиг. 7 показана схема устройства, а на фиг. 8, 9, 10 - диаграммы сигналов его основных узлов. In FIG. 7 shows a diagram of the device, and in FIG. 8, 9, 10 are signal diagrams of its main nodes.

Инвертор напряжения с пониженным содержанием высших гармоник (фиг. 7) содержит блок силовых ключей 1, выполненный в виде трех одинаковых стоек из двух последовательно соединенных ключей, питающихся постоянным напряжением, который соединен с нагрузкой 2 инвертора, формирователь "мертвых" зон 3, логическое устройство 4, выходы которого 5, 6, 7 связаны со входами формирователя "мертвых" зон 3, многофазный генератор 8, вход которого связан с выходом задатчика частоты 9 инвертора, а девять его выходов 10...18 подключены к первым девяти входам логического устройства 4, генератор опорного напряжения 19, первый инвертирующий усилитель 20, вход которого соединен с выходом задатчика напряжения 21 инвертора, первый и второй компараторы 22 и 23, первые входы которых соединены соответственно с выходом задатчика напряжения 21 и выходом инвертирующего усилителя 20, а выходы подключены к десятому (24) и одиннадцатому (25) входам логического устройства 4, два масштабирующих усилителя 26 и 27 с коэффициентами передачи 0,732 и 0,268 соответственно, входы которых связаны с выходом задатчика напряжения 21, третий, четвертый, пятый и шестой компараторы 28, 29, 30, 31, причем первые входы компараторов 28 и 30 соединены соответственно с выходами масштабирующих усилителей 26 и 27, а первые входы компараторов 29 и 31 связаны с выходами масштабирующих усилителей 26 и 27 через второй и третий инвертирующие усилители 32 и 33 соответственно, вторые входы всех компараторов объединены и связаны с выходом генератора опорного напряжения 19, а выходы компараторов 28...31 связаны соответственно со входами 34...37 логического устройства 4. A voltage inverter with a lower content of higher harmonics (Fig. 7) contains a power switch block 1 made in the form of three identical racks of two switches connected in series, powered by a constant voltage, which is connected to the load 2 of the inverter, a shaper of "dead" zones 3, a logic device 4, the outputs of which 5, 6, 7 are connected to the inputs of the shaper of the “dead” zones 3, a multiphase generator 8, the input of which is connected to the output of the frequency inverter 9 of the inverter, and nine of its outputs 10 ... 18 are connected to the first nine inputs of the logical device 4, the reference voltage generator 19, the first inverting amplifier 20, the input of which is connected to the output of the voltage regulator 21 of the inverter, the first and second comparators 22 and 23, the first inputs of which are connected respectively to the output of the voltage regulator 21 and the output of the inverting amplifier 20, and the outputs are connected to the tenth (24) and eleventh (25) inputs of the logic device 4, two scaling amplifiers 26 and 27 with transmission coefficients 0.732 and 0.268, respectively, the inputs of which are connected to the output of the voltage regulator 21, third, fourth the fifth, sixth and sixth comparators 28, 29, 30, 31, and the first inputs of the comparators 28 and 30 are connected respectively to the outputs of the scaling amplifiers 26 and 27, and the first inputs of the comparators 29 and 31 are connected to the outputs of the scaling amplifiers 26 and 27 through the second and third inverting amplifiers 32 and 33, respectively, the second inputs of all comparators are combined and connected to the output of the reference voltage generator 19, and the outputs of the comparators 28 ... 31 are connected respectively to the inputs 34 ... 37 of the logical device 4.

Отметим, что в некоторых случаях задатчик напряжения 21 и генератор опорного напряжения 19 могут иметь входы управления и управляться вспомогательным устройством управления 38 в функции сигнала задания частоты от задатчика частоты 9. Note that in some cases, the voltage adjuster 21 and the reference voltage generator 19 may have control inputs and be controlled by the auxiliary control device 38 as a function of the frequency reference signal from the frequency adjuster 9.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Многофазный генератор 8 вырабатывает три сдвинутых на 120 эл. градусов сигнала 10, 11, 12 типа "меандр" (фиг. 8), а также последовательность из шести сдвинутых на 60 эл. градусов прямоугольных импульсов 13...18 длительностью 60 эл. градусов и частотой, равной заданной частоте fзад инвертора. Генератор опорного напряжения 19 вырабатывает двухполярное пилообразное напряжение 39 несущей частоты fоп (фиг. 9), которое сравнивается на входах компараторов 22 и 23 соответственно с прямым 40 и инверсным 41 сигналами задания напряжения Uзад инвертора. Скважность полученных на выходах компараторов 22 и 23 сигналов 24 и 25 определяет амплитудное значение Umax выходного напряжения инвертора. Уровень второй ступени выходного напряжения образуется аналогично компараторами 28 и 29 путем сравнения на их входах пилообразного напряжения 39 несущей частоты fоп генератора 19 с прямым 42 и инверсным 43 сигналами масштабирующего усилителя 26 с коэффициентом передачи К=0.732. Скважность полученных на выходах компараторов 28 и 29 сигналов 34 и 35 определяет уровень 0,732 Umax выходного напряжения инвертора. Уровень третьей ступени напряжения 0.268 Umax определяется скважностью сигналов 36 и 37 на выходах компараторов 30 и 31, сравнивающих сигналы опорного напряжения 39 генератора 19 с прямым 44 и инверсным 45 сигналами масштабирующего усилителя 27 с коэффициентом передачи К=0,268.Multiphase generator 8 produces three shifted by 120 el. degrees of the signal 10, 11, 12 of the meander type (Fig. 8), as well as a sequence of six shifted by 60 el. degrees of rectangular pulses 13 ... 18 with a duration of 60 el. degrees and a frequency equal to the specified frequency f back of the inverter. The reference voltage generator 19 generates a bipolar sawtooth voltage 39 of the carrier frequency f op (Fig. 9), which is compared at the inputs of the comparators 22 and 23, respectively, with direct 40 and inverse 41 voltage setting signals U back of the inverter. The reliability obtained at the outputs of the comparators 22 and 23 of the signals 24 and 25 determines the amplitude value U max of the output voltage of the inverter. The level of the second stage of the output voltage is formed similarly by comparators 28 and 29 by comparing the sawtooth voltage 39 of the carrier frequency f op of the generator 19 with direct 42 and inverse 43 signals of the scaling amplifier 26 with a transmission coefficient K = 0.732 at their inputs. The reliability of the signals 34 and 35 obtained at the outputs of the comparators 28 and 29 determines the level of 0.732 U max of the inverter output voltage. The level of the third voltage level 0.268 U max is determined by the duty cycle of signals 36 and 37 at the outputs of comparators 30 and 31, comparing the signals of the reference voltage 39 of the generator 19 with direct 44 and inverse 45 signals of the scaling amplifier 27 with the transmission coefficient K = 0.268.

Полученные на выходе компараторов сигналы 24, 25 и 34...37 передаются логическим устройством 4 на его выходы 5, 6, 7 в моменты времени, определяемые состоянием сигналов 10...18 в соответствии со следующими логическими уравнениями:

Figure 00000009

Figure 00000010

Figure 00000011

Формирователь "мертвых" зон 3 формирует три прямых 46, 47, 48 и три инверсных 49, 50, 51 сигнала управления стойками блока силовых ключей 1 инвертора так, что между прямым и инверсным сигналами каждой стойки существует небольшая задержка ("мертвое" время) для исключения возможности одновременного включения верхнего и нижнего ключей стойки. Для примера на фиг. 10 приведены диаграммы сигналов 5, 46, 51, управляющих стойкой фазы А. Аналогичные диаграммы имеют группы сигналов 6, 47, 50 и 7, 48, 49, управляющие стойками фаз В и С. Среднее значение сформированного выходного напряжения фазы А 52 показано на фиг. 8. Аналогичные напряжения, сдвинутые на 120 эл. градусов, образуются в фазах В и C.The signals 24, 25 and 34 ... 37 received at the output of the comparators are transmitted by the logic device 4 to its outputs 5, 6, 7 at time instants determined by the state of the signals 10 ... 18 in accordance with the following logical equations:
Figure 00000009

Figure 00000010

Figure 00000011

The “dead” zone 3 generator generates three straight lines 46, 47, 48 and three inverse 49, 50, 51 control signals of the racks of the power switch block 1 of the inverter so that there is a slight delay (dead time) between the direct and inverse signals of each rack (dead time) eliminating the possibility of simultaneously turning on the upper and lower rack keys. For the example of FIG. 10 shows diagrams of signals 5, 46, 51 that control phase A racks. Similar diagrams have signal groups 6, 47, 50 and 7, 48, 49 that control phase B and C racks. The average value of the generated output voltage of phase A 52 is shown in FIG. . 8. Similar voltages shifted by 120 el. degrees are formed in phases B and C.

Разложение в ряд Фурье фазного напряжения 52 дает следующий спектральный состав:

Figure 00000012

где Uи - напряжение в звене постоянного тока инвертора;
α0 - отношение величины сигнала 40 задания напряжения к амплитуде пилообразного напряжения ШИМ;.The expansion in a Fourier series of the phase voltage 52 gives the following spectral composition:
Figure 00000012

where U and - voltage in the DC link of the inverter;
α 0 - the ratio of the magnitude of the voltage setting signal 40 to the amplitude of the sawtooth PWM voltage ;.

k = 12n ± 1 - номер гармоники (n = 1,2,3...). k = 12n ± 1 is the harmonic number (n = 1,2,3 ...).

Из сравнения (5) и (2) видно значительное снижение содержания высших гармоник в выходном напряжении инвертора. Следовательно, выходное фазное напряжение инвертора имеет шесть уровней, а выбор коэффициентов передачи масштабирующие усилителей 0.732 и 0.268 обеспечивает исключение из кривой выходного напряжения инвертора кроме четных гармоник также гармоник с номерами 3k, 6k-1 и 6k+1, где k = 1,3,5... Коэффициент искажения, рассчитанный по (1) с учетом (5), равен 0,1505, что почти вдвое меньше, чем у прототипа (0,2953). Comparison of (5) and (2) shows a significant decrease in the content of higher harmonics in the output voltage of the inverter. Consequently, the inverter output phase voltage has six levels, and the choice of transmission coefficients of the scaling amplifiers 0.732 and 0.268 ensures that harmonics with numbers 3k, 6k-1 and 6k + 1, where k = 1.3, are excluded from the inverter output voltage curve in addition to even harmonics 5 ... The distortion coefficient calculated according to (1) taking into account (5) is 0.1505, which is almost half that of the prototype (0.2953).

Источники информации
1. Ю. К. Розанов. Основы силовой электроники. - М.: Энергоатомиздат, 1992, 296 с.
Sources of information
1. Yu. K. Rozanov. The basics of power electronics. - M .: Energoatomizdat, 1992, 296 p.

2. Г.Г. Жемеров. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. - М.: Энергия, 1977, 280 с. 2. G.G. Zhemerov. Direct coupled thyristor frequency converters. - M .: Energy, 1977, 280 p.

3. Калашников, С. О. Кривицкий, И.И. Эпштейн. Системы управления автономными инверторами. - М.: Энергия, 1974, 105 с. 3. Kalashnikov, S. O. Krivitsky, I.I. Epstein. Autonomous inverter control systems. - M .: Energy, 1974, 105 p.

Claims (1)

Инвертор напряжения с пониженным содержанием высших гармоник, содержащий задатчик напряжения и задатчик частоты инвертора, логическое устройство, блок силовых ключей, многофазный генератор, входом которого является выход задатчика частоты инвертора, а девять его выходов подключены к первым девяти входам логического устройства, генератор опорного напряжения, инвертирующий усилитель, входом которого является выход задатчика напряжения инвертора, два компаратора, первые входы которых соединены соответственно с выходом задатчика напряжения и выходом инвертирующего усилителя, вторые входы объединены и связаны с выходом генератора опорного напряжения, а выходы подключены к десятому и одиннадцатому входам логического устройства, три выхода которого являются входами формирователя "мертвых" зон, а шесть выходов последнего подключены к шести входам управления блока силовых ключей, питающего нагрузку, отличающийся тем, что в него введены третий, четвертый, пятый и шестой компараторы, первые входы которых соединены с выходом генератора опорного напряжения, а выходы - с дополнительными входами логического устройства, два масштабирующих усилителя с коэффициентами передачи 0,732 и 0,268, соединенные входами с выходом задатчика напряжения инвертора, а выходами - соответственно со вторыми входами третьего и пятого компараторов и входами дополнительно введенных второго и третьего инвертирующих усилителей, чьи выходы подключены ко вторым входам соответственно четвертого и шестого компараторов A voltage inverter with a reduced content of higher harmonics, comprising a voltage regulator and an inverter frequency adjuster, a logic device, a power switch unit, a multiphase generator, the input of which is the output of the inverter frequency adjuster, and nine of its outputs are connected to the first nine inputs of the logic device, a reference voltage generator, an inverting amplifier, the input of which is the output of the inverter voltage regulator, two comparators, the first inputs of which are connected respectively to the output of the voltage regulator voltage and the output of the inverting amplifier, the second inputs are combined and connected to the output of the reference voltage generator, and the outputs are connected to the tenth and eleventh inputs of the logic device, three outputs of which are inputs of the shaper of the "dead" zones, and six outputs of the latter are connected to six control inputs of the power unit keys supplying the load, characterized in that it introduced the third, fourth, fifth and sixth comparators, the first inputs of which are connected to the output of the reference voltage generator, and the outputs - with additional actual inputs of the logic device, two scaling amplifiers with transmission coefficients 0.732 and 0.268, connected by inputs to the output of the inverter voltage adjuster, and outputs, respectively, with the second inputs of the third and fifth comparators and the inputs of the additionally introduced second and third inverting amplifiers, whose outputs are connected to the second inputs respectively, the fourth and sixth comparators
RU99120947/09A 1999-10-04 1999-10-04 Voltage inverter having low higher harmonic content RU2172057C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120947/09A RU2172057C2 (en) 1999-10-04 1999-10-04 Voltage inverter having low higher harmonic content

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120947/09A RU2172057C2 (en) 1999-10-04 1999-10-04 Voltage inverter having low higher harmonic content

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2172057C2 true RU2172057C2 (en) 2001-08-10
RU99120947A RU99120947A (en) 2001-08-27

Family

ID=37436650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99120947/09A RU2172057C2 (en) 1999-10-04 1999-10-04 Voltage inverter having low higher harmonic content

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2172057C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШИБАЕВА С.Н. и др. Моделирование сетевых вентильных преобразователей. -Киев: ИМСТ и ТИТ Электродинамики АН УССР, 1989, С.96-98. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Three-level DC converter for balancing DC 800-V voltage
Du et al. Active harmonic elimination for multilevel converters
Zhang et al. Dual-buck half-bridge voltage balancer
US4052657A (en) Distribution system for a. c. electrical energy derived from d. c. energy sources
Matsui et al. Application of parallel connected NPC-PWM inverters with multilevel modulation for AC motor drive
CA2454723A1 (en) Control system for a power converter and method of controlling operation of a power converter prior application information
GB2196747A (en) Determining three phase reactive current components; compensating reactive power
Xia et al. Multi-objective optimal model predictive control for three-level ANPC grid-connected inverter
Naik et al. A two-phase five-level converter with least number of power switches requiring only a single DC source
Liu et al. Design and implementation of a distributed control structure for modular multilevel matrix converter
Karugaba et al. Carrier based PWM scheme for a three-level diode-clamped five-phase voltage source inverter ensuring capacitor voltage balancing
RU2172057C2 (en) Voltage inverter having low higher harmonic content
RU195700U1 (en) SEMICONDUCTOR CONVERTER
Sahana et al. A Single-Phase Hybrid Seventeen Level Multilevel Inverter Topology
Mandekar et al. A-5 Level Inverter For Regulated Power Supply From DC Generator
RU2379819C2 (en) Method to control three-phase bridge converter
Aihsan et al. Harmonic Analysis of Three-Phase Asymmetrical Multilevel Inverter with Reduced Number of Switches
Nwosu et al. Novel single-phase five-level inverter utilizing digital counter control scheme
Kumar et al. Modeling of Stand-Alone Three-phase Inverter for Various Loads using Space Vector Pulse Width Modulation
Nikolaienko et al. Asynchronous electric drive based on cascade multi-level frequency converter
Tohtayong et al. Harmonics elimination based on curve fitting method for modular multilevel converters
Biswas et al. Harmonic reduction in single phase AC-AC converter
SU771824A1 (en) Dc-to-multiphase voltage converter
Reddy et al. Modeling and analysis of grid-connected multilevel pv inverter with distributed mppt techniques
Palanisamy et al. Implementation of Seven Level Inverter With Reduced Switches Based Grid Connected Pv System

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051005