RU2253939C2 - Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии - Google Patents
Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253939C2 RU2253939C2 RU2003121131/09A RU2003121131A RU2253939C2 RU 2253939 C2 RU2253939 C2 RU 2253939C2 RU 2003121131/09 A RU2003121131/09 A RU 2003121131/09A RU 2003121131 A RU2003121131 A RU 2003121131A RU 2253939 C2 RU2253939 C2 RU 2253939C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- voltage
- measure
- output voltage
- inverter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Использование: для управления преобразователями постоянного напряжения в переменное в системах электроприводов, электропитания и устройств автоматики. Технический результат заключается в повышении точности регулирования в адаптивном диапазоне с нормируемой погрешностью, регламентируемой шагом управления фазой. В способе формирования выходного напряжения циклически переключают ключи инвертора, которые формируют на нагрузке многофазное многоступенчатое напряжение, за счет программного управления фазой и амплитудой с точностью, определяемой шагом управления фазой в адаптивном диапазоне. 4 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями постоянного напряжения в переменное в системах электроприводов, электропитания и устройств автоматики.
Известен способ [см. Патент №1835121 (СССР), Н 02 М 7/48, 1993. Бюл. №30], заключающийся в осуществлении управления преобразователем постоянного напряжения в переменное многоступенчатое, в котором выходное напряжение формируется циклическим переключением преобразовательных модулей за период, причем заданный уровень выходного напряжения достигается за счет подключения определяемого числа преобразовательных модулей.
Недостатками этого способа являются низкая точность регулирования выходного напряжения, зависящая от числа модулей, и узкий диапазон регулирования, регламентированный жесткой структурой, высокая сложность реализации и низкая надежность.
За прототип принят способ [см. А.С. №1821884 (СССР), Н 02 М 7/72, 1993. Бюл. №22], заключающийся в формировании выходного двенадцатиступенчатого напряжения преобразователя электроэнергии за счет циклического переключения основных вентилей и регулирования фазы выходного напряжения путем изменения длительности включения дополнительных вентилей.
Недостатками прототипа являются низкая точность регулирования, обусловленная жестко заданным конечным количеством ступеней выходного напряжения, и узкий диапазон регулирования (10-12%), ограниченный жесткой структурой, высокая сложность реализации и низкая надежность.
Технической задачей способа является повышение точности регулирования в адаптивном диапазоне с нормируемой погрешностью, регламентированной цифровым эквивалентом.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии, реализуемом с помощью многофазного мостового инвертора, состоящего из анодных и катодных ключей, соединенных с нагрузкой, заключающемся в том, что циклически переключают ключи инвертора, которые формируют на нагрузке многофазное многоступенчатое напряжение, измеряют его действующее значение, которое сравнивают с мерой, и сдвигают многоступенчатое напряжение по фазе относительно меры, в отличие от прототипа мерой служит сигнал синусоидальной формы, относительно которого организуют сдвиг фазы многоступенчатого напряжения за счет программного управления коммутацией анодных и катодных ключей инвертора с точностью, регламентируемой шагом управления фазой многоступенчатого напряжения, причем при превышении действующим значением значения меры уменьшают фазу многоступенчатого напряжения, в противном случае - увеличивают пропорционально шагу управления фазой.
Сущность предлагаемого способа поясняют фиг.1-4 в основных формах представления функции: на уровне схем инвертора (фиг.1) и таблицы коммутации ключей (фиг.2) по циклической программе (2) синхронизирующих импульсов, реализующих алгоритм управления (5) тиристорами и формирования на нагрузке напряжения в виде временных диаграмм (фиг.3 и 4).
Предлагаемый способ реализуется с помощью многофазного мостового инвертора, состоящего из анодных и катодных ключей, соединенных с нагрузкой (фиг.1а).
Задают эталонный сигнал синусоидальной формы с требуемой частотой: Uэ=u0· Sin(ω · t), где Uэ - мгновенное значение напряжения, U0 - амплитуда, ω - частота эталонного сигнала.
Формируют на нагрузке синусоидальный сигнал ступенчатой формы Uj за счет программного управления таблицей коммутации инверторов в каждом периоде T управления. Период интервалов разбивают на число j состояний, пропорциональных числу n фаз (n=3), тактов переключения р, количеству подпрограмм управления l. Состояния заполняют потенциалами высокого или низкого уровня, соответствующими логическим состояниям “1” или “0”. Первый столбец таблицы коммутации формируют из последовательности “1” от первого состояния, но не более, чем до половины периода Т. Анодные столбцы 1, 3, 5 (2k-l, k=1,3) таблицы (фиг.2а) организуют циклическим сдвигом первого столбца на интервал, равный отношению периода к числу фаз T/3, катодные столбцы 2, 4, 6 (2k, k=1,3) заполняют по аналогии, начиная с половины периода T/2.
Например, для 12 состояний при j=12 (n=3, р=2, l=2), первый столбец таблицы коммутации: 111110000000, а таблица примет вид, представленный (фиг.2а) и соответствующими временными диаграммами (фиг.3а, б, в), иллюстрирующими импульсы циклического переключения ключей инвертора (фиг.1).
Для архитектуры "инвертор-звезда" соответственно граф-схеме фиг.1б по законам Кирхгофа для n фаз преобразования энергии от источников Е1 и Е2 получаем формулу:
где Y2k-1 и Y2k - проводимости тиристоров, коммутирующих соответственно источники Е1 и E2 к фазе Ak, U - потенциал общего узла схемы "звезда" с проводимостью Y фазных обмоток.
Режимы работы тиристоров на j-том состоянии определяются кодом Nj входной таблицы (фиг.2а)
Преобразуем систему уравнений в форму, удобную для программирования кодом Nj
причем веса кодов связаны с физическими параметрами архитектуры, схемы фиг.1 и таблицы фиг.2, через проводимости Yk тиристоров и Y обмоток нагрузки следующими соотношениями
где Yjk=Y2k-1+Y2k+Y - суммарная проводимость k-того фазного узла структуры инвертора (фиг.1) на j-том состоянии (фиг.2), причем четные ξ j 2k и нечетные ξ j 2k-1 веса кодов Nj (2) инвариантны прямым α jk и инверсным термам физического состояния проводимости коммутаторов инвертора.
Ступенчатое напряжение Uj (фиг.3а, б, в) на нагрузке (фиг.1) получают коммутацией анодных 2k-1 и катодных 2k ключей инвертора по циклической программе, состоящей из последовательности j состояний, определяемых j-ми строками таблицы коммутации (фиг.2а), что соответствует последовательному, параллельному и смешанному соединению источника энергии и нагрузки:
Например, по формуле (4) и программе (2) для смешанного закона коммутации, заданной входной таблицей (фиг.2а), соответствует выходная таблица (фиг.2б) и временные диаграммы (фиг.3а, б, в) на нагрузке, подключенной по схеме “звезда” (фиг.1).
Измеряют действующее значение ступенчатого напряжения Uj, которое сравнивают с мерой Uэ по алгоритму:
Управляют амплитудой ступенчатого напряжения Uj относительно амплитуды эталонного сигнала Uэ за счет изменения длительности последовательности “1” в первом столбце таблицы коммутации. При амплитуде ступенчатого напряжения Uj, меньшем амплитуды эталонного сигнала Uэ, добавляют число “1” при возрастании напряжения (уменьшают при убывании напряжения), добиваясь минимальной разницы амплитуд ступенчатого напряжения Uj и эталонного сигнала Uэ, определяемого заданной погрешностью, регламентированной одним состоянием (фиг.4г).
Например, для Т=64, при Uj<Uэ, фиг.4б, переходят от кода управления N1=11... 11000... 0000 (N10=30) к коду 11... 11100... 0000 (31), что вызывает увеличение сдвига фаз Δ φ и увеличение напряжения Uj фиг.4а, изменяя код до тех пор, пока неравенство не примет вид Uj Uэ.
Алгоритм управления (5) позволяет компенсировать реактивную составляющую мощности на нагрузке (фиг.1), изменяя фазу φ ступенчатого напряжения Uj относительно эталонного сигнала Uэ за счет изменения длительности последовательности “1” в первом столбце таблицы коммутации (фиг.2). При положительном сдвиге фаз Δ φ , например при коде 30 (фиг.4б), уменьшают число “1” до кода 29 (фиг.4в), а при отрицательном - увеличивают до 31 (фиг.4а), добиваясь минимального сдвига фаз, определяемого заданной погрешностью, регламентированной одним состоянием.
Точность предлагаемого способа регламентируется соотношением:
где φ - шаг управления фазой выходного напряжения.
Для прототипа шаг управления жестко задан аппаратно, а число тактов управления k=2, р=2:
Для заявленного способа k=2m, где m - цифровой эквивалент, ограничивается только быстродействием управляемых вентилей:
Точность регулирования способа относительно прототипа:
и выше прототипа в 2m раз для l=2.
Эффективность предлагаемого способа по точности с погрешностью ε 1 относительно погрешности прототипа ε 2 при равных диапазонах регулирования D1=D2 с учетом, что
определяется соотношением:
Для числовых эквивалентов находим соотношение погрешностей что доказывает повышение точности от 4 до 256 раз относительно прототипа при равных диапазонах регулирования.
При равных погрешностях управления ε 1=ε 2 диапазон регулирования предлагаемого способа D1 с учетом, что
имеет вид:
Подстановка числовых эквивалентов отражает эффективность адаптации чтo доказывает расширение диапазона регулирования от 4 до 256 раз относительно прототипа при равных точностях регулирования.
Диапазон регулирования выходного напряжения прототипа ограничивается 10-12%, тогда как для заявленного способа он составляет 100%, так как способ позволяет синтезировать выходное напряжение в пределах от 0 до величины постоянного напряжения на входе.
Гибкость заявленного способа регламентируется использованием программного управления заполнения таблицы коммутации, а также непрерывным контролем выходного напряжения в реальном масштабе времени.
Простота реализации заявленного способа обуславливается отказом от использования дискретных элементов в системе управления вентилями в связи с переходом на более высокий уровень интеграции, что позволяет снизить как минимум на порядок сложность устройства и на порядок повысить надежность его работы.
Claims (1)
- Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии, реализуемый с помощью многофазного мостового инвертора, состоящего из анодных и катодных ключей, соединенных с нагрузкой, заключающийся в том, что циклически переключают ключи инвертора, которые формируют на нагрузке многофазное многоступенчатое напряжение, измеряют его действующее значение, которое сравнивают с мерой, и сдвигают многоступенчатое напряжение по фазе относительно меры, отличающийся тем, что мерой служит сигнал синусоидальной формы, относительно которого организуют сдвиг фазы многоступенчатого напряжения за счет программного управления коммутацией анодных и катодных ключей инвертора с точностью, регламентируемой шагом управления фазой многоступенчатого напряжения, причем при превышении действующим значением значения меры уменьшают фазу многоступенчатого напряжения, в противном случае - увеличивают пропорционально шагу управления фазой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003121131/09A RU2253939C2 (ru) | 2003-07-10 | 2003-07-10 | Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003121131/09A RU2253939C2 (ru) | 2003-07-10 | 2003-07-10 | Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003121131A RU2003121131A (ru) | 2005-02-10 |
RU2253939C2 true RU2253939C2 (ru) | 2005-06-10 |
Family
ID=35208232
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003121131/09A RU2253939C2 (ru) | 2003-07-10 | 2003-07-10 | Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2253939C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2790645C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2023-02-28 | Леонид Петрович Гаврилов | Шестифазный импульсный генератор |
-
2003
- 2003-07-10 RU RU2003121131/09A patent/RU2253939C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2790645C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2023-02-28 | Леонид Петрович Гаврилов | Шестифазный импульсный генератор |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003121131A (ru) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Novel cascaded switched-diode multilevel inverter for renewable energy integration | |
US9571006B2 (en) | Multi-level half bridge with sequenced switch states | |
Darus et al. | A modified voltage balancing algorithm for the modular multilevel converter: Evaluation for staircase and phase-disposition PWM | |
RU2307442C1 (ru) | Преобразовательная схема для коммутации множества уровней коммутируемого напряжения | |
JP2010527229A (ja) | マトリックスコンバータのパルス幅変調制御 | |
Babaei et al. | New 8-level basic structure for cascaded multilevel inverters with reduced number of switches and DC voltage sources | |
RU2671539C1 (ru) | Генератор многофазной системы ЭДС для мобильных устройств | |
Babaei et al. | A novel structure for multilevel converters | |
Geng et al. | A switching times reassignment-based voltage balancing strategy for submodule capacitors in modular multilevel HVDC converters | |
RU2408969C1 (ru) | Многозонный частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения | |
Velliangiri et al. | Design of nine step switched capacitor multilevel inverter and its cascaded extension | |
RU192844U1 (ru) | Трехфазный преобразователь переменного тока в постоянный с повышенным коэффициентом мощности | |
Hussein | Multilevel level single phase inverter implementation for reduced harmonic contents | |
RU2253939C2 (ru) | Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии | |
Mikhalchenko et al. | Bifurcation behavior in multi-parallel interleave buck converter | |
EP3063866B1 (en) | A vector controller for a voltage source power converter | |
JP2019129585A (ja) | 電力変換装置の制御回路、及び、電力変換装置 | |
JP5805374B2 (ja) | 変換器回路の動作方法およびその方法を実行する装置 | |
JP7051599B2 (ja) | 多段変換器の制御装置 | |
RU2450316C1 (ru) | Устройство управления импульсными преобразователями постоянного тока (варианты) | |
Dhanamjayulu et al. | A novel neutral point clamped symmetrical boost inverters with reduced components | |
El-Bakry | Using linear programming models for minimizing harmonics values in cascaded multilevel inverters | |
RU2408968C1 (ru) | Повышающе-понижающий непосредственный преобразователь частоты | |
Rufer et al. | Control of the actively balanced capacitive voltage divider for a five-level NPC inverter-estimation of the intermediary levels currents | |
RU2734101C1 (ru) | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050711 |