RU2428783C1 - Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation - Google Patents

Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation Download PDF

Info

Publication number
RU2428783C1
RU2428783C1 RU2010118177/07A RU2010118177A RU2428783C1 RU 2428783 C1 RU2428783 C1 RU 2428783C1 RU 2010118177/07 A RU2010118177/07 A RU 2010118177/07A RU 2010118177 A RU2010118177 A RU 2010118177A RU 2428783 C1 RU2428783 C1 RU 2428783C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pwm
phase
frequency
control
matrix
Prior art date
Application number
RU2010118177/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Евгеньевич Богатырев (RU)
Дмитрий Евгеньевич Богатырев
Игорь Михайлович Васин (RU)
Игорь Михайлович Васин
Сергей Васильевич Махонин (RU)
Сергей Васильевич Махонин
Борис Алексеевич Скворцов (RU)
Борис Алексеевич Скворцов
Original Assignee
Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
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 Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2010118177/07A priority Critical patent/RU2428783C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2428783C1 publication Critical patent/RU2428783C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: there proposed is method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation (PWM), each cascade (matrix) of which is built on completely controlled switches of IGBT-modules with two-sided conductivity as per bridge circuit. Method is implemented by introduction of natural drop of reactive (inductive) currents in phases of power supplies at their rectification and in phases of electric motor at switching of switches in mode of formation and control of output voltage by high-frequency bipolar PWM method. The proposed method has been implemented in software of prototype of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine PWM, which is intended to control high-voltage heavy-duty propulsion motor in electric propulsion systems of advanced heavy-tonnage vessels, e.g. ice navigation vessels and icebreakers of new generation.
EFFECT: increasing the efficiency and decreasing mass and dimensions parameters owing to excluding units with balancing capacitors at input terminals of cycloconverter at maintaining high quality parameters of electric power both on the side of supply mains and on the side of motor load.
3 dwg

Description

1.1. Область техники. Настоящее изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники, в частности к непосредственным преобразователям частоты (НПЧ) для регулирования высоковольтных электродвигателей переменного тока большой мощности.1.1. The field of technology. The present invention relates to the field of semiconductor converting technology, in particular to direct frequency converters (NFC) for regulating high-voltage AC electric motors of high power.

1.2. Уровень техники. Известен способ и устройство управления преобразователем частоты, построенным по схеме 3-фазного двухзвенного НПЧ на IGВТ-модулях, как на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью с использованием программного метода высокочастотной адаптивной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для формирования входных и выходных токов и регулирования выходного напряжения, описанные, например, в [1; 2].1.2. The prior art. A known method and device for controlling a frequency converter constructed according to the scheme of a 3-phase two-link low-frequency converter on IGWT modules, as on fully controllable keys with two-sided conductivity using the software method of high-frequency adaptive pulse-width modulation (PWM) for generating input and output currents and regulation output voltage, described, for example, in [1; 2].

В указанных источниках информации в качестве способа и устройства компенсации реактивных (индуктивных) токов питающей сети, т.е. для поддержания непрерывности протекания токов в цепях от источников питания к фазам электродвигателя при коммутации ключей как на частоте сети, так и на высокой частоте ШИМ, используется способ подключения батареи конденсаторов к входным зажимам НПЧ. Такое решение задачи приводит к дополнительным потерям электроэнергии, т.е. к снижению к.п.д., а также к увеличению массогабаритных показателей НПЧ.In these sources of information as a method and device for compensating reactive (inductive) currents of the supply network, i.e. To maintain the continuity of the flow of currents in the circuits from the power sources to the phases of the electric motor when switching the keys both at the mains frequency and at the high PWM frequency, a method is used to connect the capacitor bank to the input terminals of the low frequency filter. Such a solution to the problem leads to additional energy losses, i.e. to reduce efficiency, as well as to increase the overall dimensions of the NPP.

Кроме того, двухзвенный НПЧ на IGВТ-модулях с высокочастотной ШИМ имеет недостаток, обусловленный наличием двух звеньев в цепи преобразования, что также приводит к дополнительным потерям мощности и к снижению к.п.д.In addition, the two-link low-frequency converter on IGWT modules with high-frequency PWM has a drawback due to the presence of two links in the conversion circuit, which also leads to additional power losses and to a reduction in efficiency.

Более близким по способу формирования и регулирования выходного напряжения к заявляемому способу является схема однозвенного однокаскадного матричного НПЧ на IGВТ-модулях с двухсторонней -проводимостью, и с высокочастотной, ШИМ, описанная в [3]. Однако в [3] патентуется способ и устройство защиты указанной схемы от аварийных ситуаций, в которой также присутствует блок с компенсирующими конденсаторами, подключенный к входным зажимам.Closer in the method of formation and regulation of the output voltage to the claimed method is a single-stage single-stage matrix array of low-frequency filters on IGWT modules with two-sided conductivity and high-frequency PWM, described in [3]. However, in [3], a method and device for protecting this circuit from emergency situations is patented, in which there is also a block with compensating capacitors connected to the input terminals.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ формирования высокого напряжения в преобразователе по схеме однозвенного матричного НПЧ каскадного типа, описанной в [4] (прототип).The closest in technical essence to the claimed method is a method of forming a high voltage in the Converter according to the scheme of a single-link matrix cascade type NPC described in [4] (prototype).

В указанном преобразователе, построенном на полностью управляемых ключах IGВТ-модулей с двухсторонней проводимостью, соединенных в каждом каскаде по мостовой 3-фазной схеме, реализуется каскадный принцип формирования высокого напряжения на выходе при питании от потенциально изолированных источников питания с использованием программного метода высокочастотной синусоидальной ШИМ для его регулирования. Однако ключи мостовых схем в указанном преобразователе работают в режиме инвертирования с длительностью включенного состояния 120° эл., и для поддержания непрерывности протекания токов в цепях от источников напряжения к фазам электродвигателя используются необходимые в этом случае блоки с компенсирующими конденсаторами.In the specified converter, built on fully controlled keys of IGBT modules with two-sided conductivity, connected in each cascade by a 3-phase bridge circuit, the cascade principle of generating a high voltage at the output when powered from potentially isolated power sources using the software method of high-frequency sinusoidal PWM for its regulation. However, the keys of the bridge circuits in the specified converter operate in invert mode with an on-state duration of 120 ° el., And to maintain the continuity of the flow of currents in the circuits from voltage sources to the phases of the electric motor, the blocks necessary in this case with compensating capacitors are used.

1.3. Краткое описание чертежей.1.3. A brief description of the drawings.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом (фиг.1), на котором изображена блок-схема трехфазного матричного НПЧ каскадного типа с высокочастотной синусоидальной ШИМ с подключенной к нему обмоткой асинхронного электродвигателя.The invention is illustrated in the drawing (figure 1), which shows a block diagram of a three-phase matrix cascade type low-pass filter with a high-frequency sinusoidal PWM with an asynchronous motor winding connected to it.

На фиг.2 изображена электрическая схема одного каскада (матрицы) упомянутого НПЧ, построенного на полностью управляемых ключах IGBT-модулей с двухсторонней проводимостью по трехфазной мостовой схеме. В изображенной схеме одного каскада трехфазного моста используются следующие обозначения: 1…6 - управляемые ключи IGВТ-модулей; 7…12 - снабберные конденсаторы; 13 - драйверные устройства; Utm, i2tm, Rtm, Ltm, где (m=а, b, с), - напряжение, токи и параметры фаз вторичной обмотки трансформатора (источника питания); ii (i=1…6) - токи в ключах моста; ~Ud, id, еd, Rd, Ld - выходные напряжение и ток, а также э.д.с. и параметры фазы двигательной нагрузки.Figure 2 shows the electrical circuit of one cascade (matrix) of the aforementioned NFC, built on fully managed keys of IGBT modules with two-sided conductivity in a three-phase bridge circuit. In the shown diagram of one cascade of a three-phase bridge, the following notation is used: 1 ... 6 - managed keys of IGBT modules; 7 ... 12 - snubber capacitors; 13 - driver devices; U tm , i 2tm , R tm , L tm , where (m = a, b, c) is the voltage, currents and phase parameters of the secondary winding of the transformer (power source); i i (i = 1 ... 6) - currents in the bridge keys; ~ U d , i d , е d , R d , L d - output voltage and current, as well as the emf and phase parameters of the motor load.

На фиг.3 представлены временные диаграммы управляющих сигналов при формировании высокочастотной синусоидальной ШИМ для ключей одного каскада мостовой схемы и расчетные кривые фазного тока и напряжения на входных и выходных зажимах устройства по заявляемому способу.Figure 3 presents the timing diagrams of the control signals during the formation of a high-frequency sinusoidal PWM for the keys of one cascade of the bridge circuit and the calculated curves of the phase current and voltage at the input and output terminals of the device according to the claimed method.

В представленных диаграммах и кривых используются следующие обозначения: Uta, Utb, Utc - напряжения фаз вторичной обмотки трансформатора; Uon - опорное высокочастотное пилообразное напряжение; Uy - напряжение управления скважностью синусоидальной ШИМ; J1, J2, J3 - функции разрешения ШИМ плечей моста; K1, К2…К6 - функции состояния плечей моста; idA, idB, idC, UdA, UdB, UdC - расчетные фазные токи и напряжения на выходе НПЧ по схеме фиг.1 (на зажимах электродвигателя).The following notation is used in the presented diagrams and curves: U ta , U tb , U tc - voltage of the phases of the secondary winding of the transformer; U on - reference high-frequency sawtooth voltage; U y - voltage control duty cycle sinusoidal PWM; J 1 , J 2 , J 3 - resolution functions of the PWM of the shoulders of the bridge; K 1 , K 2 ... K 6 - the state function of the shoulders of the bridge; i dA , i dB , i dC , U dA , U dB , U dC - the calculated phase currents and voltages at the output of the LPC according to the scheme of figure 1 (on the terminals of the motor).

1.4. Раскрытие изобретения1.4. Disclosure of invention

Заявленный способ реализуется в устройстве матричного НПЧ каскадного типа с высокочастотной синусоидальной ШИМ, в котором обеспечивается по сравнению с прототипом [4] повышение к.п.д. и уменьшение его массогабаритных показателей за счет исключения блоков с компенсирующими конденсаторами при сохранении высоких параметров качества электроэнергии как со стороны питающей сети, так и на стороне электродвигателя.The claimed method is implemented in a device matrix cascade type NPC with a high-frequency sinusoidal PWM, which provides an increase in efficiency compared to the prototype [4] and a decrease in its overall dimensions due to the exclusion of blocks with compensating capacitors while maintaining high parameters of the quality of electricity both from the supply network and from the electric motor.

Указанный технический результат достигается введением естественного спада реактивных (индуктивных) токов в фазах источников питания при их коммутации в мостовых схемах (матрицах) каждого каскада в режиме выпрямления и в фазах электродвигателя при коммутации ключей в режиме формирования и регулирования выходного напряжения методом высокочастотной синусоидальной двуполярной ШИМ.The indicated technical result is achieved by introducing a natural decrease in reactive (inductive) currents in the phases of the power sources when they are switched in the bridge circuits (matrices) of each stage in the rectification mode and in the phases of the electric motor when the keys are switched in the mode of generating and regulating the output voltage by the high-frequency sinusoidal bipolar PWM method.

Устройство матричного НПЧ каскадного типа с высокочастотной. синусоидальной ШИМ, реализующее заявленный способ, состоит из т-фазной силовой части 1 и микропроцессорной системы управления (СУ) 2 с пультом управления 3 (фиг.1). В каждой m-фазе (А;В;С) силовой части 1 содержится n-каскадов мостовых схем 4 (матриц). Входы мостовых схем 4 посредством контакторов 5 подключены к (m×n) потенциально развязанным трехфазным источникам питания (вторичным обмоткам трансформаторов) 6 с низким уровнем напряжения, половина из которых соединена "звездой", а другая: половина - "треугольником", что способствует, улучшению параметров, качества электроэнергии со стороны питающей сети. Кроме того, входы мостовых схем 4 подключены к датчикам напряжения 7, выходы которых в свою очередь соединены с CУ 2.Cascade type high-frequency matrix array device. a sinusoidal PWM that implements the claimed method consists of a t-phase power unit 1 and a microprocessor control system (SU) 2 with a control panel 3 (figure 1). Each m-phase (A; B; C) of the power unit 1 contains n-cascades of bridge circuits 4 (matrices). The inputs of the bridge circuits 4 by means of contactors 5 are connected to (m × n) potentially decoupled three-phase power supplies (secondary windings of transformers) 6 with a low voltage level, half of which is connected by a "star" and the other: half by a "triangle", which contributes to improvement of parameters, quality of electricity from the supply network. In addition, the inputs of the bridge circuits 4 are connected to voltage sensors 7, the outputs of which are in turn connected to the control system 2.

Выходы n-каскадов мостовых схем 4 каждой фазы соединены между собой последовательно-согласно и подключены с одной стороны через датчики фазных токов 8 к фазам электродвигателя 9, а с другой стороны соединены в общую точку. Каждый каскад силовой части 1 построен на IGВТ-модулях 1…6 (фйг.2) с ключами, двухсторонней проводимости, шунтированными снабберными конденсаторами 7…12 и соединенными по трехфазной мостовой схеме.The outputs of the n-stages of the bridge circuits 4 of each phase are interconnected in series according to one another and are connected on the one hand through phase current sensors 8 to the phases of the electric motor 9, and on the other hand are connected to a common point. Each stage of the power unit 1 is built on IGVT modules 1 ... 6 (Fig.2) with keys, two-sided conductivity, shunted by snubber capacitors 7 ... 12 and connected by a three-phase bridge circuit.

Способ формирования и регулирования высокого напряжения матричного НПЧ каскадного типа с высокочастотной синусоидальной ШИМ реализуется следующим образом.The method of forming and regulating the high voltage matrix cascade type LPC with a high-frequency sinusoidal PWM is implemented as follows.

По сигналу от пульта управления 3 СУ 2 (фиг.1) осуществляет включение контакторов 5 и тем самым подачу питания от (m×n) вторичных обмоток трансформаторов 6 на входы мостовых схем 4 каждого n-го каскада.The signal from the control panel 3 SU 2 (figure 1) enables the contactors 5 and thereby supply power from (m × n) the secondary windings of the transformers 6 to the inputs of the bridge circuits 4 of each n-th cascade.

Управляющие сигналы, поступающие от СУ 2 на драйверные устройства 13 IGВТ-модулей 1…6 (фиг.2), осуществляют включение и выключение ключей в плечах мостовых схем 4 в режиме выпрямления с углом управления α=0 с длительностью разрешенного открытия ключей (120°+γ) эл. для обеих полуволн выходного напряжения ~Ud. Сигналы от датчиков напряжения 7, поступая в СУ 2, обеспечивают синхронизацию управляющих сигналов ключей мостовых схем 4 по частоте и фазе с э.д.с. (е2tm) вторичных обмоток трансформаторов 6.The control signals received from the SU 2 to the driver device 13 IGVT modules 1 ... 6 (figure 2), enable and disable the keys on the shoulders of the bridge circuits 4 in the rectification mode with a control angle α = 0 with a duration of allowed opening of the keys (120 ° + γ) email. for both half-waves of the output voltage ~ U d . The signals from the voltage sensors 7, entering the control system 2, provide synchronization of the control signals of the keys of the bridge circuits 4 in frequency and phase with the emf (е 2tm ) secondary windings of transformers 6.

Выходные напряжения ~Ud n-каскадов мостовых схем 4 в каждой m-фазе (А; В; С) при их одновременном включении суммируются, что обеспечивает в режиме синусоидальной ШИМ необходимый уровень высокого напряжения. Далее сумма напряжений ~Ud от n-каскадов мостовых схем 4 каждой m-фазы поступает через датчики фазных токов 8 на фазы электродвигателя 9 (фиг.1).The output voltages ~ U d of the n-stages of the bridge circuits 4 in each m-phase (A; B; C) are summed up when they are turned on simultaneously, which ensures the required high voltage level in the sinusoidal PWM mode. Next, the sum of the voltages ~ U d from the n-stages of the bridge circuits 4 of each m-phase enters through the phase current sensors 8 to the phases of the electric motor 9 (Fig. 1).

С целью программной реализации режима выпрямления каждой мостовой схемы (фиг.2) вводятся функции разрешения ШИМ ключей, которые синхронизируются по частоте и фазе τ с э.д.с. е2tm (m=а,b,с) источника питания. При этом мгновенные значения функций разрешения ШИМ Ji (i=1, 2, … 6) определяются следующими условиями (для одной из групп моста) (фиг.3):For the purpose of software implementation of the rectification mode of each bridge circuit (Fig. 2), PWM key resolution functions are introduced, which are synchronized in frequency and phase τ with the emf. e 2tm (m = a, b, c) of the power source. In this case, the instantaneous values of the PWM resolution functions J i (i = 1, 2, ... 6) are determined by the following conditions (for one of the bridge groups) (Fig. 3):

Начальные условия J1=J2=J3=0The initial conditions J 1 = J 2 = J 3 = 0

Figure 00000001
Figure 00000001

Увеличение длительности разрешения включенного состояния ключей относительно общепринятой в [3;4] длительности 120° эл. на угол коммутации, (перекрытия) γ приводит к созданию режима естественного спада реактивных (индуктивных) токов i2tm, где m=а, b, с (фиг.2), при их коммутации в мостовой схеме. При этом длительность угла коммутации γ на момент начала каждой коммутаций вычисляется по функциональной зависимости:The increase in the duration of the resolution of the on state of the keys relative to the generally accepted in [3; 4] duration of 120 ° el. at the angle of commutation, (overlap) γ leads to the creation of a regime of natural decline of reactive (inductive) currents i 2tm , where m = a, b, c (Fig. 2), when they are switched in the bridge circuit. In this case, the duration of the switching angle γ at the beginning of each switching is calculated according to the functional dependence:

Figure 00000002
Figure 00000002

где: Хγ = индуктивное сопротивление (приведенное) фазы источника питания (вторичной обмотки трансформатора);where: X γ = inductive resistance (reduced) of the phase of the power source (secondary winding of the transformer);

id - текущее мгновенное значение выходного тока (фазного тока электродвигателя) на момент начала коммутации;i d - current instantaneous value of the output current (phase current of the electric motor) at the time of switching;

E2t - фазная э.д.с. (действующее значение) источника питания (вторичной обмотки трансформатора).E 2t - phase emf (actual value) of the power source (secondary winding of the transformer).

Указанную зависимость угла коммутации γ в функции текущего значения тока id (фазного тока электродвигателя 9) обеспечивает программа работы СУ 2 на основе информации, получаемой, от датчиков фазных токов 8 (фиг.1).The indicated dependence of the switching angle γ as a function of the current value of the current i d (phase current of the electric motor 9) is provided by the program of work of the control system 2 based on the information received from the phase current sensors 8 (Fig. 1).

Кроме того, СУ 2 непрерывно формирует известным [1; 2] программным способом сигналы (прямые и инверсные) высокочастотной, синусоидальной ШИМ с регулируемой скважностью (фиг.3) на основе сравнения опорного напряжения Uоп пилообразной формы и напряжения управления Uy синусоидальной формы.In addition, SU 2 continuously forms known [1; 2] programmatically signals (direct and inverse) high, with sinusoidal PWM variable duty cycle (Figure 3) based on the comparison reference voltage U op sawtooth control voltage and U y sinusoidal.

При совпадении сигналов синусоидальной ШИМ с функциями разрешения, ШИМ Ji предыдущего режима выпрямления формируются управляющие сигналы на включение и выключение ключей в плечах мостовых схем, осуществляя двуполярное (положительное, или отрицательное) подключение «выпрямленных» напряжений ~Ud (фиг.2) одновременно от каждого каскада 3-фазных источников питания 6 к соответствующим фазам электродвигателя 9 (фиг.1).When the signals of the sinusoidal PWM coincide with the resolution functions, the PWM J i of the previous rectification mode, control signals are generated to turn the keys on and off at the shoulders of the bridge circuits, performing bipolar (positive or negative) connection of the “rectified” voltages ~ U d (Fig. 2) simultaneously from each cascade of 3-phase power supplies 6 to the corresponding phases of the electric motor 9 (figure 1).

Для программной реализации состояния ключей в плечах мостовой схемы (фиг.2) используются функции состояния плеч Кi, где: i=1, 2, 3, 4, 5, 6. Если плечо моста открыто, то Ki=7. Если плечо моста закрыто, то Кi=0 (фиг.3). При двуполярной ШИМ для плечей противоположной группы моста справедливо их инверсное состояние:For software implementation of the state of the keys in the shoulders of the bridge circuit (figure 2), the state functions of the shoulders K i are used , where: i = 1, 2, 3, 4, 5, 6. If the shoulder of the bridge is open, then K i = 7. If the shoulder of the bridge is closed, then K i = 0 (figure 3). With a bipolar PWM for the shoulders of the opposite group of the bridge, their inverse state is true:

Figure 00000003
где
Figure 00000004
Figure 00000003
Where
Figure 00000004

При работе мостовой схемы в режиме синусоидальной двуполярной ШИМ значения функций Ki определяются следующими условиями:When the bridge circuit operates in a sinusoidal bipolar PWM mode, the values of the functions K i are determined by the following conditions:

К123456=0,K 1 = K 2 = K 3 = K 4 = K 5 = K 6 = 0,

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, за счет введения естественного спада реактивных (индуктивных) токов в фазах вторичных обмоток трансформаторов при их коммутации в n-каскадах мостовых схемах каждой m-фазы НПЧ и в фазах электродвигателя при коммутации ключей на частоте двуполярной ШИМ обеспечивается непрерывность протекания токов от источников питания к фазам электродвигателя. Тем самым исключается необходимость в блоках с компенсирующими конденсаторами на входных зажимах каждого каскада матричного НПЧ.Thus, due to the introduction of a natural decrease in reactive (inductive) currents in the phases of the secondary windings of transformers when they are switched in n-cascades of bridge circuits of each m-phase of the LPC and in the phases of the electric motor when switching keys at a bipolar PWM frequency, continuity of the flow of currents from power sources is ensured to the phases of the electric motor. This eliminates the need for blocks with compensating capacitors at the input terminals of each stage of the matrix LPC.

1.5. Осуществление изобретения.1.5. The implementation of the invention.

Заявленный способ формирования и регулирования высокого напряжения матричного НПЧ каскадного типа с высокочастотной синусоидальной ШИМ и программное обеспечение к нему реализованы в опытном образце устройства по схеме фиг.1 без блоков с компенсирующими конденсаторами. Упомянутый опытный образец предназначен для регулирования высоковольтного гребного электродвигателя в системе электродвижения перспективных крупнотоннажных судов, например судов ледового плавания и нового поколения ледоколов.The claimed method of forming and regulating the high voltage of a cascade type matrix low-frequency converter with a high-frequency sinusoidal PWM and its software are implemented in a prototype device according to the scheme of Fig. 1 without blocks with compensating capacitors. The mentioned prototype is designed to regulate a high-voltage propeller motor in the electric propulsion system of promising large-tonnage vessels, for example, ice navigation vessels and a new generation of icebreakers.

На фиг.3 изображены временные диаграммы управляющих сигналов при формировании высокочастотной синусоидальной двуполярной ШИМ для одного каскада мостовой схемы НПЧ и кривые фазных токов и напряжений на его входных и выходных зажимах, рассчитанные на основе математической модели системы в составе синхронный генератор мощностью 1000 кВт - матричный НПЧ - асинхронный электродвигатель мощностью 800 кВт при частоте питания 50 Гц, выходной частоте 17 Гц и частоте ШИМ 1200 Гц.Figure 3 shows the timing diagrams of the control signals during the formation of a high-frequency sinusoidal bipolar PWM for one cascade of the NPC bridge circuit and the phase current and voltage curves at its input and output terminals, calculated on the basis of a mathematical model of the system consisting of a 1000 kW synchronous generator - matrix LPC - an asynchronous electric motor with a power of 800 kW at a supply frequency of 50 Hz, an output frequency of 17 Hz and a PWM frequency of 1200 Hz.

ЛитератураLiterature

1. Устройство и способ управления обратимым преобразователем энергии переменного тока в энергию переменного тока. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А. и др. Патент РФ №RU 2265947 С2, кл. Н02М 5/27 от 09.07.2002.1. Device and method for controlling a reversible converter of AC energy into AC energy. Shreiner R.T., Efimov A.A. and other RF Patent No.RU 2265947 C2, class. Н02М 5/27 from 07/09/2002.

2. Способ преобразования частоты. Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К. и др. Патент РФ № RU 2269860 С2, кл. Н02М 5/16 от 16.09.2003.2. The method of frequency conversion. Shreiner R.T., Krivovyaz V.K. and other RF Patent No. RU 2269860 C2, class. Н02М 5/16 from 09.16.2003.

3. Method and apparatus for protecting PWM cycloconverter. Sawa Toshihiro, … Патент Яп. № ЕР 1154552, кл. Н02М 5/27 от 14.11.2001.3. Method and apparatus for protecting PWM cycloconverter. Sawa Toshihiro, ... Patent Yap. No. EP 1154552, class Н02М 5/27 dated 11/14/2001.

4. Матричный каскадный преобразователь частоты типа СIМR-МХ1S на IGВТ-модулях с высокочастотной ШИМ и с рекуперацией энергии для высоковольтного электропривода переменного тока мощностью до 6,0 МВА. - Проспект фирмы «Yaskawa Electric Corporation» (Япония), 2007 г.4. Matrix cascade frequency converter of СIMR-МХ1S type on IGВТ-modules with high-frequency PWM and with energy recovery for a high-voltage AC electric drive with power up to 6.0 MVA. - Prospectus of the company "Yaskawa Electric Corporation" (Japan), 2007

Claims (1)

1. Способ формирования и регулирования высокого напряжения матричного непосредственного преобразователя частоты каскадного типа с высокочастотной синусоидальной ШИМ, содержащего в m-фазной силовой части n каскадов 3-фазных мостовых схем на IGВТ-модулях с ключами двухсторонней проводимости, шунтированных снабберными конденсаторами, причем выходы мостовых схем соединены последовательно-согласно, а входы подключены к (m×n) потенциально развязанным 3-фазным источникам питания (вторичным обмоткам трансформаторов), использующий в микропроцессорной системе управления известный программный способ формирования управляющих сигналов методом высокочастотной синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с регулируемой скважностью для управления моментом включения и выключения ключей указанных n каскадов мостовых схем, отличающийся тем, что управляющие сигналы на частоте питания обеспечивают режим выпрямления с углом управления α=0 и с длительностью разрешения на включенное состояние ключей (120°+γ) эл. как для положительной, так и для отрицательной полуволн выходного напряжения, а на высокой частоте синусоидальной ШИМ при совпадении с предыдущим режимом осуществляют двуполярное (положительное или отрицательное) подключение фаз 3-фазных источников питания каждого n-го каскада одновременно к соответствующим фазам электродвигателя, где γ - угол естественного спада тока в фазах источников питания на момент начала каждой коммутации вычисляется по формуле
Figure 00000006

Хγ - индуктивное сопротивление (приведенное) фазы источника питания (вторичной обмотки трансформатора);
id - текущее мгновенное значение тока электродвигателя;
E2t - фазная эдс (действующее значение) источника питания (вторичной обмотки трансформатора).
1. The method of forming and regulating the high voltage of the cascade type direct matrix frequency converter with a high-frequency sinusoidal PWM, which contains n cascades of 3-phase bridge circuits in the m-phase power section on IGBT modules with double-sided conductivity keys shunted with snubber capacitors, the outputs of bridge circuits are connected in series according to, and the inputs are connected to (m × n) potentially decoupled 3-phase power supplies (secondary windings of transformers), using in a microprocess a known control system known programming method for generating control signals by high-frequency sinusoidal pulse width modulation (PWM) with adjustable duty cycle to control the moment of turning on and off the keys of these n stages of bridge circuits, characterized in that the control signals at the power frequency provide a rectification mode with a control angle α = 0 and with the duration of the permission for the included state of the keys (120 ° + γ) e. for both positive and negative half-waves of the output voltage, and at a high frequency sinusoidal PWM, in coincidence with the previous mode, bipolar (positive or negative) phases of 3-phase power supplies of each n-th stage are simultaneously connected to the corresponding phases of the electric motor, where γ - the angle of natural current decline in the phases of the power sources at the time of the beginning of each switching is calculated by the formula
Figure 00000006

X γ - inductive resistance (reduced) of the phase of the power source (secondary winding of the transformer);
i d is the current instantaneous value of the motor current;
E 2t - phase emf (effective value) of the power source (secondary winding of the transformer).
RU2010118177/07A 2010-05-05 2010-05-05 Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation RU2428783C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010118177/07A RU2428783C1 (en) 2010-05-05 2010-05-05 Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010118177/07A RU2428783C1 (en) 2010-05-05 2010-05-05 Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2428783C1 true RU2428783C1 (en) 2011-09-10

Family

ID=44757753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010118177/07A RU2428783C1 (en) 2010-05-05 2010-05-05 Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2428783C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184461U1 (en) * 2018-06-28 2018-10-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" MATRIX FREQUENCY CONVERTER WITH WIDE-PULSE MODULATION OF OUTPUT VOLTAGE
CN110995113A (en) * 2019-12-20 2020-04-10 新风光电子科技股份有限公司 Cascaded explosion-proof frequency converter with extensible voltage class
RU2735323C2 (en) * 2019-03-25 2020-10-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Cascade frequency converter
CN117135132A (en) * 2023-10-26 2023-11-28 南京纳特通信电子有限公司 Multiport radio frequency matrix and control method thereof

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184461U1 (en) * 2018-06-28 2018-10-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" MATRIX FREQUENCY CONVERTER WITH WIDE-PULSE MODULATION OF OUTPUT VOLTAGE
RU184461U9 (en) * 2018-06-28 2018-12-05 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" MATRIX FREQUENCY CONVERTER WITH WIDTH-PULSE MODULATION OF OUTPUT VOLTAGE
RU2735323C2 (en) * 2019-03-25 2020-10-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Cascade frequency converter
CN110995113A (en) * 2019-12-20 2020-04-10 新风光电子科技股份有限公司 Cascaded explosion-proof frequency converter with extensible voltage class
CN110995113B (en) * 2019-12-20 2023-05-26 新风光电子科技股份有限公司 Cascaded explosion-proof frequency converter with expandable voltage level
CN117135132A (en) * 2023-10-26 2023-11-28 南京纳特通信电子有限公司 Multiport radio frequency matrix and control method thereof
CN117135132B (en) * 2023-10-26 2024-01-23 南京纳特通信电子有限公司 Signal control method of multi-port radio frequency matrix

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102009509B1 (en) Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter
US20110115417A1 (en) Pm motor drive power supply apparatus
RU185666U1 (en) MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM
Kaarthik et al. Medium-voltage drive for induction machine with multilevel dodecagonal voltage space vectors with symmetric triangles
US8730702B2 (en) Very high efficiency three phase power converter
CN105900310A (en) Power conversion device and three-phase alternating current power supply device
TWI667874B (en) Power conversion device and three-phase AC power supply device
KR20160122922A (en) Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter
JP4735188B2 (en) Power converter
RU2422975C1 (en) Device to generate and control voltage of matrix direct frequency converter with high-frequency sinusoidal pdm
RU2428783C1 (en) Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation
Sayed et al. Modeling and control of bidirectional isolated battery charging and discharging converter based high-frequency link transformer
CN102820797A (en) Inverter device adopting multi-winding transformer and multi-H-bridge structure and voltage output method thereof
RU181202U1 (en) VEHICLE MOTION SYSTEM
Fujita Emerging technologies for multilevel converters in Japan
RU187809U1 (en) MULTI-PHASE SYSTEM OF ELECTRIC MOTION OF VESSELS WITH A SWITCH IN NEUTRAL
Venugopal et al. Analysis of 12 pulse three-phase to three-phase cycloconverter drive for induction motor load
RU2639048C2 (en) Method of frequency conversion
RU195700U1 (en) SEMICONDUCTOR CONVERTER
RU2680715C1 (en) Power supply for inductor
Biabani et al. Performance analysis of step up and step down cyclo converter
Nair et al. Performance study of advanced discontinuous SVPWM methods with zero changing angle variation
Yang et al. A study of TNPC type single-phase 5-level inverter for energy storage system
Otero-De-Leon et al. A push-pull DC-AC high frequency power electronics transformer for photovoltaic applications
Joshi et al. Multi-level inverter for induction motor drives: implementation using reversing voltage topology

Legal Events

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

Effective date: 20120506

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150820

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170506

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180517

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190506

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20191219

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210202