RU2620129C1 - Способ управления автономным инвертором напряжения - Google Patents
Способ управления автономным инвертором напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620129C1 RU2620129C1 RU2016116345A RU2016116345A RU2620129C1 RU 2620129 C1 RU2620129 C1 RU 2620129C1 RU 2016116345 A RU2016116345 A RU 2016116345A RU 2016116345 A RU2016116345 A RU 2016116345A RU 2620129 C1 RU2620129 C1 RU 2620129C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- reference signal
- inverter
- pwm
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003079 width control Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/539—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
- H02M7/5395—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления автономными инверторами напряжения с широтно-импульсной модуляцией для преобразователей частоты, входящих в состав систем электроприводов переменного тока с жесткими требованиями по электромагнитной и электромеханической совместимости. Техническим результатом изобретения является улучшение виброшумовых и массогабаритных показателей электропривода переменного тока при одновременном повышении его электромагнитной и электромеханической совместимости. В способе управления автономным инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) осуществляют изменение частоты опорного сигнала треугольной формы в заданном диапазоне частот таким образом, что длительность каждого последующего периода ШИМ отличается от предыдущего периода. В результате обеспечивается «размазывание» высокочастотного спектра выходного напряжения преобразователя частоты, т.е. происходит уменьшение амплитуд отдельно взятых высокочастотных гармоник. Аналогичный эффект наблюдается в токах, потребляемых асинхронным двигателем, и его электромагнитном моменте. Вследствие уменьшения амплитуд гармоник тока и электромагнитного момента двигателя происходит снижение шума и вибраций электропривода, уменьшаются габариты выходного фильтра преобразователя в случае его наличия. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления автономными инверторами напряжения с широтно-импульсной модуляцией для преобразователей частоты, входящих в состав систем электроприводов переменного тока с жесткими требованиями по электромагнитной и электромеханической совместимости.
Известен способ формирования импульсов управления ключами трехфазного инвертора (Казаченко В.Ф. Практическое руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. - М.: Изд-во ЭКОМ, 1997. - 500 с.) путем сравнения по трем каналам одного цифрового опорного сигнала треугольной формы и трех цифровых сигналов задания, изменяющихся по частоте и амплитуде, причем в каждом из каналов сравнения формируют управляющий сигнал, соответствующий логической «1», если опорный сигнал меньше сигнала задания, и логическому «0», если опорный сигнал больше сигнала задания, который дополнительно с инверсным используют для управления верхним и нижним ключами соответствующей фазы инвертора. Модулирующие сигналы представляют собой дискретные выборки табличных значений синуса, развертка которых во времени осуществляется по прерываниям процессора, а амплитуда определяется законом частотного управления.
Недостатком известного способа является несимметричность фазных напряжений на обмотках двигателя относительно оси ординат и, следовательно, содержание в спектре выходных напряжений четных гармоник, оказывающих наибольшее влияние на электромагнитный момент асинхронного двигателя.
Известен способ управления преобразователем частоты (патент RU №2482595, опубл. 20.05.2013 г.), в котором формирование сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты осуществляют с помощью широтно-импульсной модуляции в моменты равенства опорного пилообразного напряжения высокой частоты и управляющего напряжения низкой частоты, причем моменты формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты дополнительно изменяют на каждом коммутационном интервале по случайному закону. Данное изменение осуществляется за счет дополнительной модуляции по случайному закону скорости нарастания опорного пилообразного напряжения высокой частоты на каждом коммутационном интервале.
Недостатком такого способа управления является содержание в спектре выходного напряжения и тока высокого уровня амплитуд гармоник на частотах ШИМ и кратных ей, что отражается на пульсациях электромагнитного момента двигателя и габаритах выходного фильтра преобразователя в случае его наличия. Также в данном способе из-за изменения скорости нарастания опорного напряжения высокой частоты, при сохранении периода модуляции, возможно снижение амплитуды опорного напряжения, следствием чего является слияние следующих друг за другом импульсов управления силовыми ключами преобразователя и, соответственно, импульсов выходного напряжения преобразователя. На этих участках теряется управляемость двигателем - зависимость ширины импульсов от амплитуды модулирующего сигнала.
Известен способ управления преобразователями частоты на основе ШИМ («Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей» Тезисы докладов второго межведомственного научно-технического совещания. Академия наук Эстонской ССР, Институт термофизики и электрофизики. Таллин, 1982), в котором для решения проблем электромагнитной совместимости используются различные методы формирования ШИМ сигналов управления их полупроводниковыми ключами. При этом сами преобразователи во всех случаях выполняются со специально синтезируемыми фильтрами выходного напряжения.
Недостатками известного способа управления преобразователями частоты являются повышенные массогабаритные показатели их выходных фильтров и, как следствие, низкое качество выходного напряжения из-за перенапряжений, возникающих при коммутациях нагрузки (из-за большой индуктивности дросселей фильтров).
Известен способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономным инвертором путем сравнения опорного напряжения треугольной формы и модулирующего напряжения синусоидальной формы (Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 216 с.), результатом которого является формирование серии импульсов, длительность которых изменяется по синусоидальному закону. Для получения трехфазной системы сигналов управления ключами инвертора используется один источник опорного напряжения, задатчик трехфазного управляющего напряжения и три канала сравнения, в каждом из которых формируются два импульса управления ключами фазы инвертора.
Недостатком данного способа является содержание в спектре выходного напряжения инвертора высокочастотных гармоник с достаточно большой амплитудой, оказывающих наибольшее влияние на пульсации электромагнитного момента двигателя.
Известен способ управления трехфазным автономным инвертором (Патент RU №2558722, опубл. 16.04.2014 г.), основанный на сравнении высокочастотного опорного напряжения треугольной или пилообразной формы и низкочастотного трехфазного модулирующего напряжения, в котором производят модуляцию амплитуды положительных и отрицательных полуволн опорного напряжения соответственно положительной и отрицательной огибающими максимальных фазных модулирующих напряжений, и далее полученное опорное напряжение сравнивают с фазными модулирующими напряжениями.
Недостатком такого способа является присутствие в спектре выходного напряжения высокочастотных гармоник, имеющих достаточно большую амплитуду, что приводит к увеличению вибраций электропривода на соответствующих частотах, т.е. ухудшению электромеханической совместимости преобразователя с двигателем.
Известен способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономного инвертора (патент RU №2326486, опубл. 10.06.2008 г.), принятый за прототип, содержащего в каждой фазе полумост из последовательно соединенных первого и второго силовых ключей и полумост обратных вентилей, подключенных соответственно к первому и второму выводам источника питания, а средней точкой - к соответствующей фазе асинхронного двигателя, состоящий в том, что формирование импульсов управления осуществляют путем сравнения одного опорного сигнала треугольной формы и трех модулирующих синусоидальных сигналов задания, изменяющихся по частоте и амплитуде, причем в каждом из трех каналов сравнения формируют высокий уровень широтно-импульсного сигнала, если опорный сигнал меньше сигнала задания, и низкий уровень, если опорный сигнал больше сигнала задания, и формируют в каждом из трех выходных каналов два сопряженных инверсных относительно друг друга выходных сигнала управления первого и второго ключей соответствующей фазы инвертора, кроме того, дополнительно изменяют знак модулирующих сигналов на противоположный шесть раз за период в моменты времени, соответствующие точкам естественной коммутации выходных напряжений, и одновременно с коммутацией модулирующих сигналов инвертируют сигналы выходных каналов по отношению к широтно-импульсным сигналам каналов сравнения.
Недостатком способа является присутствие в спектре выходного напряжения высокочастотных комбинационных гармоник с частотами f2кp=к⋅f1±p⋅f2, где к,р=1,2,3 … - ряд натуральных чисел, f1 - частота опорного сигнала треугольной формы, f2 - частота управляющего сигнала. Однако гармоники первой группы комбинационных гармоник с частотами f21p=f1±p⋅f2 имеют достаточно большую амплитуду, что приводит к увеличению вибрации двигателя на соответствующих частотах, увеличению массы и габаритов выходного силового фильтра в случае его наличия, увеличению вибрации дросселей. Кроме того, комбинационные гармоники попадают в частотный поддиапазон радиопомех, что ведет к снижению показателей электромагнитной совместимости.
Техническим результатом изобретения является улучшение виброшумовых и массогабаритных показателей электропривода переменного тока при одновременном повышении его электромагнитной и электромеханической совместимости.
Технический результат достигается тем, что дополнительно осуществляют изменение частоты опорного сигнала треугольной формы в заданном диапазоне частот таким образом, что длительность каждого последующего периода опорного сигнала отличается от предыдущего, при этом период выходного напряжения соответствует периоду модулирующего синусоидального сигнала задания, а диапазон изменения частоты выбирают в пределах от (0,95÷0,8)⋅fpwm до (1,05÷1,2)⋅fpwm, исходя из допустимых потерь на переключениях и интенсивности «размазывания» высокочастотного спектра, где fpwm - средняя частота работы преобразователя.
Описываемый способ управления автономным инвертором напряжения поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - схема автономного инвертора напряжения для реализации способа управления;
фиг. 2 - структурная схема технической реализации способа управления автономным инвертором напряжения, где:
1 - задатчик частоты;
2 - блок формирования фазы;
3 - трехфазный формирователь синусоидальных модулирующих сигналов;
4 - блок перемножения;
5 - функциональный преобразователь;
6 - узел сравнения;
7 - формирователь сигналов управления транзисторами;
8 - формирователь опорного сигнала треугольной формы;
9 - регулятор частоты опорного сигнала;
фиг. 3 - диаграмма управляющих сигналов;
фиг. 4 - спектры напряжения инвертора, тока и электромагнитного момента асинхронного двигателя при постоянной частоте (а) и при изменении частоты опорного сигнала треугольной формы (б), иллюстрирующие результат, полученный заявленным изобретением, где U(n), I(n), Mem(n) - амплитуды n-й гармонической составляющей напряжения инвертора, тока и электромагнитного момента двигателя; n - порядковый номер гармоник, кратных частоте работы инвертора.
Способ осуществляется следующим образом. Автономный инвертор напряжения (фиг. 1) содержит три полумоста полностью управляемых ключей V1-V6 и три полумоста неуправляемых обратных вентилей D1-D6. Каждый из полумостов фазы инвертора содержит первый и второй ключи, подключенные соответственно к первому и второму выводам источника питания, а средней точкой - к соответствующей фазе асинхронного двигателя М.
Структурная схема технической реализации способа управления автономным инвертором напряжения (фиг. 2) содержит задатчик 1 частоты, выход которого подключен через последовательно соединенные блок 2 формирования фазы и трехфазный формирователь 3 синусоидальных напряжений к трем первым входам блока 4 перемножения, а к его четвертому входу - через функциональный преобразователь 5. Три выхода блока 4 подключены через блок 6 сравнения к трем входам формирователя 7 импульсов управления ключами инвертора. Выход регулятора частоты опорного сигнала 9 подключен через генератор опорного сигнала треугольной формы 8 к четвертому входу блока 6 сравнения. Регулирование скорости асинхронного двигателя осуществляется путем изменения частоты питающих напряжений с одновременным изменением их амплитудных значений. Формирование напряжений осуществляется инвертором (фиг. 1) за счет коммутации силовых ключей V1-V6. Для формирования синусоидальных токов в фазах двигателя используется широтно-импульсная модуляция напряжений по синусоидальному закону.
Частота выходных напряжений формируется задатчиком 1, а соотношение между частотой и выходным напряжением инвертора, определяющее закон частотного регулирования, задается с помощью функционального преобразователя 5. Опорная фаза модулирующих сигналов задания формируется с помощью блока 2, а с помощью блока 5 задается их амплитудное значение. Формирование системы трехфазных модулирующих сигналов сдвинутых относительно друг друга на угол 2π/3, осуществляется формирователем 3, а модуляция их по амплитуде - блоком перемножения 4.
Формирование широтно-импульсных сигналов управления осуществляется с помощью трехканального блока сравнения 6. Причем в каждом из каналов производят сравнение модулирующего сигнала соответствующей фазы с общим для всех каналов опорным сигналом треугольной формы, вырабатываемым блоком 8. Модулирующий и опорный сигналы канала фазы блока 6 показаны на фиг. 3, там же представлен широтно-импульсный сигнал на выходе соответствующего канала сравнения. Для уменьшения амплитуд высших гармоник, содержащихся в выходном напряжении инвертора, токе и электромагнитном моменте двигателя, осуществляют изменение частоты опорного сигнала треугольной формы вырабатываемого блоком 8 в соответствии с заданием на выходе регулятора частоты опорного сигнала 9.
Выходные сигналы а, b, с блока 6 поступают на блок 7, где производится формирование для каждой фазы пар, комплиментарных сигналов a1, а2, b1, b2, c1, с2 управления верхними и нижними ключами инвертора.
На фиг. 3 представлены графики, на которых сплошной линией показаны сигналы при постоянной частоте опорного сигнала треугольной формы, а пунктирной - при изменяющейся частоте опорного сигнала треугольной формы. На графиках обозначено: U9 - сигнал задания частоты опорного сигнала; U8 - опорный сигнал треугольной формы; U4 - модулирующий сигнал, определяющий частоту и амплитуду выходного напряжения инвертора; U6 - широтно-импульсный сигнал на выходе канала сравнения.
Установлено, что наиболее целесообразно при использовании заявленного способа управления автономным инвертором напряжения диапазон изменения частоты выбирать в пределах от (0,95÷0,8)⋅fpwm до (l,05÷l,2)⋅fpwm исходя из допустимых потерь на переключениях и интенсивности «размазывания» высокочастотного спектра, где fpwm - средняя частота работы преобразователя.
Реализация заявленного способа управления автономным инвертором напряжения на макете электропривода дала положительные результаты, которые наглядно отражены на фиг. 4.
Таким образом, результат, достигаемый предложенным способом управления (фиг. 4б), в сравнении с прототипом (фиг. 4а), позволяет уменьшить амплитуды отдельно взятых высокочастотных гармоник в напряжении инвертора U(n), токе I(n) и электромагнитном моменте Mem(n) асинхронного двигателя, распределяя их по спектру, а это, в свою очередь, позволяет улучшить виброшумовые и массогабаритные показатели (снижение габаритов выходного фильтра преобразователя) электропривода переменного тока. Соответственно, происходит улучшение показателей электромагнитной и электромеханической совместимости электропривода.
Claims (1)
- Способ управления автономным инвертором напряжения, включающий в каждой фазе полумост из последовательно соединенных первого и второго силовых ключей и полумост обратных вентилей, подключенных соответственно к первому и второму выводам источника питания, а средней точкой - к соответствующей фазе асинхронного двигателя, состоящий в том, что формирование импульсов управления осуществляют путем сравнения одного опорного сигнала треугольной формы и трех модулирующих синусоидальных сигналов задания, изменяющихся по частоте и амплитуде, причем в каждом из трех каналов сравнения формируют высокий уровень широтно-импульсного сигнала, если опорный сигнал меньше сигнала задания, и низкий уровень, если опорный сигнал больше сигнала задания, и формируют в каждом из трех выходных каналов два сопряженных инверсных относительно друг друга выходных сигнала управления первого и второго ключей соответствующей фазы инвертора, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют изменение частоты опорного сигнала треугольной формы в заданном диапазоне частот таким образом, что длительность каждого последующего периода опорного сигнала отличается от предыдущего, при этом период выходного напряжения соответствует периоду модулирующего синусоидального сигнала задания, а диапазон изменения частоты выбирают в пределах от (0,95÷0,8)⋅fpwm до (1,05÷1,2)⋅fpwm исходя из допустимых потерь на переключениях и интенсивности «размазывания» высокочастотного спектра, где fpwm - средняя частота работы преобразователя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016116345A RU2620129C1 (ru) | 2016-04-26 | 2016-04-26 | Способ управления автономным инвертором напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016116345A RU2620129C1 (ru) | 2016-04-26 | 2016-04-26 | Способ управления автономным инвертором напряжения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2620129C1 true RU2620129C1 (ru) | 2017-05-23 |
Family
ID=58881311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016116345A RU2620129C1 (ru) | 2016-04-26 | 2016-04-26 | Способ управления автономным инвертором напряжения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2620129C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990001826A1 (en) * | 1988-08-08 | 1990-02-22 | Sundstrand Corporation | Pwm inverter control method and circuit |
| RU2326486C1 (ru) * | 2007-04-06 | 2008-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономного инвертора |
| US7420824B2 (en) * | 2006-04-13 | 2008-09-02 | Tatung Company | Method of designing an RPWM inverter with unwanted harmonic elimination |
| RU2482595C1 (ru) * | 2011-12-19 | 2013-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СИБНАНОТЕХ" | Способ управления преобразователем частоты |
-
2016
- 2016-04-26 RU RU2016116345A patent/RU2620129C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990001826A1 (en) * | 1988-08-08 | 1990-02-22 | Sundstrand Corporation | Pwm inverter control method and circuit |
| US7420824B2 (en) * | 2006-04-13 | 2008-09-02 | Tatung Company | Method of designing an RPWM inverter with unwanted harmonic elimination |
| RU2326486C1 (ru) * | 2007-04-06 | 2008-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономного инвертора |
| RU2482595C1 (ru) * | 2011-12-19 | 2013-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СИБНАНОТЕХ" | Способ управления преобразователем частоты |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10027262B2 (en) | Pseudorandom PWM variation based on motor operating point | |
| US8982593B2 (en) | Cascaded H-Bridge (CHB) inverter level shift PWM with rotation | |
| KR102009509B1 (ko) | 3상 인버터의 옵셋 전압 생성 장치 및 방법 | |
| US10434882B2 (en) | Track-bound vehicle converter | |
| US20130286704A1 (en) | Cascaded h-bridge (chb) inverter level shift pwm with rotation | |
| EP2779399B1 (en) | Electromagnetic interference (EMI) reduction in interleaved power converter | |
| CN1008867B (zh) | 脉宽调制变换器的控制装置 | |
| RU2389128C1 (ru) | Способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономного инвертора | |
| US20250007441A1 (en) | Reduction of electromagnetic interference using random finite frequency set pulse-width modulation | |
| CN114930706A (zh) | 变流器脉冲图案的切换边沿的随机移位 | |
| US10778136B2 (en) | DC bus ripple elimination for multiphase electric machines | |
| Watkins et al. | Multilevel asymmetric power converters for switched reluctance machines | |
| Ertan et al. | Comparison of PWM and PFM induction drives regarding audible noise and vibration for household applications | |
| RU2620129C1 (ru) | Способ управления автономным инвертором напряжения | |
| JP7051599B2 (ja) | 多段変換器の制御装置 | |
| CN111279597A (zh) | 三角形连接的转换器的控制 | |
| US11128248B2 (en) | DC input current ripple reduction in SRM drive for high volumetric power density applications | |
| RU2326486C1 (ru) | Способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономного инвертора | |
| RU2482595C1 (ru) | Способ управления преобразователем частоты | |
| JP7068871B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| Makhubele et al. | Analysis on basics of modulation techniques for AC drive on efficiency improvements | |
| RU2556874C1 (ru) | Способ управления автономным инвертором | |
| Bhargava et al. | Analysis of Asymmetrical Cascaded 7 level and 9 level Multilevel inverter design for Asynchronous Motor | |
| CN114301322B (zh) | 七电平mpuc逆变器单元主从式rpwm选择性谐波消除方法 | |
| Navabalachandru et al. | Performance of variable frequency ispwm technique for a cascaded multilevel inverter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200427 |