RU2654295C1 - Autonomous voltage inverter control method - Google Patents

Autonomous voltage inverter control method Download PDF

Info

Publication number
RU2654295C1
RU2654295C1 RU2016145982A RU2016145982A RU2654295C1 RU 2654295 C1 RU2654295 C1 RU 2654295C1 RU 2016145982 A RU2016145982 A RU 2016145982A RU 2016145982 A RU2016145982 A RU 2016145982A RU 2654295 C1 RU2654295 C1 RU 2654295C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
phase
signal
autonomous
inverter
Prior art date
Application number
RU2016145982A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Михайлович Колмаков
Игорь Анатольевич Баховцев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"
Priority to RU2016145982A priority Critical patent/RU2654295C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654295C1 publication Critical patent/RU2654295C1/en

Links

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
    • H02M7/497—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 sinusoidal output voltages being obtained by combination of several voltages being out of phase
    • 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
    • H02M7/505—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/521—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • 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
    • H02M7/505—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/525—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency
    • H02M7/527—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 thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform or frequency by pulse width modulation

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention can be used to control autonomous voltage inverters (AVI), it may be used in electrical installations for controlling single-phase and three-phase bridge autonomous voltage inverters. Method for controlling the autonomous voltage inverter is based on integrating the difference signal between the reference signal for the phase voltage of the autonomous voltage inverter and the corresponding pulse feedback signal of the phase voltage of the autonomous voltage inverter, comparing the integrated difference signal with two threshold levels, resulting in the formation of a forward and an inverse pulse train key management of half-bridge of the autonomous voltage inverter; a third harmonic signal with an amplitude equal to 1/4.5 of the amplitude of the sinusoidal reference signal for the phase voltage of the autonomous voltage inverter is preliminarily inputted into the sinusoidal reference signal for the phase voltage of the autonomous voltage inverter.
EFFECT: technical result consists in expanding the linear range of the amplitude control of the first harmonic of the phase voltage of the autonomous voltage inverter.
1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и предназначено для управления автономными инверторами напряжения (АИН) и может быть использовано в электротехнических установках. Предложенный способ может быть использован для управления мостовыми однофазными и трехфазными автономными инверторами напряжения.The invention relates to the field of semiconductor converting technology and is intended to control autonomous voltage inverters (AIN) and can be used in electrical installations. The proposed method can be used to control bridge single-phase and three-phase autonomous voltage inverters.

Известен способ управления автономным инвертором напряжения, заключающийся в сравнении высокочастотного опорного напряжения треугольной или пилообразной формы и низкочастотного модулирующего напряжения, например, синусоидальной формы, результатом которого является формирование серии импульсов, длительность которых изменяется по закону модулирующего сигнала [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980. - 424 с. (стр. 244, рис. 4.45)].A known method of controlling an autonomous voltage inverter is to compare a high-frequency reference voltage of a triangular or sawtooth shape and a low-frequency modulating voltage, for example, a sinusoidal shape, the result of which is the formation of a series of pulses whose duration varies according to the law of the modulating signal [Rudenko BC, Senko V.I. , Chizhenko I.M. Fundamentals of transformative technology: Textbook for universities. - M .: Higher. School, 1980 .-- 424 p. (p. 244, Fig. 4.45)].

Недостатком этого способа управления является ограниченный линейный диапазон регулирования амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения АИН, что приводит к недоиспользованию источника питания, ограничению момента и мощности управляемого автономным инвертором напряжения асинхронного двигателя.The disadvantage of this control method is the limited linear range for controlling the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage of the AIN, which leads to underutilization of the power source, limiting the moment and power of the voltage of an asynchronous motor controlled by an autonomous inverter.

Известен способ управления автономным инвертором напряжения, заключающийся в использовании принципа релейного регулирования тока нагрузки, в котором в синусоидальный сигнал задания на ток нагрузки введен треугольный сигнал третьей гармоники [Reza Davoodnezhad, A thesis of the degree of Doctoral of Philosophy: Hysteresis current regulation of voltage source inverters with constant switching frequency, 2014 (стр. 94, рис. 4.13)].A known method of controlling an autonomous voltage inverter is to use the principle of relay control of the load current, in which a triangular third-harmonic signal is introduced into the sinusoidal signal for the load current [Reza Davoodnezhad, A thesis of the degree of Doctoral of Philosophy: Hysteresis current regulation of voltage source inverters with constant switching frequency, 2014 (p. 94, Fig. 4.13)].

Недостатком этого способа управления является узкая область его применения: фазное напряжение преобразователя формируется только при наличии нагрузки, которая к тому же должна иметь активно-индуктивный характер.The disadvantage of this control method is the narrow scope of its application: the phase voltage of the converter is formed only when there is a load, which should also have an active-inductive character.

Известен способ управления автономным инвертором напряжения (прототип), заключающийся в интегрировании разностного сигнала, т.е. сигнала между синусоидальным сигналом задания на фазное напряжение АИН и импульсным сигналом обратной связи фазного напряжения АИН, сравнении интегрированного разностного сигнала с двумя пороговыми уровнями, результатом чего является формирование прямой и инверсной последовательностей импульсов управления ключами полумоста автономного инвертора напряжения, обеспечивающих поддержание интегрированного разностного сигнала внутри зоны, ограниченной упомянутыми пороговыми уровнями [Олещук В.И., Чаплыгин Е.Е. Вентильные преобразователи с замкнутым контуром управления. - Кишинев: Штиинца, 1982. - 146 с. (стр. 45, рис. 2.2 а)].A known method of controlling an autonomous voltage inverter (prototype), which consists in integrating a difference signal, i.e. the signal between the sinusoidal signal of the reference to the phase voltage of the AIN and the pulse feedback signal of the phase voltage of the AIN, comparing the integrated differential signal with two threshold levels, the result of which is the formation of a direct and inverse sequence of control pulses of the half-bridge keys of an autonomous voltage inverter, ensuring the maintenance of an integrated differential signal inside the zone limited by the mentioned threshold levels [Oleshchuk V.I., Chaplygin E.E. Closed-loop valve converters. - Chisinau: Shtiintsa, 1982. - 146 p. (p. 45, fig. 2.2 a)].

Недостатком этого способа управления является ограниченный линейный диапазон регулирования амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения АИН, что приводит к недоиспользованию источника питания.The disadvantage of this control method is the limited linear range of amplitude control of the 1st harmonic of the phase voltage of the AIN, which leads to underutilization of the power source.

Задача (технический результат) заключается в расширении линейного диапазона регулирования амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения автономного инвертора напряжения.The task (technical result) is to expand the linear range of regulation of the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage of the autonomous voltage inverter.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе управления автономным инвертором напряжения, основанном на интегрировании разностного сигнала между синусоидальным сигналом задания на фазное напряжение АИН и соответствующим импульсным сигналом обратной связи фазного напряжения АИН, а также сравнении интегрированного разностного сигнала с двумя пороговыми уровнями, результатом чего является формирование прямой и инверсной последовательностей импульсов управления ключами полумоста автономного инвертора напряжения, в синусоидальный сигнал задания на фазное напряжение АИН предварительно вводят сигнал третьей гармоники с амплитудой, равной 1/4.5 от амплитуды синусоидального сигнала задания на фазное напряжение в АИН.This problem is achieved by the fact that in the known method of controlling an autonomous voltage inverter, based on the integration of the difference signal between the sinusoidal signal of the reference for the phase voltage of the AIN and the corresponding pulse feedback signal of the phase voltage of the AIN, as well as comparing the integrated difference signal with two threshold levels, the result of which is the formation of direct and inverse sequences of pulse control keys of the half-bridge of an autonomous voltage inverter, in syn -sinusoidal reference signal to the phase voltage AIN pretreated third harmonic signal with an amplitude equal to 1 / 4.5 from the sinusoidal reference signal to the phase voltage amplitude in the AIN.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - пример устройства управления, реализующего способ управления автономным инвертором напряжения (для примера трехфазным двухуровневым АИН); на фиг. 2 - схема (для примера) трехфазного двухуровневого АИН для реализации способа управления; на фиг. 3 и фиг. 4 - диаграммы, на которых представлены сигналы задания на фазное напряжение АИН, импульсные сигналы обратной связи фазного напряжения АИН, проинтегрированные разностные сигналы, линейные напряжение АИН; на фиг. 5 - зависимость амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения автономного инвертора напряжения от глубины модуляции; на фиг. 6 - зависимость амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения автономного инвертора напряжения от глубины модуляции для области перемодуляции 1<М<1.2.The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 is an example of a control device that implements a method for controlling an autonomous voltage inverter (for example, a three-phase two-level AIN); in FIG. 2 is a diagram (for example) of a three-phase two-level AIN for implementing a control method; in FIG. 3 and FIG. 4 is a diagram showing the reference signals for the phase voltage of the AIN, pulse feedback signals of the phase voltage of the AIN, integrated differential signals, linear voltage of the AIN; in FIG. 5 - dependence of the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage of the autonomous voltage inverter on the modulation depth; in FIG. 6 - dependence of the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage of the autonomous voltage inverter on the modulation depth for the overmodulation region 1 <M <1.2.

Устройство управления автономным инвертором напряжения (фиг. 1) содержит трехфазный генератор 1 сигнала синусоидального напряжения (ГСН); генератор 2 сигнала третьей гармоники (ГТГ); источник 3 постоянного напряжения (ИПН); потенциометр 4 (П); источник 5 постоянного напряжения (ИПН); потенциометр 6 (П); фазные каналы сравнения 7-9, каждый из которых содержит сумматор 10 (С), блок умножения 11 (У), блок вычитания 12 (В), блок 13 интегрирования разностного сигнала (И), блок 14 гистерезисных компараторов (ГК), блок 15 делителя напряжения (ДН), блок 16 импульсного сигнала обратной связи фазного напряжения АИН (ОС).The control device autonomous voltage inverter (Fig. 1) contains a three-phase generator 1 signal of a sinusoidal voltage (GOS); third harmonic signal generator (GTG); source 3 constant voltage (IPN); potentiometer 4 (P); source 5 constant voltage (IPN); potentiometer 6 (P); phase comparison channels 7-9, each of which contains an adder 10 (C), a multiplication unit 11 (Y), a subtraction unit 12 (B), a difference signal (I) integration unit 13, a hysteresis comparator (GC) block 14, block 15 voltage divider (DN), block 16 of the pulse feedback signal of the phase voltage AIN (OS).

Выходы трехфазного генератора 1 подключены к первым входам (нумерация сверху) каналов сравнения 7-9 соответствующих фаз. Выход генератора 2 подключен ко вторым входам каналов сравнения 7-9. Выход источника 3 подключен к потенциометру 4. Выход (бегунок) потенциометра 4 подключен к третьим входам каналов сравнения 7-9. Выход источника 5 подключен к потенциометру 6. Выход (бегунок) потенциометра 6 подключен к четвертым входам каналов сравнения 7-9. Структура каналов сравнения 7-9 аналогична и будет описана на примере канала сравнения 7. В канале сравнения 7 первый вход (нумерация сверху) подключен к первому входу сумматора 10. Второй вход канала сравнения 7 подключен ко второму входу сумматора 10. Выход сумматора 10 подключен к первому входу блока умножения 11. Ко второму входу блока умножения 11 подключен третий вход канала сравнения 7. Выход блока умножения 11 подключен к суммирующему входу блока вычитания 12. К вычитающему входу блока вычитания 12 подключен выход блока делителя напряжения 15. К входу блока 15 делителя напряжения подключен выход блока 16 ОС, который является импульсным сигналом обратной связи фазного напряжения АИН. Выход блока вычитания 12 подключен к входу блоку 13 интегрирования разностного сигнала. Выход блока 13 интегрирования разностного сигнала подключен к первому входу блока 14 гистерезисных компараторов. Четвертый вход канала сравнения 7 подключен ко второму входу блока гистерезисных компараторов 14. Прямой (S1) и инверсный (S2) выходы блока 14 гистерезисных компараторов далее подключаются соответственно к управляющим входам 1-го и 2-го ключа соответствующего полумоста (фазы) автономного инвертора напряжения.The outputs of the three-phase generator 1 are connected to the first inputs (numbering from above) of the comparison channels 7-9 of the corresponding phases. The output of the generator 2 is connected to the second inputs of the comparison channels 7-9. The output of the source 3 is connected to the potentiometer 4. The output (slider) of the potentiometer 4 is connected to the third inputs of the comparison channels 7-9. The output of the source 5 is connected to the potentiometer 6. The output (slider) of the potentiometer 6 is connected to the fourth inputs of the comparison channels 7-9. The structure of the comparison channels 7–9 is similar and will be described using the example of the comparison channel 7. In the comparison channel 7, the first input (numbering above) is connected to the first input of the adder 10. The second input of the comparison channel 7 is connected to the second input of the adder 10. The output of the adder 10 is connected to the first input of the multiplication block 11. The third input of the comparison channel 7 is connected to the second input of the multiplication block 11. The output of the multiplication block 11 is connected to the summing input of the subtraction block 12. The output of the voltage divider block 15 is connected to the subtracting input of the subtraction block 12. entry unit 15 connected to the output of the voltage divider 16 operating system block, which is a pulsed feedback signal phase voltage AIN. The output of the subtraction unit 12 is connected to the input of the difference integration unit 13. The output of the difference integration unit 13 is connected to the first input of the hysteresis comparator unit 14. The fourth input of the comparison channel 7 is connected to the second input of the hysteresis comparator unit 14. The direct (S1) and inverse (S2) outputs of the hysteresis comparator unit 14 are then connected to the control inputs of the 1st and 2nd key of the corresponding half-bridge (phase) of the autonomous voltage inverter .

Генератор 1 сигнала синусоидального напряжения и генератор 2 сигнала третьей гармоники могут быть построены по схеме операционного усилителя с RC-цепью [Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 248 с., ил. (стр. 149, рис. 6-16)]. Или на основе ступенчатой аппроксимации гармонического сигнала путем использования постоянной программируемой памяти и цифроаналогового преобразователя [Казмерковский М., Вуйцак А. Схемы управления и измерения в промышленной электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 224 с. (стр. 121, рис. 3.49)].Generator 1 of the sinusoidal voltage signal and generator 2 of the third harmonic signal can be constructed according to the scheme of an operational amplifier with an RC circuit [Gutnikov B.C. Integrated electronics in measuring devices. - L .: Energy. Leningra. Department, 1980 .-- 248 p., ill. (p. 149, Fig. 6-16)]. Or based on stepwise approximation of a harmonic signal by using a constant programmable memory and a digital-to-analog converter [Kazmerkovsky M., Vuytsak A. Control and measurement schemes in industrial electronics. - M .: Energoatomizdat, 1983 .-- 224 p. (p. 121, Fig. 3.49)].

Блок 14 гистерезисных компараторов может быть построен на операционных усилителях [Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. Радио, 1979. - 368 с., ил. (стр. 210, рис. 4.37)].Block 14 hysteresis comparators can be built on operational amplifiers [Shilo V.L. Linear integrated circuits in electronic equipment. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Owls. Radio, 1979.- 368 p., Ill. (p. 210, Fig. 4.37)].

Автономный инвертор напряжения, для примера рассмотрен трехфазный двухуровневый автономный инвертор напряжения 17 (фиг. 2), содержит три полумоста полностью управляемых ключей 18-23 и три полумоста неуправляемых обратных диодов 24-29. Каждый из полумостов фазы автономного инвертора напряжения содержит последовательно соединенные ключи. Для фазы А это ключ 18 и ключ 19, подключенный соответственно к первому (положительному) и второму (отрицательному) выводу источника питания (Е), а общей точкой (средней точкой полумоста) к соответствующей фазе нагрузки 30. Фазное напряжение автономного инвертора напряжения формируется в средней точке соответствующего плеча АИН относительно средней точки источника питания N. Импульсный сигнал обратной связи фазного напряжения АИН измеряется датчиками напряжения (Д) 31-33, соответствующим образом подключенными к средней точке источника питания и средней точке соответствующего полумоста автономного инвертора напряжения.Autonomous voltage inverter, for example, considered a three-phase two-level autonomous voltage inverter 17 (Fig. 2), contains three half-bridge fully controlled keys 18-23 and three half-bridge uncontrolled reverse diodes 24-29. Each of the half-bridges of the phase of the autonomous voltage inverter contains series-connected keys. For phase A, this is key 18 and key 19, connected respectively to the first (positive) and second (negative) output of the power source (E), and the common point (midpoint of the half-bridge) to the corresponding load phase 30. The phase voltage of the autonomous voltage inverter is generated in the midpoint of the corresponding arm of the AIN relative to the midpoint of the power source N. The pulse feedback signal of the phase voltage of the AIN is measured by voltage sensors (D) 31-33, respectively connected to the midpoint of the power source and the midpoint of the corresponding half-bridge of an autonomous voltage inverter.

Рассмотрим способ управления автономным инвертором напряжения на примере трехфазного двухуровневого АИН 17. Способ управления АИН осуществляется следующим образом. Генератор 1 формирует сигнал синусоидального напряжения единичной амплитуды (в относительных единицах) и частоты ƒ. Для трехфазного двухуровневого автономного инвертора напряжения 17 формируются три сигнала задания (

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
) в соответствии с выражением:Consider the method of controlling an autonomous voltage inverter using the example of a three-phase two-level AIN 17. The method of controlling the AIN is as follows. Generator 1 generates a signal of sinusoidal voltage of unit amplitude (in relative units) and frequency ƒ. For a three-phase two-level autonomous voltage inverter 17, three reference signals are generated (
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
) in accordance with the expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где t - текущее время.where t is the current time.

К сигналу генератора 1, через сумматор 10, прибавляется сигнал третьей гармоники генератора 2, который имеет синусоидальную форму с частотой в три раза выше, чем у сигнала генератора 1, и амплитудой К:To the signal of the generator 1, through the adder 10, the signal of the third harmonic of the generator 2 is added, which has a sinusoidal shape with a frequency three times higher than that of the signal of the generator 1, and the amplitude K:

u3h=K⋅sin(2π-3⋅ƒ⋅t),u 3h = K⋅sin (2π-3⋅ƒ⋅t),

где К - амплитуда сигнала третьей гармоники.where K is the amplitude of the third harmonic signal.

В результате сложения сигналов генератора 1 и генератора 2 получается синусоидальный сигнал с добавлением третьей гармоники, который поступает на первый вход блока умножения 11. На второй вход блока умножения 11 подается сигнал глубины модуляции, поступающий на третий вход канала сравнения 7. Выходной сигнал блока умножения 11 будем называть сигналом задания на фазное напряжение АИН. Глубина модуляции (М) задается блоком 3 в относительных единицах и регулируется потенциометром 4. Единичному значению глубины модуляции М=1 будет соответствовать амплитуда фазного напряжения, равная Е/2.As a result of the addition of the signals of generator 1 and generator 2, a sinusoidal signal is obtained with the addition of the third harmonic, which is fed to the first input of the multiplication unit 11. The signal of the modulation depth fed to the third input of the comparison channel 7 is supplied to the second input of the multiplication unit 11. The output signal of the multiplication unit 11 we will call the reference signal for the phase voltage of the AIN. The modulation depth (M) is set by the unit 3 in relative units and is regulated by potentiometer 4. A single value of the modulation depth M = 1 will correspond to the phase voltage amplitude equal to E / 2.

Для трехфазного двухуровневого автономного инвертора напряжения сигналы задания на фазные напряжения будут определяться по формулеFor a three-phase two-level autonomous voltage inverter, the reference signals for phase voltages will be determined by the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Сигнал задания на фазное напряжение после блока 11 поступает на суммирующий вход блока вычитания 12. К вычитающему входу блока вычитания 12 подключен импульсный сигнал обратной связи фазного напряжения 16 через блок 15 делителя напряжения. Импульсный сигнал обратной связи фазного напряжения АИН поступает с блока датчика напряжения. Для каналов сравнения 7-9 это сигнал с датчиков напряжения 31-33. Все сигналы в системе управления представлены в относительных единицах. Для соблюдения этого условия в блоке делителя напряжения 15 происходит деление импульсного сигнала обратной связи фазного напряжения на величину половины источника питания АИН Е/2. В результате, сигнал задания на фазное напряжение АИН и фактические мгновенные значения фазных напряжений автономного инвертора напряжения будут выражаться в относительных единицах. Их разностный сигнал, формируемый блоком вычитания, будет определяться по формулеThe phase voltage reference signal after block 11 is supplied to the summing input of the subtraction block 12. A pulse feedback signal of the phase voltage 16 is connected to the subtracting input of the subtraction block 12 through the voltage divider block 15. The pulse feedback signal of the phase voltage AIN comes from the voltage sensor unit. For comparison channels 7–9, this is a signal from voltage sensors 31–33. All signals in the control system are presented in relative units. To comply with this condition, in the voltage divider block 15, the pulse signal of the phase voltage feedback is divided by half the power supply AIN E / 2. As a result, the reference signal for the phase voltage of the AIN and the actual instantaneous values of the phase voltages of the autonomous voltage inverter will be expressed in relative units. Their difference signal generated by the subtraction unit will be determined by the formula

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

где, u1A, u1B, u1C - фактические мгновенные значения фазных напряжений автономного инвертора напряжения. Как было сказано выше, данные напряжения измеряются относительно средней точки источника питания инвертора.where, u 1A , u 1B , u 1C are the actual instantaneous values of the phase voltages of the autonomous voltage inverter. As mentioned above, these voltages are measured relative to the midpoint of the inverter power source.

Полученный разностный сигнал (Δu* 1А, Δu* 1B, Δu* 1C) поступает на блок интегрирования 13. Далее, проинтегрированный разностный сигнал (Δu1А, Δu1B, Δu1C) поступает на вход блока гистерезисных компараторов 14. На прямом и инверсном выходах блока гистерезисных компараторов 14 формируются сигналы управления соответствующими ключами. Например, в канале 7 для первого ключа это сигнал S1, для второго ключа это сигнал S2 (на фиг. 2 это будут ключи 18 и 19). Таким образом формируются сигналы управления соответствующего полумоста автономного инвертора напряжения.The received difference signal (Δu * 1A , Δu * 1B , Δu * 1C ) is fed to the integration unit 13. Next, the integrated difference signal (Δu 1A , Δu 1B , Δu 1C ) is fed to the input of the hysteresis comparators 14. At the direct and inverse outputs block hysteresis comparators 14 are formed control signals of the corresponding keys. For example, in channel 7, for the first key it is signal S1, for the second key it is signal S2 (in Fig. 2 it will be keys 18 and 19). Thus, control signals of the corresponding half-bridge of the autonomous voltage inverter are formed.

Ширина канала гистерезиса обычно принимается равной 5…10% от амплитуды сигнала задания на фазное напряжение АИН и задается блоком 5. Регулирование ширины канала гистерезиса осуществляется потенциометром 6. На основании ширины канала гистерезиса определяются граничные значения (верхнее и нижнее) проинтегрированного разностного сигнала. При равенстве проинтегрированного разностного сигнала с выхода блока интегрирования 13 и нижней границы канала гистерезиса формируется положительный импульс управления S1=1 (S2=0). В случае равенства проинтегрированного разностного сигнала с выхода блока интегрирования 13 и верхней границей канала гистерезиса то формируется нулевой импульс управления S1=0 (S2=1). Для остальных фаз импульсы управления соответствующими ключами автономного инвертора напряжения формируются аналогично.The width of the hysteresis channel is usually taken equal to 5 ... 10% of the amplitude of the reference signal for the phase voltage of the AIN and is set by block 5. The width of the hysteresis channel is controlled by potentiometer 6. Based on the width of the hysteresis channel, the boundary values (upper and lower) of the integrated difference signal are determined. If the integrated difference signal is equal to the output of the integration unit 13 and the lower boundary of the hysteresis channel, a positive control pulse S1 = 1 (S2 = 0) is formed. In the case of equality of the integrated difference signal from the output of the integration unit 13 and the upper boundary of the hysteresis channel, a zero control pulse S1 = 0 (S2 = 1) is formed. For the remaining phases, the control pulses of the corresponding keys of the autonomous voltage inverter are generated in the same way.

Классическое гистерезисное управление (с синусоидальным сигналом задания) характеризуется неполным использованием напряжения источника постоянного напряжения, т.е. неоптимальным коэффициентом преобразования по напряжению. Амплитуда первой гармоники фазного напряжения трехфазного автономного инвертора напряжения равна половине напряжения входного источника. При этом относительная максимальная ширина импульсов в кривой линейного напряжения не может превосходить значения sin(π/3)=0.866, так как фазные напряжения двух соседних полумостов сдвинуты по фазе друг относительно друга на 2π/3. Для увеличения предельного значения амплитуды первой гармоники фазного напряжения автономного инвертора напряжения необходимо к синусоидальному сигналу задания на фазное напряжение добавить сигнал нулевой последовательности. Добавление любого сигнала тройной частоты по отношению к частоте первой гармоники выходного напряжения при управлении трехфазным АИН удовлетворяет требованиям к этому сигналу и решает поставленную задачу.The classical hysteresis control (with a sinusoidal reference signal) is characterized by the incomplete use of the voltage of a constant voltage source, i.e. non-optimal voltage conversion factor. The amplitude of the first harmonic of the phase voltage of a three-phase autonomous voltage inverter is equal to half the voltage of the input source. In this case, the relative maximum pulse width in the linear voltage curve cannot exceed the value sin (π / 3) = 0.866, since the phase voltages of two adjacent half-bridges are phase shifted by 2π / 3 relative to each other. To increase the limit value of the amplitude of the first harmonic of the phase voltage of the autonomous voltage inverter, it is necessary to add a zero sequence signal to the sinusoidal signal of the reference to the phase voltage. Adding any signal of a triple frequency with respect to the frequency of the first harmonic of the output voltage when controlling a three-phase AIN satisfies the requirements for this signal and solves the problem.

Предложенный способ управления позволяет повысить амплитуду первой гармоники выходного напряжения трехфазного АИН относительно источника питания на 20% за счет введения в синусоидальный сигнал задания на фазное напряжение синусоидального сигнала третьей гармоники с амплитудой 1/4.5. Напомним, что амплитуда синусоидального сигнала задания на фазное напряжение АИН приведена в относительных единицах и равна единице. Величина амплитуды сигнала 3-й гармоники получена экспериментально путем моделирования способа управления автономным инвертором напряжения в среде моделирования PSIM.The proposed control method allows to increase the amplitude of the first harmonic of the output voltage of the three-phase AIN relative to the power source by 20% by introducing into the sinusoidal signal a job for the phase voltage of the sinusoidal signal of the third harmonic with an amplitude of 1 / 4.5. Recall that the amplitude of the sinusoidal signal of the reference for the phase voltage of the AIN is given in relative units and is equal to unity. The magnitude of the amplitude of the 3rd harmonic signal was obtained experimentally by simulating a method for controlling an autonomous voltage inverter in a PSIM simulation environment.

Нужно отметь, что ввод сигнала третьей гармоники в синусоидальный сигнал задания на фазное напряжение трехфазного АИН искажает выходное напряжение, повышая в нем гармоники кратные трем. Однако при соединении нагрузки трехфазного инвертора напряжения в звезду без нулевого провода (или в треугольник) в фазных напряжениях не могут присутствовать гармоники тройной частоты, образующие сигнал нулевой последовательности. Поэтому спектры фазных напряжений трехфазного автономного инвертора напряжения не искажаются.It should be noted that the input of the third harmonic signal into the sinusoidal reference signal for the phase voltage of the three-phase AIN distorts the output voltage, increasing the harmonics in it by a factor of three. However, when the load of a three-phase voltage inverter is connected to a star without a neutral wire (or to a triangle), the harmonics of the triple frequency that form the zero sequence signal cannot be present in the phase voltages. Therefore, the phase voltage spectra of a three-phase autonomous voltage inverter are not distorted.

На фиг. 3 и 4 показаны диаграммы сигнала задания на фазное напряжение АИН, импульсный сигнал обратной связи фазного напряжения АИН, проинтегрированный разностный сигнал, линейное напряжение АИН. Диаграммы представлены для двух значений глубины модуляции, но для одного значения ширины канала гистерезиса (5%): М=1 (фиг. 3) и М=1.2 (фиг. 4). Данные диаграммы получены в процессе моделирования предлагаемого способа управления автономного инвертора напряжения в среде моделирования PSIM, при работе на пассивную RL-нагрузку, частоте выходного напряжения 50 Гц, напряжении источника питания АИН 100 В.In FIG. Figures 3 and 4 show diagrams of the reference signal for the phase voltage of the AIN, the pulse feedback signal of the phase voltage of the AIN, the integrated difference signal, the linear voltage of the AIN. The diagrams are presented for two values of the modulation depth, but for one value of the width of the hysteresis channel (5%): M = 1 (Fig. 3) and M = 1.2 (Fig. 4). These diagrams were obtained during the simulation of the proposed method for controlling an autonomous voltage inverter in the PSIM simulation environment, when working on a passive RL load, the output voltage frequency is 50 Hz, and the voltage of the power supply AIN is 100 V.

На диаграммах используется следующие обозначения:The following notation is used in the diagrams:

u1A ** - сигнал задания на фазное напряжение АИН фазы А;u 1A ** - reference signal for the phase voltage of the AIN phase A;

u1A - импульсный сигнал обратной связи фазного напряжения АИН фазы А;u 1A - pulse feedback signal of the phase voltage AIN phase A;

Δu1A - проинтегрированный разностный сигнал фазы А;Δu 1A is the integrated differential signal of phase A;

h - граница канала гистерезиса;h is the boundary of the hysteresis channel;

uАB - линейное напряжение АИН фаз А и В.u AB - linear voltage of the AIN of phases A and B.

На фиг. 5 приведена зависимость амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения автономного инвертора напряжения (U(1)m) от глубины модуляции (М), полученные в PSIM (см. сплошную линию под номером 1 на фиг. 5). Все параметры приведены в относительных единицах (базовая величина Е/2). Добавление сигнала третьей гармоники в синусоидальный сигнал задания на фазное напряжение АИН для гистерезисного управления по напряжению обеспечивает линейный диапазон регулирования амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения в области перемодуляции, вплоть до М=1.2, в отличие от гистерезисного управления по напряжению без добавления сигнала третьей гармоники в синусоидальный сигнал задания на фазное напряжение АИН (см. пунктирную линию под номером 2 на фиг. 5). На фиг. 6 приведена зависимость амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения автономного инвертора напряжения (U(1)m) от глубины модуляции (М), полученные в PSIM для области перемодуляции 1<М<1.2. Линии под номерами 1 и 2 аналогичны линиям, обозначенным на фиг. 5.In FIG. Figure 5 shows the dependence of the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage of an autonomous voltage inverter (U (1) m ) on the modulation depth (M) obtained in PSIM (see the solid line at number 1 in Fig. 5). All parameters are given in relative units (base value E / 2). Adding the third harmonic signal to the sinusoidal signal of the reference for the AIN phase voltage for the hysteretic voltage control provides a linear range for controlling the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage in the overmodulation region, up to M = 1.2, in contrast to the hysteretic voltage control without adding the third harmonic signal into the sinusoidal signal of the reference for the phase voltage of the AIN (see the dashed line at number 2 in Fig. 5). In FIG. Figure 6 shows the dependence of the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage of an autonomous voltage inverter (U (1) m ) on the modulation depth (M) obtained in PSIM for the overmodulation region 1 <M <1.2. The lines numbered 1 and 2 are similar to the lines indicated in FIG. 5.

Стоит отметить, что амплитуда сигнала 3-й гармоники не равна 1/6, как это имеет место, например, при управлении АИН с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и опорным сигналом, и что обеспечивает расширение линейного диапазона регулирования амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения АИН на 15%. Амплитуда сигнала 3-й гармоники в предлагаемом способе получена эмпирическим путем, составляет 1/4.5 и обеспечивает увеличение линейного диапазона регулирования амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения АИН на 20%. Данное обстоятельство можно объяснить тем, что процесс ШИМ в кривой фазного напряжения с гистерезисным управлением по напряжению в предлагаемом способе отслеживает уже не синусоидальную форму, а примерно трапецеидальную, для фазного напряжения с основанием боковой стороны в 30 электрических градусов (см. фиг. 4). Как показывает гармонический анализ, по сравнению с синусоидой подобная трапеция той же амплитуды обеспечивает выход 1-й гармоники фазного напряжения больше на 20%.It is worth noting that the amplitude of the 3rd harmonic signal is not equal to 1/6, as is the case, for example, when controlling an AIN with pulse-width modulation (PWM) and a reference signal, and this provides an extension of the linear range for controlling the amplitude of the 1st harmonic AIN phase voltage of 15%. The amplitude of the 3rd harmonic signal in the proposed method was obtained empirically, is 1 / 4.5 and provides an increase in the linear range of regulation of the amplitude of the 1st harmonic of the phase voltage AIN by 20%. This circumstance can be explained by the fact that the PWM process in the phase voltage curve with a hysteretic voltage control in the proposed method is no longer tracking a sinusoidal shape, but approximately trapezoidal, for a phase voltage with a side base of 30 electrical degrees (see Fig. 4). As the harmonic analysis shows, in comparison with a sinusoid, a similar trapezoid of the same amplitude provides the output of the 1st harmonic of the phase voltage by more than 20%.

Предлагаемый способ управления автономным инвертором напряжения может быть использован для управления мостовыми однофазными, а также трехфазными АИН при соединении нагрузки в трехфазную звезду без нулевого провода или с нулевым проводом (если нагрузка не критична к ухудшению качества питающего напряжения, обусловленного гармониками кратными трем).The proposed method for controlling an autonomous voltage inverter can be used to control bridge single-phase as well as three-phase AINs when connecting a load to a three-phase star without a neutral wire or with a neutral wire (if the load is not critical to the deterioration of the quality of the supply voltage due to harmonics of three).

Для получения фазного напряжения синусоидальной формы на выходе автономного инвертора напряжения ставят сглаживающий LC-фильтр. При работе на электропривод переменного тока необходимость в таких фильтрах, как правило, отпадает в силу фильтрующих свойств самой нагрузки.To obtain a phase voltage of a sinusoidal shape, a smoothing LC filter is installed at the output of the autonomous voltage inverter. When working on an AC electric drive, the need for such filters, as a rule, disappears due to the filtering properties of the load itself.

Таким образом, из-за того что в синусоидальный сигнал задания на фазное напряжение автономного инвертора напряжения с гистерезисным управлением по напряжению был введен синусоидальный сигнал третьей гармоники с амплитудой 1/4.5, достигается расширение линейного диапазона регулирования амплитуды 1-й гармоники фазного напряжения автономного инвертора напряжения на 20%.Thus, due to the fact that a sinusoidal signal of the third harmonic with an amplitude of 1 / 4.5 was introduced into the sinusoidal signal of the reference for the phase voltage of an autonomous voltage inverter with a voltage hysteresis, an extension of the linear range of amplitude control of the 1st harmonic of the phase voltage of the autonomous voltage inverter by 20%.

Claims (1)

Способ управления автономным инвертором напряжения, основанный на интегрировании разностного сигнала между сигналом задания на фазное напряжение автономного инвертора напряжения и соответствующим импульсным сигналом обратной связи фазного напряжения автономного инвертора напряжения, а также сравнении интегрированного разностного сигнала с двумя пороговыми уровнями, результатом чего является формирование прямой и инверсной последовательностей импульсов управления ключами полумоста автономного инвертора напряжения, отличающийся тем, что в синусоидальный сигнал задания на фазное напряжение автономного инвертора напряжения предварительно вводят сигнал третьей гармоники с амплитудой, равной 1/4,5 от амплитуды синусоидального сигнала задания на фазное напряжение автономного инвертора напряжения.A method for controlling an autonomous voltage inverter based on integrating a difference signal between the phase voltage reference signal of the autonomous voltage inverter and the corresponding pulse feedback signal of the phase voltage of the autonomous voltage inverter, as well as comparing the integrated difference signal with two threshold levels, the result of which is the formation of direct and inverse sequences of pulse control keys half-bridge autonomous voltage inverter, distinguishing I in that a sinusoidal reference signal to the phase voltage auxiliary inverter voltage pretreated third harmonic signal with an amplitude equal to 1 / 4.5 from the sinusoidal reference signal to the phase voltage amplitude auxiliary voltage inverter.
RU2016145982A 2016-11-23 2016-11-23 Autonomous voltage inverter control method RU2654295C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145982A RU2654295C1 (en) 2016-11-23 2016-11-23 Autonomous voltage inverter control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145982A RU2654295C1 (en) 2016-11-23 2016-11-23 Autonomous voltage inverter control method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2654295C1 true RU2654295C1 (en) 2018-05-18

Family

ID=62152904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016145982A RU2654295C1 (en) 2016-11-23 2016-11-23 Autonomous voltage inverter control method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654295C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747743C1 (en) * 2020-11-02 2021-05-13 Павел Ахматович Рашитов Control method for single-phase bridge autonomous voltage inverter

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU902201A1 (en) * 1980-04-30 1982-01-30 Московский Ордена Ленина Энергетический Институт Device for control of self-sustained m-phase voltage inverter
US4700288A (en) * 1984-12-20 1987-10-13 Baraban Viktor P Autonomous inverter
WO1990001826A1 (en) * 1988-08-08 1990-02-22 Sundstrand Corporation Pwm inverter control method and circuit
GB2377095A (en) * 2001-03-06 2002-12-31 Bosch Gmbh Robert Method of generating offset drive control signals for half bridge converters
DE112005000586T5 (en) * 2004-03-17 2007-02-01 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki A motor control apparatus and method for generating a modulation wave command of a PWM inverter of said motor control apparatus
RU2389128C1 (en) * 2008-12-12 2010-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of width-pulse signals formation for control of autonomous inverter
US20130051103A1 (en) * 2011-08-30 2013-02-28 Rolls-Royce Plc Method of controlling an inverter and a controller for controlling an inverter
RU2556874C1 (en) * 2014-03-20 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Control method of self-commutated inverter
RU2558722C1 (en) * 2014-04-16 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Independent three-phase inverter control method

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU902201A1 (en) * 1980-04-30 1982-01-30 Московский Ордена Ленина Энергетический Институт Device for control of self-sustained m-phase voltage inverter
US4700288A (en) * 1984-12-20 1987-10-13 Baraban Viktor P Autonomous inverter
WO1990001826A1 (en) * 1988-08-08 1990-02-22 Sundstrand Corporation Pwm inverter control method and circuit
GB2377095A (en) * 2001-03-06 2002-12-31 Bosch Gmbh Robert Method of generating offset drive control signals for half bridge converters
DE112005000586T5 (en) * 2004-03-17 2007-02-01 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki A motor control apparatus and method for generating a modulation wave command of a PWM inverter of said motor control apparatus
RU2389128C1 (en) * 2008-12-12 2010-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of width-pulse signals formation for control of autonomous inverter
US20130051103A1 (en) * 2011-08-30 2013-02-28 Rolls-Royce Plc Method of controlling an inverter and a controller for controlling an inverter
RU2556874C1 (en) * 2014-03-20 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Control method of self-commutated inverter
RU2558722C1 (en) * 2014-04-16 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Independent three-phase inverter control method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747743C1 (en) * 2020-11-02 2021-05-13 Павел Ахматович Рашитов Control method for single-phase bridge autonomous voltage inverter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6310787B2 (en) Multiway power converter
US9419542B2 (en) Inverter device
CN109792219A (en) A kind of 3-phase power converter and its control method
Deepa et al. A study of comparative analysis of different PWM techniques
KR101929519B1 (en) Three level neutral point clamped inverter system having imbalance capacitor voltages and its control method
RU2573825C2 (en) Multilevel power converter with fixed neutral point
CN104052325B (en) The method for designing of the cascade multilevel inverter that voltage distortion minimizes on a large scale
JP6586349B2 (en) Power converter and control method
Sayed et al. PWM control techniques for single-phase multilevel inverter based controlled DC cells
RU2654295C1 (en) Autonomous voltage inverter control method
JP2007274825A (en) Power conversion device
JP6270696B2 (en) Power converter
Ghosh et al. A single-phase isolated Z-source inverter
JPH03107373A (en) Power converter and control method thereof
JP2011193583A (en) Three-level power converter
JP6834018B2 (en) Power converter
RU2558722C1 (en) Independent three-phase inverter control method
JP5511529B2 (en) Power circuit
RU2556874C1 (en) Control method of self-commutated inverter
JP2007282434A (en) Power conversion system
Deepak et al. Three phase z-source neutral point clamped inverter with multicarrier PWM technique
Arab et al. Power quality enhancement in single phase energy distribution systems using DQ optimal control
RU2444833C1 (en) Vector method for control of three-phase static converter with asymmetric load
RU156362U1 (en) REVERSIBLE CONVERTER
Singh et al. A review on modulation techniques of Z-source network