SU720636A1 - Стабилизированный по напр жению трехфазный мостовой инвертор - Google Patents

Description

(54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ТРЕХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

I

Изобретение относитс  к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении вторичных трехфазных источников электропитани , предназначенных как дл  централизованных систем электроснабжени , так и дл  частотно-управл емых электроприводов.

Больплое число схем стабилизации выходного напр жени  преобразователей можно разделить па два класса, использующих компенсационный и параметрический способы стабилизации. Схемы, использующие компенсационный способ, содержат, как правило,измерительньш орган напр жени  и исполнительный орган, измен ющий ве-. личину выходного напр жени  преобразовател  в соответствии с сигналом измерительного органа. Наличие такого измерительного ограна усложн ет схему преобразовател , ухудшает его массогабаритные, энергетические и динамические показатели. Недостатком преобразователей, реализующих компенсационньш способ стабилизации,  вл етс  также инерционность, не позвол юща  быстрб отрабатывать резко мен ющиес  внещние возмущени . В отличие от схем

компенсационного способа стабилизации напр жени  схемы параметрического способа не содержат цепи обратной св зи и, в частности, измерительного органа. Напр жени . При воздействии внешнего возмущени , в данном случае по йепи питани , выходное напр жение преобразовател  остаетс  неизменным -за счет автоматического изменени  параметров элемента, определ ющего его величину.

Известны однофазные инверторы или конверторы , реализующие параметрический способ стабилизации 1. Известные устройства содержат мультивибратор на насыщающемс  трансформаторе с пр моугольной петлей гистерезиса, который выполн ет одновременноинформационные и силовые

функции, балластный резистор в цепи его питани  и выходную цепь в виде обмотки трансформатора в случае однофазного инвертора или в виде обмотки трансформатора , нагруженной на выпр митель в случае

конвертора. Обеспечиваема  точность стабилизации выходного напр жени  при STOM приемлема дл  Подавл ющего числа случаев применени .. К недостаткам известных инверторов следует отнести уменьшение КПД изнаЧйтельное ухудшение массогабаритных показателей преобразователей, обусловленное нали иём (УкббгранйчШакЙцихэлШ нтов в виде балластных сопротивлений или активных элементов. Известен также инвертор, который содержит мост управл емых ключей и блок управлени . В состав блока управлени вход т пбследоват ельно включенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический узел, выходы которого св заны с управл ющими входами ключей инвертора, а также функциональный узел-модул тор длительности импульса, включенный между зЩаК)1цим генератором и логичёскОТ узлом, который осуществл ет функцию изменени  щирины управл ющего импульса. Данный узел выполнен на базе генератора пилообразного напр жени  и при его на основе компенсационного способа в принципе может осуществл тьс  как регулирование , так и стабилизаци  выходного напр жени . В том случае, когда модул тор длительности импульса выполн ет функцию стабилМайии Ш1 ЬдВДг6 нагпрйЖёнй ; его управл ющим сигналом  вл етс  сигнал измерительного органа напр жёни , пропорциональчый выходному фазнбму напр жению инвертора. Он с11имаетс  либо непосред ствённо с зажймов дл  подключени  нагрузки , либо с зажимбв дл ВДдкйюМни  инвертора к щинам питающей сети 2. Недостатками известного инвертора  вл етс  то, что в первом случае выходное Напр жение должно быть выпр м.лено и отфильтровано при помощи фильтров с достаточно больщим коэффициентом добротности, что внёсет соответствующее запаздывание и ухудщит качество стабилизации выходного напр жени , особенно в переходных режимах при колебани х напр жени  питаю- щей сети. Во втором случае, когда измерительный орган напр; жени  подключен к шйнам питающей сети инвертора, резкие колебанИ  напр жени  питани  могут вообще нарущить процесс стабилизациипри вькпеопйсанном варианте выполнени  функционального узла. Эти нарущени  (сбои),а также необходимость введени  дополнительного измерительно-согласующего узла в .блок управлени  дл  получени  сигнала, проТпорВДбйальногЬ выхбДному на1Тр женйю, и негативные свойства, присущие компенсационному способу,  вл ютс  недостатками инвертора, . Целью изобретени   вл етс  упрощение и повышение качества стабилизации выходного напр жени  впёрехбднБтх режимах при колебанийх напр жени  питающей сети. Дл  достижени  поставленной цели используетс  известный трехфазный мрстрвой инвертор, содержащий мост управл емых ключей и блок управлени . В состав блока управлени  вход т последовательно включенные задающий генератор, распределитель импульсов и логический узел, а также модул тор длительности ймпуЛьса, включенный Между задающим генератором и логическим узлом. Выходы логического узла св заны с входами управл емых ключей инвёртора , модул тор выполнен в виде одновибратора импульсов, содержащего триггер, счетный вход которого св зан с выходом задающего генератора, и ,нофазную инверторную  чейку с насыщающимс  трансформатором на выходе и ключевым элементом в цепи питани . Входы управл емых ключей однофазной инверторной  чейки св заны с пр мым ийНверсным выходами триггера, а управл ющий вход ключевого элемента в цепи питани  св зан через выпр митель с одной из выходных обмоток насыщающегос  трансформатора. Друга  выходна  обмотка этого трансформатора подключена к двухполупериодному выпр мителю, выход которого образует выход одновибратора. Цепь питани  одновибратора св зана с выводами дл  подключени  трехфазного мостового инвертора, к питающей сети. На фиг. 1 - принципиальна  схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие принцип его работы; на фиг. 3 - зависимост личины выходного напр жени  инвертора .,.напр жени  питани  при различном числе регулировочных импульсов N. Стабилизированный по напр жению инвертор (фиг. 1) содержит мост управл емых ключей 1-6 и блок управлени . В состав блока управлени  вход т задающий генератор (ЗГ)7, который осуществл ет синхронизацию рабЪты отдельных узлов, распределитель 8 импульсов, логический узел 9, выходы которого св заны с входами управл емых ключей 1-6, и модул тора длителъносТ1Гмпульсов , выполненный в виде одновибратора 10 импульсов. Одновибратор 10 содержит триггер 11, работающий в ключевом режиме, счетный вход которого св зан с задающим генератором 7, и однофазную йнверторную  чейку 12 с включенным на выходе насыщающимс  трансформатором 13. УправЯ ющ.ие входы ключевых элементов 14-15 св заны с пр мым и инверсным выходами триггера 11, соответственно. В цепи питани  однофазной инверторной  чейки 12 включен ключевой элемент 16, управл ющий вход которого св зан через выпр митель 17 с одной из выходных обмоток насыщающегос  трансформатора 13. Друга  выходна  обмотка этого трансформатора подключена к выпр мителю 18, выход которого образует выход одновибратора 10. На выходе одновибратора 10 включен логический элемент НЕ 19, осуществл ющий инверсию выходного сигнала. Цепь питани  одновибратора 10 с выводами дл  подключени  трехфазного мостового инвертора к питающей сети Up, причем это может быть сделано либо непосредственно, как показано на фиг. 1 в том случае, когда напр жение питани  инверторов Un невелико, либо в цел х уменьшени  габаритов насыщающегос  трансформатора 13, через делительное устройство, осуществл ющее пропорциональное уменьщение напр жени  питающей сети.

Логический узел выполнен на элементах И-ИЛИ-НЕ и представл ет собой шесть идентичных каналов дл  формировани  управл ющих сигналов каждым из шести ключ ей инвертора. Выходы 20-25 распределител  8 импульсов подключены к двум входам каждого из шести трехвходовых логических элементов И 26-31 и к входу одного логического элемента ИЛИ-НЕ 32-37. К третьему входу логических элементов 26-31 подсоединен выход одновибратора 10, а каждый из выходов этих элементов подключен ко второму входу соответствующего элемента 32-37, выходы которых  вл ютс  выходами блока управлени  и подсоединены к управл ющим входам ключей 1-6 инвертора.

Принцип работы инвертора по сн етс  временными диаграммами,приведенными на фиг. 2, где показаны:

7 - сигнал с выхода задающего генератора 7;

20-25 - сигналы с выхода распределител  8 импульсов 8;

11 - сигнал с выхода триггера 11 одновибратора 10;

13 - форма напр жени  на обмотках насыщающегос  трансформатора 13;

18- сигнал с выхода одновибратора 10 импульсов;

19- сигнал, с выхода логического элемента НЕ 19 на выходе одновибратора 10.

26-31 - сигнал с выходов логических элементов И 26-31 логического узла 9;

32-33 - сигналы с выходом логических элементов ИЛИ-НЕ 32-33 дл  управлени  ключами 1, 2 инвертора;

Uz - форма выходного фазного напр жени  инвертора, стабилизированного по величине основной гармоники.

Задающим генератором 7 задают выходную частоту инвертора. Распределитель 8 импульсов обеспечивает 120-градусный фазовый сдвиг управл ющих сигналов 20-25 (см. фиг. 2) ключей 1-6 инвертора. Tpиfгер 11 одновибратора 10 импульсов переключает в соответствии с тактовыми импульсами задающего генератора 7 транзисторы 14-15 однофазной инверторной  чейки 12. Число витков коллекторных обмоток 38-39 насыщающегос  трансформатора .13 выбирают таким образом, чтобы при минимально возможном напр жении питани 

инвертора (а следовательно, и одновибратора .10) Unntiu длительность выходного сигнала 18 одновибратора 10 импульсов была бы равна л/ЗЫ (дл  случа  N 1, см. фиг. 2). Трансформатор 13 при этом переJ магничиваетс  на собственной частоте, of риод которой равен Tt/3N, где Ti - частоты выходного напр жени  инверюр.. Увеличение величины питающего напр жени  Ип вызывает пропорциональное уменьшение длительности выходного сигнала 13

0 одновибратора импульсов или соответствующее увеличение длительности ot управл ющего сигнала 19 и уменьшение величины выходного напр жени .. Перва -гармоника выходного напр жени  Uzi. (действующее или максимальное ее значение) при этом будет стабилизировано (см. фиг. 3).

Выходное фазное напр жение инвертора описываетс  выражением:

. sinK(«i,),

гдеПп-напр жение питани  инвертора; N - число регулировочных пауз длительностью на периоде управл ющего сигнала; ,Д - номер гармоники. Основна  гармоника напр жени  (соответствующа  К.1) имеет вид:

и« («. t +е),

в простейшем случае, когда число регулировочных пауз N равно I (см. фиг. 2), действующее значение первой основной гармоники фазного напр жени , выраженное 0 через напр жение питанц  Un, примет вид: U.t , (п U..u/6Un).

На фиг. 3 представлена зависимость действующего значени  напр жени  первой гармоники в функции напр жени  питани . Видно, что при изменении Un в пределах ± 15%, Uzi измен етс  в пределах +0,8 до - 1,3°/о. В тех случа х, когда данна  точность стабилизации не устраивает потребител , число регулировочных пауз может

0 быть увеличено. Так, например, при N 3, выражение дл  действующего значени  первой гармоники примет вид:

,592Unsin(SrUtH.m/18Un) и при том же диапазоне изменени  напр жени  питани  Uii измен етс  в пределах

+0,08% до -0,16% (см. фиг. 3), что практически всегда удовлетвор ет потребител  электромашинного типа. В этом случае задаюшим генератором 7 и распределителем 8 импульсов должен быть включен дополниQ тельный делитель частоты, а логический узел 9 видоизменен, дл  того чтобы избежать возможного искаженного воздействи  реакции ЭДС активно-индуктивной нагрузки . Дл  сравнени  на графике пунктиром представлена крива  действующего значени  первой гармоники нестабилизированного фазного напр жени .

При использовании стабилизированного инвертора по предложенной схеме в частотно-регулируемом электроприводе вы вл етс  его нова  функциональна  возможность, а именно, обеспечение пропорционального регулировани  по закону U/f const при одновременной стабилизации выходного напр жени  на любой выходной частоте. Таким образом, предложенный инвертор может примен тьс  в качестве вторичных трехфазных источников электропитани  как дл  централизованных систем электроснабжени , так и на частотно-регулируемом электроприводе при частотном разгоне (запуск) электродвигателей по закону U/f const.

Claims (2)

1.Моин В. C.W Лаптев Н. Н. Стабили,зированные транзисторные преобразователи . М., «Энерги , рис. 8-16, рис. 8-17.

2.Авторское свидетельство СССР

по за вке № 2416674/07, кл. Н 02 Р 13/18, 1976 (прототип).

i

0,971

0,6 0,85 0.9 0,95 1,0 1,D5 1,1 1,16

Hecmafij/tuiupo6annoe напр жение.

(Jf

I IJf ( pL/2.5