UA9148U - Frequency converter with several output voltages - Google Patents
Frequency converter with several output voltages Download PDFInfo
- Publication number
- UA9148U UA9148U UAU200500825U UAU200500825U UA9148U UA 9148 U UA9148 U UA 9148U UA U200500825 U UAU200500825 U UA U200500825U UA U200500825 U UAU200500825 U UA U200500825U UA 9148 U UA9148 U UA 9148U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- output
- inverter
- phase
- inverters
- input
- Prior art date
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 11
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013139 quantization Methods 0.000 abstract 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Корисна модель відноситься до області електротехніки і може бути використана в автоматизованому 2 електроприводі для частотного керування електродвигунами змінного струму, а також для інших споживачів електроенергії змінного струму регульованої частоти.The utility model belongs to the field of electrical engineering and can be used in an automated 2 electric drive for frequency control of AC motors, as well as for other consumers of AC electricity of adjustable frequency.
Відомий перетворювач частоти (озе Коагідое, діп-ЗНепд Гаї, Бапд 7пепд Репо. МийШеме! Іпуепегв: АKnown frequency converter (ose Koagidoe, dip-ZNepd Gai, Bapd 7pepd Repo. MySheme! Ipuepegv: A
Зигмеу ої ТороЇодіез, Сопігоїв апа Арріїсайопв. ІЄЕЄЄ Тгапвасіопз оп Іпдивігіаї ЕІесігопісвб, МОЇ. 49, Мо4,Zygmeu oi ToroYodiez, Sopigoiv apa Arriisaiopv. IEEEE Tgapvasiopz op Ipdivigiai EIEsigopisvb, MY. 49, Mo4,
АЦОИиБТт 2002, р.724-738), що містить джерело постійного струму з (п'-1) - виводами, напруга на яких позитивна 70 відносно нульового виводу та розподіляється відповідно на п - однакових рівнів відносно загальної напруги джерела і багаторівневий інвертор напруги, кожна фаза якого має 2п - послідовно згідно з'єднаних ключів двосторонньої проводимості, що складаються з повністю керованого тиристора або транзистора з паралельним зворотним діодом, анод діоду першого ключа і катод діоду останнього з'єднані відповідно з нульовим і верхнім п-виводом джерела, анод діоду середнього п-ключа призначений для підключення навантаження, катоди діодів 75 останнього 2п-ключа і катоди діодів наступних ключів до (п'-1) ключа з'єднується з катодами діодів, аноди яких з'єднані відповідно з верхнім і наступними (п-1) виводами джерела, аноди діодів середнього п - ключа і наступних до другого ключів з'єднуються з анодами діодів, катоди яких з'єднані відповідно з верхнім і наступними (п-1) виводами джерела, керуючі виводи ключів з'єднані з відповідними виводами блоку керування перетворювача, входи яких підключені до відповідних виходів системи керування, що формують завдання амплітуди і частоти вихідної напруги перетворювача. Перетворювач працює таким чином.ATSOIIBTt 2002, p.724-738), which contains a direct current source with (n'-1) - terminals, the voltage on which is positive 70 relative to the zero terminal and is distributed, respectively, on n - equal levels relative to the total voltage of the source and a multi-level voltage inverter, each phase of which has 2n - in series according to the connected keys of bilateral conductivity, consisting of a fully controlled thyristor or transistor with a parallel return diode, the anode of the diode of the first key and the cathode of the diode of the last are connected, respectively, to the zero and upper n-terminal of the source, the anode diode of the middle n-key is designed to connect the load, the cathodes of the diodes 75 of the last 2n-key and the cathodes of the diodes of the following keys to the (n'-1) key are connected to the cathodes of the diodes, the anodes of which are connected, respectively, to the upper and following (n- 1) by the terminals of the source, the anodes of the diodes of the middle n - key and subsequent to the second keys are connected to the anodes of the diodes, the cathodes of which are connected to the upper and next (n-1) terminals of the source, control the key terminals are connected to the corresponding terminals of the converter control unit, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the control system, which form the tasks of the amplitude and frequency of the output voltage of the converter. The converter works like this.
Вихідна напруга на фазах навантаження формується підключенням їх до відповідних виводів джерела, що досягається вмиканням відповідних ключів схеми багаторівневого інвертора, імпульси керування ключами формуються блоком керування перетворювача згідно заданим значенням амплітуди і частоти вихідної напруги перетворювача.The output voltage on the load phases is formed by connecting them to the corresponding terminals of the source, which is achieved by turning on the corresponding keys of the multi-level inverter circuit, the control pulses of the keys are formed by the converter control unit according to the specified values of the amplitude and frequency of the output voltage of the converter.
Цей перетворювач має наступні недоліки. в 1. Напруга ключів схеми близька за значенням до вихідної напруги. Так при синусоїдальній ШІМ для схеми з трьома рівнями напруги джерела і 13 рівнями вихідної напруга ключів Окл-0,47Олвих (для перетворювача з послідовним з'єднанням інверторів Окл -0,139Олвих). 2. Робота фаз перетворювача взаємообумовлена, кількість можливих станів схеми достатньо велика, тому со складною в реалізації є і система керування перетворювачем. «ЇїThis converter has the following disadvantages. in 1. The voltage of the circuit keys is close in value to the output voltage. Thus, with sinusoidal PWM for a circuit with three levels of source voltage and 13 levels of output voltage of the keys Okl-0.47 Ohms (for a converter with a series connection of inverters Okl -0.139 Ohms). 2. The operation of the converter phases is mutually dependent, the number of possible circuit states is large enough, therefore the converter control system is also difficult to implement. "Her
З. При тому ж числі рівнів в кривій вихідної фазної напруги, що і в схемі з послідовним з'єднанням інверторів в вихідних фазах перетворювача гармонійний склад напруги значно гірше. Особливо це стосується -- лінійної напруги, де кількість рівнів в два рази менша ніж у фазної - при 13 рівнях фазної у лінійній маємо Ге») лише 7 (для перетворювача з послідовним з'єднанням інверторів при 13 рівнях фазної напруги у лінійній маємо 25).Q. With the same number of levels in the output phase voltage curve as in the scheme with a series connection of inverters in the output phases of the converter, the harmonic composition of the voltage is much worse. This applies especially to the linear voltage, where the number of levels is twice as small as that of the phase voltage - with 13 levels of the phase voltage in the linear one, we have only 7 (for a converter with a series connection of inverters, with 13 levels of the phase voltage in the linear one, we have 25) .
Найбільш близьким аналогом до корисної моделі є багаторівневий перетворювач частоти ЮШозе Коагідце?,The closest analogue to a useful model is the multi-level frequency converter of Yusho Koagidtse?,
Уіп-Зпепд Гаї, Бапд 2пепд Репод. МиШеме! Іпмепеге: А Зигмеу ої ТороІодіез, Сопігоіїв апа Арріїсабйопв. ІЕЕ «Whip-Zpepd Gai, Bapd 2pepd Repod. We Sheme! Ipmepege: A Sigmeu oi ToroIodiez, Sopigoiiv apa Arriisabyopv. IEE "
Тгапзасіпе оп Іпаизігіа! ЕІесігопісв, МОЇ. 49, Мо4, АШОСИВТ 2002, р.724-738)Ї, що містить в кожній вихідній - фазі Н послідовно з'єднаних однофазних мостових інверторів напруги, кожний інвертор складається з чотирьох ключів двосторонньої проводимості, що містять в собі повністю керований тиристор або транзистор і паралельно с включений зворотний діод, п ізольованих джерел постійної напруги, що підключені у діагональ постійного струмуTgapzasipe op Ipaizigia! EIesigopisv, MY. 49, Mo4, ASHOSIVT 2002, p.724-738), containing in each output phase H series-connected single-phase bridge voltage inverters, each inverter consists of four switches of bilateral conductivity, containing a fully controlled thyristor or transistor and a reverse diode is turned on in parallel with n isolated sources of constant voltage connected in a diagonal of direct current
Із» інверторів негативним виводом до анодів діодів першого і другого ключів, а позитивним виводом до катодів діодів третього і четвертого ключів, вільні виводи діагоналі змінного струму першого і останнього інверторів утворюють відповідно початок і кінець фази перетворювача частоти, початки фаз якого з'єднані між собою, кінці призначені для підключення навантаження, входи керування першого, третього, другого, четвертого ключів о інверторів з'єднані з першим, другим, третім, четвертим виходами відповідних формувачів імпульсів, перший, - другій, третій, четвертий входи, яких підключені до однойменних виходів блоків модуляції, перші входи яких з'єднані з відповідними виходами генератора трикутної напруги, на яких формуються трикутні напруги з частотою т- модуляції, зсув фаз між якими складає 2 лх/п, другі входи блоків модуляції кожної фази об'єднані і з'єднані з о 250 відповідними виходами системи керування, на яких формуються синусоїдальні сигнали заданої амплітуди і .-частоти, зсув фаз між якими для трифазного перетворювача частоти складає 2л/3.From" inverters, the negative terminal to the anodes of the diodes of the first and second keys, and the positive terminal to the cathodes of the diodes of the third and fourth keys, the free terminals of the alternating current diagonal of the first and last inverters form, respectively, the beginning and the end of the phase of the frequency converter, the beginnings of the phases of which are connected to each other , the ends are intended for connecting the load, the control inputs of the first, third, second, fourth keys of the inverters are connected to the first, second, third, fourth outputs of the corresponding pulse generators, the first, second, third, fourth inputs of which are connected to the outputs of the same name modulation blocks, the first inputs of which are connected to the corresponding outputs of the triangular voltage generator, on which triangular voltages with the modulation frequency t are formed, the phase shift between which is 2 lx/p, the second inputs of the modulation blocks of each phase are combined and connected with about 250 corresponding outputs of the control system, which generate sinusoidal signals of a given amplitude and .-frequency, phase shift between which for a three-phase frequency converter is 2l/3.
Перетворювач працює таким чином.The converter works like this.
Синусоїдальний сигнал заданої амплітуди і частоти для кожної фази перетворювача подається на другі входи блоків модуляції, на перші входи яких подаються відповідні трикутні напруги з частотою модуляції. БлокиA sinusoidal signal of a given amplitude and frequency for each phase of the converter is supplied to the second inputs of the modulation blocks, the first inputs of which are supplied with corresponding triangular voltages with the modulation frequency. Blocks
Со модуляції здійснюють порівняння за рівнем синусоїдальної та трикутної напруг, в результаті чого на їх відповідних виходах формуються імпульси, що у подальшому розподіляються на ключі інверторів, забезпечуючи однополярну модуляцію, їх вихідної напруги. Ці імпульси поступають до формувачів імпульсів, де здійснюється їх підсилення, вводиться відповідна затримка часу за переднім фронтом імпульсів для виключення коротких перемикань у схемі інвертора при перемиканні ключів у плечах мостів, гальванічна розв'язка кіл керування 60 відповідних ключів силової схеми і кола керування перетворювачем. В результаті кожний із послідовно з'єднаних інверторів формує ШІМ модульовану змінну напругу у вигляді імпульсів, що приймають значення / та 0 (для позитивної напівхвилі), -О та 0 (для негативної напівхвилі), де О - напруга джерела постійного струму, що підключене до інвертора. Оскільки інвертора з'єднані послідовно їх напруги складаються і на виході фази перетворювача отримуємо напругу, що має східчасту форму з ШІМ регулюванням у межах кожної сходинки, що бо відтворює заданий синусоїдальний сигнал. При цьому кількість рівнів (сходинок) у кожній напівхвилі вихідної напруги дорівнює кількості інверторів напруги і відповідно числу джерел напруги - п. Загальна кількість рівнів: К-2п'н1.With modulation, a comparison is made by the level of sinusoidal and triangular voltages, as a result of which pulses are formed at their respective outputs, which are then distributed to the inverter keys, providing unipolar modulation of their output voltages. These pulses are sent to the pulse shapers, where they are amplified, an appropriate time delay is introduced after the leading edge of the pulses to exclude short switching in the inverter circuit when switching the keys in the arms of the bridges, galvanic isolation of the control circuits of 60 corresponding keys of the power circuit and the converter control circuit. As a result, each of the serially connected inverters forms a PWM modulated alternating voltage in the form of pulses that take the values / and 0 (for a positive half-wave), -O and 0 (for a negative half-wave), where O is the voltage of the connected DC source to the inverter. Since the inverters are connected in series, their voltages add up and at the output phase of the converter we get a step-shaped voltage with PWM control within each step, which reproduces a given sinusoidal signal. At the same time, the number of levels (steps) in each half-wave of the output voltage is equal to the number of voltage inverters and, accordingly, the number of voltage sources - n. The total number of levels: K-2p'n1.
Цей перетворювач має наступні недоліки. 1. Велика кількість ключів в силовій схемі відносно кількості рівнів вихідної напруги (4п ключів на фазу відносно (2п-1) рівнів напруги). 2. Великі витрати потужності на комутацію у ключах схеми при використанні відомих засобів модуляції, що обумовлює зниження коефіцієнту корисної дії перетворювача в цілому і ускладнює систему охолодження.This converter has the following disadvantages. 1. A large number of keys in the power circuit relative to the number of output voltage levels (4n keys per phase relative to (2n-1) voltage levels). 2. High power consumption for switching in circuit keys when using known means of modulation, which leads to a decrease in the efficiency of the converter as a whole and complicates the cooling system.
Ознаки найближчого аналогу, які збігаються з ознаками корисної моделі, що заявляється: перетворювач /о частоти, що містить в кожній вихідній фазі п послідовно з'єднаних однофазних мостових інверторів напруги, кожний інвертор складається з чотирьох ключів двосторонньої проводимості, що містять в собі повністю керований тиристор або транзистор і паралельно включений зворотний діод, п ізольованих джерел постійної напруги, що підключені у діагональ постійного струму інверторів негативним виводом до анодів діодів першого і другого ключів, а позитивним виводом до катодів діодів третього і четвертого ключів, вільні виводи діагоналі 7/5 Змінного струму першого і останнього інверторів утворюють відповідно початок і кінець фази перетворювача частоти, початки фаз якого з'єднані між собою, кінці призначені для підключення навантаження, входи керування першого, третього, другого, четвертого ключів інверторів з'єднані з першим, другим, третім, четвертим виходами відповідних формувачів імпульсів, блок модуляції, перший вхід якого з'єднаний з виходом генератора трикутної напруги на якому формується трикутна напруга з частотою модуляції, перший і другій виходи блоку Модуляції з'єднані з першим і другим входами формувача імпульсів першого інвертора, система керування, на виходах якої формуються синусоїдальні сигнали заданої амплітуди і частоти, зсув фаз між якими для трифазного перетворювача частоти складає 2х/3.The features of the closest analogue, which coincide with the features of the claimed utility model: a /o frequency converter, containing in each output phase n series-connected single-phase bridge voltage inverters, each inverter consists of four switches of bilateral conductivity, containing a fully controlled thyristor or transistor and a reverse diode connected in parallel, n isolated sources of constant voltage, connected to the diagonal of the direct current of the inverters with the negative terminal to the anodes of the diodes of the first and second keys, and the positive terminal to the cathodes of the diodes of the third and fourth keys, free terminals of the diagonal 7/5 of the AC current of the first and last inverters form, respectively, the beginning and the end of the phase of the frequency converter, the beginnings of the phases of which are connected to each other, the ends are intended for connecting the load, the control inputs of the first, third, second, fourth keys of the inverters are connected to the first, second, third, the fourth outputs of the corresponding pulse generators, blo to modulation, the first input of which is connected to the output of the triangular voltage generator on which a triangular voltage with the modulation frequency is formed, the first and second outputs of the Modulation block are connected to the first and second inputs of the pulse shaper of the first inverter, the control system, the outputs of which form sinusoidal signals of a given amplitude and frequency, the phase shift between which for a three-phase frequency converter is 2x/3.
У корисній моделі поставлена задача підвищення енергетичних показників перетворювача і електроприводу в цілому. Це досягається: - значним покращенням форми вихідної напруги і відповідно її гармонійного складу за рахунок збільшення кількості рівнів у кривій вихідної напруги до К-(4п-1) - при незмінній кількості ключів у силовій схемі (4п). в)In the useful model, the task of increasing the energy performance of the converter and the electric drive as a whole is set. This is achieved by: - a significant improvement in the shape of the output voltage and, accordingly, its harmonic composition due to an increase in the number of levels in the output voltage curve to K-(4p-1) - with an unchanged number of keys in the power circuit (4p). in)
При незмінній напрузі на виході відповідно кількості джерел постійної напруги зменшується і їх напруга. - зменшенням комутаційних витрат енергії при перемиканні ключів схеми за рахунок того, що лише два ключа у фазі перетворювача працює у режимі широтно-імпульсної модуляції і перемикається з високою частотою, а с інші перемикаються з низькою частотою.With a constant voltage at the output, the number of constant voltage sources decreases and their voltage decreases. - reduction of switching energy consumption when switching circuit keys due to the fact that only two keys in the converter phase operate in the pulse width modulation mode and switch with a high frequency, while the others switch with a low frequency.
Поставлена задача вирішується тим, що у багаторівневий перетворювач частоти, що містить в кожній З вихідній фазі п послідовно з'єднаних однофазних мостових інверторів напруги, кожний інвертор складається з /-/- де чотирьох ключів двосторонньої проводимості, що містять в собі повністю керований тиристор або транзистор і паралельно включений зворотний діод, п ізольованих джерел постійної напруги, що підключені у діагональ б»The problem is solved by the fact that in a multi-level frequency converter containing n series-connected single-phase bridge voltage inverters in each C output phase, each inverter consists of /-/- where four switches of bilateral conductivity, containing a fully controlled thyristor or a transistor and a reverse diode connected in parallel, n isolated constant voltage sources connected diagonally b"
Зз5 постійного струму інверторів негативним виводом до анодів діодів першого і другого ключів, а позитивним виводом до катодів діодів третього і четвертого ключів, вільні виводи діагоналі змінного струму першого і останнього інверторів утворюють відповідно початок і кінець фази перетворювача частоти, початки фаз якого « з'єднані між собою, при цьому кінці призначені для підключення навантаження, входи керування першого, третього, другого, четвертого ключів інверторів з'єднані з першим, другим, третім, четвертим виходами не) Відповідних формувачів імпульсів, блок модуляції, перший вхід якого з'єднаний з виходом генератора трикутної с напруги, на якому формується трикутна напруга з частотою модуляції, перший і другій виходи блоку модуляції й з'єднані з першим і другим входами формувача імпульсів першого інвертора, система керування, на виходах якої «» формуються синусоїдальні сигнали заданої амплітуди і частоти, зсув фаз між якими для трифазного перетворювача частоти складає 2/3, відповідно до корисної моделі в нього додатково введені на кожну фазу блок дискретизації за рівнем, блок віднімання, розподільник імпульсів, (п-1) ізольованих джерел постійної (Се) напруги, що підключені між інверторами так, що позитивний вивід відповідного додаткового джерела з'єднується з з катодом діоду другого ключа попереднього інвертора і катодом діоду першого ключа наступного інвертора, а негативний вивід з'єднується з анодом діоду четвертого ключа попереднього інвертора і анодом діоду третього ьч ключа наступного інвертора, другий вхід блоку модуляції з'єднаний з виходом блоку віднімання, перший вхід якого з'єднаний з першим виходом блоку дискретизації за рівнем, а другий вхід з входом блоку дискретизації за со рівнем і відповідним виходом системи керування, другий вихід блоку дискретизації за рівнем з'єднаний з входом розподільника імпульсів, відповідні виходи якого з'єднані з третім, четвертим входами формувача імпульсів першого інвертора і першим, другим, третім, четвертим входами формувачів імпульсів другого і наступних інверторів. чо Введення додаткових джерел постійного струму при незмінній кількості ключів у силовій схемі (4п) і запропонованому алгоритму їх перемикань дозволяє збільшити кількість рівнів у кривій вихідної напруги до35 DC inverters with a negative terminal to the anodes of the diodes of the first and second keys, and a positive terminal to the cathodes of the diodes of the third and fourth keys, the free terminals of the alternating current diagonal of the first and last inverters form, respectively, the beginning and the end of the phase of the frequency converter, the beginnings of the phases of which are connected among themselves, while the ends are designed to connect the load, the control inputs of the first, third, second, fourth keys of the inverters are connected to the first, second, third, fourth outputs of the corresponding pulse shapers, the modulation block, the first input of which is connected to the output of the triangular voltage generator, on which a triangular voltage with a modulation frequency is formed, the first and second outputs of the modulation unit and connected to the first and second inputs of the pulse shaper of the first inverter, a control system, at the outputs of which "" sinusoidal signals of a given amplitude and frequency are formed , the phase shift between which for a three-phase frequency converter is 2/3, resp the bottom of the useful model is additionally introduced for each phase a sampling unit by level, a subtraction unit, a pulse distributor, (n-1) isolated sources of constant (Ce) voltage, which are connected between inverters so that the positive output of the corresponding additional source is connected with the cathode of the diode of the second key of the previous inverter and the cathode of the diode of the first key of the next inverter, and the negative terminal is connected to the anode of the diode of the fourth key of the previous inverter and the anode of the diode of the third key of the next inverter, the second input of the modulation unit is connected to the output of the subtraction unit, the first input of which is connected to the first output of the sampling unit by level, and the second input to the input of the sampling unit by level and the corresponding output of the control system, the second output of the sampling unit by level is connected to the input of the pulse distributor, the corresponding outputs of which are connected with the third, fourth inputs of the pulse shaper of the first inverter and the first, second, third, fourth inputs pulse generators of the second and subsequent inverters. The introduction of additional sources of direct current with an unchanged number of switches in the power circuit (4p) and the proposed algorithm of their switching allows to increase the number of levels in the output voltage curve to
К-(4п-1). При незмінній напрузі на виході відповідно кількості джерел постійної напруги зменшується і їх напруга, а одночасно і висота сходинок у кривій вихідної напруги, що дозволяє відтворити синусоїдальний закон з найменшими похибками. 60 Перемиканням відповідних ключів, що визначає розподільник імпульсів згідно з вихідними сигналами блоку дискретизації за рівнем, вихідна напруга формується як сума напруг окремих джерел постійного струму і має східчасту форму. Похибка між заданою синусоїдою і східчастою кривою визначається блоком віднімання і відпрацьовується у режимі ШІМ з напруги першого джерела парою ключів, що з'єднують його з початком фази перетворювача. Як наслідок, вихідна фазна напруга має східчасту форму з (4п-1) рівнями та ШІМ регулюванням 65 у межах кожної сходинки (рівня) і значно наближається до заданої синусоїди.K-(4p-1). With a constant output voltage, the number of constant voltage sources decreases and their voltage decreases, as well as the height of the steps in the output voltage curve, which allows you to reproduce the sinusoidal law with the smallest errors. 60 By switching the appropriate keys, which determines the pulse distributor according to the output signals of the sampling unit by level, the output voltage is formed as the sum of the voltages of the individual direct current sources and has a stepped form. The error between the specified sine wave and the step curve is determined by the subtraction unit and is worked out in PWM mode from the voltage of the first source by a pair of keys connecting it to the beginning of the converter phase. As a result, the output phase voltage has a stepped form with (4n-1) levels and PWM control of 65 within each step (level) and is very close to the given sinusoid.
Запропоновані ознаки дозволяють забезпечити значне покращення форми і гармонійного складу вихідної напруги перетворювача, а також зменшити кількість перемикань ключів схеми.The proposed features make it possible to significantly improve the shape and harmonic composition of the output voltage of the converter, as well as to reduce the number of switches of the circuit keys.
Зазначені ознаки складають суть корисної моделі, тому що є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату - зменшення витрат енергії у навантаженні (асинхронному двигуні) внаслідок того, щоThe specified features make up the essence of a useful model, because they are necessary and sufficient to achieve the technical result - the reduction of energy consumption in the load (induction motor) due to the fact that
Запропонована корисна модель дозволяє значно покращити гармонійний склад напруги, що живить двигун, а також зменшення витрат енергії на комутацію ключів схеми перетворювача за рахунок зменшення частоти і кількості перемикань ключів, а таким чином і підвищення енергетичних показників перетворювача і електроприводу в цілому. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями: - фіг.1 - функціональна схема трифазного багаторівневого перетворювача частоти; 70 - фіг.2 - функціональна схема однієї фази перетворювача частоти, що виконана на базі двох інверторів;. - фіг.3 - часові діаграми сигналів для однієї фази перетворювача. Багаторівневий трифазний перетворювач частоти складається (фіг. 1) з трьох ідентичних фазних блоків, що з'єднані за схемою "зірка". Навантаження 7а, 7в, 7с (обмотка статору двигуна змінного струму) підключено до виходів перетворювача.The proposed useful model makes it possible to significantly improve the harmonic composition of the voltage feeding the engine, as well as to reduce the energy consumption for switching the switches of the converter circuit by reducing the frequency and number of switching of the keys, and thus increasing the energy performance of the converter and the electric drive as a whole. The essence of the useful model is explained by the drawings: - Fig. 1 - functional diagram of a three-phase multi-level frequency converter; 70 - fig. 2 - functional diagram of one phase of the frequency converter, made on the basis of two inverters;. - Fig. 3 - time diagrams of signals for one phase of the converter. A multi-level three-phase frequency converter consists (Fig. 1) of three identical phase blocks connected according to the "star" scheme. The load 7a, 7b, 7c (stator winding of the alternating current motor) is connected to the outputs of the converter.
На фіг.2 представлені: система керування електроприводом 1, блок дискретизації за рівнем 2, блок /5 Віднімання з, блок модуляції 4, генератор трикутної напруги 5, розподільник імпульсів 6, формувачі імпульсів 7, 8, силовий блок з восьми ключів 9-16, ізольовані джерела постійної напруги 17, 19, додаткове джерело 18.Fig. 2 shows: the electric drive control system 1, the discretization unit by level 2, the /5 Subtraction from unit, the modulation unit 4, the triangular voltage generator 5, the pulse distributor 6, the pulse shapers 7, 8, the power unit with eight keys 9-16 , isolated sources of constant voltage 17, 19, additional source 18.
На фіг.3 представлені часові діаграми: заданої синусоїдальної напруги з виходу системи керування зад, напруги з виходу блоку дискретизації за рівнем Ост, сигнал похибки дискретизації з виходу блока відніманняFig. 3 shows time diagrams: the specified sinusoidal voltage from the output of the rear control system, the voltage from the output of the sampling unit at the Ost level, the sampling error signal from the output of the subtraction unit
И1, сигнали керування ключами 10, 12, 13, 14, 15, 16, вихідна напруга фази перетворювача Овихф.И1, control signals of keys 10, 12, 13, 14, 15, 16, output voltage of the converter phase Овихф.
Багаторівневий перетворювач працює таким чином.A multilevel converter works like this.
Розглянемо роботу багаторівневого перетворювача на прикладі схеми (фіг.2) на базі двох інверторів (п-2) з восьми ключами і відповідно з (2п-1)-3 джерелами постійної напруги Е (17,18,19), що дозволяє отримати в навантаженні 7 різних рівнів напруги: 0, ї4Е, 42Е, ЗЕ.Consider the operation of a multilevel converter using the example of a circuit (Fig. 2) based on two inverters (n-2) with eight keys and, accordingly, with (2n-1)-3 sources of constant voltage E (17,18,19), which allows to obtain in load of 7 different voltage levels: 0, i4E, 42E, ZE.
Синусоїдальна напруга заданої амплітуди і частоти Озад з виходу системи керування електроприводом 1 надходить до входу блоку дискретизації за рівнем 2, де вона перетворюється відповідно рівню дискретизації, що дорівнює третині амплітуди Озад.мах в сигнал східчастої форми Ост. (фіг. 3) на першому виході блоку 2 і в) послідовність імпульсів, що фіксують тривалість кожної сходинки Ост, на другому виході блоку 2. Розподільник імпульсів 6 формує на своїх виходах шість послідовностей імпульсів (фіг. 2) керування другим 10 і четвертим 12 ключами першого інвертора, першим 13, другим 14, третім 15 і четвертим 16 ключами другого інвертора, що о 3о через формувачі імпульсів 7 і 8 надходять на входи відповідних ключів інверторів, формувачі імпульсів забезпечують підсилення до необхідного рівня, часову затримку по передньому фронту для запобігання З коротких перемикань при одночасному вмиканні ключів, гальванічну розв'язку кіл керування і силового кола «- перетворювача. Напруга Ост. з першого виходу блоку 2 і задана синусоїдальна напруга Озад з виходу блоку 1 надходять на входи блоку віднімання 3. Сигнал різниці Ш1 надходить на другий вхід блоку модуляції 4, де б» Порівнюється з сигналом напруги трикутної форми Отр з виходу блоку 5, що має частоту модуляції (500-1000Гц).The sinusoidal voltage of the given amplitude and frequency Back from the output of the electric drive control system 1 enters the input of the discretization unit according to level 2, where it is converted according to the discretization level, which is equal to one third of the amplitude Back.max into a step-shaped signal Ost. (Fig. 3) at the first output of block 2 and c) a sequence of pulses fixing the duration of each step Ost, at the second output of block 2. The pulse distributor 6 forms six sequences of pulses at its outputs (Fig. 2) controlling the second 10 and the fourth 12 by the keys of the first inverter, the first 13, the second 14, the third 15 and the fourth 16 keys of the second inverter, which at 3 o through the pulse shapers 7 and 8 enter the inputs of the corresponding keys of the inverters, the pulse shapers provide amplification to the required level, a time delay along the leading edge to prevent From short switches when the keys are turned on simultaneously, galvanic isolation of the control circuits and the power circuit "- converter. Voltage Ost. from the first output of block 2 and the specified sinusoidal voltage Back from the output of block 1 are input to the inputs of the subtraction block 3. The difference signal Sh1 is input to the second input of the modulation block 4, where it is compared with the triangular voltage signal Otr from the output of block 5, which has a frequency modulation (500-1000Hz).
Якщо Ш1 більше Отр формується імпульс на вмикання першого ключа першого інвертора 9, в противному випадку на другому виході блоку 4 формується імпульс на вмикання третього ключа першого інвертора 11. «If Ш1 is greater than Otr, a pulse is formed to turn on the first key of the first inverter 9, otherwise, a pulse is formed on the second output of block 4 to turn on the third key of the first inverter 11.
Означені імпульси через формувач імпульсів 7 надходять на входи керування відповідних ключів. Стан інших ключів схеми (10, 12, 13, 15, 16, 14) визначається діаграмою на фіг.3. При вмиканні ключів 11, 12, 15, 16 в (інтервал 0-1) вихідна напруга відсутня, при перемиканні ключів 11 і 9 підключено джерело 17 і вихідна с напруга дорівнює Е. На інтервалі (11-42) постійно замкнуті ключі 12, 13, 14 - підключено джерело 18 вихідна й напруга дорівнює Е. Перемикання ключів 9, 11 додає рівень Е. Таким чином на виході фази перетворювача «» відбувається складання ШІМ модульованої напруги Е першого джерела 17 з напругою другого 18 і третього джерел 19 в відповідності з напругою Ост. Форма вихідної напруги фази перетворювача Овихф має вигляд, що наведений на фіг.3. (Те) Аналогічним чином працює схема з іншою кількістю інверторів при цьому слід зазначити, що у режимі ШІМ модуляції згідно сигналу Ш використовується лише перше джерело, тоді як інші джерела формують напругу - східчастої форми згідно Ост з досить невисокою частотою перемикань відповідних ключів схеми. ї» Таким чином у перетворювачі можуть бути застосовані різні ключі - перший і третій першого інвертору на 5р транзисторах для забезпечення ШІМ, інші ключі - на тиристорах. со Застосування корисної моделі дозволяє при збереженні кількості ключів схеми збільшити кількість рівнів у кривій вихідної напруги перетворювача, що покращує її гармонійний склад. Оскільки у режимі ШІМ працює лише два ключа на фазу то зменшуються і витрати енергії на комутацію ключів.The specified pulses are sent to the control inputs of the corresponding keys through the pulse shaper 7. The state of other circuit keys (10, 12, 13, 15, 16, 14) is determined by the diagram in Fig.3. When switches 11, 12, 15, 16 are turned on (interval 0-1), there is no output voltage, when switches 11 and 9 are switched, source 17 is connected and the output voltage is equal to E. In the interval (11-42), keys 12, 13 are permanently closed , 14 - the output source 18 is connected and the voltage is equal to E. Switching the keys 9, 11 adds level E. Thus, at the output of the converter phase "" the PWM modulated voltage E of the first source 17 is added to the voltage of the second 18 and third sources 19 in accordance with the voltage Ost. The form of the output voltage of the phase of the converter Ovikhf has the form shown in Fig. 3. (Te) The circuit with a different number of inverters works in a similar way, while it should be noted that in the PWM modulation mode according to the Ш signal, only the first source is used, while the other sources form a step-shaped voltage according to Ост with a rather low switching frequency of the corresponding keys of the circuit. Thus, different keys can be used in the converter - the first and third of the first inverter on 5p transistors to provide PWM, other keys - on thyristors. The use of a useful model allows to increase the number of levels in the curve of the output voltage of the converter while maintaining the number of keys of the circuit, which improves its harmonic composition. Since only two keys per phase work in PWM mode, energy consumption for key switching is also reduced.
Як варіант застосування запропонована корисна модель може бути використана для зменшення кількості (7 55 ключів схеми перетворювача з п - джерелами постійного струму і відповідно з К-(2пя-1) - рівнями вихідної напруги. При цьому кількість ключів у фазі замість (4п) буде лише 24(п1), відповідно зменшуються витрати енергії у ключах, маса, габарити і вартість перетворювача.As an application option, the proposed useful model can be used to reduce the number (7 55 keys of the converter circuit with n - sources of direct current and, accordingly, with K-(2pya-1) - output voltage levels. At the same time, the number of keys in the phase instead of (4n) will be only 24(p1), the energy consumption in the keys, weight, dimensions and cost of the converter are reduced accordingly.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU200500825U UA9148U (en) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | Frequency converter with several output voltages |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU200500825U UA9148U (en) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | Frequency converter with several output voltages |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA9148U true UA9148U (en) | 2005-09-15 |
Family
ID=35518430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU200500825U UA9148U (en) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | Frequency converter with several output voltages |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA9148U (en) |
-
2005
- 2005-01-31 UA UAU200500825U patent/UA9148U/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kumar et al. | A survey on space vector pulse width modulation technique for a two-level inverter | |
| Devi et al. | Modified phase shifted PWM for cascaded H bridge multilevel inverter | |
| Lee et al. | An improved phase-shifted PWM method for a three-phase cascaded H-bridge multi-level inverter | |
| Abdulhamed et al. | New topology of asymmetrical nine-level cascaded hybrid bridge multilevel inverter | |
| CN106787891B (en) | Five-level inverter | |
| CN219980665U (en) | Modular multilevel converter and system | |
| Singh et al. | Analysis of THD and output voltage for seven level asymmetrical cascaded H-bridge multilevel inverter using LSCPWM technique | |
| Boora et al. | A new general topology for asymmetrical multilevel inverter with reduced number of switching components | |
| Shahir et al. | 16-level basic topology for cascaded multilevel inverters with reduced number of components | |
| Tamasas et al. | Comparison of different third harmonic injected PWM strategies for 5-level diode clamped inverter | |
| Soomro et al. | Comparative analysis of level shifted PWM techniques for conventional and modified cascaded seven level inverter | |
| UA9148U (en) | Frequency converter with several output voltages | |
| Agarwal et al. | Single Phase to three phase cycloinverter with Space Vector PWM controller | |
| Kumar et al. | A nine-level inverter for open-end induction motor | |
| Sutar et al. | Mixed multilevel inverter topology for high power medium voltage applications | |
| Arvindan et al. | Investigation for improved power quality in hysteresis current controlled three-phase four-wire Vienna rectifier topologies | |
| Yadav et al. | A three-phase 9-level inverter with reduced switching devices for different PWM techniques | |
| UA77559C2 (en) | Frequency converter with several output voltages | |
| US6885569B2 (en) | Energy converting device | |
| Mardaneh et al. | A random switching method for PWM cascaded H-bridge multi-level inverter | |
| Ghousia | A Multilevel Quasi Matrix Converter Design for SRM Drives In EV Applications. | |
| Krishna et al. | Performance evaluation of induction motor for unipolar and bipolar pulse width modulation techniques | |
| Tang et al. | Novel hybrid cascade asymmetrical converter based on asymmetrical converter | |
| Picas et al. | Discontinuous modulation of modular multilevel converters without the need for extra submodules | |
| Acharya et al. | Modified sine wave phase disposition PWM technique for harmonic reduction in multilevel inverter fed drives |