Несиметричний багаторівневий перетворювач частоти

Несиметричний багаторівневий перетворювач частоти, що містить в кожній вихідній фазі три ізольованих джерела постійної напруги та 4 пари напівпровідникових ключів двобічної провідності, що містять повністю керований тиристор або транзистор і паралельно включений зворотний діод, джерела за допомогою пари ключів з'єднані між собою зустрічно-паралельно, а перше і останнє джерела - відповідно з вхідним і вихідним виводами фази перетворювача, входи керування ключів кожної фази з'єднані з відповідними виходами формувачів імпульсів, блок модуляції, перший вхід якого з'єднаний з виходом генератора трикутної напруги, на якому формується трикутна напруга з частотою модуляції, другий вхід блока модуляції з'єднаний з виходом блока віднімання, перший вхід якого з'єднаний з першим виходом блока дискретизації за рівнем, а другий вхід - з входом блока дискретизації за рівнем і відповідним виходом системи керування U 2 (19) 1 3 30099 4 зсув між якими для трифазного перетворювача розподільника імпульсів, інформаційні виходи якого з'єднані з входами відповідних формувачів частоти складає 2p/3. імпульсів (за винятком першої пари ключів), вхідні Перетворювач працює таким чином. виводи фаз перетворювача частоти з'єднані між Синусоїдальний сигнал заданої амплітуди і собою, вихідні призначені для підключення частоти для кожної фази перетворювача навантаження. Перетворювач працює таким подається на відповідні входи блоку керування, чином. який формує імпульси керування на ключі Напруги джерел однакові і дорівнюють Е. відповідних інверторів, чим забезпечує Керування ключами в процесі формування формування вихідної напруги, що має східчасту вихідної напруги здійснюється таким чином, що форму з постійним кроком U і ШІМ регулюванням у ключі кожної пари знаходяться у протилежних межах кожної сходинки, що відтворює сигнал станах, при цьому почергово використовуються заданої амплітуди і частоти. Кількість рівнів комбінації ключів, що дозволяють отримати на (сходинок) у кожній напів-хвилі вихідної напруги при максимальному її значенні дорівнює виході значення напруги: U=0, ±E, ±2Е, ±3Е . n=(U1+U2+U3)/U. При цьому напруга відповідної Синусоїдальна напруга заданої амплітуди і сходинки визначається складанням або частоти UЗАД з виходу системи керування відніманням напруг інверторів. Цей перетворювач електроприводом надходить на вхід блоку має 1. При загальній кількості ключів 12 на фазу, 6 наступні недоліки. дискретизації за рівнем, де вона перетворюється із них проводять струм одночасно. Це обумовлює відповідно рівню дискретизації, що дорівнює 1/3 значні витрати потужності, як статичні, так і на амплітуди UЗАДМАХ в сигнал східчастої форми UСХ перемикання, що обумовлює зниження на першому виході блоку дискретизації і коефіцієнту корисної дії перетворювача в цілому і послідовність імпульсів, що фіксують тривалість ускладнює систему охолодження. кожної сходинки UСХ, на другому виході блоку. 2. Використання джерел з різними напругами Відповідно отриманим імпульсам здійснюється обумовлює зміну режиму роботи перших двох у керування парами ключів, що з'єднують джерела процесі регулювання вихідної напруги і між собою, а останнє з вихідним виводом фази необхідність використання для них джерел з перетворювача. Це забезпечує формування з двобічною провідністю. Джерело з більшою напруг другого та третього джерел сигналу напругою передає у навантаження більше енергії східчастої форми, що відтворює UСХ. Різниця між ніж потребується, відповідна різниця повертається UЗАД і UСХ U1=(UЗАД-UСХ) - похибка дискретизації, у мережу джерелом з меншою напругою. Таким відпрацьовується методом ШІМ з напруги першого чином, має місце безцільна циркуляція енергії у джерела при використанні першої пари ключів. У ланці постійного струму, що обумовлює додаткові результаті вихідна напруга фази перетворювача витрати енергії у схемі і погіршує енергетичні формується як сума відповідних напруг. Кількість показники перетворювача. ключів на фазу при той же кількості джерел Найбільш близьким аналогом до корисної зменшилась з 12 до 8, відповідно зменшилась до 4 моделі, що заявляється, є багаторівневий і кількість ключів, що одночасно проводять струм. перетворювач частоти [Патент України на винахід Цей перетворювач має наступні недоліки. №77559 МПК Н02Р27/04, Н02М5/00, опубл. 1. Кількість рівнів у кривій напівхвилі вихідної 15.12.2006, Бюл. №12], що містить в кожній напруги при однакових напругах джерел n=3, що вихідній фазі три ізольованих джерела постійної навіть при використанні широтно - імпульсної напруги Е та 4 пари напівпровідникових ключів модуляції (ШІМ) напруги джерел обумовлює двобічної провідності, що містять в собі повністю чималий коефіцієнт викривлення вихідної напруги керований тиристор або транзистор і паралельно (THD) і погіршення її гармонійного складу. Як включений зворотний діод, джерела за допомогою наслідок додаткові витрати енергії у пари ключів з'єднуються між собою зустрічнонавантаженні. 2. Обмеження кількості можливих комбінацій у паралельно, а перше і останнє джерела відповідно процесі формування вихідної напруги (напруги з вхідним і вихідним виводами фази суміжних джерел - першого і другого, другого і перетворювача, входи керування ключів кожної третього складаються, а напруги крайніх - першого фази з'єднані з відповідними виходами і третього віднімаються) не дозволяє забезпечити формувачів імпульсів, входи формувачів імпульсів формування вихідної напруги з постійним кроком першої пари ключів, що утворюють вхідний вивід U при довільному співвідношенні напруг джерел. фази з'єднані з виходами блока модуляції, перший Максимальне співвідношення напруг при вхід якого з'єднаний з виходом генератора використанні ШІМ становить 1:2:2 або 1:1:3 (n=5). трикутної напруги, на якому формується трикутна 3. Використання джерел з різними напругами напруга з частотою модуляції, другий вхід блоку обумовлює необхідність використання операції модуляції з'єднаний з виходом блоку віднімання, віднімання їх напруги і можливість змінювання перший вхід якого з'єднаний з першим виходом режиму роботи джерел у процесі регулювання блоку дискретизації за рівнем, а другий вхід з вихідної напруги. Це обумовлює необхідність входом блоку дискретизації за рівнем і використання випрямлячів з двобічною відповідним виходом системи керування провідністю. Джерело з більшою напругою електроприводом, на виходах якої формуються передає у навантаження більше енергії ніж синусоїдальні сигнали заданої амплітуди і частоти, потребується, відповідна різниця повертається у зсув між якими для трифазного перетворювача мережу джерелом з меншою напругою. Таким чином, має місце безцільна циркуляція енергії у частоти складає 2p/3, другий вихід блоку ланці постійного струму, що обумовлює додаткові дискретизації за рівнем з'єднаний з входом 5 30099 6 витрати енергії у схемі і погіршує енергетичні навантаження, відповідно до корисної моделі, в показники перетворювача. нього додатково введені: розподільник імпульсів з Ознаки найближчого аналогу, які збігаються з двома входами модуляції і інформаційним входом, ознаками корисної моделі, що заявляється: напруги джерел різні і задаються згідно амплітуді несиметричний багаторівневий перетворювач максимальної вихідної напруги Um із частоти, що містить в кожній вихідній фазі три співвідношення E1=Um/6, E2=Um/2=3E1, ізольованих джерела постійної напруги та 4 пари E3=Um/3=2E1, причому максимальну напругу 3Е1 напівпровідникових ключів двобічної провідності, має джерело Е2, розподільник імпульсів здійснює що містять в собі повністю керований тиристор почерговий вибір комбінацій вмикання ключів із або транзистор і паралельно включений зворотний можливих сполучень напруги джерел: перший діод, джерела за допомогою пари ключів рівень - 0 і Е1, другий рівень - Е3 і Е1, третій рівень з'єднуються між собою зустрічно-паралельно, а - Е2 і Е3, четвертий рівень - Е2 і (Е2+Е1), п'ятий перше і останнє джерела відповідно з вхідним і рівень - (Е2+Е3) і (E2+E1), шостий рівень – вихідним виводами фази перетворювача, входи (Е1+Е2+Е3) і (Е3+Е2), інформаційний вхід керування напівпровідникових ключів кожної фази розподільника імпульсів з'єднано з другим з'єднані з відповідними виходами формувачів виходом блоку дискретизації за рівнем, а входи імпульсів, блок модуляції, перший вхід якого модуляції з відповідними виходами блока з'єднаний з виходом генератора трикутної напруги, модуляції, виходи розподільника імпульсів з'єднані на якому формується трикутна напруга з частотою з входами відповідних формувачів імпульсів. модуляції, другий вхід блоку модуляції з'єднаний з Запропоновані ознаки дозволяють: виходом блоку віднімання, перший вхід якого 1. Використати співвідношення напруг 1:3:2 і з'єднаний з першим виходом блоку дискретизації отримати 6 додаткових рівнів з постійним кроком у за рівнем, а другий вхід з входом блоку кривій вихідної напруги фази перетворювача при дискретизації за рівнем і відповідним виходом незмінній її амплітуді і тій самій кількості джерел і системи керування електроприводом, на виходах ключів. Це дозволяє суттєво зменшити коефіцієнт якої формуються синусоїдальні сигнали заданої викривлення напруги (THD) у всьому діапазоні її амплітуди і частоти, зсув між якими для регулювання. 2. Забезпечити роботу всіх джерел у трифазного перетворювача частоти складає 2p/3, випрямному режимі з передаванням енергії у коло вхідні виводи фаз перетворювача частоти з'єднані навантаження. Це дозволяє виключити циркуляцію між собою, вихідні призначені для підключення енергії у ланці постійного струму. Суть корисної навантаження. корисної моделі є покращення Задачею моделі пояснюється кресленнями: енергетичних показників перетворювача частоти і - Фіг.1 - функціональна схема фази електроприводу в цілому. Це досягається шляхом: несиметричного багаторівневого перетворювача - покращення гармонійного складу вихідної частоти; - Фіг.2 - часові діаграми сигналів для фази напруги за рахунок збільшення кількості рівнів у несиметричного багаторівневого перетворювача кривій вихідної напруги при незмінній кількості частоти при максимальній амплітуді вихідної напівпровідникових ключів у силовій схемі; напруги. - виключення циркуляції енергії в ланці Перетворювач складається з трьох ідентичних постійного струму. фазних блоків, що з'єднані за схемою «зірка». Поставлена задача вирішується тим, що у Система керування електроприводом 1 має несиметричний багаторівневий перетворювач виходи, на яких формуються синусоїдальні частоти, що містить в кожній вихідній фазі три ізольованих джерела постійної напруги та 4 пари сигнали заданої амплітуди і частоти з зсувом 2p/3 напівпровідникових ключів двобічної провідності, для кожної з фаз перетворювача. Кожна фаза що містять в собі повністю керований тиристор перетворювача (Фіг.1) містить блок дискретизації або транзистор і паралельно включений зворотний за рівнем 2, блок віднімання 3, розподільник діод, джерела за допомогою пари ключів імпульсів 4, блок модуляції 5, генератор трикутної з'єднуються між собою зустрічно-паралельно, а напруги 6, формувачі імпульсів 7 і 8, три джерела перше і останнє джерела відповідно з вхідним і 9, 10, 11, ключі 12-19. Перетворювач працює таким чином. вихідним виводами фази перетворювача, входи Синусоїдальна напруга заданої амплітуди і керування ключів кожної фази з'єднані з частоти UЗАД з виходу системи керування відповідними виходами формувачів імпульсів, електроприводом 1 надходить на вхід блоку блок модуляції, перший вхід якого з'єднаний з дискретизації за рівнем 2, де вона перетворюється виходом генератора трикутної напруги, на якому в сигнал східчастої форми UСХ (Фіг.2), згідно якому формується трикутна напруга з частотою на виході блоку 2 формується послідовність модуляції, другий вхід блоку модуляції з'єднаний з імпульсів, відповідних рівнів, що фіксують виходом блоку віднімання, перший вхід якого тривалість відповідних сходинок UСХ. Розподільник з'єднаний з першим виходом блоку дискретизації імпульсів 4 формує на своїх виходах 8 за рівнем, а другий вхід з входом блоку послідовностей імпульсів, що через формувачі дискретизації за рівнем і відповідним виходом імпульсів 7 і 8 надходять на входи відповідних системи керування електроприводом, на виходах ключів 12-19, формувачі імпульсів 7 і 8 якої формуються синусоїдальні сигнали заданої забезпечують підсилення імпульсів до необхідного амплітуди і частоти, зсув між якими для рівня, часову затримку по передньому фронту для запобігання коротких перемикань при трифазного перетворювача частоти складає 2p/3, одночасному вмиканні ключів однієї пари, вхідні виводи фаз перетворювача з'єднані між гальванічну розв'язку кіл керування і силового собою, вихідні призначені для підключення 7 30099 8 кола перетворювача. Сигнал U1=(UЗАД-UСХ) з ключі 12, 14, 16, 19 і вихідна напруга дорівнює виходу блоку віднімання 3 надходить на другий Е3=2Е1, при зміні стану вмикаються ключі 12, 15, вхід блоку модуляції 5, де порівнюється з 17, 19 і вихідна напруга дорівнює Е1. Таким чином, сигналом напруги трикутної форми UТР, що має задана напруга на другому рівні відпрацьовується несучу частоту. Якщо U1 більше UТР на першому методом ШІМ із напруги першого і третього виході блоку модуляції формується "1", а на джерел 9 і 11. другому - "0", у противному випадку стан виходів На третьому рівні (інтервал t2-t3) при наявності змінюється на протилежний. Означені імпульси "1" на першому виході блоку модуляції вмикаються через розподільник імпульсів 4 і формувачі ключі 13, 15, 16, 18 і вихідна напруга дорівнює імпульсів 7 і 8 надходять на входи керування Е2=3Е1, при зміні стану вмикаються ключі 12, 14, відповідних ключів 12-19, які визначаються 16, 19 і вихідна напруга дорівнює Е3=2Е1. Таким імпульсами з виходу блоку дискретизації за рівнем чином, задана напруга на третьому рівні 2. відпрацьовується методом ШІМ із напруги другого Так на першому рівні (інтервал 0–t1) при і третього джерел 10 і 11. наявності "1" на першому виході блоку модуляції 5 На наступних рівнях постійно вмикається вмикаються ключі 12, 15, 17, 19 і вихідна напруга друге джерело 10, регулювання вихідної напруги дорівнює Е1, при зміні стану вмикаються ключі 13, здійснюється аналогічно першому - третьому 15, 17, 19 і вихідна напруга дорівнює 0. Таким рівням. Застосування запропонованої корисної моделі чином, задана напруга на першому рівні дозволяє при збереженні кількості ключів схеми відпрацьовується методом ШІМ із напруги збільшити кількість рівнів у кривій вихідної напруги джерела E1 (інтервали часу, де для відповідних перетворювача, що покращує її гармонійний джерел використовується регулювання методом склад. Оскільки в процесі формування вихідної ШІМ на Фіг.2 позначені більш темним кольором). напруги виключена операція віднімання усі На другому рівні (інтервал t1 -t2) при наявності джерела працюють з передаванням енергії у "1" на першому виході блоку модуляції вмикаються навантаження. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 30099 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601