Гібридний несиметричний багаторівневий перетворювач частоти

Гібридний несиметричний багаторівневий перетворювач частоти, що містить джерело з трьома рівнями напруги, що утворені розподілювачем напруги на двох послідовно з'єднаних конденсаторах, спільна точка конденсаторів розподілювача напруги являє собою нульовий вивід джерела постійного струму з трьома рівнями напруги, яке складається з двох послідовно з'єднаних трифазних мостових випрямлячів, що живляться від двох ізольованих вторинних обмоток трансформатора, що з'єднані за схемами "трикутник" і "зірка", трифазні мостові випрямлячі підключено до конденсаторів розподілювача напруги через зарядні резистори, з контакторами, що їх замикають, при цьому трифазний трирівневий інвертор напруги з нульовим виводом і фіксуючими діодами, кожна фаза якого має чотири послідовно згідно з'єднаних ключів двобічної провідності, що складаються з повністю керованого тиристора або транзистора з паралельним зворотним діодом, анод зворотного діода першого ключа двобічної провідності і катод зворотного діода останнього з'єднані, відповідно, з негативним і позитивним виводами джерела постійного струму з трьома рівнями напруги, анод зворотного діода другого ключа двобічної провідності є вихідним виводом фази трифазного трирівневого інвертора напруги з нульовим виводом і фіксуючими діодами, а його катод з'єднано з катодом першого фіксуючого діода, катод зворотного діода четвертого ключа двобічної провідності з'єднано з анодом другого фіксуючого діода, катод U 2 (19) 1 3 37697 4 Відомий багаторівневий перетворювач частонапруги, джерело з трьома рівнями напруги склати [Jose Rodriguez, Jih-Sheng Lai, Fang Zheng дається з двох послідовно з'єднаних трифазних Peng. Multilevel Inverters: A Survey of Topologies, мостових випрямлячів, що живляться від двох ізоControls and Applications. IEEE Transactions on льованих вторинних обмоток трансформатору, що Industrial Electronics, VOL. 49, №4, AUGUST 2002, з'єднані за схемами "трикутник" і "зірка", трифазні p.724-738], що містить джерело постійного струму мостові випрямлячі підключено до конденсаторів (далі - джерело) з трьома рівнями напруги, що розподілювача напруги через зарядні резистори, з утворені розподілювачем напруги на двох посліконтакторами, що їх замикають, трифазний трирідовно з'єднаних конденсаторах, спільна точка вневий інвертор напруги з нульовим виводом і конденсаторів розподілювача напруги являє софіксуючими діодами, кожна фаза якого має чотири бою нульовий вивід джерела з трьома рівнями послідовно згідно з'єднаних ключі, анод зворотнонапруги, джерело з трьома рівнями напруги склаго діоду першого ключа і катод зворотного діоду дається з двох послідовно з'єднаних трифазних останнього з'єднані відповідно з негативним і помостових випрямлячів, що живляться від двох ізозитивним виводом джерела з трьома рівнями нальованих вторинних обмоток трансформатору, що пруги, анод зворотного діоду другого ключа є вихіз'єднані за схемами "трикутник" і "зірка", трифаздним виводом фази трифазного трирівневого ний трирівневий інвертор напруги з нульовим виінвертора напруги з нульовим виводом і фіксуюводом і фіксуючими діодами, кожна фаза якого чими діодами, а його катод з'єднано з катодом має 4 послідовно згідно з'єднаних ключів двобічної першого фіксуючого діоду, катод зворотного діоду провідності, що складаються з повністю керованочетвертого ключа з'єднано з анодом другого фікго тиристора або транзистора з паралельним звосуючого діоду, катод якого з'єднано з анодом перротним діодом (далі - ключ), анод зворотного діоду шого фіксуючо го діоду і нульовим виводом джерепершого ключа і катод зворотного діоду останньола з трьома рівнями напруги, до виходу кожної го з'єднані відповідно з негативним і позитивним фази трифазного трирівневого інвертора напруги з виводом джерела з трьома рівнями напруги, анод нульовим виводом і фіксуючими діодами підклюзворотного діоду другого ключа призначений для чено вивід діагоналі змінного струму однофазного підключення фази навантаження, а його катод мостового інвертора напруги, що складається з з'єднано з катодом першого фіксуючого діоду, качотирьох ключів, у діагональ постійного струму тод зворотного діоду четвертого ключа з'єднано з однофазного мостового інвертора напруги підклюанодом другого фіксуючого діоду, катод якого чено конденсатор, вільні виводи діагоналі змінного з'єднано з анодом першого фіксуючого діоду і нуструму однофазного мостового інвертора напруги льовим виводом джерела з трьома рівнями напрупризначені для підключення навантаження, вивоги, керуючі виводи ключів схеми з'єднані з відповіди, що керують ключами трифазних трирівневих дними виводами блоку керування перетворювача, інверторів напруги з нульовим виводом і фіксуювходи яких підключені до відповідних виходів сисчими діодами і однофазних мостових інверторів теми керування, що формують завдання амплітунапруги з'єднані з відповідними виводами блоку ди і частоти ви хідної напруги багаторівневого пекерування перетворювача, входи яких підключені ретворювача частоти. до відповідних виходів регулятора, що прогнозує, Багаторівневий перетворювач частоти працює входи якого з'єднано з виходом системи керувантаким чином. ня. Вихідна напруга на фазах навантаження форПеретворювач працює таким чином. мується підключенням їх до відповідних виводів Оскільки однофазні мостові інвертори напруги джерела, що досягається вмиканням відповідних не мають джерел, схема передбачає попередній ключів схеми багаторівневого перетворювача часзаряд конденсаторів однофазних мостових інвертоти, імпульси керування ключами формуються торів напруги до вмикання перетворювача. Попеблоком керування перетворювача згідно заданим реднє заряджання конденсаторів схеми здійснюзначенням амплітуди і частоти ви хідної напруги ється від джерела інвертора напруги через зарядні багаторівневого перетворювача частоти. резистори і коло навантаження. При цьому трифаЦей багаторівневий перетворювач частоти зний трирівневий інвертор напруги з нульовим має наступний недолік. При трьох рівнях напруги виводом і фіксуючими діодами працює у режимі фази багаторівневого перетворювача частоти має 6ти-тактного перемикача з вихідною напругою гармонійний склад, що обумовлює необхідність ±3U, однофазні мостові інвертори напруги перевикористання вихідних фільтрів. микаються у протифазі таким чином, що їх напруга Найбільш близьким аналогом до корисної мовіднімається. Це відповідає передаванню енергії у делі є гібридний несиметричний багаторівневий коло постійного струму і заряджанню конденсатоперетворювач частоти (далі - перетворювач) рів схеми перетворювача. По завершенні заряду [Martin Veenstra, Alfred Rufer, Control of a Hybrid конденсаторів перетворювача, зарядні резистори Asymmetric Multilevel Inverter for Competitive шунтуються контакторами. Medium-Voltage Industrial Drives. IEEE Значення напруги, що підтримується на конTRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, денсаторах розподілювача напруги і конденсаторів VOL. 41, NO. 2, MARCH / APRIL 2005. p.655-664.], однофазного мостового інвертора напруги співвідщо містить джерело з трьома рівнями напруги, що носяться як 3:1. Сигнал завдання для кожної фази утворені розподілювачем напруги на двох посліперетворювача формується регулятором, що продовно з'єднаних конденсаторах, спільна точка гнозує, як сума гармонік, що кратні основній конденсаторів розподілювача напруги являє соu ЗАД = (А sin wt + A 3 sin(3w t ) + A 9 sin(9w t )) і подабою нульовий вивід джерела з трьома рівнями ється на відповідні входи блоку керування, який 5 37697 6 формує імпульси керування на ключі трифазних діоду, катод якого з'єднано з анодом першого фіктрирівневих інверторів напруги з нульовим вивосуючого діоду і н ульовим виводом джерела подом і фіксуючими діодами і однофазних мостових стійного струму з трьома рівнями напруги, до виінверторів напруги, чим забезпечує формування ходу кожної фази трифазного трирівневого вихідної напруги, що має східчасту форму з поінвертора напруги з нульовим виводом і фіксуюстійним кроком U і ШІМ регулюванням у межах чими діодами підключено вивід діагоналі змінного кожної сходинки, що відтворює сигнал заданої струму однофазного мостового інвертора напруги, амплітуди і частоти з використанням багаторівнещо складається з чотирьох ключів двобічної провівої ШІМ. Регулятор, що прогнозує згідно струму дності, що складаються з повністю керованого навантаження і відповідно визначеним математитиристора або транзистора з паралельним зворочним залежностям моделює процес заряджання тним діодом, у діагональ постійного струму одноконденсатору і розраховує поточні значення ампфазного мостового інвертора напруги підключено конденсатор, вільні виводи діагоналі змінного літуди гармонік A3 і A9 за умовою підтримання струму однофазного мостового інвертора напруги напруги на конденсаторах однофазного мостового призначені для підключення навантаження, керуінвертора напруги постійною з певним відхиленючі виводи ключів трифазних трирівневих інвертоням. рів напруги з нульовим виводом і фіксуючими діоКількість рівнів (сходинок) у кожній напівхвилі дами і однофазних мостових інверторів напруги фазної вихідної напруги перетворювача при маккожної фази з'єднані з відповідними виводами симальному її значенні дорівнює n=(3U+U)/U=4. блоку керування перетворювача, систему керуПри цьому фазна вихідна напруга відповідної сховання. динки визначається складанням або відніманням У корисній моделі поставлена задача підвинапруг інверторів схеми. щення енергетичних показників перетворювача і Цей перетворювач має наступні недоліки. електроприводу в цілому. За рахунок удоскона1. Обмежений діапазон регулювання напруги лення схеми перетворювача, нових ознак та їх (у межах 1.51U-3.5U), коли забезпечується підтриз'єднання забезпечується розширення діапазону мання режиму роботи однофазних мостових інрегулювання напруги у бік зменшення нижньої верторів напруги за рахунок введення третьої та межі, що дає можливість здійснення частотного дев'ятої гармонік, це ускладнює реалізацію частопуску з плавним регулюванням частоти, що притного керування і пуску дви гуна. зводить до підвищення енергетичних показників 2. Використання двох регулюючи х параметрів перетворювача і електроприводу в цілому при (третя та дев'ята гармоніки) значно ускладнює спрощенні реалізації системи керування електросистему керування і передбачає необхідність виприводом. користання спеціального модельно-прогнозуючого Поставлена задача вирішується тим, що перерегулятору для стабілізації напруги конденсаторів творювач, що містить джерело з трьома рівнями схеми. напруги, що утворені розподілювачем напруги на Ознаки найближчого аналогу, які збігаються з двох послідовно з'єднаних конденсаторах, спільна ознаками корисної моделі, що заявляється: джеточка конденсаторів розподілювача напруги являє рело з трьома рівнями напруги, що утворені розсобою нульовий вивід джерела постійного струму поділювачем напруги на двох послідовно з'єдназ трьома рівнями напруги, яке складається з двох них конденсаторах, спільна точка конденсаторів послідовно з'єднаних трифазних мостових випрярозподілювача напруги являє собою нульовий млячів, що живляться від двох ізольованих втовивід джерела постійного струму з трьома рівнями ринних обмоток трансформатору, що з'єднані за напруги, яке складається з двох послідовно з'єдсхемами "трикутник" і "зірка", трифазні мостові наних трифазних мостових випрямлячів, що живвипрямлячі підключено до конденсаторів розподіляться від двох ізольованих вторинних обмоток лювача напруги через зарядні резистори, з контактрансформатору, що з'єднані за схемами "трикутторами, що їх замикають, при цьому трифазний ник" і "зірка", трифазні мостові випрямлячі підклютрирівневий інвертор напруги з нульовим виводом чено до конденсаторів розподілювача напруги і фіксуючими діодами, кожна фаза якого має чотичерез зарядні резистори, з контакторами, що їх ри послідовно згідно з'єднаних ключів двобічної замикають, при цьому трифазний трирівневий інпровідності, що складаються з повністю керовановертор напруги з нульовим виводом і фіксуючими го тиристора або транзистора з паралельним зводіодами, кожна фаза якого має чотири послідовно ротним діодом, анод зворотного діоду першого згідно з'єднаних ключів двобічної провідності, що ключа двобічної провідності і катод зворотного складаються з повністю керованого тиристора або діоду останнього з'єднані відповідно з негативним і транзистора з паралельним зворотним діодом, позитивним виводами джерела постійного струму анод зворотного діоду першого ключа двобічної з трьома рівнями напруги, анод зворотного діоду провідності і катод зворотного діоду останнього другого ключа двобічної провідності є вихідним з'єднані відповідно з негативним і позитивним вививодом фази трифазного трирівневого інвертора водами джерела постійного струму з трьома рівнапруги з н ульовим виводом і фіксуючими діоданями напруги, анод зворотного діоду другого клюми, а його катод з'єднано з катодом першого фікча двобічної провідності є вихідним виводом фази суючого діоду, катод зворотного діоду четвертого трифазного трирівневого інвертора напруги з нуключа двобічної провідності з'єднано з анодом льовим виводом і фіксуючими діодами, а його кадругого фіксуючого діоду, катод якого з'єднано з тод з'єднано з катодом першого фіксуючого діоду, анодом першого фіксуючого діоду і н ульовим викатод зворотного діоду четвертого ключа двобічної водом джерела постійного струму з трьома рівняпровідності з'єднано з анодом другого фіксуючого 7 37697 8 ми напруги, до виходу кожної фази трифазного компаратор 3, блок керування 4, суматор 5, ретрирівневого інвертора напруги з нульовим виволейний регулятор 6, фільтр 7, однофазний мостодом і фіксуючими діодами підключено вивід діаговий інвертор напруги 8, трифазний трирівневий налі змінного струму однофазного мостового інінвертор напруги з нульовим виводом і фіксуючивертора напруги, що складається з чотирьох ми діодами 9, зарядні резистори 10, 11, контактори ключів двобічної провідності, що складаються з контактору 12, 13, трифазні мостові випрямлячі 14, повністю керованого тиристора або транзистора з 15, конденсатор однофазного мостового інвертора паралельним зворотним діодом, у діагональ понапруги 16, конденсатори розподілювача напруги стійного струму однофазного мостового інвертора 17, 18, вхідний трансформатор з двома комплекнапруги підключено конденсатор, вільні виводи тами вторинних обмоток 19, трифазне навантадіагоналі змінного струму однофазного мостового ження - двигун змінного струму 20. інвертора напруги призначені для підключення Перетворювач працює таким чином. навантаження, керуючі виводи ключів трифазних Попереднє заряджання конденсаторів схеми трирівневих інверторів напруги з нульовим виво16, 17, 18 здійснюється від трифазних мостових дом і фіксуючими діодами і однофазних мостових випрямлячів 14, 15 через зарядні резистори 10, 11 інверторів напруги кожної фази з'єднані з відповіді коло навантаження 20. Слід зазначити, що триними виводами блоку керування перетворювача, фазні мостові випрямлячі 14, 15 живляться від систему керування, відповідно до корисної моделі, двох вторинних обмоток вхідного трансформатора додатково вміщує суматор, функціональний пере19. По завершенні заряду конденсаторів схеми 16, творювач, фільтр, релейний регулятор, компара17, 18, зарядні резистори 10, 11 шунтуються контор, систему керування електроприводом, що має тактами контактору 12, 13. два додаткових виходи, які з'єднані з першим і Синусоїдальна напруга A sinw t заданої ампдругим входами функціонального перетворювача, літуди A і частоти w з виходу системи керування другий з них також з'єднано з входом компаратору, електроприводом 1 надходить до одного з входів перший вихід функціонального перетворювача суматора 5. Функціональний перетворювач 2, на з'єднано з першим входом суматора, другий вхід входи якого з відповідних додаткових виходів сисякого з'єднано з виходом системи керування електеми керування електроприводом 1 надходять троприводом і третім входом функціонального сигнали A і sin(3wt ) , формує на першому виході перетворювача, вихід суматора з'єднано з входом напругу A3 sin(3wt ) , а на другому сигнал, що прозавдання фазних напруг блока керування, що має три додаткових входи, перший і другий з яких з'єдпорційний k (k