RU168787U1 - THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT - Google Patents

THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT Download PDF

Info

Publication number
RU168787U1
RU168787U1 RU2016119099U RU2016119099U RU168787U1 RU 168787 U1 RU168787 U1 RU 168787U1 RU 2016119099 U RU2016119099 U RU 2016119099U RU 2016119099 U RU2016119099 U RU 2016119099U RU 168787 U1 RU168787 U1 RU 168787U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inverter
voltage
voltage inverter
phase
output
Prior art date
Application number
RU2016119099U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Тимур Рифхатович Храмшин
Рифхат Рамазанович Храмшин
Геннадий Петрович Корнилов
Ильдар Равильевич Абдулвелеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
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 "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Priority to RU2016119099U priority Critical patent/RU168787U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU168787U1 publication Critical patent/RU168787U1/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
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • 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
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters
    • 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
    • H02M7/53—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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5383—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 triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a self-oscillating arrangement
    • H02M7/53846—Control circuits

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к силовой преобразовательной технике и может быть использована для управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой посредством модифицированной векторной широтно-импульсной модуляции. Техническая проблема - повышение коэффициента полезного действия трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой. Проблема решается тем, что заявляемое устройство дополнительно снабжено блоком выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 10, датчиком выходной мощности инвертора напряжения 11 и блоком формирования модифицированных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 12. Заявляемая полезная модель позволяет обеспечить снижение мощности коммутационных потерь на ключах инвертора напряжения при одновременном сохранении качества выходного напряжения на требуемом уровне. 9 ил.The utility model relates to power conversion technology and can be used to control a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point through a modified vector pulse-width modulation. The technical problem is to increase the efficiency of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point. The problem is solved in that the claimed device is additionally equipped with a unit for selecting a method for generating vector pulse width modulated control signals for the voltage inverter keys 10, an output power sensor for voltage inverter 11 and a unit for generating modified vector pulse width modulated signals for controlling the voltage inverter keys 12. The claimed utility model allows to reduce the power of switching losses on the keys of the inverter voltage while maintaining the quality of the output voltage at the required level. 9 ill.

Description

Полезная модель относится к силовой преобразовательной технике и может быть использована для управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой посредством модифицированной векторной широтно-импульсной модуляции.The utility model relates to power conversion technology and can be used to control a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point through a modified vector pulse-width modulation.

Известно устройство управления трехфазным трехуровневым автономным инвертором напряжения, содержащее три блока задания синусоидальных фазных напряжений инвертора, блок задания коэффициента модуляции, три умножителя, генератор опорного пилообразного напряжения, три элемента сравнения, три блока формирования импульсов управления ключами инвертора напряжения (Пронин М.В., Воронцов А.Г. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) / Под ред. Крутякова Е.А. СПб: «Электросила», 2003. С. 31-35).A control device for a three-phase three-level autonomous voltage inverter is known, which contains three blocks for setting the sinusoidal phase voltages of the inverter, a block for setting the modulation coefficient, three multipliers, a sawtooth voltage generator, three comparison elements, three pulse generating blocks for controlling the voltage inverter key (Pronin M.V., Vorontsov AG Power fully controllable semiconductor converters (modeling and calculation) / Under the editorship of Krutyakov EA St. Petersburg: Electrosila, 2003. P. 31-35).

Недостатком известного устройства является низкий коэффициент полезного действия трехфазного трехуровневого автономного инвертора напряжения в мощных высоковольтных электроприводах прокатных станов, при изменении коэффициента модуляции инвертора в диапазоне от номинального до нулевого значения. Это связано с тем, что в известном устройстве широтно-импульсную модуляцию выходного напряжения инвертора осуществляют по синусоидальному закону с относительно высокой частотой коммутации, при этом в мощных управляемых ключах инвертора возникают значительные коммутационные потери мощности, а широкий спектр гармоник выходного напряжения инвертора снижает качество этого напряжения. Кроме того, синусоидальный способ широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора не обеспечивает эффективного использования напряжения источника постоянного тока.A disadvantage of the known device is the low efficiency of a three-phase three-level autonomous voltage inverter in high-power high-voltage electric drives of rolling mills, when the modulation coefficient of the inverter varies from nominal to zero. This is due to the fact that in the known device, pulse-width modulation of the inverter output voltage is performed according to a sinusoidal law with a relatively high switching frequency, while significant switching power losses occur in powerful inverter controlled keys, and a wide range of harmonics of the inverter output voltage reduces the quality of this voltage . In addition, the sinusoidal method of pulse width modulation of the output voltage of the inverter does not provide efficient use of the voltage of the DC source.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой, содержащее блок задания вектора фазного напряжения инвертора, выход которого соединен с блоком определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора и с блоком определения модуля вектора фазного напряжения инвертора, причем выход блока определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора соединен с первым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения и с первым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, а выход блока определения модуля вектора фазного напряжения инвертора соединен со вторым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения и со вторым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, выход блока выбора базовых векторов инвертора напряжения соединен с третьим входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, четвертый вход последнего соединен с генератором тактовых импульсов, пятый вход блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения соединен с выходом блока контроля баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока инвертора напряжения, при этом вход указанного блока контроля подключен к информационному выходу трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой, блок формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, выход которого соединен с входом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой (см. патент США US 9214874, Н02М 7/487).The closest analogue to the claimed utility model is a control device for a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point, comprising a unit for setting the phase voltage vector of the inverter, the output of which is connected to the unit for determining the angular position of the phase voltage vector of the inverter and with the unit for determining the module of the phase voltage vector of the inverter, the output of the block for determining the angular position of the phase voltage vector of the inverter is connected to the first input of the base selection block vectors of the voltage inverter and with the first input of the unit for calculating the on-state duration of the selected base vectors of the voltage inverter, and the output of the unit for determining the phase voltage vector module of the inverter is connected to the second input of the unit for selecting the base vectors of the voltage inverter and to the second input of the unit for calculating the on-time of the selected state of the selected inverter base vectors voltage, the output of the block selection of the basic vectors of the voltage inverter is connected to the third input of the unit for calculating the duration of the state of the selected base vectors of the voltage inverter, the fourth input of the latter is connected to the clock generator, the fifth input of the unit for calculating the on time of the selected base vectors of the voltage inverter is connected to the output of the voltage balance control unit on the capacitors of the DC link of the voltage inverter, while the input of the specified control unit connected to the information output of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point, the unit of traditional vector pulse-width modulated voltage control signals of the voltage inverter keys, the output of which is connected to the input of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point (see US patent US 9214874, H02M 7/487).

Недостатком известного устройства является низкий коэффициент полезного действия трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой в мощных высоковольтных электроприводах прокатных станов, при изменении коэффициента модуляции инвертора в диапазоне от номинального до нулевого значения. Это связано с тем, что в известном устройстве для управления ключами инвертора напряжения используют традиционный векторный способ широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора, при котором период модуляции делится пополам. В течение одного полупериода модуляции последовательно с заданной длительностью реализуются все базовые вектора, которые формируют вектор равный задающему вектору. Другой полупериод модуляции является зеркальным отражением предыдущего, т.е. перечисленные вектора реализуются в обратном порядке. Указанная реализация базовых векторов за период модуляции сопровождается большим количеством переключений мощных управляемых ключей, что приводит к увеличению мощности коммутационных потерь на ключах.A disadvantage of the known device is the low efficiency of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point in high-power high-voltage electric drives of rolling mills, when the modulation coefficient of the inverter varies from nominal to zero. This is due to the fact that in the known device for controlling the keys of a voltage inverter, a traditional vector method of pulse width modulation of the inverter output voltage is used, in which the modulation period is divided in half. During one half-period of modulation, all basic vectors are realized sequentially with a given duration, which form a vector equal to the master vector. Another half-period of modulation is a mirror image of the previous one, i.e. the listed vectors are implemented in the reverse order. The indicated implementation of the basic vectors during the modulation period is accompanied by a large number of switching of powerful managed keys, which leads to an increase in the power of switching losses on the keys.

Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении коэффициента полезного действия трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой.The technical problem solved by the claimed utility model is to increase the efficiency of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point.

Технический результат заключается в создании условий, обеспечивающих снижение мощности коммутационных потерь на ключах инвертора напряжения при одновременном сохранении качества выходного напряжения на требуемом уровне.The technical result consists in the creation of conditions that ensure a reduction in the power of switching losses on the keys of the voltage inverter while maintaining the quality of the output voltage at the required level.

Поставленная задача решается тем, что устройство управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой, содержащее блок задания вектора фазного напряжения инвертора, выход которого соединен с блоком определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора и с блоком определения модуля вектора фазного напряжения инвертора, причем выход блока определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора соединен с первым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения и с первым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, а выход блока определения модуля вектора фазного напряжения инвертора соединен со вторым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения и со вторым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, выход блока выбора базовых векторов инвертора напряжения соединен с третьим входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, четвертый вход последнего соединен с генератором тактовых импульсов, пятый вход блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения соединен с выходом блока контроля баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока инвертора напряжения, при этом вход указанного блока контроля подключен к информационному выходу трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой, блок формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, выход которого соединен с входом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой, согласно изменению, оно снабжено блоком выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, датчиком выходной мощности инвертора напряжения и блоком формирования модифицированных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, причем первый вход блока выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения соединен с выходом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения, второй вход - с выходом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, а третий вход - с выходом датчика выходной мощности инвертора напряжения, вход которого соединен со вторым информационным выходом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой, при этом первый выход блока выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения соединен с входом блока формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, а второй выход - с входом блока формирования модифицированных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, выход которого соединен со вторым входом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой.The problem is solved in that the control device of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point, containing a unit for setting the phase voltage vector of the inverter, the output of which is connected to the unit for determining the angular position of the phase voltage vector of the inverter and the unit for determining the module of the vector of the phase voltage of the inverter, and the block output determining the angular position of the phase voltage vector of the inverter is connected to the first input of the block selection of the base vectors of the inverter voltage and with the first input of the unit for calculating the on-state duration of the selected base vectors of the voltage inverter, and the output of the unit for determining the phase-voltage vector module of the inverter is connected to the second input of the unit for selecting the base vectors of the voltage inverter and with the second input of the unit for calculating the duration of the on state of the selected base vectors of the voltage inverter, the output of the selection block of the basic vectors of the voltage inverter is connected to the third input of the unit for calculating the duration of the on state selected x the base vectors of the voltage inverter, the fourth input of the latter is connected to the clock generator, the fifth input of the unit for calculating the on-time state of the selected base vectors of the voltage inverter is connected to the output of the voltage balance control unit on the capacitors of the DC link of the voltage inverter, while the input of the specified control unit is connected to the information output of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point, a traditional vector forming unit According to the change, it is equipped with a block for selecting a method for generating vector pulse-width modulated modulated signals for controlling the keys of a voltage inverter, a voltage inverter output sensor and a unit for generating modified vector pulse width modulated key management signals inv a voltage rotor, the first input of a block for selecting a method for generating vector pulse-width modulated voltage control key signals of a voltage inverter connected to the output of a block for selecting the base vectors of the voltage inverter, the second input to the output of the unit for calculating the on-time duration of the selected base vectors of the voltage inverter, and the third input with the output of the voltage inverter output power sensor, the input of which is connected to the second information output of the three-phase three-level inverter voltage a fixed neutral point, while the first output of the selection block for the method of generating vector pulse-width modulated voltage control signals of the inverter keys is connected to the input of the traditional vector width-pulse modulated control signals of the voltage inverter keys, and the second output to the input of the modified generation block vector pulse-width modulated control signals of the keys of the voltage inverter, the output of which is connected to the second input hfaznogo three-level inverter voltage with a fixed neutral point.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

- на фиг. 1 изображена функциональная схема устройства управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой;- in FIG. 1 shows a functional diagram of a control device for a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point;

- на фиг. 2 - функциональная схема трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой;- in FIG. 2 is a functional diagram of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point;

- на фиг. 3 приведено векторное представление выходного напряжения трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой;- in FIG. 3 is a vectorial representation of the output voltage of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point;

- на фиг. 4 приведена таблица вычисления длительности включенного состояния трех ближайших базовых векторов выходного напряжения трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой для четырех областей шести секторов, приведенных на фиг. 3;- in FIG. 4 is a table for calculating the on-state duration of the three closest base vectors of the output voltage of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point for four areas of six sectors shown in FIG. 3;

- на фиг. 5 приведены традиционные шаблоны последовательности включений базовых векторов для четырех областей A1, А2, A3 и А4 сектора А;- in FIG. 5 shows the traditional patterns of the sequence of inclusions of basic vectors for the four areas A1, A2, A3 and A4 of sector A;

- на фиг. 6 приведены модифицированные шаблоны последовательности включений базовых векторов для четырех областей A1, А2, A3 и А4 сектора А;- in FIG. 6 shows modified patterns of the sequence of inclusions of basic vectors for four regions A1, A2, A3 and A4 of sector A;

- на фиг. 7 изображен сектор А, где для каждого для четырех значений коэффициента модуляции КМ=1,0; 0,78; 0,51 и 0,3 приведено по 15 точек, в которых находится задающий вектор

Figure 00000001
выходного напряжения трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой;- in FIG. 7 shows sector A, where for each for four values of the modulation coefficient K M = 1.0; 0.78; 0.51 and 0.3 show 15 points at each, which contains the master vector
Figure 00000001
output voltage of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point;

- на фиг. 8 приведены состояния фаз А, В и С инвертора напряжения для трех коэффициентов модуляции КМ=0,78; 0,51 и 0,3 в секторе А при использовании модифицированных шаблонов последовательности включений базовых векторов для четырех областей A1, А2, A3 и А4 сектора А;- in FIG. 8 shows the states of phases A, B and C of the voltage inverter for the three modulation coefficients K M = 0.78; 0.51 and 0.3 in sector A when using modified patterns of the sequence of inclusions of basic vectors for four areas A1, A2, A3 and A4 of sector A;

- на фиг. 9 приведены состояния фаз А, В и С инвертора напряжения для трех коэффициентов модуляции КМ=0,78; 0,51 и 0,3 за период 2π фазного напряжения на основании математической модели, реализованной в программной среде Matlab Simulink.- in FIG. 9 shows the states of phases A, B and C of the voltage inverter for the three modulation coefficients K M = 0.78; 0.51 and 0.3 for a 2π phase voltage period based on a mathematical model implemented in the Matlab Simulink software environment.

Заявляемое устройство управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой (фиг. 1) содержит блок задания вектора фазного напряжения инвертора 1, выход которого соединен с блоком определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора 2 и с блоком определения модуля вектора фазного напряжения инвертора 3. При этом выход блока определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора 2 соединен с первым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения 4 и с первым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения 5. Выход блока определения модуля вектора фазного напряжения инвертора 3 соединен со вторым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения 4 и со вторым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения 5. Причем выход блока выбора базовых векторов инвертора напряжения 4 соединен с третьим входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения 5. Четвертый вход блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения 5 соединен с генератором тактовых импульсов 6, а пятый вход - с выходом блока контроля баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока инвертора напряжения 7. При этом вход указанного блока контроля подключен к информационному выходу трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8. Заявляемое устройство также содержит блок формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 9, выход которого соединен с входом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8. Устройство управления (фиг. 1) дополнительно снабжено блоком выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 10, датчиком выходной мощности инвертора напряжения 11 и блоком формирования модифицированных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 12. При этом первый вход блока выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 10 соединен с выходом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения 4, второй вход - с выходом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения 5, а третий вход - с выходом датчика выходной мощности инвертора напряжения 11. Вход последнего соединен со вторым информационным выходом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8. При этом первый выход блока выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 10 соединен с входом блока формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 9. Второй выход блока 10 соединен с входом блока формирования модифицированных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения 12, выход которого соединен со вторым входом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8.The inventive control device of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point (Fig. 1) contains a unit for setting the phase voltage vector of the inverter 1, the output of which is connected to the unit for determining the angular position of the phase voltage vector of the inverter 2 and with the unit for determining the module of the phase voltage vector of the inverter 3. When the output of the unit for determining the angular position of the phase voltage vector of the inverter 2 is connected to the first input of the block selection of the base vectors of the voltage inverter 4 and to the first one of the unit for calculating the on-time duration of the selected base vectors of the voltage inverter 5. The output of the unit for determining the phase vector vector module of the inverter 3 is connected to the second input of the unit for selecting the base vectors of the voltage inverter 4 and to the second input of the unit for calculating the on-time duration of the selected base vectors of the voltage inverter 5. Moreover the output of the unit for selecting the base vectors of the voltage inverter 4 is connected to the third input of the unit for calculating the duration of the on state of the selected bases voltage inverter new vectors 5. The fourth input of the on-state duration calculation unit for the selected base voltage inverter vectors 5 is connected to a clock pulse generator 6, and the fifth input is to the output of the voltage balance control unit on the capacitors of the DC link of the voltage inverter 7. The input to this block the control is connected to the information output of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point 8. The inventive device also includes a forming unit traditional vector pulse-width modulated signals for controlling the keys of a voltage inverter 9, the output of which is connected to the input of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point 8. The control device (Fig. 1) is additionally equipped with a block for selecting a method for generating vector pulse-width modulated signals for controlling the keys of a voltage inverter 10, a sensor for output power of a voltage inverter 11 and a block for generating modified vector pulse-width modulated signals for controlling keys of a voltage inverter 12. In this case, the first input of the block for selecting a method for generating vector pulse-width modulated control signals of the voltage inverter keys 10 is connected to the output of the base selection block voltage inverter 4, the second input - with the output of the unit for calculating the on-state duration of the selected base vectors of the voltage inverter 5, and the third input - with the output of the voltage inverter output power sensor 11. The input of the latter is connected to the second information output of the three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point 8. In this case, the first output of the selection block of the method for generating vector pulse-width modulated signals for controlling the keys of the voltage inverter 10 n with the input of the unit for generating the traditional vector pulse-width modulated signals for controlling the keys of the voltage inverter 9. The second output of the block 10 is connected to the input of the unit for the generation of the modified vector pulse-width modulated signals for controlling the keys of the voltage inverter 12, the output of which is connected to the second input of the three-phase three-level voltage inverter fixed neutral point 8.

Трехфазный трехуровневый инвертор напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8 (фиг. 2), также как и в прототипе, содержит звено постоянного тока 13 и три фазные стойки 14, 15 и 16, которые соединены параллельно и подключены к источнику постоянного тока 17. При этом звено постоянного тока 13 содержит два последовательно соединенных конденсатора 18 и 19, общая точка которых 20 является фиксированной нейтральной точкой трехфазного трехуровневого инвертора напряжения 8. Каждая из фазных стоек 14, 15 и 16 содержит четыре последовательно соединенных управляемых ключа 21, 22, 23 и 24. К точке соединения первого 21 и второго 22 управляемых ключей в каждой фазной стойке подключен катод первого диода 25, анод которого подключен к фиксированной нейтральной точке 20 инвертора напряжения. Точка соединения второго 22 и третьего 23 управляемых ключей является силовым выходов инвертора напряжения в каждой фазной стойке. К точке соединения третьего 23 и четвертого 24 управляемых ключей в каждой фазной стойке подключен анод второго диода 26, катод которого подключен к фиксированной нейтральной точке 20 инвертора напряжения. К трем силовым выходам инвертора напряжения подключена трехфазная нагрузка переменного тока 27.A three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point 8 (Fig. 2), as in the prototype, contains a DC link 13 and three phase racks 14, 15 and 16, which are connected in parallel and connected to a DC source 17. In this case, the link DC 13 contains two series-connected capacitors 18 and 19, the common point of which 20 is a fixed neutral point of a three-phase three-level voltage inverter 8. Each of the phase racks 14, 15 and 16 contains four series-connected controllers key 21, 22, 23 and 24. To the connection point of the first 21 and second 22 managed keys in each phase rack connected to the cathode of the first diode 25, the anode of which is connected to a fixed neutral point 20 of the voltage inverter. The connection point of the second 22 and third 23 controlled keys is the power outputs of the voltage inverter in each phase rack. The anode of the second diode 26 is connected to the connection point of the third 23 and fourth 24 controlled keys in each phase rack, the cathode of which is connected to the fixed neutral point 20 of the voltage inverter. A three-phase AC load 27 is connected to the three power outputs of the voltage inverter.

В заявляемом устройстве трехфазный трехуровневый инвертор напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8 выполнен на полностью управляемых ключах 21-24 (фиг. 2), что позволяет обеспечить его работу в электроприводах переменного тока, как в двигательном, так и генераторном режиме. Кроме того, применение трехуровневого напряжения в электроприводах, например, прокатных станов способствует улучшению формы его выходного напряжения при относительно невысокой частоте коммутации. Шесть базовых векторов а, b, с, ар (an), bp (bn) и op (оо, on), приведенные на фиг. 3 для четырех областей A1, А2, A3 и А4 в секторе А формируют за период широтно-импульсной модуляции Т традиционные шаблоны (фиг. 4), которые соответствуют определенной последовательности включения указанных векторов в зависимости от углового положения Θ и модуля Uзад задающего вектора напряжения

Figure 00000001
инвертора напряжения. Аналогичные шаблоны можно сформировать для секторов В, С, D, Е и F. При этом период широтно-импульсной модуляции Т традиционных шаблонов делится пополам. В течение первого полупериода модуляции последовательно с предварительно вычисленной длительностью ti, по формулам, приведенным в таблице на фиг. 5 реализуются все ближайшие базовые вектора. Второй полупериод модуляции является зеркальным отражением предыдущего, т.е. перечисленные вектора реализуются в обратном порядке. Таким образом, за период широтно-импульсной модуляции Т традиционные шаблоны (фиг. 4) формируют усредненное значение вектора напряжения инвертора равное
Figure 00000001
. Приведенный алгоритм формирования традиционных шаблонов, обладая симметрией, способствует равномерной загрузке управляемых ключей 21-24 инвертора напряжения 8 и минимизации пульсации тока в фазах трехфазной нагрузки переменного тока 27, при этом выходное напряжение инвертора имеет хороший гармонический состав. Однако большое количество переключений управляемых ключей 21-24 инвертора напряжения 8 за период модуляции Т в электроприводах прокатных станов при прокатке труднодеформируемых марок сталей приводит к возрастанию токов инвертора напряжения 8 и увеличению мощности коммутационных потерь на ключах 21-24, что снижает коэффициент полезного действия трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8.In the claimed device, a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point 8 is made on fully controllable switches 21-24 (Fig. 2), which allows it to operate in AC electric drives, both in motor and generator modes. In addition, the use of a three-level voltage in electric drives, for example, rolling mills, improves the shape of its output voltage at a relatively low switching frequency. The six basic vectors a, b, c, ap (an), bp (bn) and op (oo, on) shown in FIG. 3 for the four areas A1, A2, A3 and A4 in sector A is formed over a period of pulse-width modulation T traditional patterns (FIG. 4) which correspond to a particular switching sequence of said vectors depending on the angular position Θ and module U drive voltage vector ass
Figure 00000001
voltage inverter. Similar patterns can be formed for sectors B, C, D, E, and F. Moreover, the pulse width modulation period T of traditional patterns is divided in half. During the first modulation half-cycle, sequentially with a pre-calculated duration t i , according to the formulas given in the table in FIG. 5, all the nearest base vectors are implemented. The second half-period of modulation is a mirror image of the previous one, i.e. the listed vectors are implemented in the reverse order. Thus, over the period of pulse-width modulation T, traditional patterns (Fig. 4) form an average value of the inverter voltage vector equal to
Figure 00000001
. The presented algorithm for the formation of traditional patterns, possessing symmetry, promotes uniform loading of the controlled keys 21-24 of the voltage inverter 8 and minimizes current ripple in the phases of the three-phase AC load 27, while the inverter output voltage has a good harmonic composition. However, a large number of switchings of the controlled keys 21-24 of the voltage inverter 8 during the modulation period T in the electric drives of rolling mills during the rolling of hardly deformed steel grades leads to an increase in the currents of the voltage inverter 8 and an increase in the power of switching losses on the keys 21-24, which reduces the efficiency of a three-phase three-level fixed voltage neutral inverter 8.

В модифицированных шаблонах (фиг. 6) количество переключений управляемых ключей 21-24 (фиг. 2) во всех фазах инвертора напряжения 8 за период модуляции Т значительно уменьшается. Так для области А1 в секторе А используют два модифицированных шаблона А1-1 и А1-2, которые реализуются базовыми векторами ар (an), bp (bn) и оо. Вместо двенадцати переключений каждый модифицированный шаблон А1-1 и А1-2 имеют четыре переключения за период модуляции Т. Для области А2 используют два модифицированных шаблона А2-1 и А2-2, которые реализуются базовыми векторами ар (an), а и с. Вместо шести переключений каждый модифицированный шаблон А2-1 и А2-2 имеют три переключения за период модуляции Т. Для области A3 используют восемь модифицированных шаблонов А3-1, А3-2, А3-3, А3-4, А3-5, А3-6, А3-7 и А3-8. Шаблоны А3-1 и А3-2 реализуются базовыми векторами ар (an), bn и с, шаблоны А3-3 и А3-4 - базовыми векторами ар, bp (bn) и с, шаблоны А3-5 и А3-6 - базовыми векторами ар (an), bp (bn) и с, шаблоны А3-7 и А3-8 - базовыми векторами ар, bn и с. В модифицированных шаблонах А3-1 - А3-4 вместо восьми переключений осуществляют три переключения за период модуляции Т, в шаблонах А3-5 и А3-6 - четыре, а в шаблонах А3-7 и А3-8 - два. Для области А4 использует два модифицированных шаблона А4-1 и А4-2, которые реализуются базовыми векторами bp (bn), с и b, при этом количество переключений управляемых ключей во всех фазах инвертора за период модуляции Т в модифицированных шаблона А4-1 и А4-2 уменьшается с шести до трех.In the modified templates (Fig. 6), the number of switchings of the controlled keys 21-24 (Fig. 2) in all phases of the voltage inverter 8 during the modulation period T is significantly reduced. So for region A1 in sector A, two modified templates A1-1 and A1-2 are used, which are implemented by the base vectors ap (an), bp (bn) and оо. Instead of twelve switching operations, each modified template A1-1 and A1-2 have four switching operations during the modulation period T. For region A2, two modified templates A2-1 and A2-2 are used, which are implemented by the base vectors ap (an), a and c. Instead of six switchings, each modified template A2-1 and A2-2 have three changes per modulation period T. For area A3, eight modified templates A3-1, A3-2, A3-3, A3-4, A3-5, A3- are used 6, A3-7 and A3-8. Patterns A3-1 and A3-2 are implemented by the base vectors ap (an), bn and c, patterns A3-3 and A3-4 are implemented by the base vectors ap, bp (bn) and c, patterns A3-5 and A3-6 are implemented by the base vectors ar (an), bp (bn) and c, patterns A3-7 and A3-8 are the basic vectors ar, bn and c. In the modified templates A3-1 - A3-4, instead of eight switches, three switches are performed during the modulation period T, in templates A3-5 and A3-6, four, and in templates A3-7 and A3-8, two. For region A4, it uses two modified templates A4-1 and A4-2, which are implemented by the base vectors bp (bn), c and b, while the number of controlled key switches in all phases of the inverter during the modulation period T in the modified templates A4-1 and A4 -2 decreases from six to three.

Устройство управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой (фиг. 1) работает следующим образом.The control device three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point (Fig. 1) works as follows.

Блок задания вектора фазного напряжения инвертора 1 формирует сигнал задания

Figure 00000001
для блока определения углового положения 2 и блока определения модуля 3 вектора фазного напряжения инвертора. После определения места положения заданного вектора фазного напряжения инвертора
Figure 00000001
на векторной диаграмме (фиг. 3) блок 4 выбирает три ближайших базовых вектора напряжения из шести а, b, с, ар (an), bp (bn) или op (оо, on). Для выбранных базовых векторов блок 5 производит вычисление длительности их включенного состояния по формулам, приведенным в таблице на фиг. 5. При этом период широтно-импульсной модуляции Т для традиционных и модифицированных шаблонов переключений базовых векторов для блока 5 задает генератор тактовых импульсов 6. Кроме того, в блоке 5 по сигналу с блока контроля баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока 7 трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8 осуществляется коррекция продолжительности включения базовых векторов ар (an), bp (bn), если нарушается баланс напряжений на конденсаторах 18 и 19 звена постоянного тока 13.The unit for setting the phase voltage vector of the inverter 1 generates a reference signal
Figure 00000001
for the unit for determining the angular position 2 and the unit for determining the module 3 of the phase voltage vector of the inverter. After determining the position of the specified vector of the phase voltage of the inverter
Figure 00000001
in the vector diagram (Fig. 3), block 4 selects the three closest basic voltage vectors from six a, b, c, ap (an), bp (bn) or op (oo, on). For the selected basic vectors, block 5 calculates the duration of their on state according to the formulas given in the table in FIG. 5. At the same time, the pulse width modulation period T for traditional and modified basic vector switching patterns for block 5 is determined by the clock pulse generator 6. In addition, in block 5, the signal from the voltage balance control unit on the capacitors of the DC link 7 of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point 8, the correction of the duration of the inclusion of the base vectors ap (an), bp (bn) is carried out if the voltage balance at the capacitors 18 and 19 of the DC link 13 is disturbed.

В нормальном режиме работы заявляемого устройства (фиг. 1), когда токи и мощность трехфазной нагрузки переменного тока 27 незначительные датчик выходной мощности инвертора напряжения 11 переводит блок выбора способа формирования 10 в режим формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения (фиг. 4). При этом с выхода блока 9 на управляемые ключи 21-24 (фиг. 2) трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой 8 подаются традиционные шаблоны (фиг. 4) последовательности включений базовых векторов а, b, с, ар (an), bp (bn) и op (оо, on), которые обеспечивают равномерную нагрузку ключей инвертора, минимальные пульсации тока в фазах нагрузки и хороший гармонический состав выходного напряжения инвертора 8.In the normal mode of operation of the claimed device (Fig. 1), when the currents and power of the three-phase AC load 27 are insignificant, the output power sensor of the voltage inverter 11 puts the block for selecting the method of generating 10 into the mode of generating traditional vector pulse-width modulated voltage control signals of the inverter keys (Fig . four). In this case, from the output of block 9 to the controlled keys 21-24 (Fig. 2) of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point 8, traditional patterns (Fig. 4) of the switching sequences of the base vectors a, b, c, ap (an), bp (bn) and op (оо, on), which provide a uniform load of the inverter keys, minimal ripple current in the load phases and a good harmonic composition of the inverter output voltage 8.

В режиме работы, когда токи и мощность трехфазной нагрузки переменного тока 27 достигают значительных величин, блок выбора способа формирования 10 переходит в режим формирования модифицированных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения. При этом с выхода блока 12 на управляемые ключи 21-24 трехфазного трехуровневого инвертора напряжения 8 подаются модифицированные шаблоны (фиг. 6) последовательности включений базовых векторов а, b, с, ар (an), bp (bn) и op (оо, on). В модифицированных шаблонах количество переключений управляемых ключей во всех фазах инвертора напряжения за период модуляции Т значительно уменьшается, что позволяет существенно снизить мощность коммутационных потерь на ключах и тем самым повысить коэффициент полезного действия инвертора напряжения.In the operating mode, when the currents and power of the three-phase AC load 27 reach significant values, the forming method selection unit 10 switches to the mode of generating modified pulse-width modulated control signals of the voltage inverter keys. In this case, from the output of block 12 to the controlled keys 21-24 of a three-phase three-level voltage inverter 8, modified templates (Fig. 6) of the sequence of inclusions of the base vectors a, b, c, ap (an), bp (bn) and op (оо, on ) In the modified templates, the number of switching of controlled keys in all phases of the voltage inverter during the modulation period T is significantly reduced, which can significantly reduce the power of switching losses on the keys and thereby increase the efficiency of the voltage inverter.

Известно, что для некоторых инверторов напряжений мощных прокатных станов номинальная частота первой гармоники напряжения составляет 20 Гц, а максимальная частота переключений их полупроводниковых ключей достигает 450 Гц. Для указанных частот на рис. 7 в секторе А отмечено по 15 точек для четырех значений коэффициентов модуляции КМ=1,0; 0,78; 0,51 и 0,3 в которых последовательно находится задающий вектор фазного напряжения

Figure 00000001
трехфазного трехуровневого инвертора напряжения 8, задаваемый блоком 1. В заявляемом устройстве (фиг. 1) для модифицированной широтно-импульсной модуляции (фиг. 6) указанные 15 точек в шестидесятиградусном секторе А формируют 45 импульсов за период 2π фазного напряжения. Особенностью работы управляемых ключей 21-24 (фиг. 2) в каждой фазной стойке 14, 15 и 16 инвертора напряжения 8 является то, что на положительной полуволне напряжения в режиме переключения находятся первый 21 и второй 22 ключи, а третий 23 и четвертый 24 не переключаются. На отрицательной полуволне напряжения режимы работы управляемых ключей меняются. Средняя частота переключений мощных управляемых ключей 21-24 за период фазного напряжения инвертора напряжения 8 равна 450 Гц, что соответствует допустимым требованиям по их коммутационным ограничениям. Применение традиционной широтно-импульсной модуляции (фиг. 4) для 15 точек на фиг. 7 увеличивает частоту переключений мощных управляемых ключей 21-24 инвертора напряжения 8 за период фазного напряжения в два и более раз. Это вызывает значительные коммутационные потери на мощных управляемых ключах 21-24 и снижает коэффициент полезного действия инвертора напряжения 8.It is known that for some voltage inverters of powerful rolling mills, the nominal frequency of the first voltage harmonic is 20 Hz, and the maximum switching frequency of their semiconductor switches reaches 450 Hz. For the indicated frequencies in Fig. 7 in sector A, 15 points are noted for four values of the modulation coefficients K M = 1.0; 0.78; 0.51 and 0.3 in which the phase voltage reference vector is sequentially located
Figure 00000001
three-phase three-level voltage inverter 8, set by unit 1. In the inventive device (Fig. 1) for the modified pulse width modulation (Fig. 6), these 15 points in the sixty-degree sector A generate 45 pulses for a 2π phase voltage period. A feature of the operation of the controlled keys 21-24 (Fig. 2) in each phase rack 14, 15 and 16 of the voltage inverter 8 is that the first 21 and second 22 switches are on the positive half-wave of voltage in the switching mode, and the third 23 and fourth 24 are not are switched. At the negative half-wave of voltage, the modes of operation of the controlled keys change. The average switching frequency of powerful controlled keys 21-24 for the phase phase voltage of the voltage inverter 8 is 450 Hz, which corresponds to the permissible requirements for their switching restrictions. The application of traditional pulse width modulation (FIG. 4) for 15 points in FIG. 7 increases the switching frequency of the powerful controlled keys 21-24 of the voltage inverter 8 over a phase voltage period by two or more times. This causes significant switching losses on the powerful managed keys 21-24 and reduces the efficiency of the voltage inverter 8.

Для заявляемого устройства на фиг. 8 для трех значений коэффициентов модуляции КМ=0,78; 0,51 и 0,3 в секторе А (фиг. 7) изображены фрагменты фазных напряжений для фаз А, В и С инвертора напряжения 8 при использовании модифицированных шаблонов (фиг. 6) последовательности включения базовых векторов а, b, с, ар (an), bp (bn) и op (оо, on) для четырех областей A1, А2, A3 и А4. При изменении коэффициента модуляции 0,567≤КМ≤1,0 состоянию фазных напряжений на трехфазной нагрузке 27 соответствует фиг. 8, а. При этом были использованы шаблоны А2-1, А2-2, А3-1, А3-2, А3-3, А3-4, А3-7, А4-1 и А4-2. При изменении коэффициента модуляции 0,5<КМ<0,567 состоянию фазных напряжений на трехфазной нагрузке 27 соответствует фиг. 8, б. При этом были использованы шаблоны A1-1, А1-2, А3-5 и А3-6. При изменении коэффициента модуляции 0≤КМ≤0,5 состоянию фазных напряжений на трехфазной нагрузке 27 соответствует фиг. 8, в. При этом были использованы шаблоны А1-1 и А1-2. Заметим, что на фиг. 8 базовые вектора а, b, с, ар (an), bp (bn) и op (оо, on), которые участвуют в формировании фазных напряжений А, В и С изображены качественно, т.е. без учета их длительности включенного состояния. Реальная ширина прямоугольных импульсов напряжений изображенных на фиг. 8 будет другая. Эта ширина определяется длительностью включенного состояния выбранных базовых векторов согласно таблице на фиг. 5. На основании математической модели, реализованной в программной среде Matlab Simulink, реализован алгоритм модифицированной векторной широтно-импульсной модуляции для формирования сигналов управления ключами инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой. На фиг. 9 приведены результаты моделирования состояния фаз А, В и С инвертора напряжения для трех значений коэффициентов модуляции КМ=0,78 (рис. 9, а); 0,51 (рис. 9, б) и 0,3 (рис. 9, в) за один период фазного напряжения 0≤Θ≤2π.For the inventive device in FIG. 8 for three values of modulation coefficients K M = 0.78; 0.51 and 0.3 in sector A (Fig. 7), fragments of phase voltages for phases A, B and C of voltage inverter 8 are shown using modified templates (Fig. 6) of the inclusion sequence of basic vectors a, b, c, ar ( an), bp (bn) and op (oo, on) for the four regions A1, A2, A3 and A4. When the modulation coefficient changes to 0.567≤K M ≤1.0, the state of phase voltages at the three-phase load 27 corresponds to FIG. 8 a. In this case, templates A2-1, A2-2, A3-1, A3-2, A3-3, A3-4, A3-7, A4-1 and A4-2 were used. When the modulation coefficient changes to 0.5 <K M <0.567, the state of phase voltages at the three-phase load 27 corresponds to FIG. 8, b. The templates A1-1, A1-2, A3-5 and A3-6 were used. When the modulation coefficient changes 0≤K M ≤0.5, the state of phase voltages at the three-phase load 27 corresponds to FIG. 8, c. In this case, templates A1-1 and A1-2 were used. Note that in FIG. 8 the basic vectors a, b, c, ap (an), bp (bn) and op (oo, on), which are involved in the formation of phase voltages A, B and C, are shown qualitatively, i.e. without taking into account their duration of the on state. The actual width of the rectangular voltage pulses depicted in FIG. 8 will be different. This width is determined by the on state of the selected base vectors according to the table in FIG. 5. Based on the mathematical model implemented in the Matlab Simulink software environment, a modified vector pulse-width modulation algorithm is implemented to generate the control signals of the voltage inverter keys with a fixed neutral point. In FIG. Figure 9 shows the results of modeling the state of phases A, B, and C of the voltage inverter for three values of modulation coefficients K M = 0.78 (Fig. 9, a); 0.51 (Fig. 9, b) and 0.3 (Fig. 9, c) for one phase phase voltage 0≤Θ≤2π.

Таким образом, заявляемое устройство, позволяет повысить коэффициент полезного действия трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой при значительных мощностях трехфазной нагрузки переменного тока, за счет переключения на модифицированный способ широтно-импульсный модуляции инвертором напряжения. При этом количество переключений управляемыми ключами во всех фазах инвертора напряжения за период модуляции существенно уменьшается, что позволяет снизить мощность коммутационных потерь на управляемых ключах и тем самым повысить коэффициент полезного действия инвертора напряжения. Причем гармонический состав выходного напряжения инвертора напряжения сохраняется удовлетворительный, а качество напряжения поддерживается на заданном уровне.Thus, the claimed device allows to increase the efficiency of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point at significant powers of a three-phase AC load, due to switching to a modified method of pulse-width modulation by a voltage inverter. At the same time, the number of switching with controlled keys in all phases of the voltage inverter during the modulation period is significantly reduced, which reduces the power of switching losses on the controlled keys and thereby increase the efficiency of the voltage inverter. Moreover, the harmonic composition of the output voltage of the voltage inverter is maintained satisfactory, and the voltage quality is maintained at a given level.

Claims (1)

Устройство управления трехфазным трехуровневым инвертором напряжения с фиксированной нейтральной точкой, содержащее блок задания вектора фазного напряжения инвертора, выход которого соединен с блоком определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора и с блоком определения модуля вектора фазного напряжения инвертора, причем выход блока определения углового положения вектора фазного напряжения инвертора соединен с первым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения и с первым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, а выход блока определения модуля вектора фазного напряжения инвертора соединен со вторым входом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения и со вторым входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, выход блока выбора базовых векторов инвертора напряжения соединен с третьим входом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, четвертый вход последнего соединен с генератором тактовых импульсов, пятый вход блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения соединен с выходом блока контроля баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока инвертора напряжения, при этом вход указанного блока контроля подключен к информационному выходу трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой, блок формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, выход которого соединен с входом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой, отличающееся тем, что оно снабжено блоком выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, датчиком выходной мощности инвертора напряжения и блоком формирования модифицированных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, причем первый вход блока выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения соединен с выходом блока выбора базовых векторов инвертора напряжения, второй вход - с выходом блока вычисления длительности включенного состояния выбранных базовых векторов инвертора напряжения, а третий вход - с выходом датчика выходной мощности инвертора напряжения, вход которого соединен со вторым информационным выходом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой, при этом первый выход блока выбора способа формирования векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения соединен с входом блока формирования традиционных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, а второй выход - с входом блока формирования модифицированных векторных широтно-импульсных модулированных сигналов управления ключами инвертора напряжения, выход которого соединен со вторым входом трехфазного трехуровневого инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой.A control device for a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point, comprising a unit for setting the phase voltage vector of the inverter, the output of which is connected to the unit for determining the angular position of the phase voltage vector of the inverter and with the unit for determining the module of the phase voltage vector of the inverter, and the output of the block for determining the angular position of the phase voltage vector the inverter is connected to the first input of the selection block of the base vectors of the voltage inverter and to the first input of the calculation unit the duration of the on state of the selected base vectors of the voltage inverter, and the output of the unit for determining the module of the phase voltage vector of the inverter is connected to the second input of the unit for selecting the base vectors of the voltage inverter and the second input of the unit for calculating the duration of the selected state of the base vectors of the voltage inverter, the output of the block of selection of the base vectors of the voltage inverter connected to the third input of the unit for calculating the duration of the on state of the selected basic inverter vectors ia, the fourth input of the latter is connected to the clock generator, the fifth input of the unit for calculating the on-state duration of the selected base vectors of the voltage inverter is connected to the output of the voltage balance control unit on the capacitors of the DC link of the voltage inverter, while the input of this control unit is connected to the information output of a three-phase three-level fixed-point voltage inverter, traditional pulse width modulated vector block control signals for the voltage inverter keys, the output of which is connected to the input of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point, characterized in that it is equipped with a block for selecting a method for generating vector pulse-width modulated voltage inverter keys for signal control, a voltage inverter output power sensor and a modified generation unit vector pulse-width modulated control signals of the voltage inverter keys, the first input a block for selecting a method for generating vector pulse-width modulated voltage inverter key control signals is connected to the output of the voltage inverter basic vector selection block, the second input to the output of the on-state duration calculation unit of the selected voltage inverter basic vectors, and the third input to the output of the inverter output power sensor voltage, the input of which is connected to the second information output of a three-phase three-level voltage inverter with a fixed neutral point oh, while the first output of the selection block for the method of generating vector pulse-width modulated signals for controlling the voltage inverter keys is connected to the input of the block for generating traditional vector pulse-width modulated signals for controlling the voltage inverter keys, and the second output is to the input of the modified vector pulse-width generating block modulated control signals of the voltage inverter keys, the output of which is connected to the second input of a three-phase three-level inverter apryazheniya fixed neutral point.
RU2016119099U 2016-05-17 2016-05-17 THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT RU168787U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119099U RU168787U1 (en) 2016-05-17 2016-05-17 THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119099U RU168787U1 (en) 2016-05-17 2016-05-17 THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU168787U1 true RU168787U1 (en) 2017-02-21

Family

ID=58450297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016119099U RU168787U1 (en) 2016-05-17 2016-05-17 THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU168787U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808093C1 (en) * 2023-04-04 2023-11-23 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Three-phase voltage inverter control method

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07312878A (en) * 1994-05-17 1995-11-28 Fuji Electric Co Ltd Snubber circuit for three-level inverter
EP0911950A3 (en) * 1997-10-23 2001-04-11 General Electric Company High power motor drive converter system and modulation control
US6392907B1 (en) * 1999-06-28 2002-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba NPC inverter control system
RU2400916C1 (en) * 2007-01-30 2010-09-27 Тосиба Мицубиси-Электрик Индастриал Системз Корпорейшн Design of inverter with forced switching
DE102009039195A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Converteam Gmbh N-level electrical power converter has one connection point for one potential and another connection point for another potential
WO2015133985A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-11 Schneider Electric It Corporation Systems and methods for improving efficiency of a neutral-point-clamped inverter
US9214874B2 (en) * 2012-07-31 2015-12-15 Yashomani Y. Kolhatkar Intelligent level transition systems and methods for transformerless uninterruptible power supply
RU159218U1 (en) * 2015-05-05 2016-02-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07312878A (en) * 1994-05-17 1995-11-28 Fuji Electric Co Ltd Snubber circuit for three-level inverter
EP0911950A3 (en) * 1997-10-23 2001-04-11 General Electric Company High power motor drive converter system and modulation control
US6392907B1 (en) * 1999-06-28 2002-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba NPC inverter control system
RU2400916C1 (en) * 2007-01-30 2010-09-27 Тосиба Мицубиси-Электрик Индастриал Системз Корпорейшн Design of inverter with forced switching
DE102009039195A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Converteam Gmbh N-level electrical power converter has one connection point for one potential and another connection point for another potential
US9214874B2 (en) * 2012-07-31 2015-12-15 Yashomani Y. Kolhatkar Intelligent level transition systems and methods for transformerless uninterruptible power supply
WO2015133985A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-11 Schneider Electric It Corporation Systems and methods for improving efficiency of a neutral-point-clamped inverter
RU159218U1 (en) * 2015-05-05 2016-02-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" SINGLE-PHASE VOLTAGE CONVERTER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808093C1 (en) * 2023-04-04 2023-11-23 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Three-phase voltage inverter control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gupta et al. A general space vector PWM algorithm for multilevel inverters, including operation in overmodulation range
Onederra et al. Three-phase VSI optimal switching loss reduction using variable switching frequency
US8223517B2 (en) Power converting apparatus with main converter and sub-converter
KR102009509B1 (en) Apparatus and method for generating offset voltage of 3-phase inverter
Xu et al. Computationally efficient optimal switching sequence model predictive control for three-phase Vienna rectifier under balanced and unbalanced DC links
Lewicki et al. Space vector pulsewidth modulation strategy for multilevel cascaded H-bridge inverter with DC-link voltage balancing ability
Lei et al. Unified space vector PWM control for current source inverter
Lin High power factor AC/DC/AC converter with random PWM
RU168787U1 (en) THREE-PHASE THREE-LEVEL VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE WITH FIXED NEUTRAL POINT
RU2428783C1 (en) Method of formation and control of high voltage of matrix cycloconverter of cascade type with high-frequency sine pulse-width modulation
WO2013001746A1 (en) Inverter and power conversion device equipped with same
JP2012070497A (en) Inverter device and control method
Qanbari et al. A Novel Vector-Based Pulse-Width Modulation for Cascaded H-Bridge‎ Multilevel Inverters
Jarutus et al. Novel modulation strategy based on generalized two-level PWM theory for nine-switch inverter with reduction of switching commutation
KR100902940B1 (en) System for controlling switch of single-phase double conversion ups
Rivera et al. Predictive control of an indirect matrix converter operating at fixed switching frequency and without weighting factors
Sun et al. Research on topology and PWM control method of a novel cascaded multilevel inverter
Srirattanawichaikul A generalized switching function-based discontinuous space vector modulation technique for unbalanced two-phase three-leg inverters
JPH0779570A (en) Power converter
JP5769555B2 (en) AC-DC power converter control device
Al-Safi et al. FPGA-based implementation of MSPWM utilizing 6-input LUT for reference signal generation
Picas et al. Discontinuous modulation of modular multilevel converters without the need for extra submodules
CN104578731A (en) Harmonic suppression double closed loop control circuit and harmonic suppression device
Iijima et al. Optimized short-through time distribution for inductor current ripple reduction in Z-source inverter
Draoui et al. Space Vector Modulation Control of Quasi-Z-Source Nine-Switch Inverter