RU2482595C1 - Способ управления преобразователем частоты - Google Patents
Способ управления преобразователем частотыInfo
- Publication number
- RU2482595C1 RU2482595C1 RU2011151574/07A RU2011151574A RU2482595C1 RU 2482595 C1 RU2482595 C1 RU 2482595C1 RU 2011151574/07 A RU2011151574/07 A RU 2011151574/07A RU 2011151574 A RU2011151574 A RU 2011151574A RU 2482595 C1 RU2482595 C1 RU 2482595C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- voltage
- frequency converter
- control
- moments
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании узлов управления инверторами, входящими в состав систем генерирования энергии переменного тока с жесткими требованиями по электромагнитной совместимости. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей выходного фильтра при одновременном повышении электромагнитной совместимости устройства как самостоятельной единицы, так и в составе систем электроснабжения. В способе управления преобразователем частоты с широтно-импульсной модуляцией моменты формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты дополнительно изменяют на каждом коммутационном интервале по случайному закону, оставляя постоянным на каждом периоде выходного напряжения среднее количество коммутационных интервалов. Изменение моментов формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты осуществляют за счет дополнительной модуляции по случайному закону (на каждом коммутационном интервале) скорости нарастания опорного пилообразного напряжения высокой частоты либо управляющего напряжения низкой частоты. В результате обеспечивается «размазывание» высокочастотного спектра выходного напряжения преобразователя частоты, т.е. происходит дробление спектральных составляющих комбинационных гармоник. Амплитуды отдельно взятых высокочастотных гармоник уменьшаются, а гармонический спектр выходного напряжения инвертора «размывается» одновременно с уменьшением удельной энергии дискретных частот. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании узлов управления инверторами, входящими в состав систем генерирования энергии переменного тока с жесткими требованиями по электромагнитной совместимости.
В качестве первичных источников питания инверторов могут быть использованы генераторы стабильной или нестабильной частоты и напряжения, промышленные и бортовые сети (например, летательных аппаратов), аккумуляторные батареи и т.д. При всех модификациях первичных источников электропитания функции обеспечения качества выходной энергии системы генерирования возлагаются на узлы управления инверторами и выходные фильтры.
Известны способы управления преобразователями частоты, в которых для решения проблем электромагнитной совместимости используются различные методики управления их полупроводниковыми ключами. При этом сами преобразователи во всех случаях выполняются со специально синтезируемыми фильтрами выходного напряжения («Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей» Тезисы докладов второго межведомственного научно-технического совещания. Академия наук Эстонской ССР, Институт термофизики и электрофизики. Таллин, 1982 г, с.53-54; 66-67; 161-162).
Общим недостатком известных методов управления инверторами являются повышенные массогабаритные показатели их выходных фильтров и, как следствие, низкое качество выходного напряжения из-за перенапряжений, возникающих при коммутациях нагрузки (из-за большой индуктивности дросселей фильтров).
Наиболее близким к изобретению является способ управления преобразователем частоты с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в формировании импульсов управления ключами инвертора в моменты равенства опорного высокочастотного пилообразного и управляющего низкочастотного сигналов («Силовая интеллектуальная электроника» №1, 2005 г., с.31-34). Недостатком известного способа является присутствие в спектре выходного напряжения высокочастотных комбинационных гармоник с частотами f2кр=кf1±pf2, где к,р=1,2,3… - ряд натуральных чисел, f1 - частота опорного пилообразного сигнала, f2 - частота управляющего сигнала. Однако гармоники первой группы комбинационных гармоник с частотами f21p=f1±pf2 имеют достаточно большую амплитуду, что приводит к увеличению массы и габаритов выходного силового фильтра. Кроме того, комбинационные гармоники попадают в частотный поддиапазон радиопомех, что ведет к резкому снижению показателей электромагнитной совместимости как отдельно взятого инвертора, так всей и системы электроснабжения в целом.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является улучшение массогабаритных показателей выходного фильтра преобразователя частоты при одновременном повышении электромагнитной совместимости устройства как самостоятельной единицы, так и в составе системы электроснабжения, например, летательных аппаратов.
Технический результат достигается за счет того, что в способе управления преобразователем частоты, заключающемся в том, что формирование сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты осуществляют с помощью широтно-импульсной модуляции в моменты равенства опорного пилообразного напряжения высокой частоты и управляющего напряжения низкой частоты, моменты формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты дополнительно изменяют на каждом коммутационном интервале по случайному закону, оставляя постоянным на каждом периоде выходного напряжения среднее количество коммутационных интервалов, равное отношению частоты опорного пилообразного напряжения к частоте управляющего напряжения, при этом период выходного напряжения соответствует периоду управляющего напряжения низкой частоты. Изменение моментов формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты может быть осуществлено за счет дополнительной модуляции по случайному закону скорости нарастания опорного пилообразного напряжения высокой частоты на каждом коммутационном интервале, причем изменение угла наклона опорного пилообразного напряжения выбирают в пределах ±(0,1-10)%. Изменение моментов формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты может быть осуществлено за счет дополнительной модуляции управляющего напряжения низкой частоты сигналом, частоту и фазу которого изменяют по случайному закону, причем соотношение частоты дополнительного модулирующего сигнала по отношению к частоте управляющего напряжения выбирают в пределах от 1 до 10 fоп, где fоп - частота опорного пилообразного напряжения, а соотношение амплитуд этих сигналов выбирают в пределах от 0,001 до 0,1.
В патентных источниках информации не обнаружено сведений об использовании данного способа управления инвертором, что позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На Фиг.1 изображена функциональная схема системы управления преобразователем частоты, реализующая способ управления, использующий изменение по случайному закону скорости нарастания опорного напряжения.
На Фиг.2 изображена функциональная схема системы управления преобразователем частоты, реализующая способ управления, использующий изменение по случайному закону управляющего напряжения низкой частоты.
На Фиг.3 и 4 представлены эпюры, иллюстрирующие работу данных схем соответственно.
Схемы устройств, реализующих данный способ управления (Фиг.1, 2), содержат генератор случайных колебаний 1, выход которого присоединен через усилитель сигналов 2 к входу интегратора 3. Интегратор 3 выполняет функции преобразователя сигналов с регулируемой постоянной времени, сглаживающего сверхвысокие частоты напряжения, которое поступает с генератора случайных колебаний. Источник постоянного напряжения 4 соединен с формирователем опорного пилообразного напряжения 5, связанным, в свою очередь, с генератором высокочастотного сигнала 6, задающим частоту опорного напряжения. Выход формирователя опорного пилообразного напряжения 5 соединен с первым входом узла сравнения 7, выход которого присоединен к формирователю сигналов управления 8 транзисторами преобразователя частоты 9 с широтно-импульсной модуляцией (инвертора). На Фиг.1 выход интегратора 3 присоединен к входу формирователя 5, а второй вход узла сравнения - к источнику синусоидального управляющего напряжения 10, который задает период выходного напряжения преобразователя частоты 9. На Фиг.2 выход интегратора 3 присоединен к одному из входов сумматора 11, вторым входом связанного с источником синусоидального управляющего напряжения 10, а выходом - со вторым входом узла сравнения 7.
На Фиг.3 и 4 представлены графики 12-16, на которых сплошной линией показаны соответствующие сигналы без введения дополнительной модуляции по случайному закону, а пунктирной - с ее введением. На графиках обозначено:
12) Uоп. - опорное пилообразное напряжение, определяющее частоту переключения силовых ключей преобразователя частоты (формируемое на выходе узла 5);
Uупр.- управляющее напряжение, определяющее частоту выходного напряжения инвертора (формируемое на выходе источника синусоидального управляющего сигнала 10);
13) U8 - напряжение на выходе формирователя сигналов управления 8 транзисторами преобразователя частоты;
14) U1 - напряжение случайного сигнала (в аналоговом виде) на
выходе генератора 1;
15) U3 - напряжение на выходе интегратора 3;
16) U11 - напряжение на выходе сумматора 11.
Устройство работает следующим образом.
При включении источника постоянного напряжения 4 на выходе формирователя опорного пилообразного напряжения 5 формируется опорное напряжение (Uоп.), частота которого определяется генератором высокочастотного сигнала 6, определяющего число коммутационных интервалов в полупериоде выходного напряжения (Фиг.1, 3). В моменты сравнения опорного и управляющего сигналов на выходе узла 8 формируются импульсы управления (U8) силовыми транзисторами инвертора 9. При этом на входе формирователя опорного пилообразного напряжения 5 присутствует сигнал (Uоп), определяемый суммой сигналов с источника постоянного напряжения 4 и интегратора 3 (U3), изменяемой в каждый момент времени по случайному закону. Под воздействием суммарного сигнала изменяется скорость нарастания переднего фронта опорного пилообразного напряжения (Uоп - пунктирная линия) на выходе узла 5. После сравнения пилообразного и управляющего Uynp. напряжений формирователь сигналов управления 8 соответственно (U8) формирует моменты включения силовых транзисторов инвертора. При этом среднее количество коммутаций силовых ключей за период выходного напряжения не изменяется, и их загрузка остается в среднем без изменений.
Установлено, что наиболее целесообразно при использовании данной схемы управления выбирать изменение угла наклона опорного пилообразного напряжения в пределах ±(0,1-10)%.
Аналогичный результат может быть получен в случае модуляции случайным сигналом не опорного напряжения, а управляющего (Фиг.2, 4). В этом случае сигнал (U3) с выхода интегратора 3 (преобразователя с регулируемой постоянной времени) суммируется в сумматоре сигналов 11 с управляющим сигналом, поступающим с выхода узла 10, после чего результат суммирования (U11) поступает в узел сравнения 7 и далее - на вход формирователя сигналов управления 8 ключами инвертора.
Установлено, что наиболее целесообразно при использовании данной схемы управления выбирать соотношение частоты дополнительного модулирующего сигнала по отношению к частоте управляющего напряжения в пределах от 1 до 10 fоп, где fоп - частота опорного пилообразного напряжения, а соотношение амплитуд этих сигналов - в пределах от 0,001 до 0,1.
Применение данного технического решения приводит к «размазыванию» высокочастотного спектра выходного напряжения инвертора 9, т.е. происходит дробление спектральных составляющих комбинационных гармоник, причем амплитуды отдельно взятых высокочастотных гармоник заметно уменьшаются, следствием чего является значительное снижение габаритов выходного фильтра. Гармонический спектр выходного напряжения инвертора «размывается» одновременно с уменьшением удельной энергии дискретных частот, что приводит к улучшению его электромагнитной совместимости.
Благодаря хорошим массогабаритным показателям и высокой электромагнитной совместимости изобретение может быть наиболее предпочтительным при проектировании инверторов, входящих в состав систем генерирования энергии переменного тока, например, летательных аппаратов.
Claims (3)
1. Способ управления преобразователем частоты, заключающийся в том, что формирование сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты осуществляют с помощью широтно-импульсной модуляции в моменты равенства опорного пилообразного напряжения высокой частоты и управляющего напряжения низкой частоты, причем моменты формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты дополнительно изменяют на каждом коммутационном интервале по случайному закону, оставляя постоянным на каждом периоде выходного напряжения преобразователя частоты среднее количество коммутационных интервалов, равное отношению частоты опорного пилообразного напряжения к частоте управляющего напряжения, при этом период выходного напряжения соответствует периоду управляющего напряжения низкой частоты.
2. Способ управления преобразователем частоты по п.1, отличающийся тем, что изменение моментов формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты осуществляют за счет дополнительной модуляции по случайному закону скорости нарастания опорного пилообразного напряжения высокой частоты на каждом коммутационном интервале, причем изменение угла наклона опорного пилообразного напряжения выбирают в пределах ±(0,1-10)%.
3. Способ управления преобразователем частоты по п.1, отличающийся тем, что изменение моментов формирования сигналов управления силовыми ключами преобразователя частоты осуществляют за счет дополнительной модуляции управляющего напряжения низкой частоты сигналом, частоту и фазу которого изменяют по случайному закону, причем соотношение частоты дополнительного модулирующего сигнала по отношению к частоте управляющего напряжения выбирают в пределах от 1 до 10 fоп, где fоп - частота опорного пилообразного напряжения, а соотношение амплитуд этих сигналов выбирают в пределах от 0,001 до 0,1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011151574/07A RU2482595C1 (ru) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Способ управления преобразователем частоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011151574/07A RU2482595C1 (ru) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Способ управления преобразователем частоты |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2482595C1 true RU2482595C1 (ru) | 2013-05-20 |
Family
ID=48790005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011151574/07A RU2482595C1 (ru) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Способ управления преобразователем частоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2482595C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015104202A1 (de) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur bereitstellung einer elektrischen spannung und batterie |
RU2620129C1 (ru) * | 2016-04-26 | 2017-05-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Способ управления автономным инвертором напряжения |
US10348234B2 (en) | 2017-04-28 | 2019-07-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive system, automobile, and method of controlling drive system |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1990001826A1 (en) * | 1988-08-08 | 1990-02-22 | Sundstrand Corporation | Pwm inverter control method and circuit |
JPH1118488A (ja) * | 1997-06-17 | 1999-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | Pwmインバータ装置の制御方法および制御装置 |
RU70418U1 (ru) * | 2007-10-15 | 2008-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Сибирская электротехническая компания" (ООО "СЭТК") | Устройство для вырубки пазов в статорных и роторных пластинах электрических машин |
US7420824B2 (en) * | 2006-04-13 | 2008-09-02 | Tatung Company | Method of designing an RPWM inverter with unwanted harmonic elimination |
EP2124328A1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus and Method for Mains Harmonic Reduction in AC Drive Circuits |
RU2389128C1 (ru) * | 2008-12-12 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономного инвертора |
RU2402867C1 (ru) * | 2009-07-10 | 2010-10-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с векторной широтно-импульсной модуляцией |
-
2011
- 2011-12-19 RU RU2011151574/07A patent/RU2482595C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1990001826A1 (en) * | 1988-08-08 | 1990-02-22 | Sundstrand Corporation | Pwm inverter control method and circuit |
JPH1118488A (ja) * | 1997-06-17 | 1999-01-22 | Mitsubishi Electric Corp | Pwmインバータ装置の制御方法および制御装置 |
US7420824B2 (en) * | 2006-04-13 | 2008-09-02 | Tatung Company | Method of designing an RPWM inverter with unwanted harmonic elimination |
RU70418U1 (ru) * | 2007-10-15 | 2008-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Сибирская электротехническая компания" (ООО "СЭТК") | Устройство для вырубки пазов в статорных и роторных пластинах электрических машин |
EP2124328A1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus and Method for Mains Harmonic Reduction in AC Drive Circuits |
RU2389128C1 (ru) * | 2008-12-12 | 2010-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ формирования широтно-импульсных сигналов управления автономного инвертора |
RU2402867C1 (ru) * | 2009-07-10 | 2010-10-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" | Способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с векторной широтно-импульсной модуляцией |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015104202A1 (de) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur bereitstellung einer elektrischen spannung und batterie |
RU2620129C1 (ru) * | 2016-04-26 | 2017-05-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Способ управления автономным инвертором напряжения |
US10348234B2 (en) | 2017-04-28 | 2019-07-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Drive system, automobile, and method of controlling drive system |
RU2701481C1 (ru) * | 2017-04-28 | 2019-09-26 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Приводная система, автомобиль и способ управления приводной системой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Namboodiri et al. | Unipolar and bipolar PWM inverter | |
Trzynadlowski et al. | Random pulse width modulation techniques for converter-fed drive systems-a review | |
Palanivel et al. | Analysis of THD and output voltage performance for cascaded multilevel inverter using carrier pulse width modulation techniques | |
US9270168B2 (en) | Electromagnetic interference (EMI) reduction in multi-level power converter | |
Jiang et al. | Variable switching frequency PWM for three-phase converters based on current ripple prediction | |
Rönnberg et al. | Supraharmonics from power electronics converters | |
US20140268948A1 (en) | Electromagnetic interference (emi) reduction in interleaved power converter | |
RU2482595C1 (ru) | Способ управления преобразователем частоты | |
Parimalasundar et al. | Investigation of efficient multilevel inverter for photovoltaic energy system and electric vehicle applications | |
Mahbub et al. | Design, simulation and comparison of three-phase symmetrical hybrid sinusoidal PWM fed inverter with different PWM techniques | |
Sreenivasarao et al. | A carrier-transposed modulation technique for multilevel inverters | |
CN108964640B (zh) | 变频三角载波发生器及基于载波周期调制技术的有源电力滤波器 | |
Zahira et al. | SPWM technique for reducing harmonics in three-phase non-linear load | |
Premalatha et al. | Experimental study on conducted EMI mitigation in SMPS using a novel spread spectrum technique | |
Bensraj et al. | Multi-carrier trapezoidal PWM strategies based on control freedom degree for msmi | |
RU2680715C1 (ru) | Источник питания для индуктора | |
Bhargava et al. | Analysis of Asymmetrical Cascaded 7 level and 9 level Multilevel inverter design for Asynchronous Motor | |
Rahman et al. | Reduction of electromagnetic interference (emi) in interleaved dc-dc converters | |
Palanisamy et al. | Simulation and modelling of 5-level single phase Z-source based cascaded inverter | |
Borsalani et al. | Conducted EMI reduction in single phase voltage source inverter with improved chaotic SPWM | |
RU2620129C1 (ru) | Способ управления автономным инвертором напряжения | |
Andrade et al. | A 31-level inverter with optimal number of switches for power applications | |
Wang et al. | An Analytical Methodology to Evaluate the THD of High Power Class D Amplifiers | |
Catalbas et al. | Design and implementation of a hysteresis band current controller three-phase AC chopper system | |
Kumar et al. | Comparative analysis of switching strategies for harmonic minimization in MLI |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131220 |