ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к преобразовательной технике и предназначена для использования в трехфазных зависимых преобразователях (например, ведомых сетью инверторах).
AB
BC
CA
Управление работой таких схем происходит таким образом, что в течение периода питающего напряжения происходит шесть коммутаций, каждая через π/3 (60 электрических градусов), причем три из них происходят в группе ключевых элементов, подключенных к плюсовой шине и три - в группе ключей, подключенных к отрицательной шине. При работе в режиме ведомого инвертора управляющие импульсы подаваемые на ключевые элементы изменяются в моменты времени, близкие к точке естественной коммутации, т.е., прохождению через ноль синусоид линейных напряжений U, U, и U.
Известны схемы управления преобразователями такого типа, в которых импульсы управления ключевыми элементами моста синхронизируют с напряжением питающей сети в моменты перехода через ноль фазного напряжения, сформированные импульсы подают на управляющие входы ключевых элементов трехфазного преобразователя (например, патент DE №2,119,525, US №4,347,562).
В таких схемах возникает проблема определения точного положения точек перехода через ноль фазных напряжений, поскольку из-за нестабильности питающей сети, моменты перехода через ноль часто сопровождаются значительными пульсациями. Такие пульсации могут давать несколько ложных переходов через ноль, вносящих ошибки в работу схемы, из-за несвоевременной подачи управляющих импульсов на вентили преобразователя.
Известны схемы трехфазных преобразователей, в которых производится сглаживание фазных напряжений с помощью фильтра (см. патент US №4797802). В этом случае устраняются пульсации в моменты перехода через ноль питающих напряжений, а, следовательно, и неточности формирования импульсов управления. При этом такое сглаживание сопровождается фазовым сдвигом в 90 градусов и, следовательно, смещением точек перехода через ноль фазными напряжениями на 90 градусов. В техническом решении, описываемом в патенте US №4797802, в схему введен цифровой фазокомпенсатор, связанный со схемой формирования импульсов управления ключевыми элементами, который компенсирует фазовый сдвиг, вносимый фильтром фазных напряжений. Схема формирования импульсов управления соединена с драйверами управления 50 ключевыми элементами с 1 по 6 (Фиг. 2 описания указанного патента), пронумерованными в традиционном порядке их включения в работу. Данное устройство выбрано нами в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатком указанного устройства является усложнение и удорожание схемы формирования импульсов управления; кроме того, в данном устройстве существует необходимость строгого согласования между собой параметров фильтра (который является аналоговым устройством) и фазокомпенсирующего устройства (цифрового), что также вносит сложность при проектировании и отладке такого устройства.
Задача полезной модели - улучшение помехозащищенности ведомого сетью инвертора, при работе в условиях помех в промышленной трехфазной сети, с сохранением точности формирования импульсов управления ключами трехфазной мостовой схемы.
Поставленная задача решается тем, что в трехфазном преобразователе напряжения, подключаемом к трехфазной питающей сети переменного тока, три линейных выхода которой через трансформаторы связаны с фильтром, соединенным с трехфазной мостовой схемой, состоящей из шести, поочередно включаемых импульсами управления ключевых элементов, и содержащем схему формирования импульсов управления, соединенную с выходами фильтра и с драйверами управления ключевыми элементами, фильтр имеет параметры, обеспечивающие фазовый сдвиг каждого из линейных напряжений на 60 электрических градусов, при этом, при монтаже изменен порядок соединения каналов импульсов управления с управляющими выводами ключевых элементов, таким образом, что драйверы с первого по шестой, пронумерованные в традиционном порядке включения, соединяются каждый с предыдущим в этой нумерации ключевым элементом, а именно: первый драйвер - с шестым (предыдущим) ключевым элементом, второй драйвер - с первым ключевым элементом, и т.д., до шестого драйвера, соединенного с пятым ключевым элементом, а общая последовательность коммутации ключевых элементов не изменена.
AB
1
6
2
1
Т.е., схема управления соединена с ключевыми элементами мостовой схемы моста таким образом, что импульс управления, синхронизированный с точками перехода через ноль фильтрованного (а значит, сдвинутого на 60 эл. градусов) синусоидального напряжения U с драйвера D поступает на ключевой элемент, находящийся в группе ключевых элементов фазы С, т.е., предыдущий по порядку нумерации при традиционном порядке коммутации (фиг. 2 патента US №4797802) ключевой элемент К. Импульс с драйвера D, поступает на ключевой элемент К, и т.д., следуя обычному порядку коммутации ключевых элементов, но со сдвигом на 1 относительно обычного порядка коммутации. Для этого при монтаже однократно изменяют соединения каналов схемы управления с группами ключевых элементов в соответствии с предложенным алгоритмом управления.
При таком выполнении фильтра получаем стабильную фильтрацию, устраняющую помехи, влияющие на синхронизацию ключевых элементов моста, при этом, не внося других изменений в схему. За счет того, что изначально импульсы управления ключами преобразователя разнесены на 60 электрических градусов, фазовый сдвиг в 60 электрических градусов не вносит изменений в схему управления, импульсы синхронизации «остались» на месте, и нет необходимости вводить фазокомпенсирующее устройство, усложняющее схему. При этом структурная схема устройства не изменяется, связи между остальными конструктивными элементами не изменяются.
Далее сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором показана блок-схема трехфазного преобразователя, выполненного в соответствии с полезной моделью.
1
6
1
6
1
6
1
2
Трехфазный преобразователь напряжения подключается к трехфазной сети синусоидальных напряжений 1, с трансформаторами 2, используемыми для синхронизации импульсов управления мостовой схемой преобразователя, содержит фильтр 3, параметры которого выбраны из условия обеспечения сдвига в 60 электрических градусов фазных напряжений, поступающих на него с вторичных обмоток трансформаторов 2, и используемых в качестве опорных напряжений для синхронизации импульсов управления ключевыми элементами К-К, пронумерованными в соответствии с традиционной очередностью их включения, мостовой схемы 5, соединенной с сетью. Ключевые элементы К-К трехфазного мостового преобразователя управляются импульсами с драйверов D1-D6, которые, в свою очередь, управляются схемой формирования импульсов управления 4 по заданному алгоритму. Эти импульсы синхронизируются с точками перехода через ноль опорными линейными напряжениями с выхода фильтра 3. В качестве ключевых элементов К-К могут быть использованы тиристоры либо транзисторы. Схема формирования управляющих импульсов 4 может быть выполнена в любом из известных вариантов, например с использованием дифференцирующей схемы или операционных усилителей. Дроссели L и L предназначены для сглаживания пульсаций тока.
1
6
1
6
1
6
1
6
2
1
2
3
3
4
4
5
5
6
При работе схема управления формирует 6 прямоугольных импульсов управления, с интервалами между ними в 60 электрических градусов, которые синхронизируются с линейными напряжениями питающей сети по моментам перехода напряжений через ноль. Поскольку линейные напряжения предварительно фильтруются, в них устраняются помехи, вызывающие ложные срабатывания схемы формирования импульсов управления по переходам через ноль линейных напряжений, но при этом все импульсы сдвигаются на 60 электрических градусов. Этими импульсами синхронизируется схема формирования импульсов управления 4, связанная с драйверами D1-D6 управления ключевыми элементами К-К. При этом общая картина распределения управляющих импульсов не изменяется, поскольку они изначально разнесены на 60 градусов, но для соответствующей работы преобразователя необходимо изменить порядок коммутации ключевых элементов таким образом, что каналы управления ключами при обычном порядке коммутации, соединяются каждый с предыдущим в этом порядке коммутации ключом инвертора. Например, импульс управления, синхронизированный с точками перехода через ноль синусоиды напряжения АВ драйвером D1 подается не на первый ключевой элемент из группы фазы А К, а на предыдущий по традиционной очередности коммутации ключевой элемент К, который находится в группе ключей фазы В, и т.д. В известных устройствах последовательность переключений ключевых элементов К-К, разбитая на шесть 60 градусных интервалов по всему циклу напряжения имеет следующую очередность включения ключей: К и К; К и К; К и К; К и К; К и К; К и К (если использовать обозначения рисунка). В устройстве по заявляемой полезной модели очередность переключений ключевых элементов будет такой же, но при этом ключевые элементы соединены с драйверами, сдвинутыми каждый на предыдущий в традиционной последовательности ключевой элемент. Для этого при монтаже схемы выполняют соответствующие соединения между каналами схемы управления и группами ключевых элементов. При этом общая последовательность коммутации ключевых элементов не изменяется, и никакие другие связи имеющихся конструктивных элементов между собой не меняются. Далее схема преобразователя работает в обычном режиме.