close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11021

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11021
(13) C1
(19)
H 02M 7/02
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
(21) Номер заявки: a 20070326
(22) 2007.03.29
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Автор: Беляев Валерий Павлович
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
технологический университет" (BY)
(56) Сен П. Тиристорные электроприводы
постоянного тока. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 61.
RU 94034029 A1, 1996.
RU 2110136 C1, 1998.
RU 2079958 C1, 1997.
SU 764096, 1980.
US 4943902, 1990.
BY 11021 C1 2008.08.30
(57)
Способ получения регулируемого напряжения постоянного тока путем формирования
его из импульсов напряжения, регулируемых по ширине и выбранных как из положительных, так и из отрицательных полупериодов нерегулируемого однофазного или трехфазного
Фиг. 1
BY 11021 C1 2008.08.30
переменного синусоидального напряжения, отличающийся тем, что количество импульсов выбирают равным m, где m = 2,3,4…, причем центр первого импульса, выбранного из
π
каждого полупериода однофазного напряжения, располагают на расстоянии, равном
2m
от точки естественного перехода синусоиды однофазного напряжения через ноль, а центры остальных импульсов относительно упомянутого центра и друг друга располагают на
π
; центр первого импульса, выбранного из каждого полупериода фаз
расстоянии, равном
m
π
трехфазного напряжения, располагают на расстоянии, равном
от точки естественного
3m
пересечения синусоид фаз трехфазного напряжения, а центры остальных импульсов отно2π
, присительно упомянутого центра и друг друга располагают на расстоянии, равном
3m
чем значение средневыпрямленного напряжения постоянного тока регулируют путем равномерного изменения ширины всех импульсов от их центров по любому закону.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике,
и может быть использовано в источниках регулируемого напряжения постоянного тока, в
том числе и в источниках питания для регулируемых электроприводов постоянного тока
производственных механизмов, где по технологическим причинам необходимо формировать регулировочные, пусковые и тормозные свойства электроприводов производственных механизмов. Например, для электроприводов полиграфического оборудования, в частности в печатных машинах, крышкоделательных машинах, листоподборочных машинах
и в т.п. механизмах.
Известен способ получения регулируемого напряжения постоянного тока широтноимпульсной модуляции (ШИМ) переменного напряжения питающей сети управляемым
выпрямителем [1-4]. Использования ШИМ приводит к повышению cos ϕ выпрямителя,
расширению функциональных возможностей, к улучшению гармонического состава выходного напряжения выпрямителем.
Недостатком указанного способа получения регулируемого напряжения постоянного
тока является отсутствие точного места расположения центров импульсов формируемого
выпрямленного напряжения относительно точек естественного перехода синусоиды через
ноль или относительно точек естественного пересечения синусоидальных напряжений.
Наиболее близким по технической сущности является способ, изложенный в [5, 6].
Сущность этого способа состоит в искусственной коммутации ключей управляемого выпрямителя в точках, получаемых в результате сравнения импульсов напряжения треугольной формы с выпрямленным синусоидальным напряжением, которое находится в фазе с
питающим напряжением. Регулировка выходного напряжения выпрямителя осуществляется изменением амплитуды выпрямленного синусоидального напряжения или изменением коэффициента модуляции (отношение выпрямленного синусоидального напряжения к
напряжению треугольной формы).
Недостатком этого способа, как явствует из описания, является отсутствие какоголибо конкретного расположения импульсов в выпрямленном напряжении постоянного
тока, какой-либо синхронизации между напряжением треугольной формы и выпрямленным синусоидальным напряжением, находящимся в фазе с питающим напряжением.
Задачей предлагаемого способа является фиксация точного места расположения центров импульсов формируемого выпрямленного напряжения относительно точек естественного перехода однофазной синусоиды через ноль или относительно точек естественного
пересечения трехфазных синусоидальных напряжений, а также регулирование выпрям2
BY 11021 C1 2008.08.30
ленного напряжения - путем изменения ширины импульсов относительно центров этих
импульсов.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ получения регулируемого
напряжения постоянного тока путем формирования его из импульсов напряжения, регулируемых по ширине и выбранных как из положительных, так и из отрицательных полупериодов нерегулируемого однофазного или трехфазного переменного синусоидального
напряжения, отличающийся тем, что количество импульсов выбирают равным m, где
m = 2, 3, 4…, причем центр первого импульса, выбранного из каждого полупериода однофазного напряжения, располагают на расстоянии, равном π/(2m) от точки естественного
перехода синусоиды однофазного напряжения через ноль, а центры остальных импульсов
относительно упомянутого центра и друг друга располагают на расстоянии π/m; центр
первого импульса, выбранного из каждого полупериода фаз трехфазного напряжения,
располагают на расстоянии π/(3m) от точки естественного пересечения синусоид фаз
трехфазного напряжения, а центры остальных импульсов относительно упомянутого центра и друг друга располагают на расстоянии, равном 2π/(3m), причем значение средневыпрямленного напряжения постоянного тока регулируют путем равномерного изменения
ширины всех импульсов от их центров по любому закону.
Предлагаемый способ направлен на уменьшение пульсаций тока электродвигателя
(нагрузки), питающегося таким регулируемым напряжением, а значит и пульсаций электромагнитного момента электродвигателя и его скорости. Применение предлагаемого
способа линеаризирует выходную характеристику выпрямителя (зависимость выходного
напряжения выпрямителя от угла управления), уменьшает характер влияния высших гармонических напряжений на выходное напряжение выпрямителя, упрощает техническую
реализацию системы управления выпрямителем.
Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1-5.
Фиг. 1 - эпюры выпрямленного напряжения из однофазного переменного напряжения
при разных значениях m.
Фиг. 2 - эпюры выпрямленного напряжения из трехфазного переменного напряжения
при разных значениях m.
Фиг. 3 - характер изменения амплитуды постоянной составляющей выпрямленного
напряжения (нулевая гармоника).
Фиг. 4 - характер изменения амплитуды 2-й гармоники в выпрямленном напряжении.
Фиг. 5 - характер изменения амплитуды 4-й гармоники в выпрямленном напряжении.
На фиг. 1 приведены эпюры полученного предлагаемым способом регулируемого напряжения постоянного тока из нерегулируемого однофазного напряжения переменного
тока синусоидальной формы. На фиг. 1а - входное в управляемый выпрямитель однофазное напряжение переменного тока; на фиг. 1б - выпрямленное напряжение постоянного
тока при m = 2; на фиг. 1в - выпрямленное напряжение постоянного тока при m = 3; на
фиг. 1г - выпрямленное напряжение постоянного тока при m = 4. При других значениях
количества импульсов на полупериоде m эпюры напряжения формируются аналогичным
способом. Здесь Ud - значение средневыпрямленного напряжения постоянного тока, α угол управления шириной импульса напряжения, формируемого предлагаемым способом.
На фиг. 2 приведены эпюры полученного предлагаемым способом регулируемого напряжения постоянного тока из нерегулируемого трехфазного напряжения переменного
тока синусоидальной формы. На фиг. 2а - входное в управляемый выпрямитель трехфазное напряжение переменного тока; на фиг. 2б - выпрямленное напряжение постоянного
тока при m = 2; на фиг. 2в - выпрямленное напряжение постоянного тока при m = 3; на
фиг. 2г - выпрямленное напряжение постоянного тока при m = 4. При других значениях
количества импульсов на полупериоде m эпюры напряжения формируются аналогичным
способом. Здесь Ud - значение средневыпрямленного напряжения постоянного тока, α угол управления шириной импульса напряжения, формируемого предлагаемым способом.
3
BY 11021 C1 2008.08.30
На фиг. 3 приведены изменения относительного значения амплитуды постоянной составляющей выпрямленного напряжения (нулевая, основная гармоника). Здесь: 1 - при
фазовом управлении выпрямителем при однофазном питающем напряжении; 2 - при фазовом управлении выпрямителем при трехфазном питающем напряжении; 3 - при двух
импульсах на полупериоде при однофазном питающем напряжении; 4 - при двух импульсах на полупериоде при трехфазном питающем напряжении; 5 - при трех импульсах на
полупериоде при однофазном питающем напряжении; 6 - при трех импульсах на полупериоде при трехфазном питающем напряжении; 7 - при четырех импульсах на полупериоде
при однофазном питающем напряжении; 8 - при четырех импульсах на полупериоде при
трехфазном питающем напряжении. U*0 = U0/Umax - относительное значение амплитуды
постоянной составляющей выпрямленного напряжения, где U0 - текущее значение амплитуды постоянной составляющей выпрямленного напряжения в функции угла управления
выпрямителем α; Umax - максимальное значение амплитуды синусоидального питающего
напряжения. Анализ приведенных на фиг. 3 зависимостей показывает, что значение амплитуды постоянной составляющей выпрямленного напряжения в функции угла управления выпрямителем носит линейный характер (зависимости 3, 4, 5, 6, 7, 8) и линейность не
зависит от количества импульсов напряжение, из которых формируется выпрямленное
напряжение предлагаемым способом, в то время как классическое фазовое управление
приводит к нелинейным зависимостям (зависимости 1 и 2).
На фиг. 4 приведены изменения относительного значения амплитуды 2-й гармоники в
выпрямленном напряжении. Здесь: 1 - при фазовом управлении выпрямителем при однофазном питающем напряжении; 2 - при фазовом управлении выпрямителем при трехфазном питающем напряжении; 3 - при двух импульсах на полупериоде при однофазном питающем напряжении; 4 - при двух импульсах на полупериоде при трехфазном питающем
напряжении; 5 - при трех импульсах на полупериоде при однофазном питающем напряжении; 6 - при трех импульсах на полупериоде при трехфазном питающем напряжении;
7 - при четырех импульсах на полупериоде при однофазном питающем напряжении; 8 при четырех импульсах на полупериоде при трехфазном питающем напряжении.
U*2 = U2/Umax - относительное значение амплитуды второй гармоники выпрямленного напряжения, где U2 - текущее значение амплитуды второй гармоники выпрямленного напряжения в функции угла управления выпрямителем α; Umax - максимальное значение амплитуды синусоидального питающего напряжения. Aкон1 - конечное значение амплитуды
второй гармоники в максимально выпрямленном напряжении постоянного тока при однофазном питающем напряжении; Aкон3 - конечное значение амплитуды второй гармоники в
максимально выпрямленном напряжении постоянного тока при трехфазном питающем
напряжении. Анализ приведенных на фиг. 4 зависимостей показывает, что изменение амплитуды 2-й гармоники при классическом фазовом управлении носит знакопеременный
колебательный характер (зависимости 1 и 2), в то время как ШИМ-напряжение, сформированное предлагаемым способом, создает однозначную вторую гармоническую (зависимости 3, 4, 5, 6, 7, 8). Наложение действия второй знакопеременной гармоники на действие основной гармоники приводит к большему искажению результирующих тока,
электромагнитного момента, чем наложение действия второй однозначной гармоники.
Причем при определенных углах управления выпрямителем появляются амплитуды 2-й
гармоники значительно большие, чем ее конечное значение. Это не наблюдается при
предлагаемом способе получения регулируемого выпрямленного напряжения.
На фиг. 5 приведены изменения относительного значения амплитуды 4-й гармоники в
выпрямленном напряжении. Здесь: 1 - при фазовом управлении выпрямителем при однофазном питающем напряжении; 2 - при фазовом управлении выпрямителем при трехфазном питающем напряжении; 3 - при двух импульсах на полупериоде при однофазном питающем напряжении; 4 - при двух импульсах на полупериоде при трехфазном питающем
4
BY 11021 C1 2008.08.30
напряжении; 5 - при трех импульсах на полупериоде при однофазном питающем напряжении; 6 - при трех импульсах на полупериоде при трехфазном питающем напряжении;
7 - при четырех импульсах на полупериоде при однофазном питающем напряжении; 8 при четырех импульсах на полупериоде при трехфазном питающем напряжении.
U*4 = U4/Umax - относительное значение амплитуды четвертой гармоники выпрямленного
напряжения, где U4 - текущее значение амплитуды четвертой гармоники выпрямленного
напряжения в функции угла управления выпрямителем α; Umax - максимальное значение
амплитуды синусоидального питающего напряжения. Акон1 - конечное значение амплитуды четвертой гармоники в максимально выпрямленном напряжении постоянного тока при
однофазном питающем напряжении; Акон3 - конечное значение амплитуды четвертой гармоники в максимально выпрямленном напряжении постоянного тока при трехфазном питающем напряжении. Анализ приведенных на фиг. 5 зависимостей показывает, что изменение амплитуды 4-й гармоники при классическом фазовом управлении носит также
знакопеременный колебательный характер (зависимости 1 и 2), в то время как ШИМнапряжение, сформированное предлагаемым способом, создает однозначную четвертую
гармоническую (зависимости 3, 4, 5, 6, 7, 8). Действие такой гармоники вносит меньшие
искажения на результирующие значения выпрямленного напряжения.
Поставленная задача решена определением точного места расположения центров импульсов, из которых формируется выпрямленное напряжение, относительно точек естественного перехода однофазной синусоиды через ноль или относительно точек естественного пересечения трехфазных синусоидальных напряжений, а регулирование значения
выпрямленного напряжения достигается изменением ширины импульсов относительно их
центров в обе стороны по любому закону.
Предлагаемый способ получения регулируемого напряжения постоянного тока может
быть использован в преобразовательной технике, в частности в источниках регулируемого
напряжения постоянного тока, в том числе и в источниках питания для регулируемых
электроприводов постоянного тока производственных механизмов, где по технологическим причинам необходимо формировать регулировочные, пусковые и тормозные свойства электроприводов производственных механизмов. Например, для электроприводов полиграфического оборудования, в частности в печатных машинах, крышкоделательных
машинах, листоподборочных машинах и в т.п. механизмах. Созданные устройства с регулируемым выходным напряжением по предлагаемому способу могут быть использованы
в машиностроительной, строительной, металлургической, перерабатывающей, гальванотехнике, добывающей и других отраслей промышленности.
Источники информации:
1. Патент Украины 65414, МПК7 Н 02М 7/02, 2004.
2. Malinowski Mariusz, Kazmierkowski Marian P., Hansen Steffan, Blaabjerg Frede,
Marques G.D. Непосредственное управление мощностью трехфазных выпрямителей с широтно-импульсной модуляцией на основе виртуального потока // IEEE Trans. Ind. Appl. 2001. - 37. - № 4. - С. 1019-1027.
3. Yuvarajan S., Khoei Abdollah. Новый метод широтно-импульсной модуляции, обеспечивающий снижение гармоник и его применение в преобразователях переменного напряжения в постоянное. IETE J. Res. - 2002. - 48. - № 2. - С. 85-92.
4. А.с. СССР 855912, МПК3 Н 02Р 5/16, 1981.
5. А.с. СССР 945946, МПК4 Н 02Р 7/68, 1982.
6. Сен П. Тиристорные электроприводы постоянного тока. - М.: Энергоатомиздат,
1985. - С. 61. (прототип).
5
BY 11021 C1 2008.08.30
Фиг. 2
Фиг. 3
6
BY 11021 C1 2008.08.30
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
477 Кб
Теги
by11021, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа