Устройство для управления 3-фазным инвертором

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

OIWII

РЕСПУБЛИК...Ц„„,1 О39О14 А - ° :.:,:1::;:;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗ06РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

M ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ с (21) 2720488/24-07 (22) 02.02.79 (46) 30.08.83. - Бюл. Р 32 (72) В. И. Кочергин (*3) 621.314.572(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 752750, .кл.. Н 02 P 13/18, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 621090 кл..Н 03 К 13/20, 1978. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ,ТРЕХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ, содержащеепервый счетчик, где старший разряд выполнен, например, по пересчетной схеме, обеспечивающей формирование трехфазного кода, эквивалентного цифрам обычного цифрового кода от 0 до 5, вход этого счетчика соединен с шиной внешней переменной частоты, блок умножения, вход которого соеди нен с внешними машинами изменения напряжения инвертора, второй счетчик, вход которого соединен с шиной моду,ляции, два блока сравнения и логический блок Формирования управляющих сигналов переключения силовых ключей трехфазного мостового инвертора, где цифровые шины младших разрядов первого счетчика соединены с вторым входом блока умножения, цифровые . выходные шины которого соответственно для прямого и обратного кодов соединены с первыми входами блоков сравнения, а выходы блоков сравнения и выходные шины старшего разряда первого счетчика соединены с пятью входами логического блока, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения искажений выходного напряжения инвертора, во втором счетчике установлены шины для Е

C прямого и обратного кодов, которые соединены с вторыми входами первого и второго блоков сравнения, а выходы этих блоков через введенную логичес- ( кую двухвходовую схему HJIH соединены с шестым входом логического блока. Я

Мима

4;)

Ж

+ (:ф ,ьЬ

1039014

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено преимущественно для применения в системах электропитания и электро, привода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) по закону, близкому к синусоидальному.

Известны трехфазные инверторы напряжения, используемые в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение с системой управления, реализующей

ШИМ по закону, близкому к синусоидаль-(.5 ному (11.

К недостатку устройства следует отнести отсутствие широтно-импульсного регулирования выходного напряжения. Поэтому для сохранения ФОрмы выходного напряжения, близкой к синусоидальному закону, здесь возможно испольэовать только амплитудное регулирование, что неизбежно приведет к увеличению установленной мощности силового оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый счетчик, состоящий из последовательно соединенных младших и старшегб разряда, вход которого соединен с шиной внешней переменной частоты. Старший . разряд этого счетчика выполнен в многофазном коде, эквивалентном цифрам от 0 до 5. Цифровой выход младше 35

ro разряда счетчика соединен с входом блока умножения, второй вход которого соединен с шинами изменения напряжения инвертора. Инвертор содержит также второй счетчик, вход 40 которого соединен с шиной стабильной частОты, и три блока сравнения, первые входы которых соединены с цифровым выходом второго счетчика; первые входы двух блоков сравнения соединены соответственно с выходами прямо45

ro и обратного кодов блока умножения а второй вход третьего блока сравнения соединен с шинами изменения напряжения инвертора. Выходные шины стар его разряда первого счетчика 50 и выходы блоков сравнения соединены с входами блока формирования напряжений инвертора f2 ).

К недостаткам такой системы управления инвертором следует отнести сложность, неравное количество импульсов, получаемых при формировании нарастающего и спадающего, фронтов полуволн выходного напряжения, в особенности при малых соотношениях 60 .частот, и недостаточно высокое качество выходного напряжения (в смысле его коэффициента гармоник). Это приводит к нежелательному ухудшению характеристик электропривода.

Цель изобретения - упрощение и уменьшение искажений выхОдного напряжения,.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления трехфазным инвертором, содержащем первый счетчик, где старший разряд выполнен,, например, по пересчетной схеме, обеспечивающей формирование трехфазного кода, эквивалентного цифрам обычного цифрового кода от

0 до 5, вход этого счетчика соединен с шиной внешней переменной частоты, блок умножения, вход которого соединен с внешними шинами изменения напряжения инвертора, второй счетчик, вход которого соединен с шиной частоты модуляции, два блока сравнения и логический блок формирования управляющих сигналов переключения силовых ключей трехфазного мостового инвертофа, где цифровь|е шины младших раз-, рядов первого счетчика соединены с вторым входом блока умножения, цифровые выходные шины которого соответственно для прямого и обратного кодов соединены с первыми входами блоков сравнения, а выходы блоков сравнения и выходные шины старшего разряда первого счетчика соединены с пятью входами логического блока, во втором счетчике установлены шины для прямого и обратного кодов, которые. соецинены с вторыми входами первого и второго блоков сравнения, а выходы этиХ блоков через введенную логическую двухвходовую схему

ИЛИ соединены с шестым входом логического блока.

Принцип работы устройства управления инвертором поясняется на примере, где младшие разряды первого счетчика, блок умножения, второй счетчик и блоки сравнения выполиены в общеизвестном двоичном виде.

На фиг. 1 представлены блок-схемы устройства управления инвертором и собственно инвертор; на фиг. 2— принципиальная схема логического блока; на Фиг. 3 - сигналы трехфазного кода А (а., aг, a ) и соответствующие им сигналй обычного цифрового кода 0 = а„а.Э, 1 = айаг, 2

= лгаэ ° = а а э 4 = айаг 5 = ага на фиг. 4 — цифровые сигналы прямоЭ

ro A и обратного В кодов второго ечетчика, цифровые сигналы прямого

Су и Cg и обратного 0, D2 кОДов блока умножения соответственно для максимального и промежуточного значений выходного напряжения инвертора, сигналов М„, К „ на выходе первого и второго блоков сравнения и сигнала L< на выходе логической схемы ИЛИ для максимального значения выходного напряжения инвертора и соответственно этих же сигналов К М

2 2 !.г для промежуточного значейия вы1039014

60 ходного напряжения,инвертора, на . фиг. 5 а, б, в — эквивалентные трехфазному коду цифровые сигналы обычного цифрового кода на входных шинах старшего разряда первого счетчика A на выходе блоков сравнения М, К.„ на выходе логической схемы ИЛЙ L а также максимальные выходные найряжения Uz, 0, О©„ инвертора: иа фиг,. 5а — выходные напряжения формируются на интервале от 0 до 10

/3, фиг. 5б, когда выходные напряжения формируются на интервале от

27(/3 до ФУ/3

Фиг. 5в, когда выходные напря- 15 жения формируются на интервале от

2У/3 до 271, на фиг. ба, б, в — аналогичные фиг. 5 сигналы, .но для промежуточного значения выходного напряжения инвертора.

Шина внешней переменной частоты соединена с входом 1 первого счетчика, который содержит последовательно соединенные младшие разряды 2 и старшяй разряд 3 в трехфаэном коде.

Счетчик содержит цифровые выходные шины младшего разряда и выходные шины трехфазного кода старшего разряда .соответственно для сигналов а„, а а> . Шины младших разрядов соединенй с первым входом блока 4 умножения, второй вход которого соединен с внешними шинами 5 изменения выходного напряжения инвертора. Блок умножения содержит выходные шины сигналов, С прямого кода и выходные шины сигна. лов О обратного кода. Для принятого варианта выполнения блоков в двоич- ном коде сигналы обратного кода.: являются инверсными к сигналам прямого 40 кода. (Внешняя шина б частоты модуляции выходного напряжения инвертора соеди. иена с входом второго счетчика 7, который содержит выходные шины сиг- 45 налов и прямого кода и выходные шины сигналов В обратного кода. Выход-, ные шины сигналов прямого кода счетчика 7 и блока 4 умножения соединены, например, с двумя входами блока

8 сравнения, а выходные шины сигна-: лов обратного кода этих приборов соедйнены с двумя входами блока 9 сравнения. Выходы блоков 8 и 9 сравнения и выходные шины сигналов трехфазного кода блока 3 соединены с пятью входами логического блока 10. Выходы блоков 8 и 9 сравнения также, соединены через логическую схему ИЛИ с шестьэ» входом логической схемы 10.

Выходные шины прямых Н.1 Н q Н3 И инверсных Й.1, и, Й сигналов логи.ческого блока 10 соединены с управляющими цепями силовых ключей мостоsoro инвертора 11. Шины прямых сигналов соединены с одной группой клю чей, а шины инверсных сигналовс другой.

Выполнение счетчиков 2 и 7 в двоичном коде широко известно и также общеизвестно выполнеиие старшего разряда 3 первого счетчика в многофазном коде.

Блоки 8, 9 сравнения, которые преднаэначейы для определения равен» ства и неравенства двух сравниваемых разрядных чисел (блок 8 определяет

М = A < С, блок 9 — К = В < Р) вы полняются по общеизвестным принци.пам и схемам.

Блок 4 умножения выполняется по общеизвестным принципам и схемам..

При этом емкость счетчика 7 определяется произведением емкости счетчика 2 и максимального коэффициента умножения блока 4. Пусть счетчик 2 выполняется десятиразрядным (n 10) тогда емкость счетчика 2 равна (2@- 1) = 1023. Пусть блок умножения имеет максимальный коэффициент умножения 15. Емкость счетчика 7 при этом должна быть-1023 -15

15345. Следовательно, цифровой сиг нал на первом входе блока 4 будет десятиразрядным, на втором входе блока 4 — четырехразрядным, а на выходных шинах блока 4, счетчика 7 и соответственно входных шин блоков

8 и 9 — четырнадцатиразрядными. а„, а, а на выходных шинах старше го разряда первого счетчика, которые соответствуют цифрам 0-5.

При цифре 0 (а,„= О, а2= О, аЗ= О) в соответствии с (1) сигнал Н повторяет сигнал М „, в соответствий с (2) сигнал Н2= О, а в соответствии С (3) сигнал .К повторяет сигнал L>= 1.

При цифре 1 (а „= 1, а = .О, аз= О) сигнал Н 1 повторяет сигнал L „„= =1, сигнал Н О, а сйгнал Н повторяет

2 сигнал К.„.

При цифре 2 (а = 1, а2= 1, а-= О) сигнал Н„повторяет сигнал L = 1, сигнал Й повторяет сигнал .Н, а сигнал Нз О и т.д.

Форма сигналов Н, Н >, Н > соответствует форме потенциалов напряжения Ч,„,4 в точках, и мостового инвертора 11. Поэтому на отрезке от О до 7 /3 напряжение U 1,"(Ч - 4>) возрастает по линейному закону, имея положительный знак, напряжение, 0.1 = (Ч - t<) остается постоянным и отрицательным по знаку, а напряжение Uca = (Ч - „) убывает по линейному закону, имея отрицательный знак. На отрезке от л/3 до

2 /3 напряжение 0С, остается неизменным и положительйым по знаку, напряжение 0ьсубывает по линейному закону, имея .отрицательный знак, а напряжение 0 возрастает по линейному закону, имея положительный знак и т.д.

1039014 который определяет частоту выходного напряжения инвертора, периодически переключает мпадшие разряды счетчика, начиная с нулевого значения до

1023. При каждом возвращении счетчика 2 в нулевое положение происходит переключение в старшем разряде счетчика 3. За время одного цикла переключения счетчика 2 счетчик 7, кото60

Следовательно, при входном сигнале на шине 5, соответствующем максимальному напряжению инвертора, на его выходе формируются напряжение по трапецеидальному закону ШИМ, когда в каждой полуволне выходного напряжения содержатся импульсы только одной полярности.

Теперь рассмотрим работу устройства, когда на входных шинах 5 блока 4 установлено меньшее число. Пусть 10 это число 10. При этом счетчик 7 будет работать беэ изменения и на

его выходных шинах прямого кода будет изменяться цифровые сигналы от

О до 15345, а на выходных шинах инверсного кода от 15345 до О.

Для каждого цикла счетчика 2 цифровые сигналы на выходных шинах прямого кода блока 4 будут изменяться от О до 10230, а на выходных шинах инверсного кода соответственно

20 от 10230 до О. Это изменение будет происходить шагами по 10 единиц.

Блоки 8 и 9 определяют соответственно, когда сигнал A станет равным и меньше сигнала С (М - 1). и сигнал В станет равным и меньше сигнала 0>(К 1). За цикл переключения счетчика 2 сигнал М будет импульсно изменяться по линейно возрастающему закону, а сигнал к - по линей- 30 но убывающему закону. При этом сиг нал L будет состоять иэ равномерно . распределенных импульсов постоянной длительности. Дальнейшая работа уст"

Логический блок 10 может быть 35 нредставленй следующими логическими выражениями

Н.1 К а эзЧМа. азЧ а„а3 (1)

Н> Ка а ЧМа азЧ1 а а з . (2)

Нз К „в1ЧМв„a>VLa< а (3) 40

В соответствии с этими выражениями выполнена принципиальная схема этого блока, которая состоит из трех . одинаковых логических схем 12-14.

Каждая из этих схем содержит три 45 трехвходовые логические схемы И, объединенные на выходе логической схемы ИЛИ. Входы схем И соединены с шинами входных сигналов в соответствии с выражениями (1) - (3), а 50 прямые и инверсные шины входов схем

HJIR соединены с управляющими цепями силовых ключей мостового инвертора

11, Устройство работает следующим образом.

Сигнал частоты на входной шине 1, рый переключается от сигнала частоты на входной шине 6, успевает совершить несколько циклов переключения, периодически изменяя свое состояние от нуля до 15345. Пусть соотношение частот на входных шинах 1 и 6 будет таким, что за один цикл счетчика 2 счетчик 7 сове-шит шесть циклов.

Пусть на входных шинах 5 блока 4 установлено максимальное двоичное число (24-*1) = 15 ° Тогда в каждом цикле счетчика 7 цифровые сигналы на его выходных шинах прямого кода будут изменяться от О до 15345, а на выходных шинах инверсного кода соответственно от 15345 до О. При этом цифровые сигналы на выходных шинах прямого кода блока 4 для каждого цикла счетчика 2 будут изменяться от О до 15345, а на выходных шинах инверсного кода соответственно от 15345 до О. Это изменение цифровых сигналов на выходе счетчика 7 будет происходить через единицу, а на выходе блока 4 через 15 единиц. Блоки

8 и 9 определяют соответственно: когда сигнал А станет равным и меньше сигнала С „(М 1) и сигнал В станет равным и мейьще сигнала О „(К„ 1)

3а цикл переключения счетчика 2 сигнал М будет импульсно изменяться по линейно возрастающему закону, а сигнал К„- по линейно убывающему закону. При этом сигнал L будет всегда рвным 1. При принятом соотношении.частот таких импульсов за цикл переключения счетчика 2 будет шесть. !

Все эти соотношения будут повторяться при кодовых комбинациях сигналов ройства полностью повторяет описанную выше.

Следовательно, при любом входном сигнале на шине 5 на выходных шинах инвертора формируются напряжения по трапецеидальному закону ШИМ, когда . в каждой полуволне выходного напряжения содержатся импульсы только одной полярности.

При этом предлагаемое устройство проще известного: в нем вместо трех блоков сравнения используется только два, а вместо третьего блока установлена элементарная двухвходовая логическая схема ИЛИ в остальной части устройства одинаковые блоки.

Устройство обеспечивает полную симметрию выходного напряжения инвертора. При равных соотношениях частот на выходных шинах в известной схеме инвертора содержится 7 импульсов на нарастающем фронте полуволны выхоцного напряжения и 6 импульсов на спадающем фронте полуволны этого напряжения, что приводит к искажению выходного напряжения и, появлению .в его составе четных гармоник °

1039014

Проведенное сравнение предлагаемого устройства с известным показывает, что первая гармоническая составляющая напряжения в устройстве заявки больше, а относительные значения высших гармонических составляющих меньше при любых соотношениях частот сигналов на входных шинах инвертора, что приводит к повыаению

КПД.

1039014 дЯ

Мю и, 10390 4

73 р

1039014

uus

Рис. 6

Кг

L2. 1039014

Ну и, фиг б

Составитель Г. Мыцмк

Редактор Е. Лушникова Техред T.Ôàíòà. Корректор И. Ватрушкнна, Заказ 6240/59 Тираж 687 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. ужГород, ул. Проектная, 4