Устройство для управления трехфазным транзисторным инвертором с квазисинусоидальным напряжением

 

Изобретение относите к электротехнике , а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотнорегулируемь х электроприводах с широким диапазоном регулирования и управлением от микропро1 ессоров и . ЭВМ. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Уст-во автоматически изменяет последовательности широтно-модулированных импульсов управления по сигналам о текущем состоянии полуфаз (режиме нагрузки). Импульсы управления в.ентилями инвертора модулируются после-- довательностью пшротно-импульсного регулятора в зависимости от режима нагрузки,обеспечивая неизменностьформы напряжения и тока на выходе инвертора с амплитудой огибающей, определяемой кодом, подаваемым на широтно-импульсный регулятор. Соотношение между частотой выходного напряжения и его амплитудой определяется соотношением между кодами канала формирователя частоты и канала, формирователя амплитуды напряжения. 8 ил. с SS со tsd 4ib 4 «Ч Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1244772

А1 (5в 4 Н 02 M 7/537 р(;РГ КЛ1 . Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ; k$

ggQ j: .ò 3 Г»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 38311 29/24-07 (22) 26. 11. 84 (46) 15. 07.86. Бюл. № 26. (71) Вологодский политехнический институт (72) В.Л. Грузов, Е.В . Несговоров и M.À.. Проскурякова (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 985923, кл. H 04 P 13/18, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1089756, кл . Н 02 P 13/18, 1984 . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТРАНЗИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ С

КВАЗИСИНУСОРЩАЛЬНЬК НАПРЯЖЕНИЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотцорегулируемых электроприводах с широким диапазоном регулирования и управлением от микропроцессоров и

3ВМ. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей. Уст-во автоматически изменяет последовательности широтно-модулированных импульсов управления по сигналам о текущем состоянии полуфаэ (режиме нагрузки). Импульсы управления вентилями инвертора модулируются после-довательностью широтно-импульсного регулятора в зависимости от режима нагрузки, обеспечивая неизменностьформы напряженияи токана выходеинвертора с амплитудой огибающей, определяемой кодом, подаваемым на широтно-импульсный регулятор. Соотношение между часЭ тотой выходного напряжения и его амплитудой определяется соотношением между кодами канала формирователя частоты и канала, формирователя амплитуды напряжения. 8 ил.

1 12

Изобретение относится к. электротехнике, а именно к системам управления автономными инверторами с широтно- импульсной модуляцией и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах с широким диапазоном регулирования и управления от микропроцессоров или мини-3BN.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена схема устройства, на фиг.2 — схема второго выходного формирователя; на фиг.3 — схема блока формирования начальной фазы, на фиг.4 — схема инвертора, на фиг.5 — схема формирователя вспомогательных алгоритмов, на фиг. 6 таблица вспомогательного алгоритма без учета регулирования амплитуды . выходного напряжения, на фиг. 7 часть таблицы алгоритма управления вентилями инвертора с учетом регулирования амплитуды выходного напряжения, на фиг. 8 — управляющие импульсы, подаваемые на вентили инвертора и кривая выходного напряжения.

Схема устройства (фиг.1) содержит управляемый генератор 1 импульсов, выполненный на генераторе тактовых ю пульсов и управляемом кодом (4Kp) делителе частоты, делитель 2 частоты, последовательно соединенные счетчик 3.1 и линейный дешифратор

3.2 и формирователь 3.3 вспомогательных алгоритмов, образующие формирователь квазисинусоидального напряжения, переключатель кратности (Pq...Я, выполненный на .счетчике 4, распределитель 5 импульсов, логический блок 6, собранный на последовательно соединенных элементах ИЛИ

6.1, элементах И 6.2 и элементах ИЛИ

6.3, первый выходной формирователь

7, содержащий три счетных триггера

7.1. три RS-триггера 7.2 и элементы И 7.3,второй выходной формирователь 8, датчики 9 токов полуфаз, элементы И-НЕ 10, сумматор 11., переключатель 12 алгоритмов, содержащий три .пороговых блока 12.1, широтноимпульсный регулятор (ШИР) 13., выполненный на двух счетчиках и триггере, блок 14 регулирования начальной фазы. Каждый канал второго формирователя 8 (фиг.2) выполнен на элементах И 8.1, элементах НЕ 8.2, элементах И 8.3, элементе ИЛИ 8.4.

Блок 14 регулирования начальной фа44772 2

1О

1) 5

55 зы (фиг,3) выполнен на элементах И

14.1.

Устройство работает следующим образом.

Управляемый кодом генератор 1 (фиг.1) формирует на выходе последо— вательность импульсов заданной частоты, кратной величине и частоте напряжения на выходе инвертора, и запускает этими импульсами делитель 2 частоты, выполняющий функции йереключателя кратности частот широтноимпульсного регулятора и модуляции по-=-акону синуса. Делитель 2 частоты запускает счетчик 3.1,который вместе с линейным дешифратором 3.2 и формирователем 3.3 вспомогательных алгоритмов выполняет функции формирователя 3 квазисинусоидального напряжения, т.е. формирует широтномодулированные импульсные последовательности, обеспечивающие требуемую форму напряжения на выходах инвертора. Выход счетчика 3.1 поступает на вход переключателя 4 кратности (фиг.1), выполненного на счетчике, образующем управляемый кодом (PsPn) делитель, причем коэффициент деления задается тем же кодом, что и задание частоты. Переключатель кратности формирует импульсы переключения поэиций распределителя 5 с кратностью (по частоте), пропорциональной величине входной частоты, задаваемой кодом f4 — Pq Bce двенадцать выходов распределителя поступают на входы логического блока 6 (входы первой группы элементов ИЛИ

6.1), на другие входы которого (входы элементов И 6.2) подается одна из трех импульсных последовательностей (соответствующих одному из трех алгоритмов переключения вентилей инвертора) с выходов формирователя 3 квазисинусоидального напряжения. Импульсы с первого, пятого и десятого выходов распределителя, а также с выходов логического блока поступают на соответствующие входы первого выходного формирователя, причем импульсы с распределителя поступают на входы триггеров 7.1,а импульсы с логического блока .поступают на входы триггеров 7.2 (фиг.1). На выходе триггеров 7.1 формируются, импульсы интервалов возможного включения вентилей инвертора, а на выходах триггеров 7.2 — импульсы, модулированные по требуемому закону. Эти .две

1244772 з системы импульсов объединяются на входах элементов И 7.3, с которых импульсные последовательности А, А, В, В, С, С поступают на входы второго выходного формирователя.

Одновременно с измерительных элементов (в схеме по фиг.4 использованы шунты) сигналы Упд, Уть,Бтс поступают на входы датчиков тока полуфаз инвертора, на выходах которых 10 формируются шесть прямоугольных импульсных последовательностей (Щ, U,,Бр,, U, U„, U ), совпадающий по фазе с полуволнами токов на выходе инвертора. Эти импульсные последовательности подаются на первые входы элементов И 10, выполняющих функции датчиков состояния полуфаз инвертора, а на вторые входы этих элементов поступают импульсы с выходов триггеров, определяющие инверторы возможной работы вентилей инвертора.

Сигналы с выходов датчиков состояния полуфаз через сумматор 11 подаются на вход переключателя 12 алго- 25 ритмов, содержащего три пороговых блока 12.1,. 12.2, 12.3, настроенных на-три различных уровня срабатывания = О, (= 1, (= 2, что соответствует либо полному совпадению по фазе полуволн тока и соответствующих интервалов возможной работы (g = О), либо наличию несовпадений в одной полуфазе ($ = 1), либо наличию одновременного несовпадения в

35 двух полуфазах ($.= 2), что соотнетствует коэффициентам мощности нагрузки инвертора К = 1, 0,5 (Kf< <<

< 1, 0(Кg i 0 5. В результате на выходе переключателя алгоритмов формируется одна из трех команд (ПА, ПА, или ПА,), определяющая из какой комбинации выходных импульсов линейного дешифратора 3.2 набрать широтно-модулированную последовательность, причем нарастающая (по длительности импульсов) импульсная последовательность формируется отбором импульсов с дешифратора в прямом направлении, а спадающая отбором в обратном направлении.

Формирование алгоритмомблоком 3.3. (фиг.1) осуществляется следуюпщм образом.

На входы трех групп элементов И (фиг.5) подаются комбинации импульсов с соответствующих выходов линейного дешифратора 3.2 (фиг.1), 4 на общие входы которых подаются импульсы с соответствующих ныходон переключателя алгоритмов (ПА, ПА,, ПА,, фиг.s). .Выходы одинаковых номеров элементов И 3.3.1 объединяются по три на шести элементах ИЛИ 3.3.2 (фиг.1), Приведенная схема формирует каждую полуволну напряжения на двенадцати основных интервалах, 120 большими тактами с помощью дополнительных воздействий возможно формирование на 12.п интервалах,. где п = 1,2, 3,...,10 при сохранении выбранной частоты на ныходе делителя 2 частоты (фиг.1).

Одновременно с формированием импульсных последовательностей А, А, В, В, С, С блоком 14 (фиг.1) с помощью элементов И 14.1 (фиг.3) из импульсов длительностью 180 эл.град . (U, U, Up, U, U, U ) в результате сравнения пар импульсов на выходах элементов И 14.1 формируется последовательность импульсов Ugq—

Ugq длительностью 60 эл.град. со взаимным сдвигом 60 эл.град. На второй выходной формирователь 8 (фиг.1) с соответствующих выходов первого выходного формирователя 7 подаются последовательности импульсов А, А, В, В, С, С, а с выхода широтно-импульсного регулятора последовательность Uшир.

Э

С помощью элементов И 8.1 на первом и третьем шестидесятиградусных интервалах, считая с момента прохождения кривой соответствующего выходного напряжения через нуль, последовательность импульсов упранления вентилями инвертора (А, А, В, В, С, С) модулируется последовательность Уыир .

На втором шестидесятиградусном интервале с помощью элементов НЕ

8:2 и элементов И 8.3 последовательность А (или В, С) модулируется импульсной последовательностью Ойкай.

Таким образом, на выходе элемента ИЛИ 8,4 получается управляющая ° последовательность Удр, Unp, Б р, Ugp, Ucp, Ucp, причем U

+ Ug> U egg A(, Последовательности Upp U>p Uip, Ucp Ucp получаются аналогичным образом.

Для регулирования длительности открытого состояния нентиля, а сле1?44772

50

55 довательно, и величины выходного напряжения изменяется код ) — ф что ведет к изменению скважности импульсов Uzgp u U цсбр. На фиг.6 приведены в табличной форме формируемые импульсные последовательности управления вентилями инвертора без учета регулирования амплитуды напряжения, а на фиг.7 — выделенная часть таблицы (фиг.6), где изображена импульсная последовательность управления вентилями инвертора с учетом регулирования амплитуды напряжения, эта же последовательность изображена на фиг.8. На фиг. 7 и 8 предполагается, что один большой такт, определяющий минимальную длительность импульса, формирующего огибающую выходного напряжения, включает десять малых тактов, определяющих минимальный шаг регулирования величины выходного напряжения, выходное напряжение на фиг.8 имеет амплитуду, равную О,З от максимально возможной.

E таблицах (фиг.6 и 7) соответ.ствующими буквами обозначены открытые вентили инвертора (фиг.4),нулям соответствует закрытое состояние вентилей. Ломаной линией в таблице (фиг.6) показана последовательность отбора импульсов алгоритма управления вентилями инвертора для режима, когда угол сдвига между током и напряжением на выходе инверо тора о = 90, что соответствует использованию экстремального алгоритма.При пользовании таблицей следует учесть, что каждый большой такт содержит 10 малых тактов, скважность импульсов Uшир равна 3/10, импульсов U ap 7/10.

Таким образом, устройство автоматически изменяет последовательности

Широтно-модулированных импульсов управления по сигналам о текущем состоянии полуфаз (режиме нагрузки), импульсы управления вентилями инвертора модулируются последовательностью широтно-импульсного регулятора в зависимости от режима нагрузки, обеспечивая неизменность формы напряжения и тока на выходе инвертора с амплитудой огибающей, определяемой: кодом, подаваемым на широтно-импульсный регулятор. Соотношение между частотой выходного напряжения и его амплитудой определяется соотношением между кодами канала формирователя частоты и канала формирователя амплитуды напряжения.

Фс рмула из обретения

Устройство для управления трехфазный транзисторным инвертором с квазисинусоидальным напряжением, содержащее управляемый генератор импульсов, формирователь квазисинусоидального напряжения, содержащий счетчик, выходами соединенный с входами линейного дешифратора, выходы которогс соединены с первыми входами каждого из шести элементов И трех групп элементов И формирователя вспомога.тельных алгоритмов, а выJ ходы одноименных элементов И каждой группы соединены с входами одного из шести элементов ИЛИ упомянутого формирователя, а выход старшего разряда счетчика через переключатель кратности связан с входом распределителя, датчики положительных и отрицательных полуволн токов нагрузки инвертора, элементы И-НЕ по числу выходов датчиков, первые входы которых соединены с одним из выходов одного из датчиков, а выходы элементов И-HE подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входами трех пороговых блоков, выход каждого из которых соединен с вторыми входами каждого элемента И соотве:.ствующей группы элементов И формирователя вспомогательных алгоритмов, логический блок, содер- жащий шесть первых и три вторых элемента ИЛИ и шесть элементов И, причем входы каждого из первых элементов ИЛИ соединены с двумя соответствующими выходами распределителя, а выход каждого элемента ИЛИ связан с первым входом соответствующего элемента И, второй вход которого соединен с выходом соответствуюшего элемента ИЛИ формирователя вспомогательных алгоритмов, выходы элементов И попарно соединены с входами соответствующих элементов ИЛИ, а их выходы являются выходами логического блока, первый выходной формирователь, содержащий три RS-триггера, три счетных триггера и шести элементов И, причем первый вход каждого RS-триггера соединен с со1244772 ответствующим выходом логического блока, а вторые входы RS — òðèããåðîâ связаны с выходом старшего разряда линейного дешифратора, входы счетных триггеров соединены с первым, пятым и десятым выходами распределиствующих элементов И, а выход каждого элемента И является выходом управления частотой и формой одной из полуфаз напряжения (А, А, В, В, 15

С, С) первого выходного формировате20 ля, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено делителем частоты, входом соединенным с выходом управляемого генератора импульсов, а выходом связанного 25 с входом счетчика формирователя квазисинусоидального напряжения, широтно-импульсным регулятором, блоком регулирования начальной фазы и вторым выходным формирователем, причем выход управляемого генератора им-.

30 пульсов соединен со счетными входами первого (управляемого) и второго (неуправляемого) счетчиков широтноимпульсного регулятора, выход перво35 го счетчика соединен с первым входом

RS-триггера, выход второго счетчика соединен с вторым входом RS-триггера и с установочным входом первого счетчика, параллельные входы которого являются входами управления

40 амплитудой напряжения преобразователя, а инверсный выход КБ-триггера является выходом широтно-импульсного регулятора, блок регулирования начальной фазы содержит шесть элементов И, первые входы первого и третьего элементов И соединены с выходом положительной полуволны датчика тока фазы А> первые входы четвертого и шестого элементов И соединены с выходом отрицательной полуволны датчика тока фазы В, первый вход второго элемента И и второй вход шестого элемента И соеди45

50 теля соответственно, каждый выход счетных триггеров соединен с вторым . входом соответствующего элемента 10

И-НЕ и с первым входом соответствующего элемента И выходного формирователя, выход каждого RS-триггера соединен с вторыми входами двух соответ нены с выходом положительной полуволны датчика фазы С,второй вход третьего элемента И и первый вход пятого элемента И соединены с выходом отрицательной полуволны датчика тока А. второй вход первого элемента И и второй вход пятого элемента И соединены с выходом положительной полуволны датчика тока фазы В, второй вход второго элемента И и второй вход четвертого элемента И соединены с выходом отрицательной полуволны датчика тока фазы С, а выходы элементов И с первого по шестой являются выходами блока регулирования начальных фаз для управления полуфазами А, Х, В, В, С, С сооветственно, второй выходной формирователь содержит шесть однотипных блоков формирования сигналов управления полуфаз, каждый из которых содержит четыре элемента И, два элемента НЕ, элемент ИЛИ и ключ, причем первые входы первого и второго элементов И соединены с выходом управления соотI ветствующей полуфазой первого выходного формирователя, вход первого элемента НЕ соединен с выходом управления противофазным каналом первого выходного формирователя, второй вход первого элемента И соединен с выходом блока регулирования начальной фазы соответствующей полуфазы, второй вход второго элемента И соединен с выходом блока регулирования начальной фазой, соответствующего фазе, 2 сдвинутой на — Л по отношению к дан3 ной фазе, а третьи входы первого и второго элементов И и вход второго элемента НЕ связаны с выходом широтно-импульсного регулятора, выходы первого и второго элементов НЕ соединены с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых связаны с выходом блока регулирования начальной фазы противофазной в сравнении с данной, выходы всех элементов И связаны с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом ключа, а выход ключа является выходом управления соответствующей полуфазой.

1244772

Фиг.1

Фиг 2

f244772

VlC

Фиг. Х

124477 2 д 0 _#_ У Ю 50 Ю 7 N 5P % IN f87

onuvecmdu аапьвхих ..хю ь. ж юа и хх M хх длительность состояния I Хвпьсиих тактах

Энсхпрелапьньи а, варится кали,гессена опон их 1г0 U0 Й0 150 1б0 1 Р 1на 1Ю . гад г10 гг0 Л0 Рь 0 аа г10 ю г?а т на лю"

Дпитепаность сосоюннин d допыиих тонхпах

Энсхпрвиапьный олеарий"х иличктва30

Йьчиих— пчлтаа л алииест и хй ль л ь таятоб 0

1аа

110

1га

1000

000

Длительнасть сас таяни d ааяьиих тантал длительность состояния d палоiч

mgNfPe

ВНИИПИ Заказ 3926/5? Тираж 631 Подписное

Произв.-нолигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная,