Устройство для управления автономным полумостовым инвертором напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроприводов. Цель изобретения - повышение коммутационной устойчивости инвертора во всем диапазоне регулирования. Устр-во содержит интегратор 1, компаратор 2,пороговые узлы 3, 4, элемент ИЛИ 5, генератор тактовых импульсов 6,управляемый ключ 20 с размыкающими контактами. В уст-во введены одновибраторы 11 и 18, дифференцирующие цепочки 13 и 19, элементы ИЛИ 15, 21 и И 14, 17, формирователь коротких импульсов 10, ключи 12 и 22 с размыкающими контактами, распределитель импульсов 16. Осуществляемое устр-вом управление обеспечивает гарантированные временные интервалы между соседними коммутациями венти-. лей силовой схемы инвертора. Продолжительность интервала между очередными соседними переключениями вентилей несколько больше минимально допустимого интервала для обеспечения надежной коммутации, но это не нарушает симметрии выходного напряжения и не изменяет момента перехода через ноль основной гармоники выходного напряжения. 2 ил. (Л 1С 4 Од N9 ;0 со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д) 4 Н 02 М 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИД=ТЕЛЬСТВУ

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3833262! 24-07 (22) 30. 12. 84 (46) 23.07.86. Бюл. Ф 27. (71) Отдел энергетической кибернетики АН МССР (72) Р.Д.Авербух, Б.А. Дмитренко, В.И.Олещук и Ф.Ф.Чуру (53) 621.3!6.727 (088.8) (56) Калашников Б.Е. Системы управления автономными инверторами.

М,: Энергия, 1974, с ° 91.

Авторское свидетельство СССР

К 1104638, кл. Н 02 Р 13/18, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ПОЛУМОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ

HAIIРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при раэработке частотно-регулируемых электроприводов. Цель изобретения — повышение коммутационной устойчивости инвертора во всем диапазоне регулирования. Устр-во содер„„SU„„1246299 А1 жит интегратор 1, компаратор 2,пороговые узлы 3, 4, элемент ИЛИ 5, генератор тактовых импульсов 6,управляемый ключ 20 с размыкающими контактами. В уст-во введены одновибраторы 11 и 18, дифференцирующие цепочки 13 и 19, элементы ИЛИ 15, 21 и И 14, 17, формирователь коротких импульсов tO ключи 12 и 22 с размыкающими контактами, распределитель импульсов 16. Осуществляемое устр-вом управление обеспечивает гарантированные временные интервалы между соселними коммутациями вентилей силовой схемы инвертора. Продолжительность интервала между очередными соседними переключениями вентилей несколько больше минимально допустимого интервала для обеспечения надежной коммутации, но это не нарушает симметрии выходного напряжения и не изменяет момента перехода через коль основной гармоники выходного напряжения. 2 ил.

I 1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроприводов на базе автономных инверторов напряжения.

Цель изобретения — повышение ком" мутационной устойчивости полумостового инвертора на всем диапазоне регулирования путем обеспечения гарантированного временного интервала между двумя сосед .ими коммутациями вентилей инвертора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства„ на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его действия.

Устройство содержит интегра" îð f соединенный с компаратором ? и пороговыми узлами 3 и 4„ фиксирующими соответственно максимальное и минимальное значения напряжения интегратора 1. Узлы 3 и 4 соед.гены с элементом ИЛИ 5, который связан также с генератором 6 тактовых импульсов.

Выход элемента ИЛИ 5 соединен с триггером 7, выхоцной сигнал которого периодически перебрасывает коммутатор 8 полярности напряжения, напряжени<- которого служит зарядным на" пряжением интегратора . Второй вход компаратора ? связ ".í с источником 9 управляющего напряжения, выход компаратора 2 подсоединен к формироватег о 10 коротких импульсов, который связан с одновибратором ff, а также присоединен к ключу 12 с замыкающими контактами. Выход одновибратора 11 через дифференцирующую цепочку 13 и элемент И 14 подсоединен к элементу

ИЛИ 15, подключснному к распределителю 16 управляющих импульсов.

Генератор 6 тактовых импульсов через второй элемент И 17, второй одновибратор 18 и дифференцирующую цепочку 19 подсоединен к одному из входов элемента ИЛИ 15... а также через управляемый ключ 20 с размыкающими контактами — к другому из входов элемента ИЛИ 15. Управляющая цепь ключа 20 связана с элементом ИЗП

21, на вход которо- a поступают "игналы с второго порогового узла 3 и с выхода одновибратора 11. Выход одновибратора 11 подключен также к управляющей цепи ключа 12 и к второму входу элемента И 17. Ключ 12 подсоединен к элементу ИЛИ 15, Одновибратор 18 связан с. вторым входом эле46299 Ь

МеНТ2 И 1 ч и с угпрявлнющей цеп! ключа 22.

Устройство работает следующим образом

Выходное напряжение „(фиг. 2) интегратора 1 является развертывающим напряжением в системе и сравнивается в компараторе 2 с управляющим напряжением 0 блока 9, задающим величину выходного напряжения инвертора. При работе в номинальном

10 режиме в моменты равенства указанных двух сигналов компаратор 2 переходит из одного состояния в другое, в эти моменты формирователем 10 коротких импульсов вырабатываются короткие сднополярные импульсы напряжения, которые через ключ 12 с нормально замкнутыми контактами H через элемент ИЛИ 15 поступают на вход распределителя 16, вызывая его срабатывание и, соответственно, переключение вентилей полумостовой силовой

20 скемы, в результате чего на выходе инвертора формируется двухполярное выходное напряжение,,, Один из таких мсментов переключения соответствует (фиг. 2) моменту, . Импульс, поступающий в этот момент с выхода формирователя 10 через нормально замкнутый ключ 22 на одно30 вибратор 1 f, запускает его. На выходе одновибратора 11, напряжение которого 0„, (фиг. 2), формируется раметрами схемы . В номинальном режимс работы (моменты 1,, tz, фиг.2 ca ) включение одновибратора 11 не ока. зывает влияния HB функционирование устройства.

Ллгоритм формирования развертывающегс напряжения системы поясняют верхние кривые на фиг. 2. В моменты, когда. близкое к линейному выходное напряжение О интегратора 1 дости1 гает значений, равных пороговым напряжениям 0 и пороговых узлов ь 1

3 и 4, с выхо,ца соответствующих порагавь.х узлов через элемент ИЛИ 5 импульс поступает на вход триггера

/, который перебрасывает полярность

50 напряжения коммутатора 8 полярности напряжения, благодаря чему напряжение на выходе интегратора 1 начинает

- > изменяться в обратную сторону. Кроме того„ в начале и конце каждого полупериода выходной кривой, когда основная гармоника выходного напря импульс напряжения, длительность коЯС торого определяется внутренними па;: x6,-. со 4 жения меняет полярность, производится дополнительное переключение коммутатора 8 ввиду того, что на вход триггера 7 через элемент 5 и»<ходят тактовые имт..льсы г""нератора б, частота следования которых определяет выходную частоту инвертора.

На полупериоце выхоцного напря— жения генератором. 6 формируется по два тактовь.х импульса. Импульс, который формируется в начале полупериода, поступает дополнительно через нормально замкнутый ключ 20 и через элемент HJJH 15 на вход распределителя 16 вызывая при работе в номинальном режиме срабатывание расгредел;:.теля и переключение вентилей силовой схемы. Пои формировании се— о"-дины полупериода, тактовь<й имуль генератора 6 на распреге.титель не поступает, так как .з этот момент rro команде порогового узла 3 кратковременно размыкается к.-:юч 20.

Регулирование частоты выходного на2

3f:

35 пряже ния инвер тор з осуществляется, таким образом, за чет постепенного постоянного изменения, при этом на всем диапазоне регулирования является симметричной относительно оси ор динат, в ее спектре отсутствуют четные гармоники и субгармоники.

Алгоритм функционирования системь". усложняется на граничных между поддиапазонами регулирования участках работы внутри которых значения вре— менных интервалов между двумя соседними коммутациями вентилей приближаются к минимально допустимым велйчинам. Процесс функционирования систеМг в двух из таких режимов отображен на фиг. 2, где показан режим (с<) работы устройства, в котором на границе полупериоца управляющее напряжение ь< превышает напряжение развертки 0 . Для режима изоб ажен<

У ного на Фиг. 2 д, характерно то, что з=лич на пилообразного напряжения развертки в момент смены поляр < ности основной гармоники выходного напряжения больше амплитуды управляющего сигнала (19

d t<

В момент 1, (момент равенства сигналов . и LI } в об зих режимах ребо<

"ы ком..à затор 2 изменяет свое состояние. Сигнал ко <;Iapãòîðÿ 2 после фор::<. 1рователя 1(через HopMBJIbHo зам ке "..ый ключ 12 и элемент ИЛИ i5 при переключение вентилей схемы и смену полярности выхоцного импульса. Одно— временно сигнал от формирователя 10 через замкнутые контакты ключа 22 приходит на одновибратор 11 и включает его. )l."ительность выходного импуз-.ьса одновибратора 11, вьгходной сигнал которого обозначен 0 (фиг,2)

«

I равна M.=нимал-но допустимой продолжительности интервала между двумя соседними коммутациями вентилей инвертора.

Момент I c.оответствует моменту

1 ,;ыработки очерецйого тактового импульса генератора 6, который через эле;ент ИЛИ 5 поступает на цепочку из триггера 7 и коммутатора 8 полярности напряжения, вызывая их срабатывание и соот,е ствующее изменение формы напряжения П интегратора 1.

При этом импульс генератора 6 в дан-ном случае не вызывает переключени < вентилей, так как по сигналу, поступающему с выхода одновибратора li через элемент ИЛИ 2 1, ключ 20 размыкается на все время формирования импульса одновибратора 11. Этот же сигнал одновибратора 11, поступая на вход элемента И 17, разрешает включ ь в момент, одновибратор 18, в;-..ходное напряжение которого

,фиг. 2) . Продолжительность выходного импульса одновибратора 18 принимается равной удвоенной величине минимально допустимо:: интервала между соседними коммутациями вентилей инвертора.

Выходной сигнал оцновибратора 18 размыкает ключ 22, прерывая тем са.ым подачу импульсов формирователя

;J на одноьибра-.ор 11, и, одновременно 1оступая на второй вход эле.=;ента И 14, разрешает прохождение короткого импульса,. формируемого дифференциальной цепочкой 13 (напряжение О фиг. 2) в момент формиро,<Р вания заднего фронта импульса одновибратора 11, который через элемент

ИЛИ !5 поступает на распределитель

16 и вызывает переключение вентилей схемы. Указанный этап работы соот=-етствует моменту (фиг. 2), процолжительность интервала 1 - (между

< з двумя соседними коммутациями при этом соответствует времени, необ-.îäèìaìó для восстановления своих войств узлам коммутации силовой

1246299

В момент 1, несмотря на то, что на входе компаратора 2 наблюдается равенство сигналов 11 я (« переS ключения вентилей не произойдет, так как .ключи 12 и 22, по которым передаются сигналы на распределитель 1 6, прОдОлжают находиться в разомкнутом состоянии. Очередное переключение силовых вентилей ин— вертора IIpo»oõoäHT в моме IT оконча»ия импул.. с а одновибрат ра 18 (момент «, фяг. 2), когда коротKHH сигнал 0 > формируемыя диф ференциальноя цепочкой 19, поступает через элемент ИЛИ 15 на вход распределителя 16 я вызы»ает его очередное срабатывание. Продолжи— тельность интервал;. . -t. между очередными соседними переключениями

Силовых вентилей я»вертора в этом случае несколько ..-льше I. åëè÷èíû интервала, минимально допустимого по условиям обеспечения надежной коммутации. Численные значения време»в ных интервалов, предоставляемых на восстановление коммут««рующих свойств узлов запяраняя вентилей, для большиF тва тярясторных схем не превыше т 100 †2 мкс, поэтому наблюдае— мОP. В HEêотGph: режимах работе! УcT ройства небол,,шое искусственное видоизменение алгоритма переключения вентилей, имеющее мес«о на границах полу. «ериода., практически не нарушает симметрии кризой формируемо— го напряжения я »е изменяет момента перехода через »ол . Основной гармо— ники выходного напря;..:еняя (показана на фиг. 2 пунктиром).

Указанное обеспечение повышенной степени коммутационной устой «явости инвертора обеспечивастся добавлением в cocòà«3 устройст; а управления не— бОльшОго числ-. простейших блокОв и узлов . одновябратo,«o»,, элементов И и ИЛИ, управляемых электронных ключей я формяроват .JIR корот::ях од Io— полярных импульсов.

Осуществляемое предложенным устройством управле»яя гарантирован»ое обеспечение номинальных временных интервалов между соседнямя коммутацяяМИ ВЕНТИЛЕЙ,.яЛОВОй СХЕМЫ ПОЗВО-ляет повысить степень коммутационной устойчивости HI«BP pTopB на всем диапазоне регулирования частоты и вели-«янь его вь;ход»ого напряжен я,, в том числе н гра»ичных режимах.

?0

40 1 5

50 г«ереход»ых o I o«IHo o поддиапаз з1«а регулирс валяя к дру ому, я способс вует повышению »адежности работы преобразователя в целом.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным полумостовым инвертором напряжения„ содержащее распределитель управл««ющях импульсов, интегратор, вход которого соединен с коммутатором полярности напряжения, а выход — с входами двух пороговых узлов и с первым входом компаратора, причем выход первого порогового узла через первый вход основ»ого элемента ИЛИ соединен с входом счетного триггера, выход которого присоединен к коммутатору полярности напряжения, выход второго порогсвого узла связан с вторым входом основного элемента ИЛИ, генератор тактовьг< импульсов, соединенный с третьим входом основного элемента

ИЛИ и с основным управляемым ключом с размыкающими контактами, источник управляющего напр»жения, подключенный к второму входу компаратора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения коммутационной устойчивости инвертора на всем диапазоне регулирсвания, оно снабжено двумя одновибраторами, двумя дифференцирующими цепочками, двумя дополнительными элементами ИЛИ, двумя элементами И, двумя дополнительными управляемыми ключами с размыкающими контактами я формирователем коротких импульсов, причем компаратор через пос.педовательно соединенные формирователь коротких импульсов, первый дополнительный управляемый ключ, IIepвый одновябратор, первую дифференцирующую цепочку, первый вход первого элемента И и первый вход первого дополнительного элемента ИЛИ связан с распределителем управляющих импульсов, выход формирователя короткях импульсов через второй дополнительный управляемый ключ связан с вторым входом первого дополнительного элемента ИЛИ, генератор тактовых импульсов подсоединен к третьему входу первого дополнительного элемента ИЛИ через последовательно соединенные первый вход второго элемента И, второя одновибратор, вторую дифференцирующую цепоч6299

Составитель О.Парфенова

Редактор В.1!етраш Техред В.Кадар Кор рек то р Л. Пилипе нко

Заказ 4017/52 Тираж 631 1ьэдписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

7 124 ку, четвертый вход первого дополни.тельного элемента ИЛИ связан с основным управляемым ключом с размыкающими контактами, управляющая цепь которого подсоединена к выходу второго дополнительного элемента ИЛИ, выход первого одновибратора связан с управляющей цепью второго дополнительного управляемого ключа, с первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ и с вторым входом второго элемента И, выход второго одновибратора подключен к второму

5 входу первого элемента И и к управляющей цепи первого дополнительного ключа, второй пороговый узел связан с вторым входом второго дополнительного элемента ИЛИ.