Устройство для управления @ -фазным инвертором

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения и обеспечение возможности реверса фаз. Устр-во содержит трн счетчика Джонсона (СЛ). Коэф. счета первого СЛ2 равен К,10, второго СЛ5 - ,5 и третьего СД7 - , где m - количество фаз инвертора 10. Устр-во содержит также Коммутатор 9 и блок 8 совпадения. Улучшение качества выходного напряжения обеспечивается введением трех четырехтактных реверсивных распределителей импульсов (два одинаковых 1 и 3), де111ифратора 6, преобразователя 4 кодов. Устр-во обеспечивает возможность изменения порядка следования фаз выходного напряжения, чем существенно повьшается качество выходного напряжения за счет увеличения количества импульсов ЕИМ в каждой полуволне. Это достигается путем использования цифровых сигналов с распределителей импульсов , соединяющих между собой счетчики . При этом сохраняется полная симметрия выходного капр5гжения инвертора , обеспечиваяяцая возможность реверса фаз, 16 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (511 4 Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3559821/24-07 (22) 01.03.83 (46) 23.08.86. Бюл. В 31 (72) В.И.Кочергин и С.В.Кульбицкий (53) 621.314.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(532163, кл. Н 02 М 7/48, 1974.

Авторское свидетельство СССР

В 955837, кл. Н 02 М 7/48, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ Мв

ФАЗНИМ HHBEPTOPAN (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода. Цель изобретения — улучшение качества выходного напряжения и обеспечение возможности реверса фаз. Устр-во содержит три счетчика Джонсона (СД1.

Коэф, счета первого СД2 равен К, =10, второго СД5 — К =9,5 и третьего

СД7 — К =?ш, где m — количество фаэ инвертора 10. Устр-во содержит также коммутатор 9 и блок 8 совпадения.

Улучшение качества выходного напряжения обеспечивается введением трех четырехтактных реверсивных распределителей импульсов (два одинаковых

1 и 3), дешифратора 6, преобразователя 4 кодов. Устр-во обеспечивает возможность изменения порядка следования. фаз выходного напряжения, чем существенно повышается качество выходного напряжения за счет увеличения количества импульсов НЯМ в каждой полуволне. Это достигается путем использования цифровых сигналов с распределителей импульсов, соединяющих между собой счетчики. При этом сохраняется полная симметрия выходного напряжения инвертора, обеспечивающая возможность реверса фаз. 16 ил.

252883

2 соединены с первыми входами пер2 вого счетчика 2 Лжонсона. Тактовые выходы 0„, 4, 5„, 9„, счетчика 2 соединены с тактовыми входами второго

5 распределителя 3 импульсов, а выходы счетчика 2 и входы, и и сое2 2 динены с входами преобразователя 4 кодов. Выходы о, p, g, p распределителя 3 соединены с входами второго счетчика 5 Джонсона и входами.. деиифратора 6, Тактовые выходы 0, 4, 51,, 91 второго счетчика 5 соеДинены с входами третьего распределителя 1, полностью аналогичного первому распределителю 1, а входы счетчика 5 соединены со входами дешифратора 6. Выход 9 „ счетчика 5 соединен с установочными входами счетчика

2 и распределителя 3. Выходные шины с(, ф4, Ы4, ф„ третьего распредели4 теля 1. соедийены с входами третьего счетчика 7 Джонсона.

Выходы R u S преобразователя 4"и дешифратора 6 соединены с первым и вторым входами блока 8 совпадения, выход Р которого соединен с вторым входом коммутатора 9, первый вход которого соединен с выходом g счет.чика 7, а выходы q,,Ч, Ч связаны

11

30 с силовыми ключами трехфазйого мостового инвертора 10, с держащего силовые, ключи 11-16. Сигналы q

\ 1

° 1 Ь .Ч2, Ч подаются на ключи 11, 13, 15, а инверсные сигналы q q, q, 35 на ключи !2, 14, 16.

Распределители 1 {фиг, 2) представляют собой реверсивную схему, которая может быть выполнена, например, на двух RS-триггерах, сос411 тоящих из трехходовых элементов

И-HE 17, 18 и 19, 20. Триггеры связаны между собой элементами 21-28 ИНЕ, один вход которых соединен с одним из тактовых входов, а второй

4 вход соединен с одним из выходов триггера. Выходные сигналы распределителя 1 формируются элементами

29-32 И, выходы которых соединены с соответствующими выходами RS-триг 11герОВ, в соответствии с формулами

1 1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в многофазное переменное напряжение, модулированное по синусоидальному закону широтно-импульсной модуляции

/ (ШИМ1 с жестким алгоритмом переключения силовых ключей инвертора.

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения и обеспечение возможности реверса.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2— принципиальная схема первого и третьего распределителей; на фиг. 3— диаграммы входных сигналов а(...В сигналов триггеров q q u

ВЫХОДНЫХ сИгНалОВ + 2, Ф2, с1, /3 этих распределителей," на фиг. 4— принципиальная схема первого счет" чика Джонсона, на фиг. 5 — диаграмt мы его входных сигналов с, ф, о

2 8, выходных сигналов ш,ш,...,а и выходные сигналы преобразователя кода, на фиг. 6 — принципиальная схема преобразователя кода; на фиг.7принципиальная схема второго счетчика Джонсона; на фиг. 8 — диаграммы

И

Г I

ЕГО ВХОДНЫХ СИГНаЛОВ З, Рз, з, з, выходных сигналов К,,Г2,...,1, а также Выходных сигналов 5 дешйфратора, на фиг. 9 — принципиальная схема второго распределителя импульсов на фиг. 10 — принципиальная схема дешифратора, иа фиг. 11 — принципиальная схема третьего счетчика Джонсона, на фиг. 12 " диаграммы его входных счетчиков ol P, 4, ф и

4 1 4

Выходных сигналОВ q q q 1 на

1 фиг, 13 - принципиальная схема блока совпадения; на фиг. !4 — диаграммы выходных сигналов Р блока совпадения и Выходные сигналы 11 ptz ° yf вто рого счетчика Джонсона; на фиг. 15принципиальная схема коммутатора, на фиг. 16 - временные диаграммы выходФ 4 ных сигналов коммутатора Ч,Ч,Ч

1 2 Я совпадающих по форме с потенциалами точек а !,с с мостового а $ с инвертора и выходных напряжений 0

U для первого варианта блока совпадения.

Тактовые входы устройства Ы ., я

1 1 соединены с входами первого четырехтактного распределителя 1 импульсов, выход которого Ы2, Р о 2, 14, Р-Ч Ч: <<-Ч Ч;

Р2 =q1qR °

Счетчик 2 (фиг. 4) выполнен по схеме счетчика на десять устойчивых состояний, например, на RS -триггерах 33-37, связанных между собой элементами 38-57 И-НЕ. Входы элемен-.

1252883 4 пятого инверсного выхода счетчика 2.

Сигнал r„ o MH e2 с el4eH2 69, 78, 87, г, — элементом 69, г, — элементами 69, 70, 79, 89, а г, — элементом 70. Сигнал г„ формируется элементами 70, 71, 80, 89, сигнал

rÄ 71, сигнал r„ — элементами 71, 72, 81, 90, сигнал r элементом 72, а сигнал r, — элемен1О тами 72, 82, 91.

Счетчик (фиг.7) состоит иэ пяти

RS-триггеров 92-96, соединенных элементами 97-116 связи. Соединения . триггеров и элементов связи осуще15 ствляются таким же образом, как в счетчике 2. Тактовые сигналы 0

Ф

4„, 5„, 9,которые подаются на вхоЭ ды третьего распределителя 1, формируются элементами 117-120 И. Кроме

20 того, счетчик 5 содержит элемент

131 И-НЕ, входы которого соединены со входом р и выходом элемента 120, а выход соединен с R-входом пятого триггера. На выходах триггеров фор25 мируется код L (f,l,,fl . °, I5), Распределитель 3 (фиг. 9) отличается от распределителя 1 тем, что на его входы вместо импульсов с,, P„ „ k,, ð подаются сигналы 0„, 4„, 5„, 9„ со счетчика 2 соответственно, Кроме того, распределитель 3

- имеет установочный вход, на который подается сигнал 9 со второго счетчика 5. Распределитель 3 состоит из

RS-триггеров на элементах 122-125 И35

НЕ, соединенных элементами 126-129, 130-133 связи, входы и выходы которых соединены так же, как элементы

2l-24, 25-28 распределителя 1. Вход

40 9„ соединен с первыми входами элементов 134 и 135, вторые входы которых соединены с входами 5„ и 9„ соответственно. Выходы элементов

134 и 135 соединены с S-входами

5 первого и второго тРиггеров. Выходные сигналы о(3,,В,о > а распре39 3 Рэ делителя 3 формируются элементами

136-139 И.

2 1 51 5= 2 Ф, S3-Х, 22 С тов 38, 40, 42, 44, 46 соединены с входом Ы 2, входы вентилей 49, 51, 53, 55, 57 соединены со входом я

2 входы элементов 39, 41, 43, 45, 47

1 соединены со входом о, а входы элементов 48, 50, 52, 54, 56 — со входом p2 . Выходы элементов И-HE соединены со входами триггеров, каждый из которых имеет по три R u S входа. Два трехвходовых элемента

58 и 59 И-НЕ, выходы которых соединены со входами элемента 60 ИЛИ, устанавливают пятый триггер в положение "0", когда на установочном входе 9„, который соединен с первыми входами элементов 58 и 59, имеется сигнал высокого уровня. Выход элемента 60 соединен с одним из входов триггера 37. С выходных шин триггеров снимаются выходные сигналы счетчика 2 (m, m,...,m ). Так1Ф товые сигналы, которые подаются на вход второго распределителя 3, формируются двухвходовыми элементами

61-64 И в соответствии с выражениями

0 щm 4и=шй 5 п(щ 1

М 4 5 н 1 5»

Преобразователь 4 (фиг. 6) представляет собой логический блок, который иэ сигналов М и тактовых импульсов cL и о формирует. сигналы вспомогательного кода г=йшк

1 4 5 г =й чш ы.

11 5 <

r m u r m ш

5

r A

r =2п чш

44 2 5

r =щ má×mÇm5" r15=ù2Ì т5чтьб5 1 6

r « mvmm5g .r vmvm

3 5

r8 =Illa m 5

18 4 5

r=йmvm

5 4 5 5

r =тп ча чс

15 4 5 г„=й

Преобразователь 4 может быть выполнен на двухвходовых элементах

65-68 И, элементах 69-72 ИЛИ, элементах 73-82 И и элементах 83-

91 ИЛИ. Сигнал r, формируется элементом 73, г — элементом 65, r элементами 65, 66, 74, 83, сигнал формируется элементом 66 г

° 5 элементами 66, 67, 75, 84. Сигнал г образуется на выходе элемента 67, сигнал r„ формируется элементами 67, 68, 76, 85. В формировании сигнала

r участвует элемент 68,,г — элементы 68, 77, 86, а г, снимается с

Дешифратор 6 (фиг. 10) представляет собой комбинационную логическую схему, состоящую из двухвходовых элементов 140-168 И, которая формирует сигналы S из сигналов L и тактовых импульсов в соответствии с формулами

Я(=Х, I ol

12 12 1 5

Входы и выходы элементов дешифратора 6 соединены между собой, с входами и выходами дешифратора в соответствии с этими формулами.

Третий распределитель 1 полностью аналогичен первому распределителю (фиг. 2). На его входы подаются сигдах формируются сигналы с, )9„,(( )9, Счетчик 7 выполняется аналогично первому счетчику и отличается от него только количеством RS-триггеров. Триггеры 1б9-171 соединены при помощи элементов 172-183 связи..

Счетчик имеет шесть устойчивых состояний, переключение из одного состояния в другое происходит при подаче тактовых импульсов. Реверс счетчика осуществляется изменением порядка следования тактовых импульсов. С выходных шин триггеров снимаются сигналы кода g(q,,q с1 ).

Блок 8 совпадения (фиг. 131 может быть выполнен в соответствии с логическим выражением

Pr SVr Syr $V,...,×r 8

1 1 2 2 и выполняется по одной схеме, состоящей из двухвходовых элементов

184-202 И и элементов 203 и 204 ИЛИ, входы которых соединены с выходами элементов И. Выход элемента 204 является выходом блока 8.

Коммутатор 9 реализует выражения

1>vq Р;

q =q ) vq Р;

2 — 1

q" =q PVq Р.

3 э

Один из возможных вариантов выполнения коммутатора, реализованный на двухвходовых элементах 205213 И-НЕ„ представлен,на фиг, 15.

На входы коммутатора подаются сигналы q,, q,, (1 счетчика 7 и сигнал

Р с блока 8, Выходные сигналы q(q используются для управлейия.

2 .трехфазным инвертором 10.

Работу устройства для управления многофазным инвертором рассмотрим на примере трехфазного мостового инвертора.

Тактовые импульсы (((1, P(,ññ( поступая на входы устройства в

52883 а

10 l5

55 порядке, приведенном на фиг. 3, вызывают переключения триггеров в г(ервом распределителе l.,Импульс М, устанавливает первый триггер в противоположное положение со вторым, импульс,, который должен установить второй триггер в противоположное с первым положение, переключений не вызывает, поскольку триггеры распределителя 1 уже находятся в противоположном положении. Импульс („ устанавливает второй триггер в одинаковое положение с первым, импульс Р, переключений не вызывает, следующий импульс М, снова устанавливает первый триггер в противоположное со вторым положение и т.д. На выходах первого распределителя 1 появляются сигналы c(Я, o(P в полном со

2 2 2 ответствии с фиг. 3, частота которых в два раза ниже частоты входных импульсов. Эти импульсы поступают на входы счетчика 2, а импульсы (((. и кроме того на входы преобразователя 4. При изменении порядка следования входных импульсов на обратный (I (p,, ос, р,g и т,д.) переключения в первом распределителе 1 будут вызывать импульсы р и р,, причем (1 ф устанавливает первый триггер в

1 одинаковое со вторым положение,р, устанавливает второй триггер в противоположное положение с первым, а ( импульсы d, и д, переключений не вызывают. При этом порядок следования выходных импульсов будет противоположным изображенному на фиг, 3, т.е.

Р э "- в р2 ю С 2 И т д

При прямом порядке следования. сигналов распределителя I переключение триггеров счетчика 2 осуществляется в полном соответствии с фиг.5..

При этом счетчик 2 последовательно принимает все десять рабочих состояний в порядке возрастания (при прямом порядке следования тактовых импульсов) или убывания номеров состояний О„=т,ш ; 1,„=ш,ш и т.д, Сигналы

m„,ra,„......,m с выходов триггеров подаются на вход преобразователя 4.

На тактовых выходах счетчика 2 формируются сигналы 0, 4, 5, 9, которые подаются на второй распреде- . литель 3.

Распределитель 3 работает аналогично распределителю 1. Порядок следования выходных сигналов((. 1 р

1252883 8

Для того, чтобы при этом в распределителях не возникало опасных 25 состязаний элементов, сигнал 9„ подается на установочные входы счетчика 2 и распределителя 3 и устанавливает их триггеры в исходное состояние . При прямом порядке сле- 30 дования входных импульсов триггеры счетчика 2 устанавливаются в "0" ,(ш,=т =,...,=ш =О) при помощи элемента 58. При обратном порядке следования пятый триггер устанавливается в положение "0", а остальные триггеры — в положение "l" (m,-òâ =

=ш =та =1) при помощи элементов 59 и 60, В распределителе 1 при прямом следовании входных импульсов перI I I I вый триггер устанавливается в 1 с помощью элемента 134, а при обратном порядке входных импульсов в положение 11 устанавливается вто- 45 рой триггер с помощью элемента 135.

Сигналы L со вторых выходов счетчика 5 подаются на вторые входы дешифратора 6 °

Преобразователь 4 и дешифратор

6 формируют из сигналов М и тактовых сигналов девятнадцать сигналов

R u S соответственно, (фиг. 5 и 8).

С тактового выхода счетчика 5 сигналы 0„, 4„, 5„, 9„ поступают на вход третьего распределителя 1, который работает аналогично первому распределителю. Выходные сигналы

40.р,. нли р,;(р, .( з з з .»» з и т.д.) определяется порядком следования входных сигналов 0„, 4„, 5„, 9»I. Выходные сигналы распределителя 3 подаются на счетчик 5 и 5 на входы дешифратора 6.

Счетчик 5 работает аналогично счетчику 2 до состояния F,, P „f

Р,Г (фиг. 8). Импульс o(. устанавлйвает счетчик 5 в указанное состояние, лри этом на выходе элемента 120 появляется сигнал 9„, который по переднему фронту импульса устанавливает пятый триггер 96 з при помощи элемента 121 в положение 15

"0" возвращая тем самым счетчик 5

B состояние F, К F31 Т вующее цифре 0 . Таким образом, в схеме устраняется устойчивое состояние, соответствующее половине так-20 тового интервала, чем обеспечива-, ется К,=9,5.

p, < » р подаются на счетчик

4I 4» 1» 4

7, который имеет шесть устойчивых рабочих. состояний (фиг. 12). При первом состоянии элементы 184 и 185 в блоке 8 фиксируют совладения сигналов r, и S,, r u S соответственно. Поэтому за период прохождения всех устойчивых состояний в счетчике 2 на выходе P блока 8 будет выдано два импульса: первый импульс, равный 0 05 этого периода и расположенный в начале первого интервала счетчика 5, и второй импульс, равный О,1 этого периода и расположенный в середине "0" указанного интервала (фиг. 14а).

Аналогично элементы 179 и 180 фиксируют совпадение сигналов r u S

r и S . Ha шине P за период изменения сигналов счетчика 2 появляются два импульса длительностью 0 15 и 0,2 периода и т,д. За период изменения сигналов дешифратора 6 на выходной шине блока 8 появляются.импульсы с линейно-нарастающей длительностью, количество которых для рассматриваемого примера равно девятнадцати.

Для более наглядного пояснения работы устройства на фиг. 16 приведены временные диаграммы, на которых количество импульсов за период изменения сигналов дешифратора 6 уменьшено до восьми.

При q,=qpq =0 и P=O коммутатор

9 пропускает входные сигналы q

»» 2» без изменения, т.е. q =q =q =0 ь з (фиг. 12). При P=l на выходе коммутатора 9 появляется комбинация сигналов

q,=q =0, q,=l.

При q =l q,=0 и P=O коммутатор

9 пропускает сигналы без изменения:

q l, .q =q =0. При Р=l на выходе комч ь мутатора 9 формируется кодовая комбинация q =q =l q =О, 1

Таким же образом формируются импульсные сигналы, Е, Ч при других состояниях триггеров счетчика 7.

Выходные напряжения инвертора 10 с ь с » ьс ь с» ас с меняются по трапецейдальному закону

ШИИ и в каждой полуволне напряжения содержатся импульсы одной полярности.

Изменение порядка следования фаз выходного напряжения инвертора осуществляется путем изменения порядка следования входных тактовых импульсов. При этом порядок следования всех

1252883

30 тактовых сигналов изменяется на противоположный и работа устройства может бьггь проиллюстрирована теми же временными диаграммами (фиг. 16), если с момента реверса рассматривать движение импульсов в направлении обратном обозначенному на фиг, 16 (справа налево).

Таким образом, устройство обеспечивает возможность изменения порядка !О следования фаз выходного напряжения и существенно повышает качество выходного напряжения за счет увеличения количества импульсов ИИИ в каждой полуволне. Это достигается без увеличения аппаратурных затрат путем использования для формирования импульсов 1ЦИМ цифровых сигналов с распределителей, соединяющих между собой счетчики. При этом сохраняется полная сим20 метрия выходного напряжения инвертора.

Формула изобретения

Устройство для управления m-фазным инвертором, содержащее три счет- 25 чика Джонсона, коэффициент счета первого из которых К,=10, второго—

К =9,5, третьего — К =2ш, выходы третьего счетчика Джонсона соединены через коммутатор с выходом устройства, управляющий вход коммутатора подключен к выходу блока совпадения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упучшения качества выходного иацряжения и обеспечения воэможности реверса фаз, оно снабжено тремя четырехтактными реверсивными распределителями импульсов, дешифратором и преобразователем кодов, счетчики Джонсона выполнены че40 тырехтактными и реверсивными, а первый и второй счетчики Джонсона снабжены четырьмя тактовыми выходами, причем выводы для подключения тактовых сигналов через первый четырехтактный реверсивный распределитель импульсов соединены с тактовыми входами первого счетчика Джонсона, первый и третий тактовый выходы которого и его выходы соединены с входами преобразователя кодов, структура сигналов г -r, которого описывается выражениями г =Н„Dl о г =mvm a

5 12 Г 5 г =m, m5ч ч Й < г =т vm чсдп,т.

5 2 5 15 1 5 2

Г, =Я2Й, rl4 =m2 l ms

r,=ш,m5vm тп y r =и vm vm ч

3 S 15 2 " 3

З 5 r =mvm

16 5 5

1113Ш5ЧП Ш Г Ш ЧШ НШ М т 5 4 5 3 5 4 4 Ш 5

r =шvm

1Я 4 5 г ш ш,vm

r =ш vm чы.

1g 4 S где m,,m2.mb1 — выходные сигналы счетчика Джонсона,,т и „т сигналы на его пер вом н третьем тактовых входах, тактовые выходы первого счетчика

Джонсона через второй четырехтактный реверсивный распределитель импульсов соединены с тактовыми входами второго счетчика Джонсона, тактовые входы и выходы которого соединены с входами дешифратора, тактовые выходы второго счетчика Джонсона соединены через третий четырехтактный реверсивный распределитель импульсов с тактовыми входами третьего счетчика Джонсона, четвертый тактовый выход второго счетчика Джонсона подключен к установочным входам первого счетчика Джонсона и второго четырехтактного реверсивного распределителя импульсов, а выходы преобразователя кодов и дешифратора соединены с входами блока совпадения.!

252883

4Ь

1252883

Фиг.б

3252883

a?ga. В!

252883

1252883!

252883

1252883

Составитель В.Миронов

Редактор П.Коссей Техред Л.Серлокова Корректор Е.Сцрохман

Заказ 4628/54 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

113035, Иосква, lK-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4