Способ управления трехфазным мостовым инвертором,работающим на двигатель переменного тока,и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотно-управляемых электроприводах с широким диапазоном регулирования. Цель - расширение функциональных возможностей. Эта цель достигается тем, что управляемый генератор 1 формирует на выходе пос (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5ц 4 H 02 N 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,13 l

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АBTOPCHOMY СВИДЕЧ ЕЛЬСТВУ (21) 3763178/24-07 (22) 25.06.84 (46) 15. 11. 86. Бюл. 1Ф 42 (71) Вологодский политехнический институт (72) В.Л. Грузов, Е. В. Не сговоров, M.A.Ïðîñêóðÿêîâà,è В.А,Тихановский (53) 621. 316. 727 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 817980, кл. Н 02 P 13/18, 1981.

Авторское свидетельство СССР.

N 1032592, кл. Н 02 Р 13/18, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 985923, кл. Н 02 P 13/18, 1982. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ

M0CT0BbIM ИНВЕРТОРОМ, РАБОТАЮЩИМ НА

ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотно-управля" емых электроприводах с широким диапазоном регулирования. Цель — расширение функциональных возможностей. Эта цель достигается тем, что управляемый генератор 1 формирует на выходе пос1270850 тей со взаимным сдвигом 60 эл. град и длительностью каждой импульсной последовательности ИП 240 эл. град.

В моменты перехода тока каждой фазы через ноль из ИП формируют вспомогательные ИП, модулированные по определенным законам. Эффект достигается тем, что формируют дополнительную ИП с частотой, в целое число раз большей частоты модуляции шести указанных HII с помощью которых на первом, втором и третьем шестидесятиградусных интервалах формируют ИП таким образом, что

H зависимости от режима нагрузки обеспечивается неизменность формы огибающей напряженности и тока на выходе инвертора. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотно-управля- 5 емых электроприводах с широким диапазоном регулирования.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 приведены диаграммы формирования квазисинусоидальной формы выходного напряжения трехфазного мостового инвертора без учета регулирования его амплитуды при сдвиге тока относительно напряжения на 90 эл. град 1>

1 на фиг.2 — диаграммы формирования величины напряжения при широтно-импульсном регулировании на участке 120180 эл. град; на фиг.3 — схема инвертора, на фиг.4 — схема устройства уп- 10 равления инвертором; на фиг.5 — схема формирователя импульсов управления вентилями одной полуфаэы; на фиг.6 схема одного канала коммутатора.

С помощью блока регулирования начальной фазы формируются шесть импульсов управления П„ длительностью

60 эл. град, при этом передние фронты укаэанных импульсов совпадают по времени с моментом прохождения кривых тока фаэ инвертора через нулевое значение (на фиг. 1 представлены импульсы управлен U>, У„„U>,, UÄ U„ для теоретически предельного случая, когда ток отстает от напряжения на угол 7 = 90 эл. град).

Из укаэанных импульсных модулированных последовательностей (A» A»

В„, В, С, ) с помощью импульсов

Б„, ) формируют импульсные последоваvevsHocvH (П,, Uq, Пз, U<, U ° U<) ледонательность импульсов заданной частоты, кратной величине и частоте напряжения на выходе инвертора, и запускает этими импульсами делитель 2 частоты, который запускает счетчик 3.

Импульсы с последнего разряда счетчика 3 управляют распределителем, выполненным на счетчике 4.1 г, линейном дешифраторе 4.2. Импульсы с распределителя и синусного дешифратора 5 подаются на входы коммутатора 6. Эти последовательности в каждом из шести каналов коммутатора распределяются на элементах И, группируются на элементе

ИЛИ и формируются на триггерах. В результате на выходе коммутатора 6 формируются шесть вспомогательных широтчо-модулированных последовательносСогласно предлагаемому способу синусоидальная форма линейного напряжения на выходе инвертора с регулириуемой амплитудой формируется следующим образом.

Для заданных частоты и величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора на интервалах пепио2 да задаваемой частоты формируют шесть одинаковых сдвинутых одна относи- тельно другой на 60 эл. град импульсных последовательностей, на участках

0-120 эл. град модулируют эти последовательности по заданному закону, соответствующему значению синусои.дальной функции на участке 0-120 эл. град, а на участках 120-240 эл,град— значению синусоидальной функции на участке 60-180 эл. град (на фиг,1 показаны модулированные последовательности А и А> для двух полуфаз одной фазы).

Для регулирования амплитуды выходного напряжения при формировании первых и третьих шестидесятиградусных интервалов (например, 90-150 и 21025

270 эл. град для полуфазы А, фиг.1) создается дополнительная последовательность U „ с частотой, в целое число раз превышающей частоту модуляции по законам синусоидальных функций З0 импульсных последовательностей управления вентилями инвертора, разрешающая открывание вентиля фазы А только при совпадении импульсов UÄÄp и UA .

При формировании второго шестидесяти- 35 градусного интервала управляющей импульсной последовательности для каждого вентиля (например, 150-210 эл. град для вентиля фазы А) инвертируется вторая дополнительная последова- 40 тельность, изменяющая состояние соответствующего вентиля, если в этот интервал времени он закрыт, и не изменяющая его состояния, если вентиль открыт. %5

Таким образом, на базы транзисторов инвертора (фиг.3} подаются управляющие последовательности „р, БUgp > Uptp Ufp p Пcp причем

Последова гельности Прр, П р, Uy р, Uqp, U zр .получают аналогичным образом. 55

Для регулирования длительности открытого состояния вентиля, а следовательно, и величины выходного напряз 12708 для управления соответствующими вентилями инвертора.

При этом, например, для вентилей фазы А (фиг.3) условие -открытия опре— деляется следующими логическими урав- 5 нениями:

Ue = " U»„+ А Прг + A U»

UA = А Uy4 + AfUy + А U» р где А„ и А — инверсии импульсных последовательностей A„ 10 . А соответственно.

Последовательности U, U- U, Б; получают аналогичным образом. На фиг.1 показаны последовательности U д и UA-, а таКжЕ СоОтветСТвующая им кри- 15 вая линейного напряжения Uäp,, широтно-модулированная по закону синуса и построенная на основании учета последовательностей UA, UA, Uz, U, U,, U< и состояния вентилей инвертора, 20 (фиг.3).

50 жения изменяется скважность импульсов

U»Ð

На фиг.2 представлена кривая выкодного напряжения U на участке

Ар

120-180 эл. град с амплитудой, равной

4/5 максимальной.

Устройство управления трехфазным мостовым инвертором с квазисинусоидальным регулируемым напряжением (фиг.4) содержит управляемый генератор 1 импульсов, выполненный на генераторе тактовых импульсов и управляемом кодом делителе частоты, делитель

2 частоты, счетчик 3, распределитель

4, построенный на счетчике 4.1 и линейном дешифраторе 4.2, синусный дешифратор 5, коммутатор 6, блок 7 регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вен тилями инвертора, содержащий датчики

8 нуля тока, триггеры 9 и элементы И

10, формирователь 11 импульсов управления и широтно-импульсный регулятор (ШИР) 12 ° Каждый канал формирователя

11 (фиг,5) выполнен на элементах И

13, элементах НЕ 14, элементах И 15 и и элементе ИЛИ 16. Коммутатор (фиг.6) состоит из элементов И 17, элемента

ИЛИ 18 и триггера 19. Инвертор (фиг.3) содержит вентили 20-25 и диоды 26-31.

Устройство работает следующим о» разом.

Управляемый генератор (фиг.4) формирует на выходе последовательность импульсов заданной частоты, кратной величине и частоте напряжения на выходе инвертора, и запускает этими импульсами делитель 2 частоты, выполняющий функции переключателя кратности частот ШИР, и модуляции по закону синуса. Делитель 2 частоты запускает счетчик 3, импульсы с последнего разряда которого используются как тактовые для формирователя частоты и управляют распределителем, выполненным на счетчике 4. 1 и линейном дешифраторе 4.2. На выходе распределителя (фиг.4) формируются импульсы, определяющие длительность интервалов возможного формирования последовательностей импульсов управления вентилями инвертора. Одновременно с выходов счетчика 3 синусным дешифратором считываются коды чисел, определяющих длительности модулированных импульсов, и формируется импульсная последовательность, промодулированная

3 12708 по синусоидальному закону. Импульсы с распределителя и синусного дешифратора подаются на входы коммутатора б (фиг.4) . Эти последовательности в каждом из шести каналов коммутатора распределяются на элементах И 17 (фиг.б), группируются на элементе ИЛИ

18 (фиг.б) и формируются на триггерах

19 (фиг.б), где одновременно импульсы тактируются частотой, пропорцио- 1Î нальной частоте импульсов на выходе генератора импульсов. В результате на выходе коммутатора б (фиг.4) формируются шесть вспомогательных широтномодулированных последовательностей !5 (А,, А,, Г,, В, С1, С ) с взаимным сдвигом 60 эл, град и длительностью каждой последовательности 240 эл.град.

На фиг,1 показаны вспомогательные последовательности А> и А для вентилей 20

20 и ?3 (фиг.3).

Одновременно блок 7 регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора определяет разрешенные шестидесятиградусные интервалы для формирования импульсов управления инвертором. В э" îì блоке датчики 8 нуля тока вырабатывают сигнал о прохожДении

30 кривой тока фазы через нуль, а триггеры 9 (фиг.4) формируют импульсы длительностью 100 эл. град. В результате сравнения троек этих импульсов на выходах элементов И 10 (фиг.4) формируется последовательность импульсов Б — П,„. длительностью

60 эл. град с взаимным сдвигом

60 эл, град. На фиг.1 эти импульсы показаны для угла сдвига тока относительно напряжения g"= 90 эл. град.

46

На формирователь 11 (фиг,4) с . оответствующих выходов коммутатора 6 подаются последовательности импульсов

С „ С с выходов блока 7 регулирования начальнои фазыпоследовательности импульсов 11,,, широтно-импульсного регулятора 12 последовательность U „ . C помощью импульсов U, на шестидесятиградус- о ных интервалах элементами И 13, НЕ

14, И 15„ ИЛИ 16 (фиг,5) выбираются нужные участки вспомогательных последовательностей (фиг. 1) и объединяются на элементах ИЛИ в последовательности 5 импульсов управления вентилями инверторa U» ф Uäр з и » 1 р Н ъ (фиг,1). ОдновремеHHo эти последова50 б тельности с помощью элементов И 13 и

15, модулируются последовательностями

А и А 2.

В результате на выходе инвертора при любых нагрузках формируется напряжение, широтно-модулированное по закону синуса с регулируемой амплитудой, определяемой скважностью сигнала

U»> (например, напряжение Б„р для фазы А, фиг.1 и 2) .

ШИР 12 (фиг.4) выполнен на двух одинаковых счетчиках и триггере. Емкости счетчиков выбирают такими, чтобы время их заполнения соответствовало периоду модуляции импульсов на выходе ШИР „и,, а коэффициент деления делителя частоты, включенного на выходе генератора 1 импульсов, устанавливаются таким, чтобы »q /,„

К, где К вЂ” целое число, „ — минимальная длительность импульсов последовательностей В, А, С (фиг.2), В данном случае К = 1. На первый счетчик ШИР записываются коды чисел, эквивалентных требуемой скважности (амплитуде напряжения на выхоце инвертора), а исходное состояние триггера соответствует сигналу логического нуля на его используемом выходе.

Под действием импульсов с выхода генератора импульсов счетчики ШИР считают один от записанного числа до переполнения, а. другой — от нуля до переполнения. Импульсом переполнения первого счетчика триггер переключается в состояние, соответствующее сигналу логической единицы на его используемом вы оде, а сигналом переполнения второго счетчика триггер переводится в исходное состояние, происходит перезапись кода числа в первый счетчик.

Таким образом, устройство автоматически изменяет последовательности широтно-модулированных импульсов управления вентилями инвертора, которые модулируются последовательностью ШИР в зависимости от режима нагрузки, обеспечивая неизменность формы огибающей напряжения и тока на выходе инвертора с амплитудой огибающей, определяемой кодом, подаваемым на ШИР, Поскольку импульсы на каждом выходе блока регулирования начальной фазы формируются по сигналам с трех датчиков, а выходные импульсы каждого нанала этого блока управления — формированием трех последовательностей им1270850 8 пульсов управления вентилями инвертоpG> то при изменении нагрузки одновременно изменяются последовательности импульсов управления всех работающих на этом интервале вентилей, что обеспечивает минимальное время переходного процесса в системе управления инвертором. Соотношение между частотой выходного напряжения и его амплитудой при этом определяется соотно- 1О шением между кодами управления канала формирователя частоты и канала формирователя амплитуды напряжения °

Формула изобретения

1. Способ управления трехфазным мостовым инвертором, работающим на двигатель переменного тока, заключающийся в том, что задают частоту на- 20 пряжения на выходе инвертора, на интервалах периода задаваемой частоты формируют шесть сдвинутых одна относительно другой на 60 эл. град импульсных последовательностей, на уча- 25 стках 0-120 эл. град модулируют эти последовательности по заданному закону, соответствующему значению сину— соидальной функции на участке 0120 эл. град, а на участках 120240 эл. град — значению синусоидальной функции на участке 60-180 эл.град, определяют моменты перехода тока каждой фазы через ноль и из указанных импульсных последовательностей формируют вспомогательные импульсные последовательности, причем на первых шестидесятиградусных интервалах формируют первые вспомогательные импульсные последовательности, модулированные по заданным законам, начиная с момента перехода токов соответствующих фаз через нуль, на вторых шестидесятиградусных интервалах формируют вторые,,инверсные импульсные последо- 45 вательности, модулированные по законам, определяемым заданными функциями, сдвинутыми на 180 эл. град, начиная с конца первых интервалов, а на третьих шестидесятиградусных интерва-5О лах формируют третьи импульсные последовательности, модулированные по заданным законам, начиная с концов вторых интервалов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расшире-55 ния функциональных возможностей формируют дополнительную импульсную последовательность с частотой, в целое число раз большей частоты модуляции шести указанных импульсных последовательностей, на первых и третьих шестидесятиградусных интервалах формируют импульсные последовательности для управления вентилями инвертора путем логического умножения первых и третьих вспомогательных последовательностей с дополнительной импульсной последовательностью, инвертируют дополнительную импульсную последовательность и формируют на втором шестидесятиградусном интервале импульсные последовательности для управления вентилями инвертора путем логического сложения вторых вспомогательных импульсных последовательностей с инвертированной дополнительной импульсной последовательностью и, регулируя длительность импульсов дополнительной импульсной последовательности, управляют амплитудой напряжения на выходе инвертора.

2. Устройство управления трехфазным мостовым инвертором, работающим на двигатель переменного тока, содержащее генератор импульсов, счетчик, параллельные выходы которого связаны с входами синусного дешифратора, а выход старшего разряда соединен с входом распределителя импульсов, выходы синусного дешифратора соединены с первой группой входов коммутатора, к второй группе входов которого под ключены выходы распределителя импульсов и выход старшего разряда счетчика, формирователь импульсов управления вентилями инвертора, первые входы которого соединены с выходами коммутатора, блок регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора, вход которого соединен с выходом старшего разряда счетчика, а выходы связаны с вторыми входами формирователя импульсов управления вентилями инвертора, причем блок регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора выполнен из шести каналов, каждый из которых содержит датчик нуля тока соответствующей полуфазы на выходе инвертора, триггера и элемента И, выход датчика тока соединен с входом записи триггера, к синхронизирующему входу которого присоединен вход старшего разряда счетчика, а к установочному входу подключен выход триггера проти9 1270 вофазного канала блока, выход тригге- ра связан с одним из входов элемента

И, к другим входам которого присоединены выходы двух триггеров — противофазного и прямого каналов двух других фаз, выходы элементов И являются вьг-. ходами блока регулирования, коммутатор состоит из шести каналов, каждый из которых содержит элементы И по числу выходов распределителя, элемент

ИЛИ и триггер, причем один из входов каждого элемента И соединен с одним из выходов распределителя, а другой вход присоединен к соответствующему выходу дешифратора, выходы элементов

И соединены с входами элемента ИЛИ,,выход которого подключен к входу записи триггера, установочный вход которого связан с выходом старшего разряда счетчика, выходы триггеров явля- щ ются выходами коммутатора, формирователь импульсов управления вентилями инвертора выполнен в виде шести каналов, каждый из которых содержит логические элементы и ключ, выход которо- 35 го является выходом канала устрсйства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, оно снабжено делителем частоты, управляемым кодом, и широтно-импульсным регулятором, выход делителя частоты соединен. с входом счетчика, а входы делителя частоты и широтно-импульсного регулятора подключены к выходу генератоРа импуль- 35 сов, широтно-импульсный регулятор содержит два одинаковых счетчика и триггер, счетные входы счетчиков соединены с выходом генератора импульсов, выход старшего разряда первого счетчика широтно-импульсного регулятора подключен к первому входу триггера, 850 l0 а выход старшего разряда второго счесчетчика соединен с вторым входом триггера и с установочным входом первого счетчика, к параллельным входам которого присоединены выходы задатчика кодов чисел заданной амплитуды напряжения на выходе инвертора, инверсный выход триггера является выходом широтно-импульсного регулятора и соединен с третьими входами всех шести каналов формирователя импульсов управления вентилями инвертора, каж дый канал которого содержит четыре элемента И, два элемента ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ и ключ, причем первые выходы первого и второго элементов И соединены с выходом коммутатора, соответствующим данному каналу, а первый вход третьего элемента И соединен с выходом противофазного Канала коммутатора через первый элемент ИЛИ-НЕ, второй вход первого элемента И соединен с выходом прямого канала данной фазы блока регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора, второй вход второго элемента И связан с выходом прямого канала следующей фазы, а вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены к выходу противофазного канала данной фазы указанного блока, третьи входы первого и второго элементов И соединены непосредственно с выходом широтно-импульсного регулятора, а первый вход четвертого элемента И связан с выходом широтно-импульсного регулятора через второй элемент ИЛИ-НЕ, выходы всех элементов И присоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу ключа.

1270850

Аг иуь иуг

Uy

М 7У5

Vyg ьр

Vpp

Ри z.1

120

150

Йир

Оиир

Ьф и@

Ugp

Орр

Ucp оср

0 30 й7 Уд r20 г50 180 2f0 2Ю 270 0 ЛУП 360mrperr

1 !270850

1270850

der расиреРПитем 4

Редактор А.Огар

Заказ 6250/55 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.1роизводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ф

Сост ав ит ель О. Парфенова

Техред Л.Олейник Корректор В.Бутяга