Устройство для управления автономным регулируемым инвертором

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 02 М 7 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3932038/24-07 (22) 19.07.85 (46) 23.11.86. Бюл. № 43 (71) Отдел энергетической кибернетики

AH МССР (72) Ю. А. Дмитренко, Б. Е. Калашников, B. И. Олещук и Ф. Ф. Чуру (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 652680, кл. Н 02 P 13/18, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 1181097, кл. Н 02 P 13/18, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

АВТОНОМНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления статическими преобразователями.

Целью изобретения является улучшение качества регулирования выходного напряжения инвертора. Изменение частоты генератора 7 тактовых импульсов сопровождается изменением амплитуды напряжения пилообразного генератора 8 напряжения, которая фиксируется датчиком 11 амплитуды пилообразного напряжения. В компаÄÄSUÄÄ 1272430 раторах 14 — 19 производится последовательное сравнение пилообразного напряжения генератора 8 с сигналами, поступающими на вторые входы компараторов 14—

19, в моменты равенства которых вырабатываются короткие однополярные импульсы, поступающие через элемент ИЛИ 20 на распределитель 10. Благодаря определенному алгоритму формирования сигналов, поступающих на вторые входы компараторов 14 — 19, обеспечивается плавное изменение количества импульсов в полуволне выходного напряжения. Плавное широкодиапазонное регулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора позволяет улучшить качество процесса регулирования. Переход от одного поддиапазона регулирования к другому, сопровождаемый изменением количества импульсов в полуволне выходной кривой, осуществляется плавным последовательным изменением крайних на полупериоде выходных импульсов и продолжительностей пауз нулевого уровня практически без скачков в среднем на полупериоде и действующих значениях выходного напряжения. 2 ил.

1272430

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления статическими преобразователями.

Цель изобретения — улучшение качества процесса регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора и повышение надежности его в работе.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принвип работы схемы.

Источник 1 управляющего напряжения, задающий величину выходного напряжения инвертора, связан с усилителями 2 — 4 с нормированными и разными коэффициентами усиления (число усилителей приведенной схемы равно трем, т.е. в данном случае и = 3). Выходы усилителей 3 и 4 присоединены к входам блоков 5 и 6 сравнения.

Генератор 7 тактовых импульсов, задающий частоту выходного напряжения инвертора, связан с генератором 8 пилообразного напряжения и с регистром 9, присоединенным своим выходом к распределителю ! 0 управляющих импульсов. Регистр 9 принимает за период два состояния и определяет смену полярности кривой выходного напряжения инвертора. Генератор 8 связан с датчиком 11 амплитуды пилообразного напряжения, подсоединенным к плюсовому входу сумматора 12, минусовый вход которого связан с источником !3 постоянного напряжения. Кроме того, генератор 8 пилообразного напряжения подключен к компараторам 14 — 19, которые через элемент ИЛИ 20 связаны с распределителем 10. Второй вход компаратора 14 соединен с выходом усилителя 2, вторые входы компараторов 15 — 19 связаны с соответствующими ключами 21-25.

Источники 26 и 27 постоянного напряжения присоединены соответственно к ключу 21 и сумматору 28 и к ключу 23 и сумматору 29. На другие входы сумматоров 28 и 29 поступает сигнал от источника 13 постоянного напряжения. Выходы сумматоров 28 и 29 подключены к блокам

30 и 31 сравнения. Выход блока 30 сравнения присоединен к управляющей цепи ключа 21 и к схеме И 32, на другой вход которой поступает сигнал с инверсного выхода блока 5 сравнения. Выход блока 31 связан с управляющей цепью ключа 23 и схемой И 33, соединенной по входу также с инверсным выходом блока 6 сравнения.

Управляющие цепи ключей 22 и 24 связаны с прямыми выходами блоков 5 и 6 сравнения. Выход сумматора 12 соединен с вторыми входами блоков 5, 6 30 и 31, сравнения, а также через ключ 25 — с компаратором 19. Выходы схем И 32 и 33 присоединены к схеме ИЛИ 34, которая связана с управляющей цепью ключа 25.

4О

Генератор 7 тактовых импульсов периодически запускает генератор 8 линейноизменяюшегося пилообразного напряжения, симметричный выходной сигнал которого, имеющий постоянную крутизну, обозначен на фиг. 2 как Us. Период выходной частоты напряжения генератора 7 соответствует при этом полупериоду частоты выходного напряжения инвертора. Изменение (увеличение) частоты генератора 7 тактовых импульсов, сопровождается пропорциональным изменением (уменьшением) амплитуды пилообразного напряжения Ug генератора 8, которая постоянно фиксируется датчиком 11 амплитуды пилообразного напряжения (его выходной сигнал обозначен на фиг. 2 как U<<).

Величины выходных напряжений усилителей 2 — 4 находятся в соотношении U )

)U;l)U . Величины напряжений U <; и U<-, источников 26 и 27 лежат в диапазонах !

1 (! 4в(!)л, !)л(!1,(Uq и наряду с коэффициентами передачи усилителей 2 — 4 выбираются из условия обеспечения близкого к оптимальному гармонического состава выходного напряжения инвертора U--- в процессе регулирования частоты и напряжения.

В компараторах 14 — 19 устройства производится последовательное сравнение пи. лообразного напряжения развертки Ug генератора 8 с сигналами, поступающими на вторые входы компараторов 14 — 19. В»омент равенства указанных сигналов, которые соответствуют моментам формирования фронтов выходных импульсов, компараторами 14 — 19 вырабатываются короткие однополярные импульсы, поступающие через элемент ИЛИ 20 на распределитель 10.

В области пониженных выходных частот инвертора, когда разнос ь между сигналом

Ulz датчика l l амплит;ды пилообразного напряжения и небольшим по величине сигналом U q источника пос-:оянного напряжения, превышает величину сигнала L e усилителя 4, на прямых выходах блоков 5 и 6 сравнения вырабатываются сигналы, замыкающие ключи 22 и 24. При этом сумма напряжений источников 13 и 27 меньше сигнала Uiz сумматора 12. На выходе блока

31 сравнения, а также на выходе блока 30, вырабатываются сигналы, замыкающие соответственно ключи 23 и 31. Кривая выходного напряжения инвертора при этом формируется из максимального количества импульсов на полупериоде (в данном случае из пяти импульсов на полупериоде) длительностями, соответствующими опорному закону формирования (в рассматриваемом варианте закон формирования импульсов близок к алгоритму ШИМ).

При увеличении частоты генератора 7 тактовых импульсов пропорционально уменьшается величина пилообразного напряжения генератора 8, амплитуда которого 0в на всем диапазоне регулирования выделяется! 272430

3 датчиком 11. Сигнал Vgg на выходе сумматора 12 при этом сначала становится меньше напряжения Uc усилителя 4, затем меньше напряжения Ugy источника 27, а затем меньше амплитуды сигнала U> усилителя 3 (этому этапу регулирования соответствуют временные диаграммы фиг. 2).

В полуволне выходного напряжения здесь формируется три импульса. В рассматриваемый период времени, когда Ul (!); (!) ь а UI

22 и 24. Поскольку выходное напряжение сумматора 29 больше амплитуды сигнала, выходной сигнал блока 31 сравнения размыкает ключ 23. Командный сигнал с инверсного выхода блока 5 сравнения и с блока 30 при этом передается через элемент

И 32 и схему ИЛИ 34 на управляющую цепь ключа 25 и вызывает его замыкание.

В компараторе 19 происходит сравнение напряжений Ua и U1z, в моменты равенства которых системой вырабатываются сигналы на формирование первых крайних на полупериоде импульсов.

Дальнейшее увеличение выходной частоты инвертора (или величины его выходного напряжения) приводит к дальнейшему плавному уменьшению длительности крайних на полупериоде импульсов. Продолжительность паузы нулевого уровня на границах полупериодов при этом ограничивается на уровне значения 2д„„„,величинами„является минимально допустимым интервалом с позиции обеспечения времени, необходимого для восстановления коммутационными узлами устройства своих запирающих свойств.

Величина Ь„зависит в первую очередь от частотных свойств силовых цепей инверторов, требуемое значение,(для мощных тиристорных схем это время составляет обычно 100 — 200 мкс) обеспечивается соответствующим выбором величины постоянного н а п ряжения U источни ка 13.

Уменьшение длительности крайних импульсов в системе на рассм атриваемом поддиапазоне регулирования происходит до тех пор, иока амплитуда сигнала V не сравняется с суммой напряжений UIg u Uzs источников 13 и 26. В этот момент, которому соответствует минимально допустимая величина продолжительности выходных им пульсов д„„„(м иним ально допустимый интервал времени между двумя соседними коммутациями вентилей силовой схемы), управляющий сигнал блока 30 сравнения размыкает контакты ключа 21, прохождение сигнала через ячейку элемента И 32 прекращается, и в полуволне выходной кривой начинает формироваться лишь по одному импульсу. Дальнейшее увеличение выходной частоты происходит при плавном изменении продолжительности пауз нулевого уровня, вплоть до достижения длитель5

1О !

55 ности паузы минимально допустимого значения 6„„„что является верхней границей диапазона регулирования величины выходногo напряжения инвертора, которая прн этом близка к максимальному значению. При уменьшении частоты выходного напряжения инвертора, описанные процессы повторяются в обратной последовательности.

Дополнительные элементы предлагаемого устройства, осуществляюгцего алгоритмы плавного поэтапного изменения количества импульсов в полуволне выходной кривой в процессе регулирования, в число которых входят сумматоры, ком паратор схемы сравнения, электронные ключи и 10гические элементы И и ИЛИ, представляют собой простейшие узлы и могут быть легко реализованы на стандартных полупроводниковых элементах средней степени интеграции.

Распределитель 10 управляющих импу.1ьсов системы включает триггерное звено на входе, попеременно переключаемое из одного состояния в другое короткими однополярными импульсами, поступающими от компараторов 14 — 19 через элемент ИЛ1! 20.

Входной триггер распределителя 10 связан с первым входом комбинационного логического устройства распределителя, на второй вход которого поступают сигналы от регистра 9 простейшего триггерного звена, принимающего за период два состояния и определяющего моменты смены полярности кривой формируемого выходного напряжения инвертора.

Плавное широкодиапазонное регулирование частоты и величины выходHol о напряжения инвертора, осуществляемое предлагаемым устройством, позволяет заметно улучшить качество процесса регулирования.

Переход от одного поддиапазона регулирования к другому, сопровождаем ый изменением количества импульсов в полуволне выходной кривой, осуществляется Il,làBíûxI последовательным изменением длительностн краиних на полупериоде выходHblx импульсов и продолжительностей пауз нулевого уровня, практически без скачков в .среднем на полупериоде и действующем значениях выходного напряжения. Благодаря этому на всем диапазоне регулирования исключается отрицательное воздействие на нагрузку переходHblx процессов, возникающих в момент перехода от одного поддиапазона регулирования к другому. Особенно существенно указанное улучшение переходных процессов сказывается на нагрузках динамического характера, в частности на двигательных нагрузках различных типов.

Обеспечение на всем диапазоне регулирования фиксированных временных интервалов между двумя соседними коммутациями вентилей инвертора, осуществляемое предлагаемым устройством управления, позволяет исключить режимы перегрузки кон1272430

Формула изобретения

Ьь

Составитель О. Парфенова

Техред И Верес Корректор A. Обручар

Тираж 63 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 3035, Мо с к в а, Ж вЂ” 35, Ра у шс к а я на 6., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор А, Шишкина

Заказ 6346153 туров коммутации схемы и повысить тем самым надежность функционирования инвертора.

Устройство для управления автономным регулируемым инвертором, содержащее источник управляющего напряжения, соединенный c n нормированными усилителями, (n-1) из которых выходами соединены с 10 первыми входами основных блоков сравнения, генератор тактовых импульсов, соединенный с регистром, связанным с первым входом распределителя управляю!цих импульсов и с генератором пилообразного

15 напряжения, связанным с датчиком амплитуды пилообразного напряжения и с первыми входами (2и-1) компараторов с выходными формирователями коротких импуль сов, выходы которых через элемент ИЛИ присоединены к второму входу расиреде- 20 лителя, второй вход первого компаратора связан с выходом первого усилителя, вторые входы четных компараторов подключены через первую группу ключей к (п-1) источникам постоянного напряжения, вторые входы остальных нечетных комиараторов

25 подключены через вторую группу ключей к выходам оста IbHblx нормированных усилителей, прямые выходы основных блоков сравнения присоединены к управляющим цепям второй группы ключей, отличающееся >и тем, что, с целью улучшения качества процесса регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора и повышения надежности его в работе, оно снабжено п сумматорами, дополнительным источником постоянного напряжения, (п-1) дополнительными блоками сравнения, компаратором с выходным формирователем коротких импульсов, ключом, элементом

ИЛИ и (п-1) элементами И, причем дополнительный источник постоянного напряжения связан с минусовым входом первого сумматора, плюсовой вход которого подсоединен к датчику амплитуды пилообразного напряжения, и с входами остаlbHblx сумматоров, вторые входы которых связаны с соответствующими источниками постоянного напряжения, а выходы подключены к первым входам дополнительных блоков сравнения, выходы дополнительных блоков сравнения связаны с управляющими цепями первой группы ключей и с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых соединены с инверсными Bblxoдами основных соответствующих блоков сравнения, выходы элементов И связаны с дополнительным элементом ИЛИ, присоединенным выходом к управляющей цепи дополнительного ключа, выход первого сумматора подсоединен к вторым входам основных блоков сравнения и через дополнительный кл!оч — к первому входу дополнительного компаратора, второй вход которого связан с генератором пилообразного напряжения, а выход дополнительного комиаратора подсоединен к основному элементу ИЛИ.