Устройство для управления автономным регулируемым инвертором напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах частотно-регулируемого электропривода . Целью изобретения является обеспечение двухзоиного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора. В данном устройстве обеспечивается связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора и осуществляется пропорциональное изменение величины выходного напряжения в зависимости от входной частоты. После достижения величиной выходного напряжения максимального значения осуществляется дальнейшее увеличение выходной частоты инвертора. 3 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1368949 А1

Н 02 М 7/48 (51) 4

®СЕСОН1 " <

13, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (72) В.И.Олещук и Ф.Ф.Чуру (53) 621,316. 727 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4074132/24-07 (22) 06.05.86 (46) 23.01 .88. Бюл. У 3 (71) Отдел энергетической кибернетики АН MCCP (56) Авторское свидетельство СССР,.

У 1181097, кл. Н 02 М 7/48, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1272430, кл. Н 02 М 7/48, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОИНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и момет быть использовано в системах частотно-регулируемого электропривода. целью изобретения является обеспечение двухзонного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора. В данном устройстве обеспечивается связанное регулирование частоты и величины выходного напржкения инвертора и осуществляется пропорциональное изменение величины выходного напряжения в зависимости от входной частоты. После достюкения величиной выходного напря кения максимального значения осуществляется дальнейшее увеличение вы- с

С> ходной частоты инвертора. 3 ил, 1368949

55

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при управлении регулируемыми инверторами напряжения, входящими, в .частности, в состав систем частотно-регулируемого электропривода.

Цель изобретения — обеспечение двухэонного связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие принцип

его работы; на фиг.3 — график зависимости U „, DT F „, °

На нижнем частотном диапазоне полуволна выходного напряжения инвертора формируется из пяти импульсов по закону, близкому к алгоритму ШИМ .

Устройство включает усилители 1-3 с нормированными и разными коэффициентами усиления. Выход усилителя 1 подсоединен к минусовому входу сумматора 4, а выходы усилителей 2 и 3— к входам сумматоров 5 и 6. Генератор

7 тактовых импульсов, задающий частоту выходного сигнала инвертора, связан с регистром 8 и с генератором

9 пилообразного напряжения, к выходу которого подсоединен датчик 10 амплитуды пилообразного напряжения. Сигнал датчика 10 поступает на входы усилителей 1-3, а также на плюсовой вход сумматора 11, минусовой вход которого связан с вспомогательным ис— точником 12 постоянного напряжения.

Выход регистра 8 соединен с перр, м входом логического распределителя 13 управляющих импульсов.

Основные источники 14 и 15 постоянного напряжения присоединены 1 к входам блоков 16 и 17 сравнения, выходы сумматоров 4-6 связаны соответственно с входами блоков 18-20 сравнения. На другие входы блоков

l6-20 сравнения поступает сигнал с выхода сумматорà 12. Выходы сумматора 4, усилителя 2, источника 14 постоянного напряжения, усилителя 3, источника 15, а также сумматора 12 соответственно через ключи 21 26 подсоединены к входам компараторов 2732, содержащих выходные формирователи коротких однополярных импульсов.

На другие входы компараторов 27-32 поступает сигнал генератора 9 пилообразного напряжения, выходы компарато5

1Г

30 ров 27-32 через элемент ИЛИ 33 связан с вторым входом распределителя

13. Источник 14 подсоединен также к плюсовому входу сумматора 4, Входы элемента И 34 соединены с инверсным выходом блока 16 сравнения и с выходом блока 19, на входы элемента И 35 поступают сигналы с инверсного выхода блока 17 и с выхода блока 20 сравнения. Выходы узлов 34 и 35, как и инверсный выход блока 18 сравнения, присоединены к входам элемента ИЛИ 36, выход которого связан с управляющей цепью ключа 26. Управляющая цепь ключа 21 связана с. прямым выходом блока 18 сравнения, управляющие цепи ключей 22 и 24 присоединены.к выходам блоков 19 и 20 сравнения, а управляющие цепи ключей

23 и 25 связаны с прямыми выходами блоков 16 и 17 сравнения.

В основе работы устройства лежит вертикальный принцип управления.

Генератор 7 тактовых импульсов синхронизирует работу генератора 9 пилообразного напряжения, выходной симметричный сигнал U которого име9 ет постоянную крутизну (фиг.2). Изменение частоты следования импульсов генератора 7 сопровождается пропор— циональным изменением амплитуды сигнала U которая постоянно выделяется датчиком 10 амплитуды пилы (выходной сигнал датчика 10 обозначен как Uä,) .

Напряжение датчика 1О поступает на входы усилителей 1-3 с нормированными и разными коэффициентами передачи, абсолютная величина которых меньше единицы. Выходные напряжения усилителей 1-3, сумматора 4 и источ— ников 14 и 15 обозначены соответственно как U< -11,, П4,U,4и 13„ (фиг ° 2).

Величины указанных сигналов на поддиапазоне пониженных выходных частот находятся в соотношении U, 7 U, U,4>

p U r (U q -U ) . Точные значения амплитуд сигналов источников 14 и 15 и коэффициентов передачи усилителей 1-3 выбираются из условия обеспечения близкого к оптимальному гармоническо—

ro состава выходного напряжения в . процессе пропорционального измененыя величины выходного сигнала инвертора в зависимости от частоты.

Функцией компарирующих узлов 27-32 устройства является выработка коротких однополярных импульсов в моменты

1 368949 равенства сигналов, поступающих на их входы. Короткие импульсы с выхода компарирующих блоков 27-32 через элемент ИЛИ 33 поступают на вход логи5 ческого распределителя 13 и определяют собой моменты формирования фронтов соответствующих импульсов кривой выходного напряжения инвертора U,„.

Временные диаграммы (фиг.2а) соот- ip ветствуют нижней выходной частоте инвертора, когда полуволна выходного напряжения формируется иэ максимального количества импульсов (в данном случае из пяти). Временные координа- 15 ты выходньпс импульсов при этом с достаточной степенью точности соответствуют алгоритму ШИМ, благодаря чему выходной сигнал инвертора характеризуется улучшенным гармоническим сос- 20 тавом. На нижнем этапе регулирования частоты амплитуда сигнала U<, с выхода сумматора 11 превьппает напряжение U, источника 15. На прямых выходах блоков 16-18 сравнения вырабаты- 25 ваются сигналы, замыкающие ключи 23, 25 и 21. Одновременно, благодаря тому, что напряжение на выходах сумматоров 5 и 6 меньше амплитуды сигнала сумматора 11, на выходах блоков 19 30 и 20 сравнения формируется напряжение, замыкающее ключи 22 и 24. Ключи схемы 21-25 оказываются, таким образом, в замкнутом состоянии.

Ключ 26 разомкнут.

При увеличении частоты генератора 7 тактовых импульсов пропорционально уменьшаются период и амплитуда развертывающего напряжения U> генератора 9, продолжительность началь- 4р ной паузы нулевого уровня в выходной кривой инвертора и соответственно раэностный сигнал U„ на выходе сумматора 11, который в определенный момент сначала сравнивается, а потом 45 делается меньше амплитуды напряжения

U< источника 15. В этот момент на прямом выходе схемы 17 сравнения начинает формироваться команда на размыкание ключа 24 и одновременно с 5р инверсного выхода блока 17 через элемент И 35 и схему ИЛИ 36 проходит сигнал на замыкание ключа 26. Первые фронты крайних на полупериоде импульсов выходной кривой на этом этапе регулирования формируются в моменты равенства сигналов U> и U«, Одновременно в ходе роста частоты пропорционально уменьшению сигнала

U« H 10 происходит уменьшение амплитуд сигналов Uz и У усилителей

2 и 3 и увеличение разностного сигнала (U 4 -U< ), сопровождаемое увеличением длительностей импульсо1, согтавляющих кривую выходного налряже ния, благодаря чему процесс увелич-— ния выходной частоты инвертора сопровождается близким к пропорциональному росту величины выходного напряжения.

В процессе дальнейшего повьппения выходной частоты инвертора в определенный момент времени величина напряжения Uц на выходе сумматора 11 сравнивается с напряжением сумматора 6, равным сумме сигналов U z и U источника 12 и усилителя 3. Начиная с этого момента, блок 20 сравнения изменяет свое состояние на противоположное, выходная команда блока 20 размыкает ключ 24, прекращается прохождение сигнала через ячейку И 35 и соответственно через элемент ИЛИ 36, ключ 26 при этом размыкается. Кривая выходного напряжения инвертора формируется на этом поддиапазоне регулирования из трех импульсов на полупериоде увеличенных продолжительностей.

При дальнейшем повьппении частоты выходного напряжения процессы в схеме протекают аналогично, благодаря чему снова последовательно плавно уменьшаются продолжительности крайних на полупериоде пауз нулевого уровня выходной кривой, затем опять начинает плавно снижаться длительность крайних выходных импульсов при одновременном увеличении продолжительностей остальных (центральных) импульсов и т.д.

Действующее значение величины выходного напряжения инвертора U „„ изменяется при этом прямо пропорционально изменению частоты Е„ „ (зона фиг.3), что особенно важно для систем частотно-регулируемого электропривода на базе инверторов напряжения .

Временные диаграммы (фиг.2б) поясняют процесс формирования выходного напряжения инвертора на верхнем частотном диапазоне (эона II, фиг.3), когда на полупериоде выходного сигнала формируется один импульс. На этом этапе напряжения усилителей 2 и 3, источников 14 и 15, а также разностный сигнал (U,g -U, ) превьппан т амплитуду сигнала U<, сумматора 11, клю5 13689 чи 21-25 разомкнуты. Сигнал с инверсного выхода блока 18 сравнения через элемент ИЛИ Зб поступает на управляющую цепь ключа 26 и вызывает эамыка5 ние, в компараторе 32 осуществляется сравнение напряжений U и U, . Общая

I продолжительность паузы нулевого уровня на границах полупериода ограничивается на уровне значения 2P. Be- 10 личина выходного напряжения инвертора при этом близка к максимальному значению Б . Абсолютное значение паФ раметра о, задаваемое амплитудой сигнала вспомогательного источника 12 и определяющее минимальную продолжительность импульсов и пауз между импульсами выходной кривой, должно превосходить время, требуемое коммутационным узлам вентилей силовой схемы для восстановления своих запирающих свойств. Требуемое значение б для мощных тиристорных схем составляет величину порядка одной-двух сотен микросекунд. "25

Необходимый порядок формирования импульсов и пауз в кривой выходного напряжения мостового инвертора обеспечивает логический распределитель 13 управляющих импульсов, который содержит триггерное звено на входе, попеременно переключаемое иэ одного состояния в другое короткими однополярными импульсами, поступающими из компараторов 27-32 через элемент ИЛИ 33.

Входной триггер распределителя 13 связан с первым входом комбинированного логического устройства распределителя, на второй вход которо о поступают сигналы от регистра 8, простейшего триггерного звена, принимающего эа период два состояния и определяющего моменты смены полярности кривой формируемого выходного напряжения инвертора. Если при формировании положительной полуволны выходного напряжения мостового инвертора включены вентили А и С при формировании нулевой паузы А и В, соответственно на отрицательной полуволне при формировании выходных импульсов включены В и D на нулевой паузе С и D. Обозначая сигнал на выходе входного триггера распределителя через х, а на выходе регистра 8 через у, по" лучаем логические уравнения, характеризующие комбинационное устройство распределителя 13

W,=ху+хуу;

1 ху + ху;

W ху+ху;

W ху + xy = у.

Таким образом, добавление в схему трех элементарных ячеек позволяет обеспечить связанное 1,егулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора и осуществить пропорциональное изменение величины выходного напряжения в зависимости от выходной частоты (работа в зоне I).

После достижения величиной выходного напряжения максимального значения предложенное устройство обеспечивает дальнейшее увеличение выходной частоты инвертора (работа инвертора в зоне II). Подобное качественное улучшение процесса регулирования и расширение диапазона регулирования делают особенно перспективным использование предложенного устройства для управления автономными инверторами напряжения, входящими в состав систем широкодиапазонного частотно-регулируемого электропривода.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным регулируемым инвертором напряжения, содержащее и нормированных усилителей, связанных друг с другом по входу, и сумматоров, вспомогательный и (n-1) основных источников постоянного напряжения, 2(n-1) блоков сравнения, (п-1) элементов И, два элемента ИЛИ, генератор тактовых импульсов, соединенный с регистром, связанным с первым входом распределителя управляющих импульсов, и с генератором пилообразного напряжения, связанным с датчиком амплитуды пилообразного напряжения и спервыми входами 2п компараторов с выходными формирователями коротких импульсов, выходы которых через первый элемент ИЛИ присоединены к второму входу распределителя, выход датчика амплитуды пилообразного напряжения связан с плюсовым входом первого сумматора, вспомогательный источник постоянного напряжения подсоединен к минусовому входу первого сумматора, выход которого связан с первыми входами всех блоков сравнения, а также через первый ключ с вторым входом первого компаратора, 7 13689 и к входам остальных сумматоров, выходы которых присоединены к вторым входам блоков сравнения первой группы, выходы всех усилителей, кроме

5 первого, соединены через первую группу ключей с вторыми входами соответствующих компараторов, основные источники постоянного напряжения связаны с вторыми входами соответствующих компараторов через вторую группу ключей, выходы первой группы блоков сравнения и инверсные выходы второй группы блоков сравнения связаны с входами соответствующих элементов И попарно, выходы ко торых присоединены к входам второго элемента КПИ, выход которого связан с управляющей цепью первого ключа, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью обеспечения двухэониого связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора, оно снабжено дополнительными блоком сравнения, сумматором и ключом, причем выход первого 25 усилителя связан с минусовым входом дополнительного сумматора, выходы остальных усилителей присоединены к

49 8 входам соответствующих сумматоров, основные источники постоянного напряжения связаны с вторыми входами соответствующих блоков сравнения второй группы, первый основной источник постоянного напряжения подсоединен также к плюсовому входу дополнительного сумматора, выход которого связан с первым входом дополнительного блока сравнения и через дополнительный ключ — с вторым входом последнего компаратора, второй вход дополнительного блока сравнения соединен с выходом первого сумматора, прямой выход дополнительного блока сравнения присоединен к управляющей цепи дополнительного ключа, инверсный выход до полнительного блока сравнения подключен к входу второго элемента ИЛИ, выходы первой группы основных блоков сравнения связаны с управляющими цепями первой группы ключей, прямые выходы второй группы блоков сравнения соединены с управляющими цепями второй группы ключей, а выход датчика амплитуды пилообразного напряжения связан с входами всех усилителей.

1368949

Мм Й

Фиа 2

Редактор А.Козориз

Заказ 312/54 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

ug

Составитель О.Парфенова

Техред Л. Олийнык Корректор М.Шароши