Способ управления автономным инвертором с широтно- импульсной модуляцией

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Ущ.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Щ,. (21) 4131045/24-07 (22) 08.10.86 (46) 23.04.88. Бюл. №- 15 (71) Кировский политехнический институт (72) А.Н. Головенкин и А.П. Протасов (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 995258, кл. Н 02 H 7/48, 1981.

Зюбин В.Ф. Дискретные системы управления автономными инверторами с

ШИМ по нелинейному закону. — Электротехника, 1974, № 11, с. 43. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯ-

ЦИЕй (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией автоматизированных электропри-

„„SU„„1390748 А 1 нодон переменного тока. Целью изобретения является повышение точности преобразования выходного синусоидального напряжения. Для этого на каждом полупериоде синусоидального напряжения формируют п временных интервалов, где n = 2, 4, 6,..., внутри каждого из которых формируют импульс управления, импульсы управления формируют симметрично относительно середины полупериода, а их длительность моду.лируют по синусоидальному закону, при этом в первой половине каждого. полупериода совмещают моменты окончания формирования каждого интервала и соответствующего импульса управления, а во второй половине каждого полупериода совмещают моменты начала формирования каждого интервала и соответствующего импульса управления.

5 ил.

-1390748Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией автоматизированных электро5 приводов переменного тока.

Цель изобретения — повышение точности преобразования синусоидального выходного напряжения. 10

На фиг. 1 представлена диаграмма, поясняющая предложенный способ при

n = 8; на фиг. 2 — блок-схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 3 — диаграмма, поясняющая работу устройства при п = 8; на фиг„ 4 — блок-схема элемента временной модуляции управляющих импульсов; на фиг. 5 — принципиальная схема силовой части инвертора.

Устройство для реализации способа содержит последовательно соединенные задающий генератор 1 коротких импульсов, делитель 2 частоты, счетчик 3, первый вход цифрового компаратора 4 25 и элемент 5 задержки, элемент 6 временной модуляции управляющих импульсов, счетный вход которого соединен с выходом задающего генератора 1, управляющий вход — с выходом дели- 3р теля 2 частоты, а выход " с одним из входов реверсора 7, другой вход которого соединен с выходом делителя 2 частоты, управляющий вход — с выходом элемента 5 задержки, а выходы — с входами RS-триггера 8. Выход RS-триг35 гера предназначен для соединения с входам инвертора 9, для соединения с управляющим входом которого предназначен выхоц элемента 5 задержки.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

На выходе задающего генератора формируется последовательность импульсов заполнения Г, поступающая на вход делителя 2 и счетный вход элемента 6 временной модуляции уп- равляющих импульсов. На выходе делителя 2 формируется последовательность импульсов с частотой f ц„ --- 2nf, где

f — частота выхоцного синусоидального 5О напряжения инвертора, и = 8 — число интервалов, на которые предварительно разбита полонина периода выходного напряжения (фиг. 1). Последовательность импульсов с частотой f „„, поступает на один из входов реверсора 7 и одновременно на запускающий вход элемента 6.

Элемент 6 временной модуляции управляющих импульсов может быть выполнен на основе блока памяти и дешифратора. Элемент 6 содержит блок 10 памяти, подключенный к дешифратору

11, к управляющему входу которого подключен выход счетчика 12 интервалов, а выход дешифратора подключен к информационному входу счетчика 13.

Элемент 6 работает следующим образом. Последовательность импульсов с частотой Е „ = 2nf, поступающая с выхода делителя 2 частоты, подается на счетный вход счетчика 12, на выходе которого формируется код номера N„ импульса интервала, который подается на управляющий вход дешифратора 11. При этом счетчик 12 считает от 1 до и и каждому из его выходных кодов на выходе дешифратора соответствует код, определяющий выдержку времени формирования заданного импульса. Если считать момент времени прихода U-ro импульса началом i-ro интервала, то на выходе дешифратора в каждый данный момент времени присутствует код N длительности задержки импульса, соответствующий номеру N; интервала. При этом в первой полонине полупериода величина кода N соответствует числу, определенному как частное Т „,.—

0 — СИ;/2 „з, а во второй половине— как частное tN ./t, округленных до ! nз целых чисел.

В момент времени прихода U-ro импульса происходит перепись кода длительности задержки импульса в i ì интервале в счетчик 13, откуда записанная информация сразу же. считывается до нуля последовательностью импульсов fg заполнения, поступающих с выхода задающего генератора 1 (фиг. 2). В момент окончания считывания на выходе счетчика 13 формируется импульс. Выход счетчика 13 является выходом элемента 6 и подключен к одному из входов реверсора 7 (фиг. 2) . формирование импульса на управляющем входе реверсора 7 происходит следующим образом. Поступающие с выхода делителя 2 импульсы f ïåðèîдически считываются в счетчике 3 от

1 до и, на выходе которого при этом формируется код номера И„ импульса интервала. В цифровом компараторе 4 осуществляется сравнение входного

1390748 текущего кода номера N импульса ини тервала, поступающего с выхода счетчика 3, и эталонного поступающего на второй вход компаратора 4 и соответ5 ствующего номеру N = n/2. Компаратор 4 имеет на своем выходе нулевое состояние, если И„ ъ N» и единичное, если N „ < N . При этом переход из нулевого состояния в единичное происходит в момент прихода импульса с номером N u = и, а из единичного в нулевое — в момент прихода импульса с номером N „ = п/2. В элементе 5, на вход которого приходит импульс с компаратора 4, происходит сдвиг по времени фронта и среза выходного сигнала компаратора 4. При этом временная задержка фронта сигнала выбирается большей задержки импульса в интервале с номером N = n a элементе 6, задержка среза — большей задержки импульса в интервале с номером N, = п/2. Длительность задержек фронта и среза ограничена длительностью интервалов. Сигнал с выхода элемента 5 задержки поступает на управляющий вход реверсора 7. При этом при единичном управляющем сигнале выходной импульс элемента 6

30 через реверсор подается на запускающий S-вход RS-триггера 8, а импульсы интервала — на сбрасывающий R-вход.

При нулевом управляющем сигнале порядок прохождения импульсов с выхода

3 элемента 6 и импульсов интервалов меняется на обратный, т.е. с выхода элемента 6 импульсы поступают на

R-вход, а импульсы интервалов — на

S-вход RS-триггера 8.

Импульсы управления с выхода RS40 триггера 8 распределяются в инверторе 9. Инвертор состоит из управляемого .распределителя 14 импульсов, блока 15 формирования сигнала управления, согласовывающих элементов 16

45 и 17, силовой части инвертора 18, состоящей из ключевых элементов 1922.

На информационный вход распределителя 14 импульсов сигнал Е„„ подает- 50 ся с триггера 8, на управляющий вход сигнал поступает с выхода блока 15, а два выхода блока 14 соединены соответственно с двумя согласующими элементами 16 и 17, с каждого из которых 55 сигнал поступает на управляющие входы двух ключевых элементов плеча двухфазного мостового инвертора 18. Инвертор 9 работает следующим образом.

Импульсы управления с триггера 8 поступают на информационный вход распределителя 14 импульсов. В зависимости от состояния сигнала управления сигналы с информационного входа поступают на тот или другой выход блока l4. Таким образом, в каждый данный момент времени в работе участвует один из двух выходов блока 14 и соответственно один из двух каналов инвертора 18, например канал, состоящий цз элементов 16, !9 и 22. Согласующие элементы 16 и 17 служат для усиления импульсов управления и гальванической развязки. В ключевых элементах, в роли которых выступают транзисторы 19-22, происходит дальнейшее усиление импульсов управления по мощности. При изменении управляющего сигнала на входе блока 14 закрывается ранее работавший канал и в работу вступает другой канал инвертора 18, т.е. канал, состоящий из элементов !

7, 20 и 21. Блок !5 работает в режиме Т-триггера и изменение управляющего сигнала на его выходе происходит в моменты изменения сигнала с выхода элемента 5 из нулевого положения в единичное (фиг. 3), т.е ° в моменты времени, близкие к Р К. При смене управляющего сигнала блока 14 ни форма импульсов управления, ни порядок их следования не изменяются.

Изменяется лишь полярность напряжения на выходе инвертора 18. Таким образом, обеспечивается симметрия выходного напряжения относительно точек ГК.

Ширина модулированных по синусоидальному закону импульсов управления может быть определена в зависимости от цели преобразования. Ширина импульса, в каждом интервале, на которые предварительно разбита синусо« ида выходного напряжения, может быть определена из следующих соотношений

tl |

six@at diat = Umу„(1) 1 . -(H. СЫ - n4) (2) и. 7 гдето =1, 2, и — число интервалов, на которые разбит полупериод синусоиды выходного напряжения;

N. — номер интервала в пределах

1 полупериодл.;

1390748

А — амплитуда синусоидального напряжения, подлежащего ши" ротно-импульсной модуляции (ШИМ);

ы — угловая частота синусоидального напряжения;

U — амплитуда импульсов ШИМ; у - скважность модулированного импульса в интервале N.; йн-, длительность модулированного импульса в интервале N.

Из выражений (1) и (2) может быть найдена величина длительности модулированного импульса в интервале

И 1;

И A(cos Ij /n(N.-1)-cos ——

t (Д)

n ..аМодулированные импульсы располагаются внутри интервалов симметрично серадине полупериода выходного синусоиДального напряжения, что позволяет исключить из синусоидального выходного напряжения гармоники, кратные дЯуме

Формирование импульсов управления, симметричных относительно середины полупериода и не с имметричных относительно середины интервалов при заданной частоте импульсов заполнения

fg уменьшает погрешность преобразования модулированного импульса управления как минимум в 2 раза, так как чИсло импульсов заполнения может бйть любым числом натурального ряда, включая нечетные, и исключается необходимость затрат времени на изменение порядка счета импульсов заполнения внутри каждого интервала. Относительная погрешность преобразования ка)кдого модулированного импульса ра.вна

Фп

Т sin Г72и 727N,-1)+13 где d — дискрета преобразования (С), T — период выходного напряжения инвертора (С).

Из формулы видно, что точность преобразования значительно уменьшается с увеличением числа временных интервалов, на которые разбита синусоида, с уменьшением номера интервала, и обратно пропорциональна дискретности преобразования. Поскольку дискретность преобразования равна для известного способа

d„, 2t„+ t„ ,,а для предложенного

3Р . ь

10 где 1 „ з — длительность импульса заполнения;

t „, — время, необходимое для изменения порядка счета импульсов заполнения внутри каждого интервала, то точность предложенного способа увеличивается в сравнении с известtp с р з раз °

Повышение точности преобразования синусоидального напряжения в автономных инверторах с ШИМ обеспечивает более эффективное использование силового электрооборудования в электроприводах переменного тока, поскольку при этом повышается его КПД и коэффициент мощности, Формула изобретения

Способ управления автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в том, что на каждом полупериоде синусоидального

35 напряжения формируют и временных интервалов, где n = 2, 4, 6, ..., внутри каждого из которых формируют импульс управления, причем импульсы управления формируют симметрично относительно середины полупериода, а их длительность модулируют по синусоидальному закону, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования синусоидального напряжения, в первой половине каждого полупериода синусоидального напряжения совмещают моменты окончания формирования каждого интервала и соответствующего импульса уп50 равления, а во второй половине каждого полупериода совмещают моменты начала формирования каждого интервала и соответствующего импульса управления.

1390748

° 4f °

1390748

Составитель А. Меркулова

Техред А.Кравчук Корректор Г.Решетник

Редактор В. Данко

Тираж 665 Подписное

ВН1ЖПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и. открытий .

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

Заказ 1779/53

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