Устройство для управления автономным мостовым инвертором

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью изобретения является стабилизация величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора в процессе изменения выходной частоты. Принцип работы устройства управления, выполненного по вертикальному типу, базируется на условии поддержания линейной зависимости между частотой и суммарной продолжительностью выходных импульсов в полуволне выходной кривой, что обеспечивает автоматическую стабилизацию величины среднего на полупериоде значения линейного выходного напряжения инвертора. Сигнал, обратно пропорциональный значению выходной частоты, с выхода датчика амплитуды развертывающего пилообразного напряжения 4 через усилитель 5, коэффициент передачи которого определяет относительную величину стабилизируемого выходного напряжения, поступает на вход сумматора 40. На минусовой вход сумматора 40 приходит выходной сигнал сумматора 39, пропорциональный суммарной продолжительности импульсов в полуволне выходной кривой. Контур внутренней обратной связи устройства, включающий сумматоры 39 и 40, обеспечивает постоянство отношения между суммарной продолжительностью выходных импульсов и значением выходной частоты. Средняя частота коммутации вентилей силовой схемы инвертора при этом близка к постоянному значению, форма кривой выходного напряжения не зависит от параметров нагрузки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д1) 4 Н 02 M 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4274237/24 — 07 (22) 01,07.87 (46) 30. 05. 89. Бюл. Р - 20 (71 ) Отдел энергетичес кой ки бернетики АН МССР (72) В. И. Олещук (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 118109/, кл. H 02 М 7/48, 1984 °

Авторское свидетельство СССР

Ф 127?430, кл. Н 02 М 7/48, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью изобретения является стабилизация величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора в процессе изменения выходной частоты. Принцип работы устройства управления, выполненного по вертикальному типу, базируется на условии поддержания линейной зависимости между частотой и суммарной продолжительностью выходных импульсов в полуволне выходной кривой, что обеспечивает автоматическую стабилиза„„Я0„„148З575 Л1

2 цию величины среднего на полупериоде значения линейного выходного напряжения инвертора. Сигнал, обратно пропо рциональ ный знач ению выходной частоты, с выхода датчика амплитуды ра зв ертыв ающего пилоо бра зного напряжения 4 через усилитель 5, коэффициент передачи которого определяет относительную величину стабилизируемого выходного напряжения, поступает на вход сумматора 40, На минусовой вход сумматора 40 приходит выход— ной сигнал сумматора 39, пропорциональный суммарной продолжительности импульсов в полуволне выходной кривой.

Контур внутренней обратной связи устройства, включающий сумматоры

39 и 40, обеспечивает постоянство отношения между суммарной продолжительностью выходных импульсов и значением выходной частоты. Средняя частота коммутации вентилей силовой схемы инвертора при этом близка к постоянному значению, форма кривой выходного напряжения не зависит от параметров нагрузки. 2 ил.

1483575

Изобретение от носится к эле ктрос технике и может быть использовано .для управления стабилизированными преобразователями электрической энергии.

Цель изобретения — обеспечение стабилизации величины выходного напряжения трехфазных мостовых инверторов в процессе изменения частоты.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства (для рассматриваемого варианта структуры схемы п=2); на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Генератор 1 тактовых импульсов 15 системы соединен с регистром 2 и с генератором 3 пилообразного напряжения, к выходу которого подсоединен датчик 4 амплитуды пилообразного напряжения. Сигнал датчика 4 поступает 20 на вход усилителя 5 постоянного тока и на плюсовой вход. сумматора 6,минусовой вход которого связан с вспомогательным источником 7 постоянного напряжения. Выходы регистра 2 соеди- 25 иены с соответствующими входами. логического распределителя 8 управляющих импульсов.

Источник 9 управляющего напряжения подключен к плюсовым входам сум- ЗО маторов 10, 11 и 12 и к минусовым входам сумматоров 13 и 14. Вторые плюсовые входы сумматоров 10 и 13 соединены с источником 15 постоянного напРяжения, а вторые входы сумма- 35 торов 11 и 14 связаны с источником

16. Выход сумматора 12 подключен к входу компаратора 17, .выходы сумматоров 14, 11, 13 и 10 связаны со входами компараторов 18-21 соответствен- g0 . но через ключи .22-25. Выход сумматора 6 через ключ 26 присоединен ко входу компаратора 27, а также к первым входам блоков сравнения 28-31.

На другие входы компараторов 17-21 45 и 27 поступает сигнал от генератора

3 пилообразного напряжения, выходы указанных компараторов через элемент

ИЛИ 32 и счетный триггер 33 присоединены к основному входу распределителя 8, Вспомогательный источник 7 связан со входами сумматоров 34 и 35, на другие входы которых поступают сигналы соответственно с выходов усилителей 13 и 14. Выходы блоков 34 и

35 присоединены ко вторым входам блоков 30 и 31 сравнения, выходы кото- " рых подключены соответственно к управляющим цепям ключей 24 и 22 и ко входам элементов И 36 и 37, на другие входы которых поступают сигналы с инверсных выходов блоков 28 и 29 сравнения. Выходы узлов 36 и 37 через элемент ИЛИ 38 присоединены к управляющей цепи ключа 26. Вторые входы блоков 28 и 29 связаны с выходами сумматоров f0 и 11, прямые выходы блоков 28 и 29 присоединены к управляющим цепям ключей 25 и 33.

Первые входы компараторов 17, 19, 21 и 22 связаны с плюсовыми входами сумматора 39, первые входы компараторов 18 и 20.подключены к минусовым входам сумматора 39, а выход сумматора 39 присоединен к минусовому входу сумматора 40. Выход сумматора

40 через усилитель 41 постоянного тока с переменным коэффициентом передачи присоединен ко второму входу сумматора 12 и к третьим плюсовым входам сумматоров 10 11, 13 и 14, второй плюсовой вход сумматора 40 и управляющая цепь усилителя 41 связаны с выходом усилителя 5 постоянного тока., Сигналы на временных диаграммах (фиг. 2) эквивалентны напряжениям на выходах блоков устройства с соответствующими численными обозначениями. В основе работы системы лежит вертикальный принцип управления.

Генератор 1 тактовых импульсов синхронизирует работу генератора 3 пилообразного напряжения, выходной симметричный сигнал Лз которого имеет постоянную. крутизну. Изменение частоты следования импульсов генератора

1, которая на всем диапазоне регулирования в 12 раз больше выходной частоты, сопровождается пропорциональным изменением амплитуды напряжения

Б, которая постоянно выделяется датчиком 4 амглитуды пилы.

Напряжение U источника 9 управ9 ляющего напряжения -в сумматорах 10 и

11 складывается с сигналами U u U источников 15 и 16, а в сумматорах

13 и 14 вычитается из этих же сигналов. Кроме того, сигнал U через сумматор 12 передается на вход ком— паратора 17. Функцией компарирующих узлов 17 — 21 и 27 с формирователями на выходах является выработка коротких однополярных импульсов в мо* менты равенства сигнала развертки с сигналами П,z U ... U „,, U „,, U

1483575

50 поступающими на их другие входы. При этом U<î q 1J з U «v 1J f+ 7 U1г Корот кие импульсы с выходов компарирующих блоков 17-21 и 27 поочередно посту.5 пают через элемент ИЛИ 32 на счетный триггер 33 и вызывают его периодическое срабатывание. Моменты переключения триггера 33, связанного по выходу с распределителем 8, опре- 10 деляют собой моменты формирования фронтов соответствующих импульсов кривой выходного напряжения инвертора.

Временные диаграммы,.приведенные 15 на фиг. 2, соответствуют нижней выходной частоте инвертора, когда полуволна гпФейного выхо ного напряжения трехфазного инвертора U формируется из максимального количества импуль-20 сов (в данном случае из одиннадцати импульсов). При этом амплитуда сигнала U больше напряжений на выхо-. з дах сумматоров 10, 11, 34 и 35, в соответствии с командами блоков 28- 25

31 сравнения ключи 22-25 замкнуты, а ключ 26 разомкнут. Величина коэффициента передачи усилителя 5 К (1, численное значение К характеризует величину среднего на полупериоде 30 значения линейного выходного напряжения инвертора, отнесенную к максимально возможной величине, Амплитуды сигналов i-х основных источников постоянного напряжения П. в общем случае

I и ° i определяется из выражения U = — — Б gn+1 где U — максимальная амплитуда пилообразного напряжения на выходе датчика 4 амплитуды, наблюдаемая на 40 нижнем частотном диапазоне работы инвертора, Так, для рассматриваемого варианта построения системы управле(Tl=2) U 16= 0,4Б„, U = 0@BUgц, °

Выбор амплитуды напряжения U источ- 45

3 ников 9 осуществляется таким образом, чтобы обеспечить близкое к нулю значение разностного. сигнала (У -П ) на выходе сумматора 40 на нижней выходной частоте преобразователя. Коэффициент передачи К усилителя 41, определяемый величиной сигнала U < на выходе усилителя 5, в этом случае принимает минимальное значение, напряжение на выходе усилителя 41 близко к нулю (на всем диапазоне работы

К„, 1).

При увеличении частоты генератора

1 тактовых импульсов пропорционально уменьшаются период и амплитуда развертывающего напряжения U генератора 3, сопровождаемое одновременным уменьшением напряжения U на выходе усилителя 5, соответствующим увели— чением коэффициента передачи усилителя 41 и величины разностного сигна" ла на выходе сумматора 40. Этот отрицательный разностный сигнал, амплитуда которого уменьшается усилителем

41, поступает на входы сумматоров

10-14 и способствует соответствующему пропорциональному росту частоты изменению (уменьшению) продолжительности импульсов, составляющих кривую выходного напряжения, которое будет осуществляться до тех пор, пока напряжение Б не сравняется с U и

39 сигнал на выходе сумматора 40 не достигнет близких к нулю значений.

В процессе дальнейшего повышения выходной частоты инвертора в опредегжнный момент времени величина напряжения U< на выходе сумматора 6 сравнивается с выходным напряжением U< сумматора 1О, после чего по команде блока 28 сравнения размыкается ключ

25 и замыкается ключ 26. Рост выходной частоты на этом подддиапазоне регулирования сопровождается последовательным уменьшением длительности выходных импульсов, ближайших к серединам тактовых инверторов 60градусных продолжительностей, вплоть до того момента, когда выходной сигнал сумматора 6 не сравняется с напряжением сумматора 34.После этого в соответствии с командой блока 30 сравнения размыкаются ключи 24 и 26 и на полупериоде кривой выходного напряжения инвертора начинает формироваться на четыре импульса меньше.

При дальнейшем повышении частоты выходного напряжения процессы в схеме протекают аналогично: снова последовательно уменьшаются продолжительности центральных на 60-градусных интервалах пауз нулевого уровня, затем опять начинает плавно изменяться длительность соответствующих импульсов и т.д. Одновременно при помощи цепи, корректирующей продолжительность выходных импульсов и включающей в свой состав сумматоры 39 и 40 и усилители 5 и 41, в сумматоре

40 производится последовательное сопоставление напряжений U усилителя

5 и U z сумматора 39 и выработка

1483575 корректирующего воздействия (сигнал

Б,1 = U — U ), oTopoe через усилйтель 41 передается на входы сумматоров 10-14 и способствует стабилизации величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения на одном уровне при изменении выходной частоты преобразователя (условие стабилизации К П - U = 0 на всем циа5 2 пазоне регулирования частоты). С ростом частоты и соответственно с уменьшением сигнала U 5 = К U 4 пропорционально и линейно увеличивается коэффициент передачи усилителя 41, Отмеченное повышение значения коэффициента передачи усилителя 41: в диапазоне высоких выходных частот соответствует уменьшенному количеству импульсов в полуволне выходного напряжения, нао борот пониженные значения коэффициента К „наблюдаются на низких выходНых частотах, когда кривая выходного напряжения формируется из максимального числа импульсов, поэто- 25 му описанный алгоритм изменения К, способствует повышению качества процесса стабилизации выхоцного напряжения инвертора. Амплитуда сигнала вспомогательного источника 7 выбира- З0 ется исходя из условия обеспечения минимального временного интервала между соседними коммутациями венти" лей силовой схемы, протяженность которого для тиристорных схем составляет величину порядка 100 мкс.

Необходимый порядок формирования импульсов и.пауз в кривой выходного напряжения трехфазного мостового инвертора обеспечивает логический распределитель управляющих импульсов 8, На входы распределителя 8 поступают сигналы от трехраэрядного регистра

2.„ выполняющего функции пересчетной схемы, осуществляющего деление 45 частоты импульсов, поступающих от генератора 1, и распределение сигналов во времени. В цифровой форме выходной сигнал Н, регистра 2 за период можно последовательно записать как

100, 001, 000, 101, 110, 111.

Распределитель 8, осуществляющий режим 180-градусного управления ключами трехфазпого мостового инвертора с фазами А, В, С, представляет собой логическую схему, в которой осуществляется логическое умножение вход ьгх сигналоп с последующим логи- ° ческим .уммиронанием, Логические функции,. реализуемые логическим распределителем 8, имеют следующий вид:

U L tU i 2 U 2 ÊU з 3 2 й1-1 зз

2г 2Й 21 26 2L ЗЗ

2т 2й 2 Зз где U2т,ц26УЦ2-- напряжения соответственно на выходах первого, второго и третьего (старшего) разрядов регистра 2. Импульсы управления на другие силовые ключи инвертора (+A, -В, -С) получаются на выходе распределителя инвертированием соответствующих фазных сигналов. Импульсы управления вентилями соответствующих фаз инвертора и кривые линейного выходного напряжения инвертора Б

U u U < соответствующие полуйериоду выходной частоты, изображены на фиг. 2, Таким образом, добавление в схему устройства-прототипа дополнительных сумматоров позволяет обеспечить автоматическую стабилизацию величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения инвертора при широкой вариации выходной частоты, сопровождаемом последовательным плавным изменением продолжительностей импульсов и пауз в кривой выходного напряжения при практическом постоянстве средней частоты коммутации вентилей силовой схемы.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным мостовым инвертором, содержащее источник управляющего напряжения, два усилителя постоянного тока, и основных и вспомогательный источники постоянного напряжения, 2п блоков сравнения, и элементов И, генератор тактовых импульсов, соединенный .с .регистром, связанным с распределителем управляющих импульсов, и с генератором пилообразного напряжения, связанным с датчиком амплитуды пилообразного напряжения и с первыми входами

2п+2 компараторов с выходными формирователями коротких импульсов, выХоды которых через первый элемент ИЛИ подключены к входу счетного триггера, 1483575

10 выходом подключенного к основному входу распределителя, к вторым входам всех компараторов, кроме первого, присоединены ключи, п+1 сумматоров, плюсовой вход первого из которых связан с выходом датчика амплитуды пилообразного напряжения, а минусовой вход — с вспомогательным источником постоянного напряжения, связанным также с первыми входами остальных сумматоров, выходы которых соединены с первыми входами блоков сравнения первой группы, выход первого сумматора соединен с .первыми входами блоков сравнения второй группы, с вторыми входами блоков сравнения первой группы и с первым ключом, выходы блоков сравнения первой группы связаны с управляющими цепями всех нечетных клячей, кроме первого, и с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых присоединены к инверсным выходам блоков сравнения второй группы, прямые выходы которых связаны с управляющими цепями четных клячей, выходы элементов И через второй элемент ИЛИ соединены с управляющей цепью первого ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью стабилизации величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора при изменении выходной частоты, оно снабжено 2п+3 дополнительными сумматорами, причем в качестве первого усилителя использован усилитель с переменным коэффициентом передачи, источник управляющего напряжения соединен с первыми плюсовыми входами нечетных дополни.тельных сумматоров первой группы, с минусовыми входами четных дополнительных сумматоров .первой группы и с первым входом первого дополнительного сумматора второй группы, вторые

I плюсовые входы дополнительных сумматоров первой группы связаны попарно с соответствующими основными источниками постоянного напряжения, выходы дополнительных сумматоров первой группы связаны с соответствую-, щими ключами, начиная с второго, выход первого дополнительного сумматора второй группы связан с вторым входом первого компаратора, второй вход последнего компаратора связан с последним плюсовым входом второго дополнительного сумматора второй группы, вторые входы остальных четных компа2() раторов подключены к четным минусовым входам второго дополнительного сумматора второй группы, вторые входы всех нечетных компараторов связаны с соответствующими плюсовыми не25 четными входами второго дополнительного сумматора второй группы, выход которого подсоединен к минусовому входу третьего дополнительного сумматора второй группы, выход датчика

30 амплитуды пилообразного напряжения через второй усилитель соединен е управляющей цепью первого усилителя и с плюсовым входом третьего дополнительного сумматора второй группы, выход которого подключен к входу первого усилителя, выход первого усилителя соединен с вторым входом первого дополнительного сумматора второй группы и с третьими плюсовыми входа4р ми дополнительных сумматоров первой группы.

1О

1Е

ЮПР. 2

Составитель О.Парйенова

Редактор A„Äîëèíè÷ Техред И, Дидык Корректор Н. Король

Заказ ?846/52 Тираж б46 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, .:москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, ул. Гагарина, 101