Устройство для управления инвертором

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к управлению ключевыми элементами .инвертора с синусои/^ально модулированным управляющим напряжением, Цель изобретения - повышение стабильности частоты и улучшение гармонического состава выходного напряжения. Устройство содержит распределиЧель 7 импульсов, счетчик 4 с переменным коэффицирнтом деления, выход которого ^соединен с входом распределителя 7 импульсов, вы< ходы которого подсоединены к первым входам идентичных блоков преобразовани^я 8 по числу фаз выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.'29 2В\\XIО Ю J:^00го

(19) (1 I) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДДРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ .ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (я)5 Н 02 M 7/48

1 (21) 4820202/07 (22) 27.04.90 (46) 30.01.92. 6юл. f44 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро полупроводниковой техники (72) Л.А.Фомин (53) 621.316. 727 (088.8) (56) Авторское, свидетельство СССР

М 839018, кл. Н 02 M 7/48, 1981.

Авторское свидетельство СССР

ЛЬ 653723, кл. Н 02 М 7/48,1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНBEPTOP0M (57) Изобретение относится к.преобразовательной технике, в частности к управлению кл ючевымй элементами инвертора с синусоидально модулированным управляющим на. пряжением. Цель изобретения — повышение стабильности частоты и улучшение гармонического состава выходного напряжения. Устройство содержит распределитель 7 импульсов, счетчик 4 с переменным коэффициентом деления, выход которого, соединен с входом распределителя 7 импульсов, выходы которого подсоединены к первым входам идентичных блоков преобразования 8 по числу фаз выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 13 ил.

1709482

Изобретение относится к преобразова- торых подключены к выходу элемента НЕ, тельной технике, в частности к управлению вход которого соединен с выходом генераключевыми элементами инвертора с сину- тора опорного напряжения, подключенным соидально модулированным управляющим к S-входам RS-триггеров, инверсные выходы

5 этих RS-триггеров и прямые выходы дополИэвестно устройство для управления нительных RS-триггеров через соответствутрехфазным мостовым инвертором, содер- ющие элементы И-НЕ подключены к входам жащее два реверсивных делителя частоты, соответствующих формирователей импульвключающие выходные цифровые шины, сов. выходныешинынулевогосостоянияишины 10 Недостатком укаэанного устройства. установки в нулевое состояние, распреде- является низкая стабильность выходного литель импульсов, подключенный к выходу напряжения из-за необходимости перевторого реверсивного делителя, и логиче- стройки почастотеиамплитудеобоихгенеский блок формирования сигналовуправле- раторов — генератора управляющего ния, соединенный с выходными шинами 15 (модулирующего) напряжения и генератора асп е елителя импульсов и блока форми- опорного (пилообразного) напряжения, корования сигналов управления, а также вход- торые должны перестраиваться. эле р

° В л кт иченую шину высокой частоты, формирователь, ским способом. Применение в устройстве делитель частоты с переменным коэффици- готового генератора управляющего напряентом деления и входной шиной цифрового 20 жения с многофазным выходом также являуправляющего сигнала; причем входная ши- ется недостатком устройства, так как

° на высокой частоты соединена с входом создание такого генератора в каждом конкпервого реверсивноГо делителя и через де- ретном случае применения электропривода литель с переменным коэффициентом деле- представляет сложную техническую задачу. ния с входом второго реверсивного 25 Наиболееблизкимпотехническойсущ-. делителя, выходйые шины первого и второ-, ности к предлагаемому является устройство го реверсивных делителей соединены с вхо- для управления инвертором, содержащее, дом блока .формирования импул ьсов, реверсивный счетчик, старший разряд котовыходнаяшинанулевогосостояния второго рого выполнен по многофазной кольцевой реверсивного делителя .соединена через 30 схеме, цифроаналоговые преобразователи, формирователь с шиной установки в ноль подключенные к цифровым шинам младших первого оеверсивного делителя и делителя разрядов реверсивного счетчика, распредес переменным коэффициентом деления, а лительимпульсов, ключевыеэлементыкотовыходная шина цифрового управляющего рого управляются с цифровых шин старшего сигнала подключена к входу делителя с пе- 35 разряда счетчика, и узлы сравнения с пилофф ентом делениЙ. образным опорным напряжением, причем

Недостатком данного устройства явля- выходные шины цифроаналоговых преобрается высокое содержание гармоник в вы- зователей через узлы сравнения подключеходном напряжений, особенно на низких ны на входные шины распределителя частотах. Наличие этих .гармоник может 40 импульсов. привести к модуляции момента двигателя. Недостатками известного устройства

3То обусловленно тем, что устройство, гене- — является низкая стабильность выходного с широтно-импульсной напряжения из-за необходимости незавимодуляцией и огибающей трапецеидальной симой перестройки по частоте и амплитуде формы. 45 двух входных напряжений: тактовой частоИзвеСтно также устройство для управ- ты f на входе реверсивного счетчика и опор- ., ления в-фазным мостовым инвертором с .ного напряжения на входах схем сравнения. ротно-импульсной модуляцией, содер- Кроме того, из-за трапецеидальной формы жащее а-фазный генератор управляющего огибающей содержание гармоник в в одых напряжения, выходы которого подключены 50 ном напряжении оказывается высоким. ск входам т блоков сравнения, другие входы тройство также не позволяет регулировать которых соединены с-выходом генератора, число коммутаций ключевых элементов инпилооб азного напряжения, RS-триггеры и вертора с ростом частоты выходного напряформирователи отпирающих.импульсов по жения, что снижает КПД электропривода за ф а (т+ 1) элементы НЕ 55 счет динамических потерь в силовых элеэлементы И-НЕ, дополнительные RS-триг- ментах инвертора. геры по числу фаз, прич ф, ричем выход каждого Цель изобретения — повышенйе стаблока сравнения подключен к -в ючен к R-входам RS- бильности частоты, улучшение гармоничетриггеров и через элементы элементы НЕ к R-входам ского состава выходного напряжения за дополнительных -тригге

RS- риггеров, S-входы ко- счет применения одного стабильного гене1709482 в устройство для управления инвертором, содержащее распределитель импульсов, счетчик с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с .входом

/ распределителя импульсов, выходы которо- 15 го подсоединены к первым входам идентичных блоков преобразования по числу фаз

20 генератора гармонических колебаний, а выход — со счетным входом счетчика с пе- 25 соединен с выходом генератора гармонических колебаний, а прямой и инверсный вы- 30 элементы задержки, первый, второй и тре- 35 тий элементы И, первай и второй элементы подсо един ен к второму. входу блока и ре- 40 образования, а второй. вход соединен с

55 ратора гармонического сигнала, из которого формируется выходное напряжение с гармонической огибающей и опорное (пилообразное) напряжение, а также снижение динамических потерь в силовых элементах инвертора за счет введения элементов задержки, обеспечивающих снижение числа коммутаций при увеличении частоты выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что выходного напряжения, каждый из которых содержит генератор пилообразного напряжения и первый блок сравнения, введены регулируемый усилитель, генератор гармонических колебаний, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом ременным коэффициентом деления, управляющие входы которого являются входами устройства, вход регулируемого усилителя ходы подключены к вторым. и третьим входам каждого блока преобразования со ответственно, в каждый блок преобразования введены первый, второй и третий

ИЛИ, элемент И-НЕ, первый и второй счетные триггеры, второй блок сравнения и блок фиксации уровня, первый вход которого выходом генератора пилообразного напряжения, первый вход второго блока сравне-. ния соединен с третьим входом блока преобразования, второй вход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, а вторые входы первого и второго блоков сравнения соединены с выходом блока фиксации уровня, вход первого элемента задержки соединен. с выходом первого блока сравнения, входы второго и третьего элементов задержки соединены с выходом второго блока сравнения, первые входы первого и второго элементов И подключены к выходам второго и третьего зле= ментов задержки, входы первого элемента

ИЛИ подсоединены к выходам первого элемента задержки, первого и второго элементов И соответственно, счетный вход первого счетного триггера соединен с первым вхо5

10 дом блока преобразования, а выходы — C входами генератора пилообразного напряжения и вторыми входами первого и второго элементов И соответственно, счетный вход второго счетного триггера соединен с одним из выходов первого счетного триггера, первые входы третьего элемента И и элемента

И вЂ” НЕ подключены к выходам второго счетного триггера соответственно, а вторые Входы — к выходу первого элемента ИЛИ, входы второго элемента ИЛИ подсоединены к выходу третьего элемента И и выходу элемента

И вЂ” НЕ соответственно, а выход — к первому выходу блока преобразования и выходу устройства, при этом выходы первого и второго блоков сравнения соединены с вторым и третьим выходами блока преобразования соответственно. С целью снижения числа коммутаций и уменьшения динамических потерь при увеличении частоты выходного напряжения, время задержки первого элемента задержки в два раза выше времени задержки второго элемента задержки, а . время задержки. третьего элемента. в полтора раза выше времени задержки первого элемента задержки.

В автономных инверторах применяется наиболее экономичный ключевой режим работы силовых элементов, поэтому управляющее напряжение представляет собой широтно-импульсно-модулированный сиг нал с синусоидальной огибающей, обеспе- чивающей наилучшие динамические свойства электродвигателей; При этом необходима плавная и независимая регулировка электрическим путем частоты и амплитуды выходного сигнала (за счет изменения глубины модуляции). при высоком быстродействии и достаточной стабильности. Распространены методы синтезирования ШИМ с помощью микропроцессоров и микроЭВМ, Подавляющее число методов формирования ШИМ (в том числе и микропроцессорные) основаны на аппроксимации синусоидальной формы линейными функциями йа отрезках времени различной длины. Предлагаемый метод— метод непосредственного преобразования в ШИМ гармонического сигнала стабильной частоты.

На фиг.1 представлена блок-.схема устройства для управления инвертором; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений, поясняющие его работу, Устройство для управления инвертором содержит генератор 1 гармонических коле- . баний, регулируемый усилитель 2 и форми-. рователь 3, входы которых подсоединены к выходу генератора 1 гармонических колебаний, счетчик 4 с переменным коэффициен1709482 том деления, счетный вход которого соеди- На фиг.5 представлена функциональная нен с выходом формирователя 3, а управля- схема регулируемого усилителя. Он содерющие входы 5 и 6 являются входами житоперационныеусилители34и35,управустройства, распределитель 7 импульсов, ляющий . транзистор 36. и делитель соединенный входом с выходом счетчика 4, . 5 напряжения, состоящий из резисторов 37— идентичные блоки 8 (8; 8 ) преобразования . 40, I И по числу фаэ выходного напряжения, Функциональнаясхемасчетчикасперепервый вход9(9,9в) каждого из которых менным коэффициентом деления 4 предподключен к одному иэ выходов распреде- ставлена на фиг.6. Он содержит двоичный лителя 7 импульсов. Прямой и инверсный 10 счетчик 41, реверсивный счетчик 42, управвыходы регулируемого усилителя 2 подсое- ляющие входы 5 и 6 которого являются ахо- динены-к второму 10 и третьему 11 входам дами устройства, группу элементов И 43; всехблоков8преобразования. Каждыйблок выходы которых соединены с разрядными преобразования содержит схему 12 фикса- входами двоичного счетчика 41, формировации уровня, первый вход которой связан с 15 тель 44 импульса сброса, вход которого совторым входом 10 блока 8 преобразования, единен с выходом двоичного счетчика 41, а генератор 13 пилообразного напряжения, выход — co счетным входом реверсивного выход которого соединен с вторым входом счетчика 42,.входом установки в ноль двоичсхемы 12 фиксации уровня, первую 14 и ного счетчика 41 и через элемент 45 задервторую 15 схемы сравнения, первые входы 20 жки с первыми входами группы элементов которых соединены с вторым 10 и третьим И 43, вторые входы которых подключены к

11 входами блока 8 преобразования, а вто- разрядным выходам реверсивного счетчика рые входы — с выходом схемы 12 фиксации 42, уровня, первый элемент 16 задержки, вход- На фиг.7 представлена функциональная которого соединен с выходом первой схемы 25 схема распределителя импульсов, который

14сравнения, второй 17итретий18элемен- содержит 7 К вЂ” триггеры 46 и логические ты задержки, входы которых подключены к элементы И вЂ” НЕ 47. выходу второй схемы 15 сравнения, первый На фиг.8 представлена функциональная

19 и второй 20 элементы И, первые входы схема генератора пилообразного напряжекоторых связаны с выходами элементов 17 30 ния; на фиг.9 — диаграммы напряжений. пои 18 задержки соответственно, элемент ясняющие его работу.

ИЛИ 21, входы которого подсоединены к Он содержит операционные усилители выходам элемента 16 задержки, элементов 48, интегрирующий конденсатор 49 и рези-.

И 19 и 20 соответственно, первый счетный сторы 50 — 56. триггер22,счетный входкоторого соединен 35 На фиг.10 приведена функциональная с входом 9 блока 8 преобразования, а выхо- схема схемы фиксации уровня. дй — c входами генератора 13 пилообразно- Схема содержит операционный усилиго напряжения и вторыми входами первого тель 57, пиковый детектор 58 и резисторы 59— и второго элементов И 19 и 20 соответствен- 62. но, второй счетный триггер 23; счетный вход 40 Временные диаграммы на фиг.11, 12, 13 которого соединен с одним из выходов пер- поясняют методику формирования широтеого триггера 22, третий элемент И 24 и но-импульсного выходного напряжения, элемент И-НЕ 25, первые входы которых Устройство для управления инвертором соединены с выходами второго счетного работаетследующим образом. триггера 23, а вторые входы — с выходом 45 В исходном состоянии в счетчике 4 с первого элемента ИЛИ 21, второй элемент переменным коэффициентом деления (пеИЛИ 26, входы которого подключены к вы- ресчета) коэффициент пересчета установ ходам третьего элемента И 24 и элемента лен таким, что частота следования

И вЂ” НЕ 25, а выход является первым выходом импульсов на его выходе соответствует но27 устройства, при этом выходы первой 14 и 50 минальной пусковой частоте электродвигавторой 15 схем сравнения являются вторым, теля, Гармонический сигнал частотой fo =

28 и третьим 29 выходами устройства для =1/Т (фиг.2,а) поступает на входформироуправления инвертором. вателя 3, в котором преобразуется в прямоНа фиг.3 представлена функциональная угольные импульсы с частотой следования 4 схема формирователя; на фиг.4 — д аграммы 55 и фиксированием поположению на времен-, напряжений, иллюстрирующие его работу. ной оси с моментами времени пересечения

Формирователь 3 содержит выпрями- гармоническим колебанием нулевого уровтельные диоды 30 и 31, RC-фильтр 31 — 31 ня (фиг,2,6). Выпрямитеьные диоды 30 и 30

I 1 постоянной составляющей. компаратор 32 и RC-фильтр 31 — 31 формирователя 3 обес-. напряжения и счетный триггер.33. печивают выпрямление и фиксацию по ну1709482

10 левому уровню выпрямленного, напряжения (фиг.4,б): На выходе. амплитудного дискри-, минатора 32 формируются прямоугольные . импульсы, которые делятся по частоте следования на два с помощью счетного тригге-. 5 ра 33, обеспечивая фиксацию момента. пересечения при переходе через ноль seer да в одном направлении. Точность момента фиксации регулируется напряжением Ue на втором. входе дискриминатора 35. С выхода 10 формирователя 3 импульсы с частотой сле-дования Ь поступают на счетный вход йерестраиваемого счетчика 4 (фит.;6), Коэффициент пересчета двоичного счетчика

41. однозначно определяется состоянием . 15 разрядов реверсивного счетчика 42, -Это обусловлено тем, что при появлений первого импульса на выходе двоичного счетчика

41 этот импульс через формирователь44 импульса сброса и элемент 45 задержки по- 20 ступает на первые входы группы элементов

И 43, вторые входы которых соединены с . разрядными выходами реверсивного счет.чика 42. Те элементы И группы 43, у которых, вторые входы оказываются под высоким по- 25 тенциалом, пропускают импульс на выход-., ные шины и далее на разрядные входы соответствующих разрядов двоичного счетЧика 41, которые окажутся переключеннымив инверсное состояние. Таким образом; со-. 30 держимое реверсивного счетчика 42 будет переписано в двоичный счетчик 41, 8 даль-. нейшем, если содержимое реверсивйого счетчика 42 не изменяется, процесс перезаписи повторяется в той же последователь- 35 ности при появлении каждого импульса на выходе счетчика 41, Предположим, что счетчики 41 и 42 имеют по 4 разряда. Пусть выходной код на выходах, разрядов счетчика 42 будет равен 40

1.001, что соответствует десятичному числу

9. Таким образом, вторые входы первого и . четвертого элементов И 43 окажутся под высоким потенциалом, пропустят импульс на выход и установят первый и четвертый 45 разряды двоичного счетчика 41 в единичное состояние. Таким образом, двоичный код

1001 будет перенесен в счетчик 41, переполнение которого, а следовательно; и по явление импульсов на выходе будет 50 происходить через 7 импульсов (16 -;9 7), т.е. каждый 7-й импульс будет появляться на выходе счетчика 41, т.е. его эквивалентный коэффициент пересчета будет равен 7.

В,общем случае коэффициент пересчета 55 двоичного счетчика 41 равен:

К4=2л - К, (1) где n — разрядность счетчиков 41 и 42;

К вЂ” десятичное выражение выходного кода на разрядных выходах счетчика 42, равное числу импульсов, накопленных в нем.

Комбинируя прямые и инверсные выходы разрядов реверсивного счетчика 42 и нулевые и единичные входы двоичного счетчика 41 можно получить значение коэффициента пересчета счетчика 4 после его установки в ноль.

В качестве реверсивного счетчика 42 может быть использован любой реверсивный счетчик, но имеющий выходы каждого разряда и управление реверсом. На фиг.б поКазан реверсивный счетчик последовательйЬго счета с одним счетным входом и двумя управляющими входами 5 и. 6. При наличии разрешающего сигнала на любом из входов, например на входе 5 (Ys = 1), происходит суммирование импульсов, при

Уе= 1 — вычитание импульсов. Комбинация

Yg = 1, ув- — 1 является запрещенной. Таким образом,. при действии разрешающего сигнала у5 = 1 происходит уменьшение коэффициента пересчета. счетчика 4 за счет записи импульсов в реверсивный счетчик 42 и наоборот.-Эти импульсы с выхода счетчика 4 поступают на вход распределителя 7 импульсов. Распределитель 7 на 3 фазы представлен на фиг.7, который выполнен в виде кольцевого счетчика на УК-триггерах 46.

Элементы И-НЕ 47 служат для исключения запрещенных состояний. Импульсы с выходов распределителя, 7 с частотой следова. / ния

F=- fo/m К4, (2) где m — число выходов распределителя, поступают на первые входы блоков преобразователя 8.

Гармонический сигнал с выхода генера- . тора 1 поступает на вход регулируемого усилителя 2 (фиг.5), представляющего собой инструментальный усилитель. Данный усилитель имеет высокое входное сопротивление по обоим входам и обеспечивает установку заданного коэффициента усиления с помощью одного изменяемого сопро-тивления Rg — внутреннего сопротивления транзистора 36.

Усилитель построен,на двух операционных усилителях 34 и 35.. Для этого усилителя при условиях R37 = Язв = Ваза = R4o выходное напряжение находится по формуле

0вых = 2(01 02) (1 Вз7) {Rc).

Если на первый вход подать гармонический сигнал 0>, то 0г может служить для регулирования уровня постоянной составляющей выходного сигнала. Изменение амплитуды выходного. напряжения осуществляется изменением внутреннего сопротивления транзистора 36 путем пЬд1709482 ачи на его базу управления сигнала 0у. На тектированный пиковым детектором 58 гарсхеме фиг.5 показан прймер выполнения монический сигнал с одного из выходов ре- . регулируемого у и лируемого усилителя 2. Инверсный гулируемого усилителя 2 (диаграмма 056 на выход может быть реализован путем фиг.2).. включения в выходную цепь усилителя Ecnv принять ы д ля 2 5 - н59 В61 операционного усилителя в режиме повто- 60 R62 рителя(не показан); . напряжение 012 будет изменяться пропорВыходное парафазное напряжение си- ционально разности входных напряжений: нусоидальной формы частоты fo поступает =(0 U ). Ro

12=(о в) —,, йа второй и третий 11 входы блоков 8 пре- 10 . () р обРазованиЯ и Далее на пеРвые вхоДы схем где 0, = 056,— амплитуда гармонического

14 и 15 сравнения, на вторые входы кото-- сигнала . рых поступает пилообразное напряжение 0 — амплитуда пилообразного напряс выхода схемы 12,фиксации уровня. Акт жения. сравнения гармонйческого сигнала с пи- 15 Сигналы с выходов схем 14. и 15 сравне- лообразным напряжением. фактически ния суммируются первым элементом ИЛИ обеспечивает формирование широтно-им- 21 (диаграммы Uzv на фиг.11 и 12, покаэывапульсного модулированного напря кения, ющие форму напряжения на выходе элеменкотороепоступаетна выходы28и29блока та 21 для значений .Времени задержки

8 преобразования и на выход устройства 20 элементов16, 17 и 18 х1 =г2 =13 =Осоот(диаграммы 026-и 029 на фиг.11 и 12). Пило ветственно). Суммирование напряжений образное напряжение формируется генера 026 и 02я приводит к увеличению коэффицитором 13., который представляет собои. ента заполнения, что значительно улучшает интегрирующий усилитель, выполненный гармонический состав выходного напряжена двух операционных усилителях (Фиг.8). 25 ния, снижая амплитуду высших гармоничеЕсли Rs1 = R50, Rs4 = R53, Я55 = 856 Р52 = ских составляющих. Включение элементов

=Rs3+ Rss, задержки 16, 17 и 18 обеспечивает снижето передаточная функция для данного ин ние числа коммутаций выходных силовых тегратора имеет вид ключей инвертора за счет слияния импуль02 Р и P . Rss 30 сов, отстоящих на расстоянии т то, где

850 C49 R50 интервал гп отсчитывается между переи нет необходимости предъявлять.требОВа- дним и задним фронтом двух смежных им- . ния к точности выполнения Равенств двух пульсов. Пороговая величина . то выпостоянных времени, В этом с у ае д"и- бирается в процессе проектирования и оттельности прямого и обратного ходов пило 35 ладки В процессе динамических испытаний образного напряжения равны и интеГРатор инвертора. Исходя из условия симметрии. формирует треугольное напряжение (диаг выходного напряжения соотношения между раммы U13 на фиг.2 и 0вцх Н> фиг 9) Пара величиной задержки первого элемента зафазные напряжения типа "меандр" U1 и 02, Держки 16 г1 и величины времени задержки подаваемые на входы интегратора с асТо 40 Второго 17 — tz и третьего 18 — t3 элементов той, определяемой выражением (2), форми задержки определяется следующими соотруются с помощью:счетного триггера 22, на „Ошениями счетный вход которого поступают импульсы tz 0,5. t<; с первого входа блока 8 преобразования.

Схема 12 фиксации уровня обеспечива- 45 при этом интервал т., определяющий моет пРивЯэкУ пилообразного напРЯжениЯ к мент слияния двух смежных импульсов, опамплитудному значению гармонического ределяется из условия сигнала (диаграмма U >2 на фиг..2), чем достигается изменение глубины модуляции пр 5 ЭтообеспечиваетвысокийКПдэлектро привода переменного тока, который обратнала за счет изменения 0у в регулируемом но пропорционален частоте выходного усилителе2. На фиг.11 показаныдиагр™ы напряжения и числу высокочастотных импульсов e полуВОлн6 ВыхОдного напряжеуляции m = =1, на фиг,12 для mr= 55 ния. Такое соотношение не ухудшает плавность двищения электродвигателя; но

0 5 ©Y""циональнаЯ схема "2 фиксации значительноснижаетдинамические потери

УРовнЯ изобРажена на фиг.10 и представлЯ- в силовых элементах инвертора. ет собой дифференциальный усилитель, на Элементы И 19 и 20 обеспечивают попепервый вход которого подаетсЯ пилообРаз ременное в течение первого полупериода ное напряжение, а на Второй вход — продеl

14

1709482

13 подключение элементов задержки-17 и 18 к входу суммирующего элемента ИЛИ 21, Диаграммы напряжений на фиг.13 поясняют .. принцип действия этой части схемы. Очевидно, что действие данного механизма на- 5 чинается при увеличении частоты выходного напряжения при изменении частоты генератора гармонического сигнала при поддержании постоянства коэффициента пересчета счетчика-4., 10

Триггер 23, элемент И 24, элемент И-НЕ

25 и элемент ИЛИ 26 обеспечивают изменение фазы выходного напряжения на 180, по истечении каждого полупериода. Таким.образом, создается гармоническая сгибаю- 15 щая выходного широтно-импульсного колебания, в котором полярность определяется фазой импульсного напряжения. !., Идентичные блоки преобразования 8 и

8 обеспечивают получение трехфазного на- 20 пряжения на выходах устройства для управ- ления инвертором. В. общем случае временный сдвиг между. напряжениями кадой равен:

Т = K4xTO. 25

Таким образом, введение генератора 1 гармонических колебаний, формирователя

3, вход которого соединен с выходом. генератора 1 гармонических колебаний, а выход . — со счетным входом счетчика 4 с перемен- 30 ным коэффициентом деления, управляю-, .щие входы которого являются входами 5 и 6 устройства, обеспечивают повышение стабильности выходного напряжения, так каке случае использования» стабилЬного генера-, 35 тора 1 управляющие сигналы будут также стабильны.. .Введение регулируемого усилителя 2, вход которого соединен с выходом генератора 1 гармонических колебаний, а прямой 40 и инверсный выходы подключены к вторым и третьим входам каждого блока преобразования, обеспечивает изменение глубины модуляции выходного сигнала с ШИМ с гар-монической огибающей, что в значительной 45 степени улучшает гармонический состав выходного сигнала.

Введение в каждом блоке преобразования 8(8, 8 ) схемы 12 фиксации уровня, первый вход которой подсоединен.к второму 50 входу 10 блока 8 преобразования, а второй вход соединен.с выходом генератора.13. пилообразного напряжения, второй схемы 15 сравнения, первый вход которого соединен с третьим входом 11 блока 8 преобразова- 55 ния, второй вход 10 которого подключен к первому входу первой. схемы 14 сравнения, а вторые входы первой 14 и-второй 15 схем сравнения соединены с выходом схемы 12 сравнения, обеспечивает формирование широтно-импульсного сигнала высокой стабильности и .оптимальным гармоническим составом и позволяет осуществлять регулировку глубины модуляции в пределах

О< m =1,. . Введение первого элемента задержки

16, вход которой соединен с выходом первой схемы 14 сравнения. второго 17- и треть-. его 18 элементов задержки, входы которых, соединены с выходом второй схемы 15 сравнения, первого и второго элементов И 19 и

20, первые входы которых подключены к выходам второго 17 и третьего 18 элементов задержки, первого элемента ИЛИ 21, входы которого подсоединены к выходам первого элемента задержки 16, первого 19 и второго

20 элементов И обеспечивает снижение числа коммутаций и уменьшение динамических потерь в силовых элементах инвертора, Введение первого 22 и второго 23 счетных триггеров, третьего элемента И 24, элемента И-HE 25, элемента ИЛИ 26 и связей между ними обеспечивает работу устройства, а также получение противофазного напряжения во втором полупериоде выход-, ного нап ряжения.

Технико-зкономическая эффективность изобретения оценивается в сравнении с прототипом положительным эффектом . который состоит в более высокой. стабильности частоты и .более низком содержании гармоник в высокочастотном участке спектра выходного сигнала, а также в снижении. динамических потерь при увеличении частоты за счет уменьшения числа силовых ключей инвертора. Стабильность .частоты выходного напряжения оказывается для предложенной схемы не ниже стабильности частоты генератора гармонического сигнала. Действительно, относительная нестабильность выходного напряжения:

hFn m 4 h fî h fî

У

Fn m ufo fo

Так как частота выходного сигнала в соответствии с (2).определяется однозначно коэффициентом пересчета счетчика 4 при

f0 = const u m = const,.òî может быть осуществлена кварцевая стабилизация частоты генератора 1.

В этом. случае относительная нестабильность частоты у может быть достигнута величины 10 -10 . Это особенно важно на частотах порядка десятков герц, так как на .этих частотах нИ один из известных методов аппаратурной реализации подобных устройств практически обеспечить такой стабильности не может.

1709482

10

30

40

55

Гармонический состав выходного сигнала для данной схемы можно считать оптимальным, так как он формируется из * синусоидального сигнала непосредственным преобразованием в ШИМ-напряжение. 5

Кроме того, предложенный метод преобразования позволяет избежать сложной процедуры формирования низкочастотного трехфазного синусоидального напряжения с последующим преобразованием его в широтно-импульсное, как это делается традиционными методами, в том числе и при программном методе формирования ШИМ сигнала, когда мгновенные значения синусоиды хранятся в памяти в виде массива 15 данных, что в значительной степени снижает эффективность подобных устройств.

Предложенная схема допускает сочетание аппаратного и программного способов получения ШИМ-сигнала, когда генератор гармонического сигнала 1 может выполнять ! функции элементов памяти, а управление двоичным счетчиком 41 может осуществляться от микропроцессора с учетом динамики работы электропривода.

Предложенное устройство позволяет снизить динамические потери в инверторе за счет автоматического регулирования числа коммутаций силовых ключей.

Формула изобретения

1. Устройство для управления инвертором, содержащее счетчик с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с входом распределителя импульсов, выходы которого подсоединены к первым входам идентичных блоков преобразования по числу фаз выходного напряжения, каждый иэ которых содержит генератор пилообразного напряжения и первый блок-сравнения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения стабильности частоты и улучшеия гармонического состава выходного напряжения, в него введены регулируемый усилитель, генератор гармонических колебаний, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом генератора гармонических колебаний, а выход — co счетным входом счетчика с переменным коэффициентом деления, управляющие входы которого являются входами устройства, вход регулируемого усилителя соединен с выходом генератора гармонических колебаний, а прямой и инверсный выходы подключены к вторым и третьим входам каждого блока преобразования соответственно, в каждый блок пре/ образования введены первый, второй и третий элементы задержки, первый, второй и третий элементы И, первый и второй элементы.ИЛИ, элемент И вЂ” НЕ, первый и второй счетные триггеры, второй .блок сравнения и блок фиксации уровня, первый вход которого подсоединен к второму входу блока преобразования, а второй входсоединен с выходом генератора пилообразного напряжения„первый вход второго блока сравнения соединен с третьим входом блока преобразования, второй вход которого . подключен к первому входу первого блока сравнения, а вторые входы первого и второго блоков сравнения соединены с выходом блока фиксации уровня, вход первого элемента задержки соединен с выходом первого блока сравнения, входы второго и третьего элементов задержки соединены с выходом второго блока сравнения, первые входы первого и второго элементов И подключены к выходам второго и третьего элементов задержки, входы первого элемента

ИЛИ подсоединены к выходам первого элемента задержки, первого и второго элемен= тов И соответственно, счетный вход первого счетного триггера соединен с первым входом блока преобразования, а выходы — с входами генератора пилообразного напря- жения и вторыми входами первого и второго элементов И соответственно, счетный вход второго сМетного триггера соединен с одним из выходов первого счетного триггера,первые входы третьего элемента И и элементаИ-НЕ подклюнены к выходам второго счетного триггера соответственно, а вторые входы — к выходу первого элемента ИЛИ, входы второго элемента ИЛИ подсоединены к вы- . ходу третьего элемента И и выходу элемента .

И-НЕ соответственно, а выход — к первому выходу блока преобразования и выходу уст-. ройства; при этом выходы первого и второго блоков сравнения соединены с вторым и третьим выходами блока преобразования соответственно.

2. Устройство по ri.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью снижения числа комму; таций силовых элементов инвертора и уменьшения динамических потерь при увеличении частоты выходного напряжения, время задержки первого элемента задержки в два раза выше времени задержки второго элемента задержки, а время задержки третьего элемента задержки в полтора раза выше времени задержки первого элемента задержки.

1709482

1709482.

1709482

Фи2 7

59

Фиа. 10

1709482

::1709482

Фиг. /2

Фиг. П!

Заказ 434 Тираж . . - Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

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

Редактор А.Лежнина

Составитель 8.Савченко

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий