Способ управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления автономными инверторами напряжения и преобразователями со звеном повышенной частоты при плавном регулировании частоты выходного напряжения инвертора. Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения. Для достижения поставИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления автономными инверторами и инверторами со звеном повышенной частоты . Известен способ формирования кривых выходного напряжения инвертора методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) по синусоидальному закону. Способ заключается в том, что моменты коммутации силовых ключей инвертора определяют путем сравнения модулирующего напряжения силенной цели сравнивают модулирующее и несущее напряжения и вырабатывают импульсы управления в моменты их равенства в течение первой четверти модулирующего напряжения. В отличие от известного способа , вырабатывают последовательность вспомогательных импульсов в моменты равенства модулирующего напряжения нулю и при достижении им максимального и минимального значений. В течение первой четверти периода модулирующего напряжения измеряют и регистрируют интервалы времени между указанными импульсами управления . В течение второй и последующих четвертей периода этого напряжения сигналы управления вырабатывают согласно зарегистрированным длительностям интервалов времени. В течение четных четвертей периодов модулирующего напряжения интервалы времени отсчитывают в последовательности, обратной последовательности их регистрации, а в течение нечетных - в той же последовательности, что и при их регистрации. Реализация предложенного способа управления позволит устранить из спектра выходного напряжения паразитные четные гармоники. 3 ил. нусоидальной формы, частоту которого задают в соответствии с необходимой частотой выходного напряжения инвертора, и напряжения несущей частоты пилообразной или треугольной формы. Недостатком способа является ухудшение формы выходного напряжения инвертора в случае, когда частота модулирующего напряжения некратна несущей частоте. Известен также способ управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией . Согласно этому способу со с | ю V4 СП О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1721759 А1 (51)5 Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4800986/07 (22) 25.01.90 (46) 23.03.92, Бюл. hL 11 (71) Рижский технический университет (72) Ф,B. Гришкян, Л.С. Рыбицкий, Я.П. Грейвулис и С.С. Петров (53) 621.314.27 (088.8) (56) Заявка t4 0254290 ЕР, кл. Н 02 М 7/5387, 1988.

Заявка Рв 63-26629, Япония, кл. Н 02 M 7/48, 1989.

Гречко 3.Н., Тонкаль В.Е. Автономные инверторы модуляционного типа. — Киев:

Наукова думка, 1983, с, 304, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ

С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления автономными инверторами напряжения и преобразователями со звеном повышенной частоты при плавном регулировании частоты выходного напряжения инвертора. Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения. Для достижения поставИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления автономными инверторами и инверторами со звеном повышенной частоты.

Известен способ формирования кривых выходного напряжения инвертора методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) по синусоидальному закону. Способ заключается в том, что моменты коммутации силовых ключей инвертора определяют путем сравнения модулирующего напряжения силенной цели сравнивают модулирующее и несущее напряжения и вырабатывают импульсы управления в моменты их равенства в течение первой четверти модулирующего напряжения. В отличие от известного способа, вырабатывают последовательность вспомогательных импульсов в моменты равенства модулирующего напряжения нулю и при достижении им максимального и минимального значений. В течение первой четверти периода модулирующего напряжения измеряют и регистрируют интервалы времени между указанными импульсами управления. В течение второй и последующих четвертей периода этого напряжения сигналы управления вырабатывают согласно зарегистрированным длительностям интервалов времени. В течение четных четвертей периодов модулирующего напряжения интервалы времени отсчитывают в последовательности, обратной последовательности их регистрации, а в течение нечетных — в той же последовательности, что и при их регистрации. Реализация предложенного способа управления позволит устранить из спектра выходного напряжения паразитные четные гармоники. 3 ил. нусоидальной формы, частоту которого задают в соответствии с необходимой частотой выходного напряжения инвертора, и напряжения несущей частоты пилообразной или треугольной формы.

Недостатком способа является ухудшение формы выходного напряжения инвертора в случае, когда частота модулирующего напряжения некратна несущей частоте.

Известен также способ управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, Согласно этому способу

1721759 вы рабатывают широтно-модулированные импульсы Eu, Ev, Ew путем сравнения несущей и модулирующей волн. Амплитуду модулирующей волны измеряют с цикличностью, соответствующей частоте несущей волны. Модулирующую и несущую волны синхронизируют, когда максимальная величина измеренной амплитуды модулирующей волны больше амплитуды несущей волны. Модулирующую и несущую волны синхронизируют, когда величина измеренной амплитуды модулирующей волны меньше амплитуды несущей волны, Недостатком этого способа является необходимость синхронизации модулирующей и несущей волн, которая приводит к ухудшению гармонического состава выходного напряжения инвертора при плавном регулировании его частоты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в том, что модулированные по ширине сигналы получают в результате сравнения пилообразного напряжения несущей частоты с модулирующими колебаниями, которые измеряют во времени. В 1/2 (N-1) регистр, где N — нечетное число полупериодов пилообразного напряжения несущей частоты, заносят информацию об уровнях модуляции, а затем вырабатывают ступенчатые сигналы согласно информации, занесенной в регистры. Ступенчатые сигналы сравнивают с сигналом треугольной формы и в моменты их равенства вырабатывают импульсы управления коммутирующими элементами инвертора.

Способ позволяет избавиться от косинусных составляющих в выходном напряжении инвертора.

Недостатком способа является не прямая, а косвенная регистрация моментов вырабатывания импульсов управления коммутирующими элементами инвертора, что приводит к ухудшению форм выходного напряжения инвертора и ограничению применения методов его улучшения.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения инвертора при регулировании его частоты.

Предлагаемый способ позволяет создавать последовательность широтно-модулированных импульсов, которые симметричны относительно оси абсцисс и относительно начала координат, что дает существенное улучшение формы кривой выходного напряжения инвертора, 5

Укаэанная цель достигается тем, что сравнивают модулирующее синусоидальной формы и несущее треугольной или пилообразной формы напряжения и вырабатывают импульсы управления в моменты их равенства в течение первой четверти периода модул ирующего напряжения.

В качестве новых выступают следующие отличительные признаки. Вырабатывают последовательность вспомогательных импульсов в моменты равенства модулирующего напряжения нулю и при достижении им максимального и минимальных значений. В течение первой четверти периода модулирующего напряжения измеряют и регистрируют интервалы времени между указанными импульсами управления. В течение остальных четвертей периода модулирующего напряжения вырабатывают импульсы управления согласно зарегистрированным интервалам времени и в соответствии с чередованием фаз. Причем в течение четных четвертей периодов модулирующего напряжения эти интервалы времени отсчитывают в последовательности, обратной к последовательности их регистрации, в течение нечетных четвертей периодов в той же последовательности, как и при их регистрации. При изменении частоты модулирующего напряжения указанные выше операции повторяют.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг.2 — временные диаграммы его работы; на фиг.3 — временные диаграммы формирования последовательности вспомогательных импульсов.

Устройство, реализующее способ управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, содержит блок задания частоты 1, микрокомпьютер 2, состоящий из микропроцессора 3, управляемого таймера

4, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 5, первого оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 6 и второго ОЗУ 7, генератор синусоидального напряжения 8, генератор пилообразного напряжения 9, устройство выделения четверти периода 10, устройство сравнения 11 и устройство управления коммутирующими элементами инвертора 12. Выход блока задания частоты

1 соединен с входом генератора синусоидального напряжения 8, выход которого подключен к входу устройства выделения четверти периода 10 и к первому входу устройства сравнения 11, к второму входу которого подсоединен генератор пилообразного напряжения 9. Выходы устройства выделения четверти периода 10 и

1721759

10

35

45

55 устройства сравнения 11 соединены с микропроцессором 3. В микрокомпьютере 2 осуществляется обмен информацией между первым 6 и вторым 7 и между микропроцессором 3 и следующими устройствами: ПЗУ

5, управляемым таймером 4, первым 6 и вторым 7 ОЗУ. Обмен информации происходит по командам, которые вырабатывает микропроцессор 3 согласно занесенной в

ПЗУ 5 программе. Вход устройства управления коммутирующими элементами инвертора 12 соединен с микропроцессором 3, а выход является выходом всего устройства управления инвертором с ШИМ.

Микропроцессор в процессе работы вырабатывает следующие команды: — установить управляемый таймер 4 на нуль; — измерить интервал времени управляемым таймером 4; отсчитать интервал времени управляемым таймером 4; — загрузить данные в первое ОЗУ 6; — получить данные из первого ОЗУ 6 и одновременно загрузить их во второе

ОЗУ 7; — получить данные из второго ОЗУ 7 и одновременно загрузить их в первое ОЗУ 6; — получить данные из управляемого таймера 4; — загрузить данные в управляемый таймер 4.

Названные команды вырабатывают по сигналам, полученным от устройства выделения четверти периода 10, устройства сравнения 11 и по сигналам от управляемого таймера 4. Последовательность исполнения команд занесена в ПЗУ 5;

Способ управления инвертором заключается в следующем

Задают требуемую частоту модулирующего синусоидального напряжения блоком задания частоты 1 (см.фиг.1). Генератором пилообразного напряжения 9 вырабатыва.ют несущее напряжение пилообразной формы, частота которого оптимальна и постоянная для всего диапазона изменения частоты модулирующего синусоидального напряжения, которое вырабатывают генератором синусоидального напряжения 8.

Амплитуды модулирующего и несущего напряжений остаются неизменными и их отношение равно заданной глубине модуляции.

В течение первой четверти периода устройством сравнения 11 сравнивают модулирующее и несущее напряжения. В момента равенства модулирующего и несущего напряжений устройством сравнения

11 вырабатывают сигнал (см.фиг.2а), который подают в микропроцессор 3 (см.фиг.1).

В течение первой четверти периода этот сигнал непосредственно подают на устройство управления коммутирующими элементами инвертора 12, с помощью которого вырабатывают импульсы управления коммутирующими элементами инвертора соответственно чередованию фаз.

Устройством выделения четверти периода 10 вырабатывают последовательность вспомогательных импульсов в моменты равенства модулирующего напряжения нулю и при достижении их максимального или минимального значений (см.фиг.3). Вырабатываемую устройством выделения четверти периода 10 последовательность вспомогательных импульсов подают в микропроцессор 3.

В момент начала первой четверти периода микропроцессором 3 вырабатывают команду обнуления управляемого таймера 4 и команду измерения интервала времени управляемым таймером 4. После прихода сигнала о равенстве модулирующего и несущего напряжений от устройства сравнения 11 микропроцессором 3 вырабатывают команду прекращения и измерения времени и заносят информацию об измеренном интервале времени первое ОЗУ 6.

Первое 6 и второе 7 ОЗУ организованы по принципу стековой памяти. Затем микропроцессором 3 вырабатывают команды обнуления управляемого.таймера 4 и измерения следующего интервала времени до прихода очередного сигнала от устройства сравнения 11.

Таким образом, в ячейки первого ОЗУ 6 заносят все интервалы времени между моментами равенства модулирующего и несущего напряжений. Сигналом окончания последнего измеряемого интервала времени является сигнал об окончании первой четверти периода модулирующего напряжения который поступает в микропроцессор 3 от устройства выделения четверти периода 10.

В момент начала второй четверти периода модулирующего напряжения управляемый таймер 4 переводят из режима измерения в режим отсчета времени, После окончания первой четверти периода на устройство управления коммутирующими элементами инвертора 12 сигналы управления подают не в моменты равенства модулирующего и несущего напряжений, определяемые устройством сравнения 11, а в моменты окончания отсчетов интервалов времени управляемым таймером 4. Данные об очередном интервале времени получают из первого ОЗУ 6, одновременно подают в управляемый таймер 4 и заносят во второе

1721759

ОЗУ 7. Таким образом, в течение второй четверти периода отсчитывают все зарегистрированные интервалы времени в последовательности, обратной ho отношению к последовательности их регистрции. Схематично указанные действия показаны на фиг.2в и 2г.

Сигнал окончания отсчета управляемым таймером 4 последнего интервала времени является сигналом окончания второй четверти периода. В третьей четверти периода информацию о длительностях интервалов времени получают из второго ОЗУ 7, одновременно подают на управляемый таймер 4 и заносят в первое ОЗУ 6. При такой организации обмена данн ми между первым 6 и вторым 7 ОЗУ в первом ОЗУ 6 постоянно сохраняется информация о длительностях интервалов времени между моментами равенства модулирующего и несущего напряжений в последовательности, обратной по отношению к последовательности их регистрации, а в ОЗУ 7 — в той же последовательности, что и при их регистрации (GM.ôèã,2ã).

В течение четвертой четверти периода модулирующего напряжения повторяют действия, описанные для второй четверти . периода.

Если момент окончания отсчета последнего интервала времени в четвертой четверти периода не совпадает с моментом прихода четвертого импульса от устройства выделения четверти периода 10, при условии, что первым импульсом является импульс, выработанный в момент окончания первой четверти периода модулирующего напряжения, то считают, что частота модулирующего напряжения изменилась, и производят все указанные выше действия.

Ширину выходного импульса устройства выделения четверти периода 10 определяют согласно необходимой точности задания частоты выходного напряжения инвертора.

Если моменты прихода импульса от устройства выделения четверти периода 10 и сигнала об окончании отсчета последнего интервала времени в четвертой четверти периода совпали, то считают, что частота выходного напряжения инвертора соответствует заданной. При этом в течение первой четверти периода не производят измерения интервалов времени, а их отсчитывают согласно информации, которую получают из второго ОЗУ 7 и одновременно переносят в первое ОЗУ 6. Последовательность производимых операций при этом та же, что и в течение уже рассмотренной третьей четверти периода. Далее действия повторяют в указанной ранее последовательности. При этом в течение четных четвертей периодов импульсы управления на вход устройства управления коммутирующими элементами инвертора 12 подают по окончании отсчета интервалов времени управляемым таймером 4 согласно информации,хранящейся в первом 03У 6, а в течение

10 нечетных четвертей периодов- согласно информации, хранящейся во втором ОЗУ 7.

Это позволяет в течение четных четвертей периодов модулирующего напряжения отсчитывать измеренные интервалы времени между моментами равенства модулирующего и несущего напряжений в последовательности, обратной по отношению к последовательности их регистрации, а в течение нечетных четвертей периодов — в той

55 же последовательности, что и при их регистрации. Изменение данных, занесенных в первое 6 и второе 7 ОЗУ осуществляют тольiso при условии изменения заданной частоты модулирующего синусоидального напряжения.

Формула изобретения

Способ управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, заключающийся в том, что сравнивают модулирующее и несущее напряжения и вырабатывают импульсы управления в моменты их равенства в течение первой четверти модулирующего напряжения, отличающийся тем, что, . с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора при регулировании его частоты, вырабатывают последовательность вспомогательных импульсов в моменты равенства модулирующего напряжения нулю и при достижении им максимального и минимального значений, в течение первой четверти периода этого напряжения измеряют и регистрируют интервалы времени между указанными импульсами, а в течение остальных четвертей периода модулирующего напряжения вырабатывают импульсы управления согласно зарегистрированным интервалам времени и в.соответствии с чередованием фаз, при-. чем в течение четных четвертей периодов модулирующего напряжения эти интервалы времени отсчитывают в последовательности, обратной к последовательности их регистрации, в течение нечетных четвертей периодов — в той же последовательности, как и при их регистрации, а при изменении частоты модулирующего напряжения указанные выше операции повторяют.

1721759

@>i 1

I ) 1

Щ I 1! 1

Начал жгру

Лерйг ИУ Ящик

1721759

Составитель В. Гришкян

Редактор Т. Иванова Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Заказ 961 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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