Устройство для программного управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока

 

Сущность изобретения: устройство содержит управляемый задающий генератор 1.1, делитель 1.2 частоты, пересчетное кольцо 1.3, логический блок 1.4, усилительноразвязывающий блок 1.5, триггер 1.6, счетчики 1.7, 1.19, генераторы 1.10, 1.18 опорных частот, одновибраторы 1.16, 1.17, регистр 1.20, блок 1.21 преобразования, дешифратор 1.22, формирователь 1.23 переднего фронта 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

).1 1 м A i) 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843773/07 (22) 07.05.90 (46) 30.05.92. Бюл. М 20 (71) Институт проблем энергосбережения

АН УССР (72) А.П.Левчук и Э.Н.Гречко (53) 621.316.727(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 692062,,кл. Н 02 М 7/48, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N1246295,,кл. Н 02 М 7/48, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УП РАВЛ Е Н ИЯ И Н В Е PTOPOM НАП РЯЖЕ1. Ж 1737678 А1

НИЯ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Сущность изобретения: устройство содержит управляемый задающий генератор

1.1, делитель 1.2 частоты, пересчетное кольцо 1.3, логический блок 1.4, усилительноразвязывающий блок 1,5, триггер 1.6, счетчики 1.7, 1.19, генераторы 1.10, 1.18 опорных частот, одновибраторы 1.16, 1.17, регистр 1.20, блок 1.21 преобразования, дешифратор 1,22, формирователь 1,23 переднего фронта. 3 ил..

1737678

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока, в частности для частотного управления электроприводом с асинхронным, синхронным и вентильным двигателем при условии постоянства известной зависимости момента нагрузки от частоты, Известны устройства управления электроприводом переменного тока по частоте и напряжению, по частоте и току, параметрического управления, К недостаткам таких устройств следует отнести наличие одной или нескольких дополнительных обратных связей с соответствующими каналами управления, требующими настройки и содержащими нелинейные элементы.

Известно устройство для управления тиристорным регулируемым автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией, в котором диапазон выходной частоты разбит на поддиапазоны с целью улучшения качества выходной электрической энергии в области низких частот путем увеличения кратности частоты модуляции.

К недостаткам такого устройства можно отнести отсутствие учета оптимального соотношения U/f, во всем диапазоне частоты для соответствующего электродвигателя при известной зависимости момента нагрузки от частоты.

Известны способ и устройство, его реализующее, для получения постоянного соотношения частота — напряжение в инверторной схеме, в которой с целью получения указанной характеристики изменяется частота модулирующего напряжения при постоянной частоте опорного напряжения в широтно-импульсной модуляции.

К недостаткам такого устройства можно отнести отсутствие учета нелинейности соотношения U/f для двигателя при неизменной известной зависимости момента нагрузки от частоты, которая особенно проявляется при уменьшении нижнего предела рабочей частоты.

Известны способ управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока и устройство, его реализующее, в котором при изменении выходной частоты изменяется только длительность паузы, а время, в течение которого источник питания подключен к нагрузке, остается постоянным.

К недостаткам такого устройства следует отнести, отсутствие учета нелинейности соотношения U/f для двигателя при неизменной известной зависимости момента нагрузки от частоты, которая особенно проявляется при уменьшении нижнего предела рабочей частоты, а также то, что предлагаемое устройство можно использовать только в электроприводах с постоянным либо малоизменяющимся моментом нагрузки, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для управления трехфазным инвертором, содержащее задающий генератор, блок им10 пульсно-фазового управления, кольцевой регистр, логический блок, блок управления, формирователь, Т-триггер и два элемента И.

К недостаткам такого устройства можно отнести увеличение массогабаритных пока15 зателей при работе в области низких частот, относительно малое число переключаемых частотных поддиапазонов, и относительно быстрое увеличение числа элементов в системе управления при увеличении числа поддиапазонов.

Цель изобретения — упрощение устройства и улучшение энергетических показателей системы инвертор напряжения— электродвигатель переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для программного управления

25 инвертором напряжения в электроприводе переменного тока, содержащее управляемый задающий генератор, выход которого

30 соединен с входом делителя частоты, выход старшего разряда которого соединен с пересчетным кольцом, выходы которого соединены с первыми входами логического блока, вторые входы которого соединены с

35 прямым и инверсным выходом RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с счетным входом первого счетчигера, выходы логического блока соединены с входами усилительно-развязывающего каскада, выходы которого соединены с выхо45 дами устройства, причем логический блок выполнен в соответствии с выражениями

Y1=Х1V ХзЧ(Х8 Хт) V(Xz X8);

Y2 = Х1 ХЗ (X5 V Х8)(Х2 V X7);

Y3= X3 V Х8 V(Х1 Х7) V(Х1 Х8), Y4= ХЗ Х5(Х1 V Х8)(Х4 Ч Х7);

У8= X1V Х8 V(ХЗ X7) Ч(Х8 X8);

Y6 = X1 Х5 (Хз Ч Х8)(Х8 Ч Х7), где Х1„,Х8 — сигналь на выходах пересчетного кольца, Хт, Х8 — сигналы на прямом и инверсном выходе RS-триггера, дополнительно снабжено двумя одновибраторами, двумя генераторами опорных частот, вторыми, третьим, четвертым и пятым элементами

И, элементом ИЛИ, формирователем переднего фронта, вторым счетчиком, регист50

55 ка, выходы которого соединены с первыми

40 входами блока сравнения, выходы которого соединены с R-входами счетчика и RS-триг1737678

25

35

55 ром, блоком преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратором, причем старшего разряда делителя частоты соединен с входами одновибраторов, выходы которых соединены соответственно с шиной записи регистра и

R-входом второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора опорной частоты, выходы разрядов счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с входами блоками преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, выходы кода длительности импульсов выходного напряжения которого соединены с вторыми входами блока сравнения, выходы кода кратности частоты модуляции соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами последовательно второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены последовательно с выходом управляемого задающего генератора и с выходами первого, второго и третьего разрядов делителя частоты, выходы второго, третьего, четвертого и пятого элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход второго генератора опорной частоты соединен с вторым входом первого элемента И.

Введение блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, подключенного к информационным выходам преобразователя частота — код, куда входят генератор опорной частоты, второй делитель частоты, два одновибратора, реверсивный счетчик, регистр, и соответствующих связей между ними, позволяет разбить весь диапазон работы электропривода на поддиапазоны, в которых программно задаются значения длительности т импульсов выходного напряжения в зависимости от поддиапазона работы инвертора, Максимальное число N поддиапазонов, на которые можно разбить частотный диапазон электропривода, определяется соотношением N = 2", где

n — число разрядов преобразователя частота-код, Коды, соответствующие заданному значению длительности г импульсов, поступают на вторые входы блока сравнения, что в конечном итоге позволяет с помощью предлагаемого устройства изменять выходное напряжение инвертора в зависимости от изменения его выходной частоты.

С помощью блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратора, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, элемента ИЛИ в предлагаемом устройстве возможно дискретное изменение от 1 до 8 кратности частоты модуляции выходного напряжения инвертора в зависимости от поддиапазона работы инвертора. Это позволяет улучшить энергетические показатели системы инвертор напряжения — электродвигатель переменного тока при меньших по сравнению с прототипом аппаратурных.затратах.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для программного управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока; на фиг, 2 — инвертор напряжения на полностью управляемых ключах 1.24 — 1.29; на фиг. 3 — диаграмма работы ключей инвертора и кривая выходного линейного напряжения в поддиапазоне с четырехкратным увеличением частоты модуляции.

Устройство содержит управляемый задающий генератор 1,1; делитель 1.2 частоты; пересчетное кольцо 1.3; логический блок

1.4, усилительно-развязывающий блок 1,5;

RS-триггер 1 6, два счетчика 1.7 и 1.9; схемы

1.8 сравнения; пять элементов И 1.9, 1.111,14; элемент ИЛИ 1.15; два генератора

1,10, 1,18 опорных частот; два одновибратора 1.16 и 1.17; регистр 1.20; блок 1,21 преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратор .1,22; формирователь 1.23 переднего фронта.

Устройство работает следующим образом, С выхода управляемого напряжением генератора 1.1 заданная. частота поступает на вход делителя 1.2 частоты. Если частоту на выходе старшего разряда делителя 1.2 частоты обозначить через 1д.ч., то частоты на меньших разрядах и на входе соответственно равны 2тд,ц,, 41д ц, 8fa.ч. С выхода старшего разряда делителя 1.2 частоты частота поступает на пересчетное кольцо, на шести выходах которого последовательно появляются сигналы, длительности которых равны

1/1д,ч. Сигналы с выходов пересчетного кольца 1.3 поступают на входы логического блока 1.4.

В предлагаемом устройстве можно выделить следующие узлы: преобразователь частота — код; схема переключения кратности частоты модуляции и схема широтно-импульсного управления, К преобразователю частота — код относятся: одновибраторы

1.16, 1.17, генератор 1.18 опорной частоты, счетчик 1.19, регистр 1,20.

1737678

По приходу импульсов на входы одновибраторов 1.16 и 1.17 на их выходах. спустя промежутки времени, достаточные для переключения логических элементов, появляются импульсы, причем так, что сначала происходит запись кода, полученного в предыдущем цикле счета с выходов счетчика 1.19 в регистр 1.20, а затем обнуление счетчика 1.19. Поскольку на выходе первого генератора 1.18 опорной частоты частота постоянна, то на выходе регистра 1.20 присутствует код, пропорциональный временному интервалу между двумя предыдущими импульсами, поступающими с одновибратора 1,17. Код с выхода регистра 1.20 является управляющим для блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции

1.21, на одной группе выходов которого присутствуют коды длительности т импульса при частоте модуляции f, соответствующей коду 1.20, на второй группе выходов (в данном случае двух выходах) присутствует код кратности частоты модуляции, который поступает на входы дешифратора 1,22, в схемы переключения кратности частоты модуляции, Она содержит кроме дешифратора 1.22 четыре элемента И 1.11 — 1,14, элемент ИЛИ 1.15, формирователь 1,23 переднего фронта, В зависимости от кода кратности частоты модуляции блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции 1,21 на одном из выходов дешифратора 1.22 присутствует единица. которая разрешает прохождение одной из частот 1д., 21д.ч.. 41д.ч., 8fд,ч. через один из элементов И 1.11-1,14 и элемент ИЛИ 1.15 на вход формирователя

1.23 переднего фронта.

С выхода формирователя 1,23 переднего фронта импульсы поступают íà S-вход

RS-триггера 1.6 схемы широтно-импульсного управления. Она содержит кроме RSтриггера 1.6 генератор 1.10 опорной длительности, элемент И 1.9. счетчик 1.7, схемы 1,8 сравнения.

По приходу импульса на вход RS-триггера 1.6 он устанавливается в единичное состояние и разрешает прохождение импульсов с генератора 1.10 второй опорной частоты через элемент 1,9 на счетный вход счетчика 1.7. B счетчике 1.7 начинается подсчет импульсов с генератора 1.10 и при равенстве кода на выходе счетчика 1.7 и кода длительности импульсов выходного напряжения на выходах блока 1.21 на выходе схемы 1.8 сравнения появляется импульс, который устанавливает в нуль триггер 1.6 и обнуляет счетчик 1.7. поддиапазона справедливо соотношение:

U.г

Ucp/f = const, где Ucp = — среднее за период Т значение выходного напряжения; т — длительность импульса выходного напряжения U(фиг,3), f — и Ucp/f U т=

Т

45 = canst, при 01 т = const, а также улучшить качество выходной электрической энергии инвертора в области низких частот путем изменения кратности частоты модуляции; исключить необходимость настройки кон50 туров обратных связей в электроприводе, заменив ее инженерным расчетом характеристик электропривода и занеся необходимую информацию в блок преобразования в коды длительности импульсов выходного

55 напряжения и кратности частоты модуляции

1.21; повысить точность, с которой можно реализовать выходную характеристику инветора U = F(t) благодаря цифровым методам реализации, которая определяется

Таким образом, длительность импульса на выходе RS-триггера 1.6 определяется кодом длительности импульсов выходного напряжения на выходах блока 1,21 в соответствии с кодом управления, поступающим с выхода регистра 1,20, В свою очередь, длительность импульсов на выходе

RS-триггера 1.6 определяет длительность импульсов выходного напряжения. Если обозначить сигналы, поступающие на входы логического блока 1.4, следующим образом;

Х1...X6 — сигналы на выходах пересчетного кольца 1.3; Х7, Хз — сигналы соответственно на прямом и инверсном выходах RS-триггера 1,6, то для выходных сигналов У1„,У6 логического блока справедливы следующие соотношения

У1=Х1 V Хз(Х5 ° X7) V(Х2 Хв);

Yz = Х1 ° Хз(Х5 V Xe)(X2 V X7);

Y3 = X3 V X5Ч (X1 Х7) Ч(Х4 Хв);

Y4= Хз Х5(Х1 V Х6)(Х4 V Х7);

У5= Х1 V Х5 Ч(ХЗ Х7)Ч(Х6 Хв);

У6 = Х1 Х5(Хз V Хв)(Х6 V Х7), Использование изобретения позволяет получить следующие преимущества: улучшить энергетические показатели и повысить надежность электропривода посредством программной реализации при относительно малых аппаратурных затратах выходной характеристики инвертора, близкой к оптимальной, с учетом характеристик двигателя и зависимости момента нагрузки от частоты, при этом оптимальное значение выходного напряжения (и соответственно длительности импульсов т выходного напряжения) в каждом поддиапазоне определяется в выбранной точке, в других точках

1737678

5

45

55 числом разрядов счетчика 1.7, схемы 1.8 сравнения и блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции 1,21, что особенно важно при использовании стабилизированного источника питания инвертора; достичь практически мгновенного регулирования выходного напряжения от частоты при быстрых изменениях выходной частоты; уменьшить величины пиков момента электродвигателя и их отрицательное влияние на механическую часть электропривода посредством более точного регулирования выходного напряжения инвертора от частоты в переходных режимах.

Формула изобретения

Устройство для программного управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока, содержащее управляемый задающий генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход старшего разряда которого соединен с пересчетным кольцом, выходы которого соединены с первыми входами логического блока, вторые входы которого соединены с прямым и инверсным выходами

RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения, выходы которого соединены с R-входами счетчика и RS-триггера, выходы логического блока соединены с входами усилительно-развязывающего каскада, выходы которого соединены с выходами устройства, причем логический блок выполнен в соответствии с выражениями

Y1= X1 V Хз V(X5 Х7) Ч(Х2 Х8);

У2=Х1 ХЗ(Х5 VХ8)(Х2 VХ7):

Y3= X3 V Х5 V (X1 Х7) Ч(Х4 Х8);

У4= ХЗ Х5(Х1 V Хз)(Х4 V Х7):

У5 = X1 V X5 V (Хз Х7) V(Х5 Х8);

Уб = Х1 - Х5 (Хз V Хв)(Х5 V Х7), где X1...Х5 — сигналы на выходах пересчетного кольца;

Х7, Хв — сигналы на прямом и инверсном выходах RS-триггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и улучшения энергетических показателей системы инвертор напряжения — электродвигатель переменного тока, оно снабжено двумя одновибраторами, двумя генераторами опорных частот, вторым, третьим, четвертым и пятым элементами И, элементом ИЛИ, формирователем переднего фронта, вторым счетчиком, регистром, блоком, преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратором, причем выход старшего разряда делителя частоты соединен с входами одновибраторов, выходы которых соединены соответственно с шиной записи регистра и R-входом второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора опорной частоты, выходы разрядов счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с входами блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, выходы кода длительности импульсов выходного напряжения которого соединены с вторыми входами блока сравнения, выхо30-ды кода кратности частоты модуляции соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами последовательно второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены последовательно с выходом управляемого задающего генератора и с выходами первого, второго и третьего разрядов делителя частоты, выходы второго, третьего. четвертого и пятого элементов

И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формирователя переднего фронта, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход второго генератора опорной частоты соединен с вторым входом первого элемента И.

1737678

1

В

--1

Составитель О.Парфенова

Редактор И.Касарда Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Т.Палий

Заказ 1904 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