Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором

 

Устройство содержит задающий генератор (1), счетчик (2), преобразователь кодов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((У) ((() (5))5 Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1700720 (21) 4902089/07 (22) 14.01.91 (46) 07.10.92, Бюл, ¹ 37 (71) Научно-производственное объединение

Ротор (72) М.И.Ярославцев, А.Г,Лукашенко, В.И.Попов, Е,Ф.Павлов и P.À.Ìàòàñîâ (56) Авторское свидетельство СССР № 1700720, кл. Н 02 М 7/48,,1990. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТРЕХФАЗНЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ (57) Устройство содержит задаюеций генератор (1), счетчик (2), преобразователь кодов (3), 3 схемы ИЛИ (4,5,6), преобразователь кодов (8), 3 триггера 9,10,11.3 ил.

1767670

50

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, содерЖащее задающий генератор с двумя выходами, соответственно коротких и длинных импульсов, счетчик по модулю шесть, подключенный входом к выходу коротких импульсов задающего генератора, первый преобразователь кодов с шестью выходами, запрограммированный в соответствии с табл.1 и подключенный к выходам счетчика по модулю шесть и к выходу длинных импульсов задающего генератора, первым, вторым и третьим выходами — к первому элементу ИЛИ, предназначенному для подключения к управляющему входу первого силового элемента анодной группы мостового инвертора, третьим, четвертым и пятым выходами —. ко второму элементу

ИЛИ, предназначенному для подключения к управляющему входу второго силового элемента анодной группы мостового инвертора, пятым, шестым и первым выходами— к третьему элементу ИЛИ, предназначенному для подключения к управляющему входу третьего силового элемента анодной группы мостового инвертора, три триггера и второй преобразователь кодов на три выхода, запрограммированный в соответствии с табл.2 и подключенный к выходам счетчика по модулю шесть и к выходу коротких импульсов задающего генератора, первым выходом — к входу установки нуля первого триггера, вторым выходом к входу установки нуля второго триггера, третьим выходом — к входу установки нуля третьего триггера, первый триггер подключен входом установ-ки единицы к четвертому выходу первого преобразователя кодом, а выходом предназначен для подключения к управляющему входу первого силового элемента катодной группы мостового инвертора, второй триггер подключен входом установки единицы к .шестому выходу первого преобразователя кодов, а выходом предназначен для подключения к управляющему входу второго силового элемента катодной группы мостового инвертора, третий триггер подключен входом установки единицы к второму выходу первого преобразователя кодов, а выходом предназначен для подключения к управляющему входутретьего силового элемента катодной группы мостового инвертора, Выходное напряжение мостового инвертора характеризуется тем, что амплиту5

30 да его основной гармоники пропорциональна частоте, Известное устройство позволяет управлять скоростью вращения асинхронного двигателя, Недостатком известного устройства является то, что в области малых скоростей вращения падает максимальный момент на валу двигателя и снижается жесткость его механических характеристик.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения мостового инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для управления трехфазным мостовым инвертором задающий генератор с двумя выходами, соответственно коротких и длинных импульсов, выполнен в виде последовательно соединенных задатчика скорости вращения, преобразователя напряжение — частота и делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов, формирователя коротких импульсов, подключенного входом к первому выходу делителя частоты, формирователя длинных импульсов, подключенного входом к второму выходу делителя частоты, и триггера, подключенного входом установки единицы к выходу формирователя коротких импульсов, входом установки нуля — к выходу формирователя длинных импульсов, при этом выход формирователя коротких импульсов использован как выход коротких импульсов задающего генератора, а выход триггера как выход длинных импульсов задающего генератора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом устройстве задающий генератор с двумя выходами выполнен в виде последовательно соединенных задатчика скорости вращения, преобразователя напря>кение — частота и делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов, а также содержит формирователи коротких и длинных импульсов и триггер с указанными связями. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию

"новизна".

В известном устройстве на выходе мостового инвертора вырабатывается трехфазное импульсное напряжение, каждая полуволна которого представляет собой два импульса напряжения, смещенных по фазе на угол л /3. Длительность импульсов постоянна, В зависимости от частоты выходного напря>кения мостового инвертора изменяется пауза между импульсами, 1767670

В заявляемом устройстве длительность импульсов не остается постоянной, При снижении частоты длительность импульсов увеличивается. Амплитуда основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора уменьшается в меньшей степени, чем снижается частота.

Относительное увеличение амплитуды основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора позволяет увеличить максимальный момент на валу двигателя и повысить жесткость его механических характеристик в области малых скоростей вращения. Кроме того, с увеличением длительности импульсов напряжения на малых частотах улучшается соотношение между основной и высшими гармониками выходного напряжения мостового инвертора, При изучении других известных технических решений в данной области техники не были выявлены признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию

"существенные отличия".

На фиг.1 представлена схема устройства для управления трехфазным остовым инвертором; на фиг,2 — возможный вариант выполнения делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов; на фиг.2 возможный вариант выполнения делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов; на фиг.3 — зависимость амплитуды основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора от частоты.

Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором содержит задающий генератор 1, счетчик 2 по модулю шесть, подключенный входом к первОму выходу задающего генератора 1, первый преобразователь кодов 3, запрограммированный в соответствии с табл.1, подключенный первыми тремя входами к соответствующим выходам счетчика

2, а четвертым входом — к второму выходу задающего генератора 1, три схемы ИЛИ

4,5,6, подключенные входами к выходам преобразователя кодов 3, а выходами — к управляющим входам силовых элементов анодной группы мостового инвертора 7., второй преобразователь кодов 8, запрограммированный в соответствии с табл,2, и три триггера 9,10,11, При этом второй преобразователь кодов 8 подключен первыми тремя входами к соответствующим выходам счетчика 2, а четвертым входом — к первому выходу задающего генератора 1, Триггеры

9,10;11 подключены входами установки единицы к выходам преобразователя кодов 3, входами установки нуля — к выходам преобразователя кодов 8, а выходами — к управля5 ющим входам силовых элементов катодной группы мостового инвертора 7. Трехфазная нагрузка 12 подключена в диагональ мостового инвертора 7.

Задающий генератор 1 выполнен в виде

10 последовательно соединенных задатчика

13 скорости вращения, преобразователя 14 напряжение — частота и делителя частоты 15 с двумя выходами 16 и 17, а также содержит формирователь 18 коротких импульсов, под15 ключенный входом к первому выходу 16 делителя частоты 15, формирователь 19 длинных импульсов, подключенный входом к второму выходу 17 делителя частоты 15; и триггер 20, подключенный входом установ20 ки единицы к выходу формирователя 18, а входом установки нуля к выходу формирователя 19. Выходом коротких импульсов задающего генератора 1 является выход формирователя 18, а выходом длинных им25 пульсов задающего генератора 1 — выход триггера 20, Делитель частоты 15 с двумя выходами

16 и 17 содержит схему И 21, задатчик фазы

22, счетчики 23 и 24, делитель частоты 25 и

30 триггер 26 см. фиг.2). Триггер 26 подключен входом S установки нуля к выходу переноса при вычитании Р2 счетчика 23, входом S установки единицы, объединенным с входом записи L счетчика 23, подключен к вы35 ходу переноса при сложении Р1 счетчика 24, а выходом к первому входу схемы И21. Схема И21 подключена выходом к счетному входу вычитания С2 счетчика 23, задатчик фазы

22 — к входам предустановки АО,А1,А2,АЗ

40 счетчика 23, а делитель частоты 25 — к счетному входу сложения С1 счетчика 24. Входом делителя частоты 15 с двумя выходами служит второй вход схемы И21, объединенный с входом делителя частоты 25. Первым

45 выходом 16 делителя частоты 15 является выход переноса при сложении Р1 счетчика

24, а вторым вь:ходом 17 — выход переноса при вычитании Р2 счетчика 23.

В качестве задатчика 13 скорости вра50 щения может быть использован любой регулируемый источник напряжения. В простейшем случае это потенциометр, Устройство работает следующим образом, 55 Выходное напряжение И задатчика 13 скорости вращения преобразуется с помощью преобразователя 14 напряжение— частота в последовательность импульсов, следующих с регулируемой частотой f .

Сформированная последовательность им1767670 пульсов поступает на вход делителя частоты

15 с двумя выходами 16 и 17. С обоих выходов снимаются последовательности импульсов, следующих с частотой

fè п1 п2 где п1 и п2 — коэффициенты деления делителя частоты 25 и счетчика импульсов 24.

При этом на втором выходе 17 последовательность импульсов смещена по фазе относительно последовательности импульсов на первол выходе 16 на угол

2_#_

П1 П2 Ч где n — выходной код задатчика фазы 22, Формирователь импульсов 18, подключенный к первому выходу 16 делителя частоты

15, вырабатывает последовательность коротких импульсов с длительностью г1, а формирователь импульсов 19, подключенный к второму выходу 17 делителя частоты

15, — последовательность длинных импульсов с длительностью so.

Выходные импульсы формирователя 18 поступают на вход установки единицы триггера 20„а выходные импульсы формирователя 19 — на вход установки нуля. Триггер 20 устанавливается в соответствующее состояние по заднему фронту управляющих импульсов.

Выход формирователя 18 служит также выходом коротких импульсов задающего I р.— нератора 1, а выходом длинных импульсов задающего генератора 1 служит выход триггера 20. В силу этого задающий генератор 1 вырабатывает две последовательности импульсов, следующих с регулируемой часто.той f. На первом выходе генератора 1 имеем короткие импульсы с длительностью т1, а на втором выходе формируются длинные импульсы с длительностью тг =тО+ пq пг

1 где г = - — период следования выходных импульсов задающего генератора 1, Сформированные последовательности коротких и длинных импульсов распределяются io трем и шести каналам соответственно с помощью счетчиков 2 и преобразователей кодов 3 и 8.

На выходах схем ИЛИ 4,5 и б возникает трехфазная последовательность групп импульсов, следующих с периодом б -.. Каждая группа состоит из трех, следующих друг за другом, импульсов второй последовательности. На выходах триггеров 9,10 и 11 выра5 батывается вторая трехфазная последовательность, но уже одиночных импульсов с длительностью (3 т — t1 ), следующих с периодом 6 t, Зта трехфазная последовательность импульсов смещена от10 носительно первой трехфазной последовательности по фазе HG угол K

Врем т1 необходимо для исключения сквозных токов, появление которых возможно в моменты переключения силовых элементов в плечах мостового инвертора 7, При замыкании силовых элементов мостового инвертора 7 на время, равное длительности импульсов, поступающих на их управляющие входы, на трехфазной нагрузке 12 формируются напряжения с периодом б T. При этом каждая полуволна линейного напряжения представляет собой два импульса напряжения с длительностью тг, смещенных по фазе на угол л /3.

Амплитуда основной гармоники линейного импульсного напряжения на выходе мостового инвертора 7 равна

2 72

Uo ==0и —, <3

30 где Ои — амплитуда импульсов напряжения, Подставив в это выражение значение длительности импульсов гг, получим:

Uo = - 0и (6 to F + — ), 2

v5 п1 пг

= 1

40 где F = — — частота выходного напряжения

67 мостового инвертора 7.

Выходной код п«задатчика фазы 22, а также длительность ro импульсов, вырабатываемых формирователем 19, выбираются с учетом конкретных параметров нагрузки

12, Варьируемый параметр и выбирается таким, чтобы при минимальной частоте Fmin, выходного напряжения мостового инвертора 7 управляемый двигатель мог развивать максимальный момент вращения, близкий к максимальному моменту вращения при номинальной частоте Fppp выходного напряжения мостового инвертора 7.

Длительность to задается такой, чтобы при выбранном значении п и номинальной частоте Fciov амплитуда основной гармоники

Uo выходного напряжения мостового инвертора 7 была номинальной.

1767670

П1 П2

Для иллюстрации на фиг.3 представлена зависимость амплитуды Uo основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора 7 от частоты F для заявляемого и известного устройств, Здесь

0 2 UNП

yg п1 п2

В заявляемом устройстве с уменьшением частоты F амплитуда основной гармоники Uo выходного напряжения мостового инвертора 7 уменьшается в меньшей степени, чем в.известном устройстве.

Делитель частоты 15 с двумя выходами

16 и 17 (см. фиг.2) работает следующим образом, На вход делителя частоты 15 поступает последовательность импульсов, следующих с частотой f<. На выходе переноса при сло>кении Р1 счетчика 24 формируется последовательность импульсов отрицательной полярности, следующих с частотой где п1 и n2 — коэффициенты деления делителя 25 и счетчика 24.

Каждый импульс этой последовательности поступает на первый выход 16 блока, а также осуществляет предустановку счетчика 23, записывая в него выходной код задатчика фазы 22, и устанавливает триггер 26 E единичное состояние. Триггер 26 разрешает прохождение входных импульсов блока

15 через схему И21 на счетный вход вычитания С2 счетчика 23, После прохо>кдения импульсов, когичество которых соответствует выходному коду задатчика фазы 22, на выходе переноса при вычитании Р2 счетчика

23 сформируется импульс отрицательной полярности. Этот импульс поступит на второй выход 17 блока и задним фронтом вернет триггер 26 в нулевое состояние, который заблокирует прохождение имг:ульсов на вход С2 счетчика 23.

На выходах 16 и 17 делителя частоты 15 будут формироваться последовательности импульсов отрицательной полярности, вза5

50 имно смещенных по фазе нэ угол, определяемый выходным кодом зэдатчика фазы 22.

Таким образом, изменение длительности выходных импульсов задающего генератора 1 в зависимости от выходного напряжения задатчика 13 скорости вращения обеспечлвает увеличение длительности импульсов в выходном напряжении мостового инверторэ 7 при снижении частоты, За счет увеличения длительности импульсов напряжения при снижении частоты возрастает относлтельная амплитуда основной гармоники выходного напряжения MGGToBQ го инвертора 7, 3а счет этого также улучшается соотношенле между основной и высшими гармониками выходного напряжения. Увеличение основной гармоники компенсирует падение напряжения в первичных активчых сопротивлениях двигателя, тем самым устраняет уменьшение максимального момента вращения при снижении скорости вра ения двигателя.

Формула изобретения

Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, по авт. ca, N

1700720, о т л и ч а:о щ е е с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного нэпря>кения инверторэ, задающий генератор с двумя выходами cooTBBòñòвенно коротких и длинных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных задатчика скорости вращения, преобразователя напряжение — частота и делителя частоты с двумя выходамл взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов, формирователя коротких импульсов, подключенного входом к первому выходу делителя частоты, формирователя длинных импульсов, йодключенного входом к второму выходу делителя частоты, и трлггера, подключенного входом установки единицы к вь.ходу формирователя коротких имгульсов, входом установки нуля — к выходу формирователя длинных импульсов, при этом выход формирователя коротких импульсов использован как выход коротких импульсов зада:ощего генератора, à Bblxop, триггера — как выход дллнных импульсов задающего генератора, 12 5

ГГ

1767670

Таблица 1

Таблица 2

1767б70

0о

;У х х!

Фсг. 5

35

Составитель,М,Ярославцев

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.Màêñèìèøèíåö

Редактор

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

Заказ 3557 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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