Цифровая система управления инвертором напряжения

 

01, 6! 3476

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова. Соеетскик

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.06.76 (21) 2365893/07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.78. Бюллетень № 24 (45) Дата опубликования описания 08.06.78 (51) М. Кл."- Н 02Р 13/18

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316.727 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. С. Зиновьев и Н. А. Красиков

Новосибирский электротехнический институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления инверторами напряжения с явным и неявным звеном постоянного тока, предназначенными для частотно регулируемого электропривода переменного тока.

Известна система управления инвертором напряжения (11, содержащая блок задатчика частоты переменного напряжения, блок задатчика частоты модуляции, блок синхронизации частот.

Недостатком данной системы является низкая максимальная выходная частота и узкий диапазон ее регулирования, а также многоканальность и сложность устройства в аналоговой форме.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является цифровая система управления инвертором напряжения (2), содержащая реверсивный счетчик, преобразователь напряжение — частота, распределитель импульсов и блок формирования тактовых интервалов, при этом преобразователь напряжение — частота соединен с реверсивным счетчиком, выходы дешифратора реверсивного счетчика и выходы блока формирования тактовых интервалов соединены с распределителем импульсов. Блок формирования тактовых интервалов выполнен в виде управляемого задающего генератора, соединенного со сдвигающим регистром. Данная система управления позволяет реализовать синусоидальный закон широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора.

5 Недостатком данной системы является статическая погрешность формирования выходного напряжения инвертора из-за принципиальной несинхронности частот задающего генератора и преобразователя напряжение — часто10 та системы управления, что обуславливает недостаточно высокое качество выходного напряжения, узкий частотный диапазон выходного напряжения, определяемый регулировкой частоты широтно-импульсной модуляции

15 при фиксированной кратности частоты широтно-импульсной модуляции с выходной частотой, взаимная зависимость регулируемых параметров выходного напряжения и частоты, требующая согласования изменений двух уп20 равляющнх воздействий во всем диапазоне нх совместного регулирования.

Целью изобретения является улучшение качества выходногo напряжения инвертора, расширение частотного диапазона н осуществле25 ние независимого регулирования выходных параметров. Поставленная цель достигается тем, что система управления инвертором напряжения снабжена аналого-цифровым преобразователем частоты, переключателем кратно30 сти, преобразователем код — частота. Ревер613476 сивный счетчик выполнен В виде двух счетчиков, основного и вспомогательного, блок формирования тактовых интервалов выполнен и

Виде аналого-цифрового преобразователя напряжения и цифрового элемента совпадения, 5 выход аналого-цифрового преобразователя напряжения соединен с В;ходами цифрового элемента совпадения, с од! им нз Входоз цифрового элемента совпадения coegH!Ienbl Выходы вспомогательного реверсивного счетчика, 10 вход которого соединен с выходом цифровог0 элемента совпадения и с одним пз входов ряcпрсделителя импульсов, другие входl>1 которого соединены с выходамн переключателя крагности, со Входами основного рсвсрспвно- 15 го счетчика и со входами преобразователя код -- частота, другис входы которого соединены с ьчподами аналого-цифрового преобразователя напряжения и анало! о-цифрового преобразователя частоты, а его выход соедн- 2О нсн со Входами аналого-цифрового преобразователя напряжения основного H Вспомогатсл!— ного ревсрсивных счетчиков и аналого-цпфроВогo !)рсобрязо!затс.!я частоты, Выхо;(ы которого соединены со входами переключателя 25 кратности.

На фиг. 1 приведена функциональная блоксхема системы управления; на фнг. 2 — — зависимость частоты тактов от выходной частоты; на фнг. 3 — диаграмма работы системы.

Устройстш) сод(ржнт основной рсвсрсивный счетчик 1, выход которого подключен ко Входу распределителя импульсов 2, вспомогатсльIII>III pCHCpCHI3lll>ill СЧСТвlик 3, ВЫХОД кОТOpol о подключен ко входу блока формирования так- З5 товых интервалов 4, состоящего из цифрового элемента совпадения 5 и аналого-цифрового преобразователя напряжения 6, аналого-цифровой преобразователь частоты 7, один выход которого подключен ко входу переключателя 4О кратности 8, а другой выход — ко Входу преобразователяя код — частота 9.

Устройство работает следующим образом.

Период выходного напряжения состоит пз определенного числа тактовых интервалов, 45

Устройство вырабатывает на каждом тактовом интервале полный набор импульсов, соответствующих передним и задним фронтам всех выходных импульсов с последующим распределением импульсов по вы одам системы управления в зависимости от номера тактового интервала.

Каждому из управляющих аналоговых напряжений Uy(; и U 7 (фиг. 1), задающих выходное напряжение и выходную частоту, соот- 55 ветствуют коды а; на выходе аналого-цифрового преобразователя напряжения и b; на выходах аналого-цифрового преобразователя частоты. Величины этих кодов задают, кроме того, частоту F („„ía выходе преобразователя код — частота. Соответственно коду Ь! переключатель кратности выдает команду d! на установку определенной кратности отношения частоты широтно-импульсной модуляции Г(„„ и выходной частоты F),),(x 65

Пусть в какой-то момент времени основной и вспомогательный счетчики установились в положение «0». Основно5! счетчик включается

1la сложение и начинает за(!Олн5! ьс5! (фнг. 3, а). Импульс депп(фратора Осш)вного реверсивного c÷åò÷Håa 1 «33пoлне!И1с cacT IHка» (фиг. 3, 6) удерживает счетчик в "al>oaI!cIlII0v. состоянии, о.inîâðñ iICIIII0 разрешая работу в рс)киме ело)кения вспомогателшюму счетчику (фиг. 3, а). Б момент равенства кодов а; и с), команда р (фнг. З,г) элемента 5 переключит вспомогательный счстч11к на вы-! нтанпс. Сигнал «0» счетчика 3 с дсшнфратора разрешает вычитаьн(с основному счетчику, равнос заполпенпому, до появления на выходе дешифратора основного счетчика сигнала «0» (фиг. 3, д), который реверсирует Оспо.:1«)11 счетчик на сложение, и инкл работы устр(йст133 1101)TOP5ICТСЯ.

Величина кодл а; преобразова Геля 6 (»рсДСЛ51С1 ВС;IH>IHIIX коэффlн!ВС:!Та мод) 35111!IH

Вь)ходного напряжения, «растягивая» нли

«c)I(HiI351» na>lI y HiIIIq льcoa l„, gcHIH(PPBTOPa

0cllo!! lI0! Счстч и!(a;lll, т1) и та ктОВОГО llllтсР1зяля. При реГу Illpolla! IIIII выходнОГО напр51)кс111151, фоpмиpуСмо! () уСТроиСI Во)1, 1 О, 1 а; пр(Об—

РазоватслЯ 6 коРРсктнРУст частотУ Г„..в, так, чтобы величина тактовог0 интервала, онрс, Ic ляющая частоту. F„„,„, оставалась неизменной.

Регулирование частоты выходного напря5KcI11l51, фОРмнР" смОГО стРОЙством, осУЩсстI>.!ÿcIcÿ следующим образом.

Прсдполо)ким Вначале, гго управляющее воздействие с),.; задаст кодом b;, »3ICH»aльную выходную частоту Гв...- „,„;,. Переключатель кратности выдает команду d! (фиг. 3, а)

I1a установку кратности часто" """ =6 в рсГвв>х жиме широтно-импульсного регулироваш(я в распределитель импульсов. Выходы дешифраторя основного с)етчика этой же командой а! подключаются к распределителю импульсов согласно режиму широтно-импульсног0 регулирования. Коды а; и b, устанавливают на выходе преобразователя 9 частот) Г„,-,,z тактнрования счетчиков 1 н 3 (фпг. 2).

Начнем плавно уменьшать частоту ьч>1ходlloго напряжения управляющим воздействием

U,-,. Для простоты считаем U,б — — const. 1(од b; по мере уменьшения U,-, уменьшает частоту

F„,;„cIIèæàÿ тем самым частоту появления импульсов на выходах дешнфраторов счетчиков, следовательно, и выходную ч-стоту. При определенном значении кода b; произойдет скачкообразное переключение кратности с шести на двенадцать. 1(этому моменту F„„,. уменьшается в два раза (это число может быть другим). Команда d! переключателя кратности (фиг. 3, а) подключает к распределитслlо импульсоВ ВыхОДы ж(ж3 (фиГ. 3) 2/с) дешифратора счетчика 1, определя)ощпеся заданным законом широтно-импульсной модуляции и этой жс командой меняется подключение кода b, ко входу преобразователя 9 так, чтобы Г „„скачком увеличилась до Е„„ь т. с.

613476

15 0

0 в два раза, сохранив F»» на определенном вых мвкс уровне " "" "" (фиг. 2) . Переходный ппо3 цесс персклю !ения длится доли периода следования импульсов FÄ«, поэтому его практически мо>кно считать безынерционным.

Теперь уменьшение выходной частоты произВОДИТСЯ УМСН it!Clu!eit 1 ш!„В ДВа РаЗа ДО СЛЕдующего переключения кратности с двенадцати на двадцать четыре командой dI (фиг. 3, з) на установы новой кратности и подключсннс выходов Ul — Uq (фиг. 3, и) дешифратора к распределителю этой же командой. Распределитель ичпульсов в каждом такте нз Bcclo набора импульсов, определяющих передние и задние фронты широтно-модулируечых нчпульсов, выбирает для каждой фазы импульсы, соответствующие полуволнс и высоте ступенек формируемого напряжения. Г1оскол! к для формирования всех фаз li Iполуволн нспользу!Отся Одни и тc же имllульсьi с вlol <о lа дешифратора c«ez!»I«a 3, то выходное напряжение будет строго симчетрнчныч по полуBoJiEIaM, фазам, периодам н 00;3 постоянной составляющей, что обеспечивает высокое ка гсство выходного напряжения. Когда выходная частота Г„..к- при дальнейшем сс уменьшении

1вык макс достигает значеш!я " "" (фиг. 2), проис8 ходит новое переключение кратности, Bî ступеньки аппроксимнрованного синусопдальногo закона ШИМ тснсрь повторяются дважды, а при дальнс11!нсх! усчcньшении частоты вдвое повторяются !Стыре и восемь раз соответственно.

При необходимости дальнсйшсго расшнрсния частотного диапазона в «оласти весьма низких частот вместо повторения ступенек моДУЛ!!РУIОЩСГО 3 а КОН а МОЖНО УВЕЛНспlТЬ сlнС 10 его разных ступенек, при этом усложнится распределитель импульсов и дешп основного счетчика, увели п1тся число нх Входов и выходов. При плавном регулировании частоты выходного напряжения переключение кратности происходит в фнксированнь1х

Toчках частотного диапазона, что оосспсчнваст регулирование частоты в широком диапазоне (от 2 до 80 Гц) при изменении частоты модуляции в два раза, но это число может быть другим в зависимости от нагрузки инвсртора и работоспособности узлов коммутации. Независимая от частоты глубокая регулировка выходного напряжения (1:40) позволяет реализовать любой закон частотного регулирования электропрнвода переменного тока.

Таким образом, предлагаемая дцфровая адаптивная система управления инвертором позволяет формировать выходное напряжение более высокого качества 3а счет переключения кратности в расширенном диапазоне частот с независимы3 н рсгулнро!3камн выходных параметров.

Форм ла изобретения

Цифровая система управления инвертором нап13яжciIIIEI, содс13жащая ре!3срснв!Зый чнк с дешнфратором, распределитель нмпульcoI3, блок формирования тактовых интервалов, грнчем выходы дешпфратора реверсивного с вет шка сосд!и!Сны с распределителем импульсов, отличающаяся тем, что, с целью улучшсш!я качества выходного напряжения нш3сртора, расширения частотного диапазона н осуществления независимого регулирования !Зь ход!3ых параметров, она снабжена аналого-цифровым ilpeобразоватслем частоты, переключателем кратности, преобразователем код — 1аст«та, причем счетчик вын«лнсн в вндс двмх с !СТ 1нков, основного II всп03!Огательного, блок )iopiIIIpoBaIIIIH тактОI3I I : интер!!алов — в вндс аналого-цифрового преобразователя напряжения н цифрового элемента совпадения. выход аналогo-цифрово1о прсобразоватс 75I напряжения соединен с входамн цифрового элемента совпадения, с о.1ннм .1з «хода» цифрового элемента совпадения cocдннсны выходы вспомогательного рсвсрсивного счетчика, ьход которого соединен с выходом цифрового элемента совпадения и с о;1ннм нз входов распределителя импульсов, другнс входы которого соединены с выходамн переключателя кратности. со входамн основного реверсивного счетчика н со входамн преобразователя код — частота, другнс входы которого coe+IIIIcны с в Ixoдгмн аналого-цнфроВсго преобразователя напряжения и аналого-цифрового преобразователя частоты, а его выход сосдш!ен со входамн аналого-цифрового преобразователя напряжения, основного н вспомогательного ревсрснвных счетчиков н аналого-цифрового преобразователя частоты, выходы которого соединены со входамн персключатсля кратности.

Источш!кн ни!формации, нрннятыс во внпмаш!е прн экспертизе

1. Патент США ЛЬ 3859585, кл. 321-9А, 1972.

2. 3!Обнн В. Ф. Дискретные системы управления автономнымн ннвснторамн с широтноимпульсной модуляцией пo нелинейному закоIIi. «Электротехника», 1974, ¹ 11, с. 15.

613476 ь ч. о с„ ч . (Подписное

Заказ 1474/10

НПО

Изд. № 487 Тираж 892

Типография, пр. Сапунова, 2 ñ ч ь

C ь

% ь ч

М ь ь ч

С ь

1 с с» ,ь