Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором

 

йнбротвна МБА Я

Союэ Советскми

Соцмалмстммвскмн

Республмк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТВЛЬСТВМ

««666627 (6() Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 25.02.77 (21) 2457774/24-07 с присоединением заявки № (23) ПриоритетОпубликовано05.06.79.Бюллетень № 21 (51) М. Кл.

Н 02 P 13/18

Гевударвтввнниб квинтет

СССР ав делам изобретений н аткрытий (53) УДК621.314.,58 (088.8 ) Дата опубликования описания 08.06.79 (72) Автор изобретения

В. И. Кочергин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ .МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ

Настояшее изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электропитания и элекгропривода для преобразования постоянного напряжения в многофаэное переменное напряжение модулиро- 5 ванное по синусоидальному закону широт но-импульсной модуляции (ШИМ ), где в каждой полуволне выходного напряжения содержатся высокочастотные импульсы одной полярности.

1О

Известна. схема инвергора (1), где выходное напряжение с синусоидальной ШИМ содержит в каждой полуволне высокочастотные импульсы одной полярности (ОШИМ).

В атом инверторе сигналы переключения силовых элементов получаются в логическом устройстве иэ цифр счетчика и цифр последовательно соединенного со счетчиком многофазного распределителя путем воздействия на шину задания нулевого уровня напряжения в каждой фазе инвер» тора. В данном устройстве возможно любое оптимальное задание закона и ли жения переключения силовых элементов, Однако для этого требуется наличие в ин вергоре трех выходных однофаэных мостовых усилителей. Таким образом, недостах ком данного устройства является его сложность.

Наиболее близким по технической суш ности и достигаемому результату к данному изобретению является устройство для управления инвергором (2}, содержашее два делителя частоты, схему совпадения, распределитель импульсов, формирователь импульсов, логический блок. Прямые выходы делителей частоты соединены со схе мой совпадения. Выходная шина схемы сов падения и вторая шина одного из делите» лей соединены со входом трехфазного пе-"-ресчегного кольца. Инверсные выходы де» лигелей и выходные шины трехфазного пе ресчегного кольца соединены со входом логической схемы, с выхода которой управляются ключевые элементы грехфаэно» го мостового усилителя. Недостатком схе мы является зависимость формы выходно

660627

ro напряжения от изменения со3 7 нагрузки. При с05 У > 0,87 в схеме происходит изменение формы выходного напряжения и ухудшение его гармонического состава.

В асинхронном электроприводе Co5tg a0,87, 5 а в вентильном C03+> 0,87, что не обес» печивает стабильных характеристик элек» тропривода. Полуволна выходного напряжения асимметрична, что также ведет к ухудшению гармонического состава выход- О ного напряжения, а при смене порядка следования фаз инвертора - к изменению фазовых соотношений между гармониками.

Это обстоятельство особенно нежелательно для вентильного электропривода, где его характеристики будут отличаться для разных направлений вращения. Мля более точного приближения к синусоидальной

ОШИМ, когда число однополярных импуль сов в полуволне должно быть большим, схема значительно усложняется. Схема не обладает гибкостью при необходимости изменения формы выходного напряжения (увеличение количества импульсов в полуволне), Целью настоящего изобретения являе ся улучшение гармонического состава выходного напряжения путем получения однополярной ШИМ с формой .инвариантной к изменению CO/Q.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления трехфазным мостовым инвертором, содержащем реверсивный делитель частоты, распреде35 литель импульсов и блок формирования им-Зпульсов, подключенные к выходу реверсив» ного делителя частоты, и логический блок формирования сигналов управления, входные и выходные шины распределителя им-.

40 пульсов соединены с первыми входами логического блока, а вторые входные шины логического блока соединены с прямым и инверсным выходами блока формирования импульсов.

На фиг. 1 приведена блок-схема уст ройства для управления трехфазным мос товым инвертором.

Сигнал повышенной частоты f no ступает на вход реверсивного делителя частоты 1, первые выходные шины которого соединены с распределителем импульсов 2. Вторые цифровые выходные шины реверсивного делителя 1 поступают на . вход блока формирования импульсов 3 с линейнонарастающей вольтсекундной пло

55 щадью от цифр делителя. Распределитель импульсов 2 выполнен по трехфаэной коль цевой схеме с выходными шинами пере4 ключения его триггеров и цифровыми выходными шинами. Входные и выходные ши ны распределителя импульсов 2 соедине» ны с первыми входными шинами логического блока 4, а вторые входные шины блока 4 соединены с прямым и инверсными выходными шинами блока формирования импульсов 3. Выходные сигналы логическо го блока 4 управляют переключением силовых элементов K<,„.К трехфазного мос- тового усилителя 5.

На фиг. 2 показаны временные диаграм« мы линейно-нарастающих цифр делителя частоты и цифр сигнала повышенной частоты f, На фиг. 3 приведены временные диаграммы сигналов с выходных шин делителя 1, которые поступают на вход распределителя 2; сигналов Т,, Тд, Тд переключения триггеров этого распределителя и сигналов на его выходных цифровых шинах

"О, ..., "5; сигналов С на выходе блока 3; сигналов на выходных шинах логического блока 4 К„Кд, К, которые идут на управление переключением силовых элементов мостового усилителя 5.

На фиг. 4 дана техническая реализация логической функции К,где элементы И определяют соответственно «онъюнкции (, CP d. C CP которые входят во все формулы сигналов.

На фиг. 5 показаны потенциалы средних точек стоек фаз мостового усилителя

fe, fz, когда за нулевой потенциал принята общая точка ключей К, К„, К, а также линейные напряжения

Ц,з= fp fei У„=ф а-fñ Uca с-9а

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от режима работы дели тель 1 суммирует или вычитает импульсы сигналов частоты f . Суммирование импульсов в делителе 1 предназначено для создания одного чередования фаз выходно го напряжения инвертора, вычитание для другого. При суммировании входных импульсов в делителе 1 на его первых выходных шинах появляются сигналы в после довательности 4,, )3, (, )8, а ,на вторых шинах .- цифровые сигналы от нулевого до максимального ааполнения.

Этот процесс происходит непрерывно. При» чем импульсы P, P формируются на отрезках от нулевого до половинного за полнения делителя, а импульсы с, на второй его половине заполнения. При вычитании входных импульссв частоты

666027

Табл ица 1

03 ЗО

30 . 30

30 03

1 03

2 03

3 03

4 30

5 30

6 30

1 1

1 0

1 0

0 0

0 1

0 1 0"

У2 1

F ЗУ

03

5»

ОЗ в делителе 1 на его первых выходных ши» нах появляются сигналы в обратной после/ / довательности ф, d, /3, d, а на вroрых выходных шинах - цифровые сигналы от максимального заполнения до нулевого.

При этом взаимное расположение сигналов

/ а(, Я, с(1 8 относительно цифровых остается без изменения.

В блоке 3 происходит формирование импульсов с линейно-нарастаюшей вольт-се«ундной пплошадью, Это формирование может быть осушествлено жестким алгоритм мом от цифр делителя 1 либо путем сравнения линейно-нарастаюшего цифрового сигнала делителя 1 с опорным пилообразным. Второй способ формирования позволяет менять количество импульсов за время заполнения делителя. В моменты, кот .аа цифры делителя больше цифр пилообразного сигнала формируются импульсы С с линейнонарастаюшей вольт-секундной площадью. B схеме. имеется выходная шина прямых С и инверсных С сигналов.

При работе делителя в режиме вычитания

ЮЮ

25 сигналы на выходных шинах С и С меняются местами. Йля упрошения дальнейше го рассмотрения примем, что за цикл раРассмотрение работы начнем с положе45 ния триггеров в состоянии под номером

6, Импульс сС поступит в левое кольцо и транзистор левого плеча триггера Тг1 откроется, что соответствует положению триггеров для цифры «О». Следуюший по

50 порядку импульс -. В поступит также левое кольцо, но переключения в схеме не произойдет, так как это кольцо уже не рабочее и в нем нет двух рядом стояших закрытых транзисторов. Следуюший эа

/ 55 ним импульс g поступит в правое кольцо плеч триггеров и вызовет открытие транзистора правого плеча триггера Tr2, что соответствует цифровому сигналу 1 боты делителя 1 формивуются три импульса С и три импульса С.

Распределитель импульсов 2 выполнен по трехфазной кольцевой схеме с цифровыми выходными шинами и шинами сигналов пере ключения его триггеров. В распределителе

2 имеется два кольца для левых и правых плеч триггеров. Импульсы g, (поступают соответственно в левое и правое кольца для переключения триггеров по схеме

Импульсы с(, поступают аналогичным образом в эти же кольца для переключения триггеров по схеме

Подача сигнала в соответствуюшее кольцо приводит к тому, что из asyx рядом стояших закрытых транзисторов одноименных плеч следуюший по порядку открывается.

В таблице 1 показано положение трит геров Тг1, Тг2, Tr3 и соответствуюшие этим положениям сигналы Т, Т, Т и цифровые 0, ..., 5".

Импульс 6 поступит в правое кольцо, но переключения в схеме не вызовет, ram как кольцо уже не рабочее и т.д.

Таким образом, поступление сигналов в порядке с(, // а, р, будет вызывать переключение триггеров распределителя в соответствии с таблицей 1 сверху вниз для суммирования импульсов а и д . При работе делителя 1 в режиме вычитания порядок импульсов на его выходных шинах сменится на обратный

/, с, /,, и первыми импульсами, которые будут приходить в рабочие

/ кольца являются Р и p . B этом случ.1е лервключение триггеров распредели666627

K,=Ê, К =(а(C "Z" C 4 )T,+ Т Ы с "5" CP "И

К,= К,.

На временной оси диафрагм импульсов

С (фиг. 3) отмечены отрезки времени О

1; 1-2; ..., на которых можно рассмотреть формирование сигнала К, Результаты расчета К сведены в таблицу 2.

Т аллина 2 и отрезок p P" p " (" )) О О 11

0 О О

1 О О

1 О О

1 О 0

1 О О

1 0

1 0-1

2 1 2

3 2-3

1 О

О О 1

О О 1

1 О

4 3 4

5 ° 45

6 5 6

7 6-7

8 7-8

9 8-9

10 9-10

1 О О . О 0 1

О О

1 О

1 1 О

О О

О О

1 0

1 О О

0 О

0 0

1 О О

1 О О

1 О О

10-1 1 01 1

О О

12 1112 0 О О О О

13 12 13 1 1

О О

О О

14 13-14

1 О

15 14 15 1 1 О

16 15 16

О О О

17 16-17 О 1 О

18 17-18

О О

О

19 1819 0 1

20 19»20 О О

О

0 0 О

1 О О

21 20-21 0 1 О

О

22 21-22 О 0 и т. д.

-Таким образом, выходнь.е напряжения трехфазного мостового усилителя U„ лву

U®c Ц „представляют собой одностороннюю широтно-импульсную модуляцию по трапецеидальному закону, который являтвля происходит в соответствии с таблицей 1 снизу вверх, что соответствует вычитанию импульсов р и р

Логическое устройство 4 производит формирование импульсов управления К,..., К по следующим выражениям

1 1

1 О

1 1

О О

0 1

0 О

О 1

0 О

О 1

О О

Подобным же образом производится вы55 числение К и К . Эти сигналы полностью повторяют К, но со сдвигом соответственно в 120 и 240 електрических градусов (см. фиг. 3).

1 О О

О 0

О О

1 О О

О О

О 1 1

О 1 1

О 1 1

О О 1

О О 1

О. О 1

О О 1

0 О 1

1 О 1

1 О 1

1 О 1

О О 1

О О l

О О 1

О О 1

0 О О

О О 1

О О О

0 0 1

666627

10 ется хорошим приближением к синусоидальному. При этом форма выходного напряжения инвариантна к .изменению CO/ f нагрузки.

Формула иэобре гения

Устройство для управления трехфаэным мостовым инвертором с синусоидальной широтно-импу..ьсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения, содержашее реверсивный делитель частоты, распределитель импульсов и блок формирования импульсов, подключенные к выходу реверсивного дели15 теля частоты, и логический блок формирования сигналов управления, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного на20 пряжения путем получения однополярной

ШИМ с формой инвариантной к изменениФ со У нагрузки, входные и выходные шины распределителя импульсов соединены с первыми входными шинами логического блока, а вторые входные шины логического блока соединены с прямым и инверсными выходными шинами блока формирования импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 532163, кл. Н 02 М 7/537, 1976.

2. Мыцик Г. С., Шеголев А. И. Трехфазный инвертор с улучшенным качеством выходного напряжения методом широтноимпульсной модуляции лСовременные задачи преобразовательной техники, часть 2Киев, 1972. т1 т

Т

Ц

K( Ь,2.8

Ящ

М в

"c

"лв

tun.5

ЦНИИПИ Заказ 3204/4Э Тираж 856 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4