Устройство для управления @ -фазным мостовым инвертором с широтно-импульсной модуляцией

 

O Il N C A H И Е (п)983974

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскмн

Соцмалмстмчесимк

Республик

ЧйЁ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (5l)M. Кл. (22) Задавлено 21. 05.80 (21) 29268/4/24-07

Н 02 Р !3/18 с присоединением заявки М (23) Приоритет

9пударстеенныН каинтет.СССР ао делам нзабретеннй н аткрытнй

Опубликовано 23.12.82. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 03.01.83 (53 у Уд К 621. 316..727(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.А. Зачепа, В.Ю. Розов, С.В. с г, I с

Харьковское отделение Всесоюзного научноисследовательского института электромеханики (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ m-ФАЗНЫМ

МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к электро.технике, в частности к устройствам для управления статическими преобразователями на управляемых вентилях, . и может найти применение в различных

-5 электротехни ческик установках.

Известно устройство для управления

m-фазным инвертором с широтно-импульс-. ной модуляцией -(ШИМ), содержащее

m-фазный генератор управляющего напря-о жения, выходы которого подключены ко входам соответствующих,m устройств сравнения, другие входы которых объединены и соединены с выходом генератора опорного напряжения (1), 15

Однако это устройство не обеспечивает надежной работы инвертора в ре- жиме ШИМ в условиях мощных электромагнитных помех, в случае использования ступенчатого напряжения в качест- 2о ве управляющего.

Наиболее близким по техническим средствам и достигаемому результату является устройство для управления

rn-фазным мостовым инвертором с ЗИМ, содержащее m-фазный генератор управляющего напряжения, выходы которого подключены ко входам соответствующих в блоков сравнения, другие входы которых объединены и соединены с выходом генератора опорного напряжения, дополнительный выход которого соединен со входами ограничителей частоты коммутации, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих

m блоков сравнения, формирователи отпирающих импульсов по числу фаз инвертора, входы которых соединены с выходами соответствующих ограничите" .лей частоты коммутации. Каждый из щ ограничителей частоты коммутации этого устройства содержит два логических элемента НЕ, два асинхронных

R5-триггера на элементах И-НЕ, выходы которых подключены ко входам логичес:кого элемента И-НЕ. Это устройство

1обеспечивает надежную работу инвертора в режиме ШИМ в условиях мощных

3 98397 электромагнитных помех, в случае использования ступенчатого напряжения в качестве управляющего (2 3.

Однако известное устройство не обеспечивает безаварийный перевод ин вертора из режима ШИМ в режим однократной коммутации с минимальным содержанием субгармонических составляющих в выходном напряжении инвертора.

Цель изобретения - безаварийный перевод инвертора из режима ШИИ в режим однократной коммутации и исключение в нем субгармонических составляющих в выходном напряжении инвертора.

Поставленная цель достигается тем, 15 что устройство снабжено источником сигнала задания, интегрирующей цепью, управляемым резистором и последовательно соединенными компаратором, интегратором, пороговым блоком, о генератор управляющего напряжения снабжен дополнительным выходом, а щ блок ограничения частоты - блокируюим входом, причем выход источника

:сигнала задания через интегрирующую д цепь подключен к управляющей клемме

I управляемого резистора, основные ( клеммы которого включены между первым выходом генератора опорного напряжения и "землей", один из входов компаратора соединен с первым выходом генератора опорного напряжения, другой вход подключен к. дополнительному выходу генератора управляющего напряжения а выход порогового блоУ

35 ка соединен с объединенными блокиру-ющими входами ограничителей частоты коммутации.

Компаратор, один вход которого соединен с выходом упомянутого генератора опорного напряжения, другой вход подключен .к дополнительному выходу генератора управляющего напряжения, а выход через интегрирующую цепь подключен ко входу порогового элемента, выход которого соединен с объединенными дополнительными входами упомянутых ограничителей частоты коммутации, составляет определитель режима °

На фиг. 1 представлена схема устройства для управленияв-фазным мостовым инвертором с ШИК; на фиг. 2временные диаграммы работы одной фазы устройства.

Устройство содержит генератор 1

55 управляющего напряжения, блок 2, 2.1...2m сравнения, генератор 3 опорного напряжения, ограничитель 4, 4.1...4m частоты коммутации, форми4 4 рователь 5, 5.1...5m отпирающих им пульсов, последовательно соединенные источник 6 сигнала задания режима, интегрирующую цепь 7 и управляемый резистор 8, определитель 9 режима; содержащий компаратор 10, интегрирующую цепь 11 и пороговый блок 12.

Выходное напряжение генератора 1 управляющего напряжения Оу,генератора 3 опорного напряжения 0 и напряжение 13 на дополнительном выходе генератора 1 управляющего напряжения, напряжение 14 на дополнительном выходе генератора 3 опорного напряжения, выходное напряжение 15 блока 2 сравнения,выходное напряжение 16 ограничителя 4 частоты коммутации при наличии определителя 9 режима, выходное напряжение 17 ограничителя 4 частоты коммутации при отсутствии определителя 9 режима, выходное напряжение 18 источника 6 сигнала задания режима, напряжение 19 на выходе интегрирующей цепи 7, выходное напряжение 20 компаратора 10, выходное напряжение 21 интегрирующей цепи 11 и выходное напряжение 22 определителя 9 режима представлены на фиг. 2.

Устройство для управления m -,ôàçíûì мостовым инвертором с ШИИ (фиг. 1) состоит из m-фазного генератора 1 управляющего напряжения, каждый из tn выходов которого подключен к одному из входов каждого из rn блоков 2А, 2В...2m сравнения. Вторые входы бло" ков 2, 2.1,...,2 m сравнения объеди.нены и пбдключены к выходу генератора 3 опорного напряжения. Выходы блоков 2, 2.1,...,2m сравнения подключены ко входам соответствующих ограничителей 4, 4.1,...,4т частоты коммутации, вторые входы которых объединены и соединены с дополнительным выходом генератора 3 опорного напряжения. Выходы ограничителей 4, 4.1,..., 4m частоты коммутации подключены ко входам формирователей 5,5,1. ..5сн отпирающих импульсов. Источник 6 сигнала задания режима через интегрирую-щую цепь .7 подключен к управляющей клемме управляемого резистора 8, основные клеммы которого включены между выходом генератора 3 опорного напряжения и "землей", Выход генератора 3 опорного напряжения и дополнительный выход генератора 1 управляющего напряжения подключены ко входам опре=. делителя 9 режима, выход которого соединен с объединенными дополнительны74 6

;тора™8. бри увеличении напряжения на выходе интегрирующей цепи 7 (Фиг. 2-19) пропорционально уменьша ется сопротивление управляемого,ре-! ° зистора 8, и следовательно, уменьша» ется выходное пилообразное напряжение генератора 3 (Фиг. 2-13).1 8 момент времени 4 модуляция прекращает ся (инвертор переходит в режим ОК). .Режим ОК реализуется при выполнении гледующего соотношения . ()„

0 < ()с

00 К

9839 мы входами ограничителей Ч, 4.1, Ф

4m частоты коммутации. Определитель 9 режима состоит из компаратора 10, выход которого через интегрирующую цепь 11 подключен ко входу по- рогового блока 12. Входы компаратора 10 являются входами определителя 9 режима. Выход порогового элемента 12 является выходом определителя 9 режима. 36

Работает устройство следующим образом.

При отсутствии напряжения на вы ходе источника 6 сигнала задания режима устройство (фиг. 1) обеспе- 15 чивает работу инвертора в режиме ШИН, На выходе генератора l управляющего . напряжения формируется m-фазная система напряжения, частота которых определяет частоту выходного напряже- 26 ния, а амплитуда - глубину модуляции и амплитуду выходного напряжения инвертора. Фазовое положение отпирающих импульсов, генерируемых устройством, определяется моментами 2S равенства мгновенных значений управляющего Vy и опорного Оо„напряжений номинальной амплитуды (фиг.2-13), фиксируемых блоками 2,2.1,...,2 m сравнения (фиг. 2-15) . Переключение 36 ограничителей 4,4.1,...,4 m частоты ко@мутации (фиг, 2-16 ) происходит лишь один раз за полупериод опорного напряжения, что позволяет исключить опрокидывание инвертора при использовании ступенчатого напряжения в качестве управляющего (фиг. 2-13 ) и при наличии помех, искажающих управляющее либо опорное напряжения,-вызы-. вающих многократное переключение бло- g6 ка сравнения (Фиг. 2-15, t = t<) за полупериод опорного напряжения. Выходные сигналы ограничителей 4, 4.1,...,4m фиг. 2-16 поступают на входы формирователей 5, 5.1,...,5 m отпирающих импульсов, и по фронту и срезу этих сигналов формируются отпирающие импульсы (не показаны ), В момент времени <1 (фиг. 2-18 ) на выходе источника 6 задания. режима формируется логический сигнал, определяющий момент перевода инвертора. из режима ШИИ в режим однократной коммутации (ОК). Этот сигнал проходит через интегрирующую цепь 7 (фиг. 2-19} > и воздействует на управляемый резистор 8, входящий в делитель напряжения, состоящий из выходного резистора генератора 3 и управляемого резисгде Ооп — текущее значение амплитуды выходного пилообразчого напряжения генератора 3;

U = †" - текущее значение амплитудв

С К первой ступени выходного напряжения генератора

К - коэффициент пропорциональности Интегрирующая цепь 7 обеспечивает плавный перевод силового инвертора .из режима ШИИ в режим ОК..Время пере" хода из режима ШИИ в режим ОК опреде- . ляется постоянной времени интегрирующей цепи 7 и выбирается исходя из ус.ловия ограничения броска намагничи"

:вающего тока АД и исключения аварий" ного режима (опрокидывания ) силового инвертора в переходном режиме.

В режиме OK блоки 2 сравнения переключаются в моменты перехода выходных

-напряжений генератора 1 через ноль (фиг. 2-15). Для исключения субгармо;нических составляющих в режиме ОК отпирающие импульсы на тиристоры ин вертора также должны формироваться -в эти моменты времени. В действитель-ности выходные напряжения блока -2 сравнения проходят через ограничители 4 частоты коммутации (фиг. 3), на другие входы коТорых поступает напряжение с дополнительного выхода ".генератора 3 (фиг. 2-14 ), и на выходе ограничителей, в режиме ОК формируются несимметричные напряжения (фиг.217, 4 = ; < = ; . 4 =4+) вызывающие несимметрию отпирающйх импульсов и субгармонические.составляющие в выходном напряжении силового инвертора.

Для исключения субгармонических составляющих в выходном напряжении инвертора s режиме ОК необходимо блокировать работу ограничйтелей 4 частоты коммутации в. этом режиме. Но при этом необходимо обеспечивать функциониро"

Формула изобретения

7, 9839 вание ограничителей 4 в переходных режимах (от ШИМ к ОК и от ОК к ИИМ ) для исключения аварийного режима. инверто. ра (Фиг. 2-15, 6 = 4 ).

Таким образом, для безаварийного перевода инвертора из режима 41ИМ в режим ОК и исключения субгармонических составляющих в выходном напряжении инвертора в режиме ОК необходимо обеспечить функционирование ограничи- о телей 4 частоты коммутации в режиме йИМ и переходных режимах, характеризующихся наличием модуляции; блокировать работу ограничителей 4 после прекращения модуляции. Эти функции выполняет введенный в устройство определитель 9 режима. Компаратор lO сравнивает пилообразное выходное напряжение Uo„ ãåíåðàòoðà 3 и напряжение ффиг. 2-13), снимаемое с дополнительного выхода генератора 1 и прапорциональное амплитуде управляющего напряжения U . В момент равенства мгновенных значений этих напряжений компаратор переключается и на выходе интегрирующей цепи 11 Формируется пилообразное напряжение (Фиг.2-21), Постоянная времени интегрирующей ре пи выбирается таким образом, чтобы при выполнении условия

Ос < "оп (2) амплитуда выходного напряжени - интегрирующей цепи 11 была меньше уровня срабатывания порогового блока 12 (фиг, 2-21) .

При выполнении условия

"с ) U«1 . (3) характеризующего окончание модуляции и реализацию режима ОК, выходное на- 40 пряжение интегрирующей цепи нарастает до порога срабатывания блока 12

{фиг. 2-21), вызывает его переключение (Фиг. 2-22) и блокирует работу ограничителей 4. Выходной сигнал в виде логического нуля с блока 12 поступает на дополнительный вход ограничителей частоты коммутации. При этом на выходах ограничителей 4 в режим ОК Формируется симметричное напряжение (фиг. 2- 16) и,субгармонические составляющие в выходном напряжеHw инвертора отсутствуют.

Таким образом, введение в устройство источника сигнала задания режима, подключенного через интегрирующую цепь к управляемому сопротивлению, определителя режима, подключен74 8 (ного к дополнительным входам ограничителей частоты коммутации, позволяет реализовать безаварийный перевод силового инвертора из режима широтноимпульсной модуляции в режим однократной. коммутации и исключить субгармонические составляющие в выходном напряжении инвертора в режиме однократной коммутации.

Положительный эффект при использовании устройства может быть получен за счет реализации двухзонного регулирования частоты вращения тягового асинхронного электродвигателя, повышения коэффициента использования источника питания по напряжению и снижения установленной мощности источника питания и силового инвертора а

Устройство для управлениями -Фазным мостовым инвертором с широтно-импульсной модуляцией, содержащее rn-фазный генератор управляющего напряжения, выходы которого подключены к входам соответствующих m блоков сравнения, другие входы которых обьединены и соединены с первым выходом генератора опорного напряжения, второй выход которого соединен с входами m ограничителей частоты коммутации, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих а блоков сравнения, формирователи отпирающих импульсов по числу Фаз инвертора, входы которых соединены с выходами соответствующих ограничителей частоты коммутации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью безаварийного перевода инвертора из режима широтно-импульсной модуляции s режим однократной коммутации и исключения субгармонических составляю1ощих в выходном напряжении инвертора в режиме однократной .коммутации, оно снабжено источником сигнала задания, интегрирующей цепью, управляемым резистором и последовательно соединен.ными компаратором, интегратором, пороговым блоком, генератор управляющего напряжения снабжен дополнительным выходом, а блок ограничения частотыблокирующим входом, причем выход источника сигнала задания через интегрирующую цепь подключен к управляющей клемме управляемого резистора, основные клеммы которого включены

9 983974 10 между первым выходом генератора опор- Источники информации ного напряжения И "землей", один из принятые во внимание при. экспертизе входов компаратора соединен с пер вым выходом генератора опорного на- 1. явтоматизированный электропри пряжения, другой вход подключен к s вод, электротелнология, электроснабдополнительному выходу генератора уп- жение. Экспресс-инФормация ВИНИТИ. равляющего напряжения, а выход поро- "Силовая преобразовательная техника", ;гового блока соединен с объединенными 197, Н 34, с. 13-14, рис. 1,2. блокирующими входами ограничителей - 2. Авторское свидетельство СССР частоты коммутации. 10 Н 839018, кп. Í 02 P 13Л 8, 1979.

983974

Составитель О. Парфенова

Редактор Н. Егорова Техред E.Õàðèòoí÷èê Корректор С. Шекмап, Заказ 9952/72 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035 Москва И-35 Раушская наб. д. 4/5 д

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4