Устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью

 

В.M. Михальский, В.П. Иордач, Б.E. и З.Н.,Чехет (72) Авторы изобретения

1 v, Институт электродинамики АН Украинской - 6СР*

1 (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ

ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления НПЧ, содержащее регулируемый по частоте задающий генератор, формирующий. импульсы с частотой в 6 раз больше частоты управления преобразователем, распределитель импульсов в виде двух кольцевых счетчиков, осуществляющих1О. . каждый формирование трех последовательностей импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 120 эл.град.

Указанные последовательности импульсов, сдвинуты друг относительно друга на 180 эл.град. Выходы кольцевых счетчиков соединены с выходным формирователем импульсов, который фор- мирует импульсы длительностью-

120 эл.град. фля управления ключей щ .переменного тока силовых фаз преобразовэтеля (1).

Известно устройство для управления непосредственным преобразователем частотш (НПЧ), осуществляющее циклический алгоритм работы ключей переменного тока f 1 ) и (2) и состоящее из генератора импульсов регулируемой. частоты, выход которого соединен с распределителями импульсов, выходы которого поступают на логический блок формирования импульсов управления силовой частью преобразователя.

Недостатком этого устройства является неудовлетворительный гармонический состав кривой выходного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты, предназначенных, например, для-частотного управления.электроприводами и для автономных систем электроснабжения.

Недостатком известного устройства является плохой гамонический со3 99722 став выходного напряжения преобразователя.

Цель изобретения - улучшение гармонического состава кривой выходного напряжения НПЧ.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью, построенным по треХфазной мостовой или нулевой схеме в на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, содержащее задающий генератор и последовательно соединенные распределитель импульсов и выхрдной формирователь импульсов, снабжено дополнительно высокочастотным генератором, первым делителем, включенным между выходом задающего генератора и входом распределителя импульсов, вторым делителем с коэффициентом деления на единицу больше коэффициента деления первого делителя, третьим делителем с управляемым коэффициентом деления, счетчиком, регистром и триггером, причем выход первого делителя под-. ключен к входу установки нуля счетчика, входу управления записи регистра и входу синхронизации третьего делителя, выход высокочастотного генератора подсоединен к счетным входам второго и третьего делителей, выход второго делителя подсоединен к счетному входу счетчика, разрядные выходы счетчика подсоединены к входам запи35 си регистра, выход регистра подсоединен к управляющему входу третьего делителя, выход третьего делителя соединен с единичным входом триггера, нулевой вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а оба выхода — к выходному формирователю импульсов.

На фиг. 1 представлена силовая схема НПЧ мостового типа на полностью

45 управляемых ключах с двухсторонней про водимостью; на фиг. 2 — блок-схема системы управления НПЧ; на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы, поясняющие работу системы управления; на фиг.5—

so пример выполнения выходного формирователя импульсов.

НПЧ (фиг. 1) содержит ключи 1-6, образующие мостовую схему преобразователя частоты, на вход которого подключены фазы А, В, С трехфазной питающей сети, а на выход - нагрузка

Устройство для управления НПЧ содержит задающий генератор 8, выраба7 4 тывающий на выходе 9 последовательность импульсов с регулируемой час-. тотой. Выход 9 задающего генератора соединен с первым делителем частоты

10 и нулевым входом 11 триггера 12.

Выход 13 первого делителя 10 соединен с входом 14 распределителя импульсов 15, выходы которого соединены с выходнь|м формирователем импульсов 16. Кроме того, выход 17 первого делителя 10 подсоединен к входу установки нуля 17 счетчика 18, входу управления записи 19 регистра 20 и входу синхронизации 21 третьего делителя 22. Выход 23 высокочастотного генератора 24 соединен со счетными входами 25 и 26 второго 27 и третьего 22 делителей соответственно. Выход 28 второго делителя 27 соединен со счетным входом 29 счетчика 18, разрядные выходы 30 которого подключены к входу записи 31 регистра 20.

Выходы 32 регистра 20 соединены с управляющими входами 33 третьего делителя 22, который делит частоту импульсов высокочастотного генератора 24. На выходе 34 третьего делителя 22 формируются импульсы с частотой высокочастотного генератора 24, деленной на число, определяемое двоичным кодом выхода 32 регистра 20, поступающие на единичный вход 35 триггера 12, прямой 36 и инверсный 37 выходы которого соединены с формирователем 16, формирующим из выходных сигналов 38-43 распределителя импульсов 15 последовательность сигналов управления 1-6 силовой частью преобразователя. На диаграммах U<( (фиг. 3) и 0 (фиг. 4) приведены формы кривых выходного напряжения преобразователя-прототипа U (без ре4 гулирования выходного напряжения) и предлагаемого 0 . На фиг. 2 показаны выходы 44-49 формирователя 16, выполненного на элементах И-НЕ 50-67.

Устройство работает следующим образом.

Выходная частота задающего генератора 8 делится первым делителем 10 на некоторое число К, которое определяет количество переключений ключей 1-6 преобразователя в течение одного цикла алгоритма работы (выход 9 на фиг. 3). Импульсы на выходе

13 первого делителя 10 определяют длительность основных циклов формирования кривой выходного напряжения.

Число таких циклов в течение периода

5 997227 4 управления равно шести для мостовой схемы НПЧ. В прототипе в соответствии с порядком следования импульсов

38-43 после распределителя импуль сов 15 и Формирователя 16 в течение промежутка t -t замкнутыми оказы.ваются ключи 1 и 5, в результате чего на нагрузку 7 подключается напряжение фаз +АВ входной. сети. В течение времени и -с замкнуты ключи 1 и 6

1 и к нагрузке 7 подключается напряжение фаз -СА; в течение времени t -tg замкнуты ключи 2 и 6 и на нагрузке 7 действует напряжение фаз -ВС и т.д.

В результате на нагрузке 7 формируется кривая выходного напряжения по эпюре 0,1.

Формирование импульсов управления ключами 1-5 осуществляется следующим образом.

Импульсы с выхода 23 высокочастотного генератора 24 поступают на вход

25 второго делителя 27, коэффициент деления которого равен К+1. На фиг.4 коэффициейт деления первого делителя

1О- равен К-4. Следовательно, коэффициент деления второго делителя 27 равен K+1=5. Импульсы на выходе 28 второго делителя 27 приведены на фиг. 4. С момента, определяемого импульсом установки нуля, поступающим с выхода 13 первого делителя 10 на вход установки нуля 17 счетчика

18, импульсы с выхода 28 второго делителя 27 суммируются по счетному вхо ду 29 в счетчике 18 (диаграмма 30 на фиг. 4).

Видно, что для данного коэффициента деления К+1=5 второго делителя 27 и данной частоты следования импульсов высокочастотного генератора 24 в счетчике 18 записывается число 8 за время длительности одного цикла. Далее код числа 8 по импульсу записи, поступающему на вход управления записью 19 регистра 20 с вйхода 13 первого делителя 10, записывается в регистр и запоминается в нем. С, выхода

32 регистра 20 код числа 8 поступает на управляющий вход 33 третьего делителя 22, устанавливая его коэффициент деления равным 8. Импульсы высокочастотного генератора 24 с выхода 23 поступают .на счетный вход 26 третьего делителя 22 и делятся в нем на 8. На выходе 34 третьего делителя 22 формируются импульсы, временное положение которых показано на фиг. 4.

Они поступают на единичный вход 35 триггера 12; на нулевой вход 11 этого триггера подаются импульсы по диаграмме 9 на фиг. 4. В результате на выходах 36 и 37 триггера 12 формируются импульсы, приведенные на диаграммах 36 и 37 (фиг. 4), длительности которых от импульса к импульсу убывают(диаграмма 36) или возрастают (диаграмма 37).

10 Под действием сигналов распределителя 15 .импульсы 36 и 37 подаются на формирователь.

Формирователь 16 формирует выходные сигналы 44-49 управления ключами

ls 1-6 преобразователя (фиг. 1 и 4) из поступающих на ее вход. импульсов (38-43 на фиг. 3) распределителя 15 и противофаэных сигналов 36 и 37 с выхода триггера 12 (фиг. 2 и 4). щ На фиг. 5 дан пример принципиальной схемы блока 16. формирователь 16 работает следующим образом. Импульсы 38-43 и 36 и 37 с помощью логических элементов

2s И-HE 50-61 образуют последовательности импульсов, удовлетворяющие логическим функциям: 38.36, 42.37, 39 36, 43 37, 40.36, 41.37, 41.36, 39 37, 42.36, 40.37, 43.36, 38.37, 3» появляющиеся на выходах элементов

50-61 соответственно. Далее эти сигналы поступают на входы логических элементов И-НЕ 62-67, на выходах ко- . торых образуют последовательности импульсов, соответствующие сигналам управления 44-49 ключами преобразова-. теля. Причем эти сигналы удовлетворяют следующим логическим функциям:

44 = 38.36 42.37; 45 = 39.36 43.37, ю 46 = 40 ° 36.41 37, 47 = 41 36.39.37, 48 = 41.36.40.37, 49 = 43-36.38.37.

Таким образом, каждый из логических элементов И-НЕ 50-67 производит логическое умножение поступающих . на его входы сигналов и инвертирование.

Рассмотрим цикл йо-й . Здесь в течение всего промежутка t+-t

Причем длительность замкнутого состояния ключа 5 от коммутации к ком- мутации уменьшается, а разомкнутого увеличивается. Для ключа 6 наоборот: длительность замкнутого состояния увеличивается, а разомкнутого уменьшается. При этом длительность замкнутого состояния одного из этих ключей (5 или 6) всегда оказывается равной

1 997227 8 длительности разомкнутого состояния другого (6 или 5). На нагрузку 7 прикладывается в результате указанного переключения попеременно то напряжение фаз +АВ, то -СА. В период следующего цикла й„-й замкнутым оказывается ключ 6, а переключение осуществляют ключи 1 и 2. К нагрузке 7 попеременно прикладываются напряжения фаз -СА и +ВС и т.д.

В результате указанного закона управления,.осуществляемого данным устройством управления, на нагрузке 7 формируется кривая выходного напряжения НПЧ, приведенная на диаграмме

0 (фиг. 4).

Таким образом, в течение каждого цикла to-t<, t4 - 2 и Т.д. устройство управления обеспечивает на нагрузке 7 переключение напряжения двух соседних по порядку следования фаз по широтно-импульсному закону. В результате в кривой выходного напряжения амплитуды гармоник, ближайших к ос- новной, существенно (в 4-5 раз) уменьшается по сравнению с прототи,пом, что улучшает гармонический со-, став выходного напряжения, так как отфильтровать высокочастотные гармонические составляющие значительно проще, чем низкочастотные.

Формула изобретения

Устройство для управления преобразователем частоты с непосредствен-, ной связью, построенным rlo трехфазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, содержащее задающий генератор и последовательно соединенные распределитель импульсов и выходной формирователь импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава кривой выходного напряжения преобразователя, оно снабжено высокочастотным генератором, первым делителем, включенным между выходом задающего генератора и входом pac1ð пределителя импульсов, вторым делителем с коэффициентом деления на единицу больше коэффициента деления первого делителя, третьим делителем с управляемым коэффициентом деления, счетчиком, регистром и триггером, причем выход первого делителя подключен к входу установки нуля счетчика, входу управления записи регистра и входу синхронизации третьего о делителя, выход высокочастотного генератора подсоединен к счетным Вхо дам второго и третьего делителей, выход второго делителя подсоединен к счетному входу счетчика, разрядные выходы счетчика подсоединены к входам записи регистра, выход регистра подсоединен к управляющему входу третьего делителя, выход третьего делителя соединен с единичным входом триггера, нулевой вход которого подсоединен к вь ходу задающего генератора, а оба выхода — к выходному формирователю импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3493838 кл. 321/7, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по зявке У 2926898/24-07, кл. Н 02 Р 13/16, 1980.

997227

50.

2 б

AlZ. б

Составитель О. 1Тарфенова

Техред М.Костик КорректорС. Шекмар

Редактор К. Волощук

Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д 4/5

Заказ 956/76

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