RU2017311C1

RU2017311C1 - Device for control over voltage inverter

Info

Publication number: RU2017311C1
Authority: RU
Inventors: Е.П. Поспелов; А.Н. Пискарев; В.А. Синицын; В.С. Томасов
Original assignee: Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: device for control over voltage inverter has four keys supplied from source with midpoint, two comparators 22, 23, two D flip-flops 25, clock pulse generator 24 and three adders 19, 20, 21. EFFECT: enhanced reliability and stability of control. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях для систем электропривода переменного тока. The invention relates to electrical engineering and can be used in converters for AC electric drive systems.

Известно устройство управления инвертором напряжения, выполненным на четырех ключах (см., например, Abraham L., Neuman K., Koppelman F. Wechsolrichter zur Drеnzahlste uerung von Kafiglaufermotoren - AEG Mitteilungen 54, 1964, N 2, s. 89-106). Недостатком такого устройства является ограниченная область применения, так как оно предназначено для управления инвертором только с однофазной нагрузкой. A control device for a voltage inverter made on four keys is known (see, for example, Abraham L., Neuman K., Koppelman F. Wechsolrichter zur Drönzahlste uerung von Kafiglaufermotoren - AEG Mitteilungen 54, 1964, N 2, s. 89-106). The disadvantage of this device is the limited scope, since it is designed to control the inverter with only a single-phase load.

Известно также устройство для управления инвертором напряжения, выполненным на четырех силовых ключах (Калинин И.Ф., Соустин Б.П. Инвертор с замкнутой системой формирования кривой тока. Сб.: Устройства преобразовательной техники. Киев: Наукова думка, 1969, с. 49-58). Применение этого устройства ограничивается случаем работы инвертора на однофазную нагрузку. There is also known a device for controlling a voltage inverter made on four power switches (Kalinin I.F., Sustin B.P. Inverter with a closed system for generating a current curve. Sat .: Devices of converting technology. Kiev: Naukova Dumka, 1969, p. 49 -58). The use of this device is limited to the case of inverter operation on a single-phase load.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству управления инвертором напряжения является устройство (авт. св. СССР N 1403301, кл. Н 02 М 7/48, 28.07.86), состоящее из компаратора, двух D-триггеров, генератор тактовых импульсов, блока задания и датчика мгновенных значений тока нагрузки. Один из входов компаратора подключен к датчику мгновенного значения тока нагрузки, а другой - к блоку задания тока. Выход компаратора соединен с входами двух D-триггеров, общий вход синхронизации которых подключен к выходу генератора тактовых импульсов. Инвертирующие и прямые выходы D-триггеров подключены к управляющим входам четырех силовых ключей инвертора, включенных по однофазной мостовой схеме и подключающих нагрузку к положительному и отрицательному полюсам источника питания. The closest in technical essence to the proposed voltage inverter control device is a device (ed. St. USSR N 1403301, class N 02 M 7/48, 07.28.86), consisting of a comparator, two D-flip-flops, a clock pulse generator, a block reference and sensor instantaneous values of the load current. One of the inputs of the comparator is connected to the sensor of the instantaneous value of the load current, and the other to the current setting unit. The output of the comparator is connected to the inputs of two D-flip-flops, the common synchronization input of which is connected to the output of the clock generator. The inverting and direct outputs of the D-flip-flops are connected to the control inputs of the four power switches of the inverter, connected via a single-phase bridge circuit and connecting the load to the positive and negative poles of the power source.

Недостатком этого устройства управления инвертором напряжения является ограниченная область применения, так как его возможное использование ограничивается случаем работы инвертора на однофазную нагрузку. При трехфазной нагрузке каждая фаза должна запитываться от отдельного однофазного инвертора, имеющего собственное устройство управления. При этом ухудшаются надежностные и стоимостные характеристики инвертора в целом за счет увеличения числа силовых ключей и устройств управления однофазными инверторами. The disadvantage of this voltage inverter control device is the limited scope, since its possible use is limited by the case of the inverter operating on a single-phase load. With a three-phase load, each phase must be powered by a separate single-phase inverter having its own control device. At the same time, the reliability and cost characteristics of the inverter as a whole are deteriorating due to an increase in the number of power switches and control devices for single-phase inverters.

Целью изобретения является расширение области использования путем обеспечения работы инвертора на трехфазную нагрузку, соединенную по схеме звезда. The aim of the invention is to expand the field of use by ensuring the operation of the inverter for a three-phase load connected by a star circuit.

Цель достигается тем, что в предлагаемое устройство для управления инвертором напряжения на четырех ключах, питающееся от источника со средней точкой, содержащее первый компаратор, два D-триггера, первый датчик тока и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к общему входу синхронизации D-триггеров, причем информационный вход первого D-триггера подключен к выходу компаратора, а прямые и инвертирующие выходы D-триггеров предназначены для подключения к управляющим входам ключей инвертора, введены второй компаратор, три сумматора, второй и третий датчики мгновенных значений тока нагрузки, второй и третий блоки задания тока, при этом прямой вход каждого из сумматоров подключен к выходу соответствующего датчика мгновенных значений тока нагрузки, инвертирующий вход каждого из сумматоров подключен к выходу соответствующего блока задания тока, выход первого сумматора подключен к инвертирующему входу первого компаратора, выход второго сумматора - к инвертирующему входу второго компаратора, выход третьего сумматора - к прямому входу первого компаратора и к прямому входу второго компаратора, а выход второго компаратора подключен к входу второго D-триггера. The goal is achieved by the fact that in the proposed device for controlling a voltage inverter with four switches, powered by a midpoint source, containing a first comparator, two D-flip-flops, a first current sensor and a clock generator, the output of which is connected to a common synchronization input of D-flip-flops moreover, the information input of the first D-flip-flop is connected to the output of the comparator, and the direct and inverting outputs of the D-flip-flops are designed to connect to the control inputs of the inverter keys, the second comparator is introduced, three sum ora, the second and third sensors of instantaneous values of the load current, the second and third blocks of the current setting, while the direct input of each of the adders is connected to the output of the corresponding sensor of the instantaneous values of the load current, the inverting input of each of the adders is connected to the output of the corresponding current setting unit, the output of the first the adder is connected to the inverting input of the first comparator, the output of the second adder is to the inverting input of the second comparator, the output of the third adder is to the direct input of the first comparator and to the direct at the input of the second comparator, and the output of the second comparator is connected to the input of the second D-trigger.

На фиг.1 изображена структурная схема системы управления выходными токами инвертора; на фиг.2 - функциональная схема устройства управления инвертором, где 1-4 - силовые ключи инвертора, 5-7 - датчики мгновенных значений фазных токов нагрузки, 8-10 - блоки задания токов, 11 - устройство управления инвертором, 12-14 - фазы нагрузки, 15-18 - выходы устройства управления, 19-21 - сумматоры, 22, 23 - компараторы, 24 - генератор тактовых импульсов, 25 - два D-триггера с общим входом синхронизации, 26-28 - инвертирующие входы сумматоров, 29-31 - прямые входы сумматоров, 32-34 - выходы сумматоров, 36,38 - прямые входы компараторов, 35,37 - инвертирующие входы компараторов, 39,40 - выходы компараторов, 41 - выход генератора тактовых импульсов, 42, 43, - входы D-триггеров, 44 - общий вход синхронизации D-триггеров, 15, 17 - прямые выходы D-триггеров, 16, 18 - инвертирующие входы D-триггеров. Figure 1 shows the structural diagram of the control system of the output currents of the inverter; figure 2 - functional diagram of the control device of the inverter, where 1-4 are the power switches of the inverter, 5-7 are the sensors of instantaneous values of the phase load currents, 8-10 are the current setting blocks, 11 is the inverter control device, 12-14 are the phases load, 15-18 - outputs of the control device, 19-21 - adders, 22, 23 - comparators, 24 - clock generator, 25 - two D-flip-flops with a common synchronization input, 26-28 - inverting inputs of adders, 29-31 - direct inputs of adders, 32-34 - outputs of adders, 36.38 - direct inputs of comparators, 35.37 - inverting inputs of comparators, 39.4 0 - comparator outputs, 41 - clock generator output, 42, 43, - inputs of D-flip-flops, 44 - general synchronization input of D-flip-flops, 15, 17 - direct outputs of D-flip-flops, 16, 18 - inverting inputs of D-flip-flops .

Инвертирующие входы 26, 27, 28 сумматоров 19, 20, 21 подключены к выходам соответствующих блоков 8, 9, 10 задания тока, прямые входы 29, 30, 31 - к выходам соответствующих датчиков 5, 6, 7 мгновенных значений фазных токов нагрузки. Выход 32 первого сумматора подключен к инвертирующему входу 35 первого компаратора 22, выход 33 второго сумматора 20 - к инвертирующему входу 37 второго компаратора 23, выход 34 третьего сумматора 21 - к прямому входу 36 первого компаратора 22 и к прямому входу 38 второго компаратора 23. Выходы 39, 40 компараторов 22, 23 соединены с входами 42, 43 соответствующих D-триггеров 25. Выход 41 генератора 24 тактовых импульсов подключен к общему входу 44 синхронизации D-триггеров. Прямые выходы 15 и 17 D-триггеров предназначены для подключения к управляющим входам соответственно первого и третьего силовых ключей инвертора, а инвертирующие выходы 16 и 18 - к управляющим входам соответственно второго и четвертого ключей инвертора. The inverting inputs 26, 27, 28 of the adders 19, 20, 21 are connected to the outputs of the corresponding current setting units 8, 9, 10, direct inputs 29, 30, 31 to the outputs of the corresponding sensors 5, 6, 7 of the instantaneous values of the phase load currents. The output 32 of the first adder is connected to the inverting input 35 of the first comparator 22, the output 33 of the second adder 20 to the inverting input 37 of the second comparator 23, the output 34 of the third adder 21 to the direct input 36 of the first comparator 22 and to the direct input 38 of the second comparator 23. Outputs 39, 40 of the comparators 22, 23 are connected to the inputs 42, 43 of the corresponding D-flip-flops 25. The output 41 of the clock generator 24 is connected to a common synchronization input 44 of the D-flip-flops. The direct outputs 15 and 17 of the D-flip-flops are designed to connect to the control inputs of the first and third power keys of the inverter, and the inverting outputs 16 and 18 to the control inputs of the second and fourth keys of the inverter.

Устройство для управления инвертором напряжения работает следующим образом. A device for controlling a voltage inverter operates as follows.

Сумматоры 19, 20, 21 по входным аналоговым сигналам задания i_z1, i_z2, i_z3 и сигналам обратной связи по мгновенным значениям фазных токов нагрузки i₁, i₂, i₃ вырабатывают сигналы ошибок регулирования фазных токов:
Δ i_j = i_j - i_zj, j = 1,2,3.Adders 19, 20, 21 from the input analog signals of the reference i _z1 , i _z2 , i _z3 and feedback signals from the instantaneous values of the phase load currents i ₁ , i ₂ , i ₃ generate error signals for phase current regulation:
Δ i _j = i _j - i _zj , j = 1,2,3.

Эти сигналы поступают на компараторы 22, 23: сигнал Δ i₁ - c выхода 32 первого сумматора 19 на инвертирующий вход 35 первого компаратора 22, сигнал Δ i₂ - с выхода 33 второго сумматора 20 на инвертирующий вход 37 второго компаратора 23, сигнал Δ i₃ - с выхода 34 третьего сумматора 21 на прямой вход 36 первого компаратора 22 и на прямой вход 38 второго компаратора 23. Сигнал на выходе 39 компаратора 22 равен логической "1", если Δi₃-Δi₁≥ 0, и логическому "0", если Δ i₃ - Δi₁ < 0. Сигнал на выходе 40 компаратора 23 равен логической "1", если Δ i₃ - Δ i₂ ≥ 0, и логическому "0", если Δ i₃ - Δ i₂ < 0. Цифровые сигналы с выхода 39 компаратора 22 поступают на вход 42 первого D-триггера, а с выхода 40 компаратора 23 - на вход 43 второго D-триггера. Состояние прямых 15, 17 и инвертирующих 16, 18 выходов D-триггеров 25 меняется лишь в моменты прихода на общий вход 44 синхронизации тактовых импульсов, поступающих с генератора 24 при условии, что на предыдущем периоде следования тактовых импульсов произошло изменение состояние выхода соответствующего компаратора. Сигналы с прямых выходов 15,16 D-триггеров поступают на управляющие входы силовых ключей 1,3, а с инвертирующих выходов 16,18 - на управляющие входы силовых ключей 2,4 инвертора.These signals are fed to the comparators 22, 23: the signal Δ i ₁ - from the output 32 of the first adder 19 to the inverting input 35 of the first comparator 22, the signal Δ i ₂ - from the output 33 of the second adder 20 to the inverting input 37 of the second comparator 23, the signal Δ i ₃ - from the output 34 of the third adder 21 to the direct input 36 of the first comparator 22 and to the direct input 38 of the second comparator 23. The signal at the output 39 of the comparator 22 is logical "1" if Δi ₃ -Δi ₁ ≥ 0, and logical "0" if Δ i ₃ - Δi ₁ <0. The signal at the output 40 of comparator 23 is equal to logical "1" if Δ i ₃ - Δ i ₂ ≥ 0, and logical "0" if Δ i ₃ - Δ i ₂ <0. Digital signals from the output 39 of the comparator 22 are fed to the input 42 of the first D-trigger, and from the output 40 of the comparator 23 to the input 43 of the second D-trigger. The state of the direct 15, 17 and inverting 16, 18 outputs of the D-flip-flops 25 changes only at the moments when the clock pulses coming from the generator 24 come to the common input 44 of the clock, provided that the output state of the corresponding comparator has changed in the previous period of the clock pulses. The signals from the direct outputs of 15.16 D-flip-flops are fed to the control inputs of the power switches 1.3, and from the inverting outputs 16.18 to the control inputs of the power switches 2.4 inverters.

При работе инвертора на однофазную нагрузку, подключенную по диагонали мостовой схемы инвертора, блоки 19, 20, 23 и второй D-триггер в работе устройства не участвуют. Прямой выход 15 первого D-триггера предназначен для подключения к управляющим входам силовых ключей 2,3 инвертора, а инвертирующий выход 16 - для подключения к управляющим входам силовых ключей 1, 4. When the inverter is operating on a single-phase load connected diagonally to the bridge circuit of the inverter, blocks 19, 20, 23 and the second D-trigger do not participate in the operation of the device. Direct output 15 of the first D-flip-flop is intended for connection to the control inputs of the power switches 2,3 of the inverter, and inverting output 16 is for connection to the control inputs of the power keys 1, 4.

Технико-экономические преимущества заявляемого устройства в сравнении с прототипом заключаются в расширении области использования путем обеспечения работы инвертора на двухфазную нагрузку. Technical and economic advantages of the claimed device in comparison with the prototype are to expand the field of use by ensuring the inverter operates on a two-phase load.

Claims

DEVICE FOR CONTROL OF A VOLTAGE INVERTER, made on four keys and powered by a midpoint source, containing a comparator, two D-flip-flops, a first sensor of instantaneous values of the load current, the first current setting unit and a clock generator, the output of which is connected to the common synchronization input D -triggers, the information input of the first D-flip-flop is connected to the output of the comparator, and the direct and inverting outputs of the D-flip-flops are designed to connect to the inputs of the inverter keys, characterized in that the second th comparator, three adders, second and third sensors of instantaneous values of the load current, second and third blocks of the current setting, the direct input of each adder being connected to the output of the corresponding sensor of the instantaneous values of the load current, the inverting input of each adder is connected to the output of the corresponding current setting unit, output the first adder is connected to the inverting input of the first comparator, the output of the second adder is connected to the inverting input of the second comparator, the output of the third adder is connected to direct input an ode to the first comparator and to the direct input of the second comparator, and the output of the second comparator is connected to the input of the second D-trigger.