RU2017312C1

RU2017312C1 - Device for control over voltage inverter

Info

Publication number: RU2017312C1
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 is built on four keys and is supplied from source with midpoint. It has two comparators 22, 23, two D flip-flops 25, clock pulse generator 24, three adders 19, 20, 21. EFFECT: enhanced reliability and efficiency 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 для управления инвертором напряжения, выполненным на четырех силовых ключах, включенных по мостовой схеме [1]. Недостатком такого устройства является ограниченная область применения, так как оно предназначено для управления инвертором напряжения, нагруженным на однофазную нагрузку. A device for controlling a voltage inverter made on four power switches, connected by a bridge circuit [1]. The disadvantage of this device is its limited scope, as it is designed to control a voltage inverter loaded with a single-phase load.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству управления инвертором напряжения является устройство состоящее из компаратора, двух D-триггеров, генератора тактовых импульсов, блока задания тока 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-триггеры подключены к управляющим входам четырех силовых ключей инвертора, включенных по однофазной мостовой схеме и подключающих нагрузку к положительному и отрицательному полюсам источника питания [2]. The closest in technical essence to the proposed voltage inverter control device is a device consisting of a comparator, two D-flip-flops, a clock pulse generator, a current setting unit and a sensor for 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. Inverting and direct outputs D-flip-flops are connected to the control inputs of 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 supply [2].

Недостатком 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 the voltage inverter control device is its 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. The aim of the invention is to expand the scope of use.

Цель достигается тем, что в предлагаемое устройство для управления инвертором напряжения на четырех ключах, питающимся 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 прямому входу первого и инвертирующему входу второго компараторов, выход второго сумматора подключен к инвертирующему входу первого компаратора, выход третьего сумматора - к прямому входу второго компаратора, а выход второго компаратора - 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 the first comparator, two D-flip-flops, the first current sensor and a clock generator, the output of which is connected to the 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 direct input of the first and inverting input of the second comparators, the output of the second adder is connected to the inverting input of the first comparator, the output of the third adder is to direct input ode to the second comparator, and the output of the second comparator 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 1-2 - 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 выходы D-триггеров. Figure 1 shows the structural diagram of the control system of the output currents of the inverter; figure 2 is a functional diagram of an inverter control device, where 1-2 are the inverter power switches, 5-7 are sensors of instantaneous values of phase load currents, 8-10 are current setting blocks, 11 is an inverter control device, 12-14 are 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 - outputs of comparators, 41 - output of a clock generator, 42, 43 - inputs of D-flip-flops, 44 - general input of synchronization of D-flip-flops, 15.17 - direct outputs of D-flip-flops, 16.18 - inverting outputs 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 токов нагрузки. Выход 32 первого сумматора подключен к прямому входу 35 первого компаратора 22 и к инвертирующему входу 37 второго компаратора 23. Выход 33 второго сумматора 20 подключен к инвертирующему входу 36 первого компаратора 22. Выход 34 третьего сумматора 21 подключен 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 тактовых импульсов 24 подключен к общему входу 44 синхронизации D-триггеров 25. Прямые выходы 15,17 D-триггеров предназначены для подключения к управляющим входам соответственно силовых ключей 1,3 инвертора, а инвертирующие выходы 16,18 - к управляющим входам ключей 2, 4 инвертора. The inverting inputs of 26.27.28 adders 19.20.21 are connected to the outputs of the corresponding current task units 8.9.10, the direct inputs 29.30.31 are connected to the outputs of the corresponding sensors 5.6.7 instantaneous values of the load currents. The output 32 of the first adder is connected to the direct input 35 of the first comparator 22 and to the inverting input 37 of the second comparator 23. The output 33 of the second adder 20 is connected to the inverting input 36 of the first comparator 22. The output 34 of the third adder 21 is connected 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 pulse generator 24 is connected to the common synchronization input 44 of the D-flip-flops 25. The direct outputs 15.17 of the D-flip-flops are designed to be connected to the control respectively, the power keys of 1.3 inverters, and the inverting outputs 16.18 to the control inputs of the keys 2, 4 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 i₂₁, i₂₂, i₂₃ и cигналам обратной связи по мгновенным значениям фазных токов нагрузки i₁, i₂, i₃ вырабатывают сигналы ошибок регулирования фазных токов:
Δ i_j = ij - i_zj, j = 1,2,3. Эти сигналы поступают на компараторы: сигнал Δ i₁ - с выхода 32 первого сумматора 19 на прямой вход 35 первого компаратора 22 и на инвертирующий вход 37 второго компаратора 23, сигнал Δ i₂ - с выхода 33 второго сумматора 20 на инвертирующий вход 36 первого компаратора 22, сигнал Δ i₃ - с выхода 34 третьего сумматора 21 на прямой вход 38 второго компаратора 23. Сигнал на выходе 39 компаратора 22 равен логической "1", если Δi₁-Δi₂≥ 0, и равен логическому "0", если Δ i₁ - Δ i₂ < 0. Сигнал на выходе 40 компаратора 23 равен логической "1", если Δ i₃ - Δ i₁ ≥ 0, и равен логическому "0", если Δ i₃ - Δ i₁ < 0. Цифровые сигналы с выхода 39 компаратор 22 поступают на вход 42 первого D-триггера 25, а с выхода 40 компаратора 23 - на вход 43 второго D-триггера 25. 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 состояния 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.Adders 19, 20, 21 from the input analogue reference signals i ₂₁ , i ₂₂ , i ₂₃ 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 = ij - i _zj , j = 1,2,3. These signals are fed to the comparators: the signal Δ i ₁ - from the output 32 of the first adder 19 to the direct input 35 of the first comparator 22 and to the inverting input 37 of the second comparator 23, the signal Δ i ₂ - from the output 33 of the second adder 20 to the inverting input 36 of the first comparator 22, the signal Δ i ₃ - from the output 34 of the third adder 21 to the direct input 38 of the second comparator 23. The signal at the output 39 of the comparator 22 is equal to logical "1" if Δi ₁ -Δi ₂ ≥ 0, and equal to logical "0" if ₁ Δ i - Δ i ₂ <0. The output 40 of comparator 23 is a logic "1" if the ₃ Δ i - Δ i ₁ ≥ 0, and is equal to a logical "0", esl ₃ Δ i - Δ i ₁ <0. The digital signals from the output 39 of the comparator 22 receives at input 42 a first D-flip-flop 25 and the output 40 of the comparator 23 - 43 to the input of the second D-flip-flop 25. The condition lines 15, 17 and the inverting 16, 18 of the outputs of the D-flip-flops 25 changes only at the moments of arrival at the common input 44 of the clock synchronization of clock pulses coming from the generator 24, provided that at the previous period of the sequence of clock pulses there was a change in the output state of the corresponding comparator. 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 20, 21, 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 и 3 инвертора, а инвертирующий выход 16 - для подключения к управляющим входам силовых ключей 1 и 4. When the inverter is operating on a single-phase load connected diagonally to the bridge circuit of the inverter, blocks 20, 21, 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 power switches 2 and 3 of the inverter, and inverting output 16 is for connection to the control inputs of power keys 1 and 4.

Устройство управления инвертором может быть реализовано на современной элементной базе. Сумматоры 19, 20, 21 могут быть построены на базе операционных усилителей серии К140 (см. Цифровые и аналоговые интегральные микросхем. Справочник под ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989, с. 338-352). В качестве компараторов 22, 23 могут использоваться микросхемыК554САЗ (там же, с. 53). Генератор 24 тактовых импульсов может быть собран по схеме, приведенной в кн. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г. И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985, с. 165, рис. 4. 10, на базе таймера 1006 ВИ1. В качестве двух D-триггеров с общим счетным входом может использоваться микросхема К155ТМ8. The inverter control device can be implemented on a modern element base. Adders 19, 20, 21 can be built on the basis of operational amplifiers of the K140 series (see Digital and analog integrated circuits. Handbook edited by S.V. Yakubovsky. - M .: Radio and communications, 1989, pp. 338-352) . As comparators 22, 23, K554CAZ microcircuits can be used (ibid., P. 53). The clock generator 24 can be assembled according to the circuit shown in the book. Alekseenko A.G., Kolombet E.A., Starodub G.I. Application of precision analog microcircuits. - M .: Radio and communications, 1985, p. 165, fig. 4. 10, based on the timer 1006 VI1. As two D-flip-flops with a common counting input, the K155TM8 chip can be used.

Технико-экономические преимущества заявляемого устройства в сравнении с прототипом заключаются в расширении области использования путем обеспечения работы инвертора на трехфазную нагрузку, соединенную по схеме треугольник. 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 three-phase load connected in a triangle pattern.

Claims

DEVICE FOR MANAGING THE VOLTAGE INVERTER, made on four keys, powered by a midpoint source, containing the first comparator, two D-flip-flops, the first sensor of instantaneous values of the load current, the first current setting unit and the clock generator, the output of which is connected to the common synchronization input D-flip-flops, the information input of the first D-flip-flop is connected to the output of the first 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 , in order to expand the scope of use, a second comparator, three adders, second and third sensors of instantaneous values of the load current, second and third current setting units are introduced, the direct input of each adder being connected to the output of the corresponding sensor of instantaneous values of the load current, the inverting input of each adder is connected to the output of the corresponding current task unit, the output of the first adder is connected to the direct input of the first and inverting input of the second comparators, the output of the second adder is connected to the inverting input row of the first comparator, the output of the third adder - the direct input of the second comparator and the second comparator output - to the input of the second D-flip-flop.