SU1297194A1 - Устройство дл управлени трехфазным мостовым инвертором - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  управлени  инвертором с широтно-импульсной модул цией. Целью изобретени   вл етс  повьшение помехозаилищенности при регулировании и расширении области применени . Частота импульсов управлени  инвертором определ етс  частотой сигнала на выходе управл емого генератора 3 частоты, а глубина модул ции - сигналом с выхода аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 2. На выходе кодоуправл емого делител  5 частоты формируетс  семейств - характеристик, измен ющихс  по гиперболическому закону, таким образом, чтобы поддерживать посто нной глуби- и с & (Л О 1 ;D4 gjue.i Ф ФФ 333 35363733

Description

riy модул ции при изменении выходной частоты и неизменном сигнале с выхода АЦП 2. При регулировании частоты вниз от номинальной данное устройств позвол ет увеличивать число импульсов в полупериоде. Это достигаетс  с помощью переключател  4 кратности модул ции, который синхронизирует работу блока 6 формировани  закона управлени , изменение числа импульсов выходных последовательностей которого достигаетс  за счет увеличени  или уменьшени  числа тактовых интервалов на полупериоде выходного

1

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  управлени  инвертором с широтно-импульсной модул цией, работающим в системе преобразователь частоты - двигатель с широким диапазоном регулировани .

Цель изобретени  - повышение помехозащищенности и расширение области использовани  путем возможности использовани  в инверторах как с индивидуальной , так и с групповой коммутацией .

На фиг.1 представлена схема устройства дл  управлени  трехфазным мостовым инвертором; на фиг.2 - диаграмма работы устройства.

Устройство дл  управлени  трехфаз нь1М мостовым инвертором содержит расггределитель 1 импульсов, аналого- цифровЭй преобразователь 2, управл - емьй генератор 3 частоты, переключатель 4 кратности модул ции, кодоуп- равл емьй делитель 5 частоты, блок 6 формировани  закона управлени  flMM две группы элементов И 7.1, 7-,2,7.К, 8.1, 8.2, 8.К, первые два элемента ИПИ 9 и 10, генератор И сетки частоты , два модул тора 12 и 13. Кроме того , устройство содержит делитель 14 частоты, соединенные последовательно генератор 15 линейноизмен ющегос  кода и блок 16 компараторов кодов, блок 17 RS-триггеров, задающий генератор 18, последовательно соединенньш с делителем 19 опорной частоты, блок 20 компараторов частоты, ключи 21,

напр жени . Полученные последовательности в элементах И 7.1, 7.2,- 7к и 8.1, 8.2, 8к заполн ютс  частотой с генератора 11 сетки частот, управл емого от кодоуправл емого делител  5 частоты. Полученные импульсы через элементы ИЛИ 9 и 10 поступают на входы модул торов 12 и 13, на выходе которых формируютс  импульсы управлени  , поступающие на выходе распределител  1 импульсов , ко - торый синхронизируетс  с вько - да делител  14 частоты 2 ил.

0

5

0

5

0

5

третий элемент ИЖ 22, при этом уп- равл емьй генератор 3 подключен к входу делител  14 частоты и первому входу кодоуправл емого делител  5 частоты, к второму входу которого присоединен аналого-цифровой преобразователь 2, выходы делител  14 ча- 1СТОТЫ подключены соответственно к

о

тактовому входу распределител  1 импульсов и тактовому входу 23 блока 20 компараторов частоты, а также входу 24 генератора 15 линейно измен ющегос  кода, выходы делител  19 опорной частоты подключены к информационным входам 25 блока 20 компараторов частоты и информационным входам 26 ключей 21, к управл ющим входам 27 которых присоединены выходы блока 20 компараторов частоты, а выходы 28 ключей св заны через элемент ИЛИ 22 с тактовым входом 29 блока 17 RS- триггеров, информационный вход которого подключен к выходу блока 16 компараторов кодов, выходы 30 блока 17 и выходы генератора 11 сетки частот .присоединены к входам двух групп элементов И 7.1, 7.2, 7.К и 8;1, 8..2, 8.К, выходы которьпс подключены соотв.етственно к входам двух элементов ИЛИ 9 и 10, при этом элемент ИЛИ 9 св зан с модул тором 12, а элемент ИЛИ 10 - с модул тором 13 , вькоды 31 и 32 каждого из модул торов 12 и 13 подключе - ны к входам распределител  1 импульсов с выходами 33 - 38.

На фиг.2 представлена диаграмма работы распределител  1 импульсов (фиг.1), которьш выполнен в виде кольцевой пересчетной схемы на триггерах с сигналами на выходах 39-А1 (фиг.2) и формирующей трехфазную систему напр жений, элементов И, выдел ющих сигналы длительностью 60 эл.град, диаграммы элементов ИЛИ 42 - 45, формирующих выходную последовательность импульсов на выходе 33 управлени  силовыми вентил ми инвертора, вьгходное линейное напр жение которого имеет вид диаграммы 46, На фиг.2 моменты времени О, 60, 120, 180, 240 эл.град. обозначены , соответственно t,, t, tg, tg, a моменты окончани  тактовых интервалов в интервале 0-60 эл.град. обозначены t и t - последовательность импульсов инверсному сигналу с выхода 31 модул тора 12.

Устройство работает следующим образом .

которьй синхронизирует работу блока 6 формировани  закона управлени  ШИМ. В переключателе 4 кратности модул ции с помощью задающего генератора 18 и

5 делител  19 опорной частоты вырабатываетс  р д кварцованных частот, соответствующих определенным значени м вы ходной частоты делител  14 частоты. В реверсивных счетчиках импульсов

10 блока 20 компараторов частоты происходит сравнение указанных частот, путем подачи опорной частоты с делител  19 опорной частоты, например, на пр мой вход, а с текущей с делител 

15 14 - на реверсивный, при этом сигна- -пы с выхода реверсивных счетчиков поступают на RS-триггеры в блоке 20 компараторов частоты, ча выходе которых формируютс  логические сигналы

20 О или 1, управл ющие ключами 21.

При этом сигнал требуемой част оты с выхода делител  19 опорной частоты через один из включенных логических ключей в блоке ключей 21 и элемент При формировании импульсов управ- 25 ИЛИ 22 поступает на тактовый вход 29 лени  трехфазным мостовым инверто- блока 17. Моменты переключени  кратром их частота определ етс  частотой сигнала на выходе управл емого генератора 3 частоты (фиг.1), а глубина модул ции - сигналом с выхода аналого-цифрового преобразовател  2 Посто нство коэффициента передачи устройства управлени  при регулировании частоты достигаетс  с помощью кодоуправл емого делител  5 частоты . Его выходной сигнал определ етс  соотношением f f/N, где f - выходна  частота кодоуправл емого делител  5 частоты; f - частота на выходе управл емого генератора 3 частоты; N - двоичный код на выходе аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 2.

Дл  различных f при изменении N на выходе кодоуправл емого делител  J5 частоты формируетс  семейство характеристик , измен ющихс  по гиперболическому закону, таким образом, чтобы поддерживать посто нной глубину модул ции при изменении выходной частоты и неизменном сигнале с выхода АЦП 2. При регулировании частоты вниз от номинальной устройство управлени  позвол ет увеличить число импульсов в полупериоде, дл  улучшени  гармонического состава выходного напр жени  . Это достигаетс  с помощью переключател  4 кратности модул ции.

которьй синхронизирует работу блока 6 формировани  закона управлени  ШИМ. В переключателе 4 кратности модул ции с помощью задающего генератора 18 и

5 делител  19 опорной частоты вырабатываетс  р д кварцованных частот, соответствующих определенным значени м выходной частоты делител  14 частоты. В реверсивных счетчиках импульсов

0 блока 20 компараторов частоты происходит сравнение указанных частот, путем подачи опорной частоты с делител  19 опорной частоты, например, на пр мой вход, а с текущей с делител 

5 14 - на реверсивный, при этом сигна- -пы с выхода реверсивных счетчиков поступают на RS-триггеры в блоке 20 компараторов частоты, ча выходе которых формируютс  логические сигналы

0 О или 1, управл ющие ключами 21.

ности модул ции выбираютс  в зависимости от требований к нагрузке мостового инвертора.

Сигналы переключател  4 кратности по входу 29 и делител  14 по входу 24 управл ют работой блока 6 формировани  закона управлени  ШИМ, которьй реализует требуемый закон широтно-импульсной модул ции.

В предлагаемом устройстве импульсы управлени  каждым силовым вентилем формируютс  следующим образом: на интервале от О до 60 эл.град. импульсы управлени  распределены по синусоидальному закону на этом же интервале, диаграмма 33, интервал t,-t (фиг. 2), при этом изменение длительности осуществл етс  перемещением переднего фронта импульсов, задние фронты которых прив заны к моментам окончани  тактовых интервалов t -t на интервале 60-180 эл.град. импульсы управлени  распределены

согласно синусоидальному закону на интервале 60-120 эл.град. диаграмма 33 интервал tj-tg, причем изменение длительности импульсов осуществл етс  перемещением переднего фронта тактовых интервалов, на интервале

180-240 эл.град. импульсы управлени   вл ютс  инверсными относительно управл ющих сигналов на интервале

0-60 эл.град, диаграмма 33, интервал tg-t. При этом длительность п-го импульса линейного напр жени  определ етс  следующим выражением:

8„

п 2М

где и - глубина модул ции;

М - число импульсов в полупериоде ;

п - 1, 2, 3...

Тактовый интервал имеет длительность IT/т эл.град. р - выражена в относительных единицах, а за базовую величину прин та длительность тактового интервала.

Работа блока 6 формировани  закона управлени  ШИМ (фиг.1) происходит следующим образом. При подаче сигнала частоты с делител  14 частоты на вход генератора 15 линейноизмен юще- гос  кода на его выходах формируетс  линейно нарастающий код, поступающий на входы блока 16 компараторов кодов, работающего в качестве дешифратора закона широтно-импульсной модул ции, с выхода которого короткие импульсы в моменты совпадени  кодов поступают на одни входы RS- триггеров блока 17, на другие входы KOTopbtx поступают тактовые импульсы по входу 29, возвращающие RS-тригге- ры в исходное состо ние. На выходе каждого RS-триггера формируетс  имfO

15

20

25

30

Далее при работе устройства полученные последовательности импульсов управлени  на выходах 31 и 32 (фиг.2) в элементах И 7.1, 7.2, 7,к и 8.1, 8.2, 8.к (фиг.1) заполн ютс  соответствующей высокой частотой с генератора 11 сетки частот, управл емого от кодоуправл емого делител  5 частоты, образом, чтобы выполнилось отношение 5„/Т. const, где Т г- период п-й частоты на выхо де генератора 11 сетки частот; S - длительность п-го импульса управлени  при f 1.

Полученные пачки импульсов через .элементы РШИ 9 и 10 в виду двух последовательностей с выходов 31 и 32 :(фиг.2) поступают на входы модул то- ров 12 и 13 (фиг.1), выполненных на ocHofee двоичных счетчиков, которые преобразуют указанные пачки в длител ность импульсов путем врем импульсно го сравнегш  модулирующего, с выходо элементов ИЛИ 9 и 10 и тактового, с выхода 29 переключател  4 кратности модул ции сигналов. Таким образом, на выходах модул торов 12 и 13 формируютс  последовательности импульсов управлени  с глубиной модул ции, определ емой дл  п-го импульса вырапульс , соответствующий по длительно- 35 жением R - Т,,, где - пести среднему значению синуса на тактовом интервале. При этом на первую группу элементов И 7.1, 7.2, 7 к с выходов RS-триггеров блока 17 поступают импульсы, соответствующие си- . нусоидальному закону на интервале 0-60 эл.град,, диаграмма 31 (фиг.2), а на вторую группу схем И 8.1, 8.2, 8.к - соответствующие синусоидальриод частоты кодоуправл емого дел тел  5 час-готы; р - число разр до двоичных счетчиков; D, - коэффици ент делени  генератора 11 сетки ч - стот дл  п-го импульса;, Т - пери тактовой частоты.

Линейность регулировани  глуби модул ции в функции сигнала управлени  АЦП 2 (фиг.1) достигаетс  те

ному закону на интервале 60-120 эл.град. что при гиперболическом изменении

диаграмма 32.

Изменение числа импульсов выходных- последовательностей блока 6 формировани  закона управлени  ШИМ (фиг.1) достигаетс  путем увеличени  или уменьшени  числа тактовых интервалов полупериода выходного напр жени , путем изменени  соотношени  частоты следовани  тактовых импуль- сов с выхода 29 переключател  4 кратности модул ции и частоты синхрони- вации по входу 24 блока 6 формирова

5

0

5

0

ни  закона управлени  ШИМ, и далее соответственно триггера блока 17. - В общем случае число RS-триггеров в блоке 17 определ етс  как 2/3 М,

Далее при работе устройства полученные последовательности импульсов управлени  на выходах 31 и 32 (фиг.2) в элементах И 7.1, 7.2, 7,к и 8.1, 8.2, 8.к (фиг.1) заполн ютс  соответствующей высокой частотой с генератора 11 сетки частот, управл емого от кодоуправл емого делител  5 частоты, образом, чтобы выполнилось отношение 5„/Т. const, где Т г- период п-й частоты на выходе генератора 11 сетки частот; S - длительность п-го импульса управлени  при f 1.

Полученные пачки импульсов через .элементы РШИ 9 и 10 в виду двух последовательностей с выходов 31 и 32 :(фиг.2) поступают на входы модул то- ров 12 и 13 (фиг.1), выполненных на ocHofee двоичных счетчиков, которые преобразуют указанные пачки в длительность импульсов путем врем импульсно- го сравнегш  модулирующего, с выходов элементов ИЛИ 9 и 10 и тактового, с выхода 29 переключател  4 кратности модул ции сигналов. Таким образом, на выходах модул торов 12 и 13 формируютс  последовательности импульсов управлени  с глубиной модул ции, определ емой дл  п-го импульса вырариод частоты кодоуправл емого делител  5 час-готы; р - число разр дов двоичных счетчиков; D, - коэффициент делени  генератора 11 сетки ча- - стот дл  п-го импульса;, Т - период тактовой частоты.

Линейность регулировани  глубины модул ции в функции сигнала управлени  АЦП 2 (фиг.1) достигаетс  тем

что при гиперболическом изменении

частоты fc изменение будет линейным Т. 1 /fj, .

Полученные регулируемые последовательности импуль сов 31, 32 и 54 50 поступают на входы распределител  1 импульсов, который одновременно синхронизируетс  с выхода делител  14 частотыо

ИмпульсЫ по входу синхронизации распределител  1 импульсов поступают на кольцевую пересчетную схему, диаграммы 39, 40 и 41 которой представлены на фиг.2. Выходными сигналами

55

71

кольцевой пересчетной схемы  вл ютс также сигналы, инверсные, приведенным на фиг.2. В распределителе импульсов нормируютс  шесть последовательностей импульсов, сдвинутых од- «а относительно другой на 60 эл.гра ( на фиг.2 показаны четыре таких последовательности , диаграммы 42-45), нап ример, дл  получени  сигнала 44 на один вход схемы И распределител  импульсов подаетс  сигнал с выхода 39, а на другой - сигнал с выхода 41, на выходе которой получаетс  сигнал по диаграмме 44.. Аналогично формируютс  сигналы на выходах 42, 43 и 45 и остальные из шести сигналов . Последовательности импульсов по диаграммам 31, 32 и 54 (фиг.2) представл ют собой выходные сигналы модул торов 12 и 13 (дл  примера приведены диаграммы дл  дев ти импульсов в полупериоде выходного линейного напр жени  инвертора). Дл  наименьшей кратности модул ции при трех импульсах в полу периоде линей- ного напр жени , на интервале 60 эл.град. формируетс  только один импульс, регулируемьй по длительности .

Последовательность импульсов на выходе 31 используетс  дл  формировани  управл ющих сигналов на интервале 0-60 эл.град. периода управлени  силовым вентилем, последовательность импульсов по диаграмме 54 (инверсна  диаграмма 31) - дл  формировани  управл ющих сигналов на интервале 180-240 эл.град периода управлени , последовательность импульсов по диаграмме 32 дл  фор- мировани  управл ющих сигналов на интервале 120-180 эл.град. периода управлени . С помощью элементов И и ИЛИ в распределителе 1 формируютс  импульсы управлени  силовыми вентил ми инвертора. Например, формирование сигнала управлени  по диаграмме 33 (фиг.2) осуществл етс  следующим образом. На входы одного элемента И распределител  1 подаютс сигналы с выходов 31 и 44, на входы другого элемента И подаютс  сигналы по диаграммам 54 и 55, на входы третьего элемента И подаютс  сигналы с выходов 32 и 42. Проинвертиро- ванные сигналы с элементов И (логические 1 и сигнал с выхода 43) подаютс  на входы четырехвходового эл4 8

мента ИПИ, которым формируетс  сигнал на выходе 33. Аналогичным образом формируютс  сигналы управлени  остальными силовыми вентил ми инвертора . Повьшение помехозащищенности при регулировании осуществл етс  в предлагаемом устройстве управлени  следующим образом. В канале регулировани  выходного напр жени  изменение глубины модул ции осуществл етс  путем преобразовани  частоты ;Управл ющих сигналов в длительность .(в последовательных кодах). По вление на управл ющих сигналах импульса помехи не приводит к искажению закона модул ции.

Таким образом, использование предлагаемого устройства расшир ет область его применени . Модул ци  длительности управл ющих сигналов на интервалах 0-60 и 120-180 эл.град. осуществл етс  перемещением переднего фронта импульсов управлени . Задние фронта импульсов управлени  прив заны к моментам окончани  тактовых интервалов . Это позвол ет использовать предлагаемое устройство не Только в инверторах с индивидуальной коммутацией (или инверторах на полностью управл емых вентил х), но и в инверторах с групповой коммутацией. Использование предлагаемого устройства, как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией, как в инверторах на транзисторах, так и в инверторах на тиристорах позвол ет расширить область применени  предлагаемого устройства управлени  трехфазным мостовым инвертором. Устройство управлени  реализует закон ши- ротно-импульсной модул ции, обеспечивающий высокое качество выходного напр жени  инвертора и, следовательно , системы преобразователь частоты - асинхронньй двигатель в широком диапазоне регулировани  частоты враени .

ормула изобретени 

Устройство дл  управлени  трехфазным мостовым инвертором, содержащее распределитель импульсов, выходы оторого предназначены дл  подключени  к управл ю1;1им входам трехфазного мостового инвертора, аналого-циф- овой преобразователь и управл емый

912

генератор частоты, входы которых предназначены дл  подключени  к источникам задающих сигналов напр жени  и частоты, переключатель кратности модул ции, отличающеес  тем, что, с целью повьшени  помехозащищенности и расширени  области использовани  путем возможности использовани  в инверторах как с индивидуальной , так и с групповой коммута- цией, введены кодоуправл емый делитель частоты, блок формировани  закона управлени  НИМ, две группы элементов И, кажда  по числу импульсов в одной шестой части периода выход- ного напр жени , первые два элемента ИЛИ, генератор сетки частот, два Модул тора, делитель частоты, при- чем блок формировани  закона управ- Ьени  ШРМ выполнен на основе после- довательно соединенных генератора линейно измен ющегос  кода и блока компараторов кодов, блока RS-тригге- ров, а переключатель кратности модул ции - в виде последовательно соеди- ненных заданицего генератора и делител  опорной частоты, блока компараторов частоты, ключей, третьего элемента ИЛИ, при этом управл емый генератор частоты подключен к входу делител  частоты и первому входу коВНИИПИ Заказ 792/59 Тираж 661 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

9410

доуправл емого делител  частоты, к второму входу которого присоединен аналого-цифровой преобразователь, выходы делител  частоты подключены соответственно к тактовым входам распределител  импульсов и блока компараторов частоты, а также к входу генератора линейно измен ющегос  кодавыходы делител  опорной частоты под- ютючены к информационным входам блока компараторов частоты и информационным входам ключей, к управл ющим входам которых присоединены выходы блка компараторов частоты, а выходы ключей св заны через элемент ИЛИ с тактовым входом блока RS-триггеров, информационный вход которого подключен к выходу блока компараторов кодов , выходы блока RS-триггеров и генератора сетки частот присоединены к входам двух групп элементов И, выходы которьк подключены соответственно к входам первых двух элементов ИЛИ, каждый из которых св зан с первым входом соответствующего модул тора , а вторые входы каждого из модул торов соединены с выходом ключей переключател  кратности .модул ции, при этом выходы модул торов подключены к входам распределител  импуль-ОВ .

fue-Z

ш

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, содержащее распределитель импульсов, выходы которого предназначены для подключения к управляющим входам трехфазного мостового инвертора, аналого-цифровой преобразователь и управляемый генератор частоты, входы которых предназначены для подключения к источникам задающих сигналов напряжения и частоты, переключатель кратности модуляции, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и расширения области использования путем возможности использования в инверторах как с индивидуальной, так и с групповой коммута- 10 цией, введены кодоуправляемый делитель частоты, блок формирования закона управления ШИМ, две группы элементов И, каждая по числу импульсов в одной шестой части периода выход- 15 ного напряжения, первые два элемента ИЛИ, генератор сетки частот, два Модулятора, делитель частоты, причем блок формирования закона управления ШИМ выполнен на основе после- 20 довательно соединенных генератора линейно изменяющегося кода и блока компараторов кодов, блока RS-триггеров, а переключатель кратности модуляции - в виде последовательно соеди- 25 ненных задающего генератора и делителя опорной частоты, блока компараторов частоты, ключей, третьего элемента ИЛИ, при этом управляемый генератор частоты подключен к входу 50 делителя частоты и первому входу ко доуправляемого делителя частоты, к второму входу которого присоединен аналого-цифровой преобразователь, выходы делителя частоты подключены соответственно к тактовым входам распределителя импульсов и блока компараторов частоты, а также к входу генератора линейно изменяющегося кода-, выходы делителя опорной частоты подключены к информационным входам блока компараторов частоты и информационным входам ключей, к управляющим входам которых присоединены выходы блока компараторов частоты, а выходы ключей связаны через элемент ИЛИ с тактовым входом блока RS-триггеров, информационный вход которого подключен к выходу блока компараторов кодов, выходы блока RS-триггеров и генератора сетки частот присоединены к входам двух групп элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам первых двух элементов ИЛИ, каждый из которых связан с первым входом соответствующего модулятора, а вторые входы каждого из модуляторов соединены с выходом ключей переключателя кратности модуляции, при этом выходы модуляторов подключены к входам распределителя ИМПУЛЬСОВ.

   ЦЩ

   -ЗЛИ

   АП Г

   45 II п Г пяппл

   ΠΠΠΠΠΣ

   ΞΞΞΞΠΞΙΠ фие.2

   ВНИИПИ Заказ 792/59 Тираж 661 Подписное

   I

   Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4