SU1394374A1 - Способ управлени инвертором напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в многофазных инверторах напр жени , предназначенных дл  частотно-регулируемого электропривода. Целью изобретени   вл етс  снижение коэффициента гармоник обобщенного вектора выходного напр жени  и повышение линеаризации передаточной характеристики: перва  гармоника обоб- щенного вектора выходного напр жени  - модулирующее напр жение. В способе управлени  инвертором напр жени , где происходит формирование двух последовательностей импульсов управлени  вентил ми инвертора, длительность которых модулирована по синусоидальному закону с периодом модул ции , равньм одной шестой части периода выходного напр жени , формирование импульсов управлени  двум  фазами инвертора из указанных последовательностей происходит путем их циклической перестановки через одну шестую часть периода выходного напр жени , формирование импульсов управлени  дл  третьей фазы - непрерывно в течение периода модул ции, причем в качестве третьей - пассивной - фазы используетс  кажда  из фаз инвертора поочередно, в каждом периоде выходного напр жени  формируют моменты окончани  более широких импульсов управлени  в одной из двух фаз инвертора по условию равенства нулю сигнала , подвергнутого пропорционально- интегрально-дифференциальному преобразованию и образованного разностью большего по модулю модулирующего сигнала и сигнала, полученного путем вычислени  корн  квадратного из суммы возведенных в квадрат напр жений, одно из которых пропорционально фазному напр жению инвертора, а второе- междуфазному напр жению двух его других фаз, деленному на .3. 4 ил. (Л со со 4 СО 4

Description

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в многофазных инверторах напр жени , предназначенных дл  частотно-регулируемого электропривода .

Цель изобретени  - снижение коэффициента гармоник обобщенного вектора выходного напр жени  и повышение ли- неаризации передаточной характеристики: перва  гармоника обобщенного вектора выходного напр жени  - модулирующее напр жение.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующа  предлагаемый способу на фиг.2 - блок-схема распределител  импульсоВ , на фиг.З - таблица , по сн юща  работу распределител  ИМПУЛЬСОВ} на фиг.4 - диаграммы, по сн ющие способ управлени  и работу устройства, реализующего данный способ . I

Устройство дл  управлени  инвертором напр жени  содержит генератор 1 модулирующих напр жений, генератор 2 опорного напр жени , делитель 3 частоты , задающий генератор 4, датчик 5 цикла, выпр мите ль 6, переключатель 7 кратности, содержащий блок 8 пере- ключени  генератора опорного напр -,- жени , измерительный блок 9, блок 10 увеличени  кратности и блок 11 уменьшени  кратности, первьй блок 12 сравнени , второй блок 13 сравнени , третий блок 14 сравнени , четвертый блок 15 сравнени , первый элемент И 16, первый элемент НЕ 17, второй элемент И 18, триггер Z. 19, триггер Y 20;, второй элемент. НЕ 21, третий элемент НЕ 22, распределитель 23 импульсов, первый датчик 24 напр жени , второй датчик 25 напр жени , первый перемножитель 26, второй перемножитель 27, первый сумматор 28, блок 29 извлече- нй  квадратного корн , второй сумматор 30, ПИД регул тор 31.

Задающий генератор выходом подключен к входу делител  частоты, соответствующие разр ды делител  частоты подключены к входу генератора модулирующих напр жений, другие разр ды делител  частоты соединены с входами генератора опорного напрйжени , датчик цикла входом соединен с выходом генератора модулирующих напр жений, выпр митель двум  входами соединен с выходом Z и Y генератора модулирующих напр жений, измерительный блок

5 0

5 0 д 0 д

0

5

, входом соединен с одним из выходов, генератора опорного напр жени ,.одним из .-выходов - с одним из входов блока переключени  генератора опорного напр жени  и одним из входов блока увеличени  кратности, другой выход.измерительного блока подключен к одному из входов блока уменьшени  кратности и одному из входов блока переключени  генератора опорного напр жени , выход блока увеличени  кратности соединен с одним из управл ющих входов блока переключени  генератора опорного напр жени , выход блока уменьшени  кратности соединен с другим управл ющим входом блока переключени  генератора опорного напр жени , п ть выходов блока переключени  генератора опорного напр жени  соединены с соответствующими п тью входами генератора опорного напр жени , к выходу задающего генератора подключены другие входы блока увеличени  кратности и блока уменьшени  кратности, первый блок сравнени  одним из входов подключен к выходу генератора опорного напр жени , а другим входом - к выходу Z генератора модулирующих напр жений, второй блок сравнени  одним из входов подключен к выходу генератора опорного напр жени , а другим - к выходу Y генератора модулирующих напр жений, третий блок сравнени  двум  входами соединен с выходами Z и Y генератора модулирующих напр жений, первый элемент И подключен одн из входов к выходу четвертого блока сравнени , а другим - к выходу третьего блока сравнени , первый элемент НЕ входом подключен к выходу третьего блока .сравнени , второй элемент И подключен одним из входов к выходу четвертого блока сравнени , а другим входом - к выходу первого элемента НЕ, триггер Z одним из входов подключен к выходу первого блока сравнени , а другим - к выходу первого элемента И, триггер Y одним из входов подключен к выходу второго блока сравнени , а другим - к выходу второго элемента И, второй элемент НЕ входом подключен к выходу триггера Z, третий элемент НЕ входом подключен к выходу триггера Y, распределитель импульсов подключен входом Z к выходу триггера Z, входом Z - к выходу второго элемента НЕ, входом Y - к выходу третьего элемен

к выходу второго датчика напр же- I, первый сумматор одним из входов

та НЕ, входом Y - к выходу триггера Y, остальные шесть входов распределител  им пульсов соединены с шестью выходами датчика цикла, соответствен- но инвертор 32 напр жени  шестью уп- равн ющими входами соединен с шестью выходами распределител  импульсов, трехфазна  нагрузка 33 соединена трем  входами с соответствующими выходами инвертора напр жени , первый дат- . чик напр жени  одним из входов- подключен к фазе А нагрузки, другим ; входом-к нулю нагрузки, второй датчик напр жени  одним из входов соединен с фазой В нагрузки, другим входом - с фазой С нагрузки, первый перемножитель подключен входом к выходу первого датчика напр жени , второй перемножитель подключен входом

НИН

подключен к выходу первого пере- множител , а вторым входом-к выходу второго перемножител , блок извлечени  квадратного корн  входом соединен с выходом первого сумматора , а выходом - с одним из входов второго сумматора, второй вход второ- го сумматора подключен к выходу вып- р мител , вход ПИД регул тора соединен с выходом второго сумматора, а выход регул тора подключен к входу четвертого блока сравнени . Распределитель импульсов содержит 12 двух- входовых элементов И 34-45, три элемента НЕ 46-48, три п тивходовых элемента ИЛИ 49-51. Один из входов элемента И 34 соединен с первым выходом датчика 5 циклов, другой - с выходом триггера Z 19, один из входов элемента И 35 соединен с третьим выходом датчика 5 циклов, другой - с выходом триггера Y 20, один из входов элемен- -та И 36 соединен с выходом первого элемента НЕ 21, другой - с четвертым выходом датчика 5 циклов, один из входов элемента И 37 соединен с выходом второго элемента НЕ 22, другой - с шестым выходом датчика 5 циклов, один из входов элемента И 38 соединен с выходом второго элемента НЕ 22, другой - с вторым выходом датчика 5 цик-

лов, один из входов элемента И 39 соединен с выходом триггера Z 19, другой - с третьим выходом датчика 5 циклов, один из входов элемента И 40 соединен с выходом триггера Y 20, другой - с п тым выходом датчика 5

0

Q g

5 0

5

0

45

0

55

циклов, один из входов элемента И 41 соединен с выходом первого элемента НЕ 21, другой -.с шестым выходом датчика 5 циклов, один из входов элемента И 42 соединен с выходом триггера Z 19, другой - с первым выходом датчика 5 циклов, один из входов элемента И 43 соединен с выходом первого элемента НЕ 21, другой - с вторым вы-, ходом датчика 5 циклов, один из входов элемента И 44 соединен с выходом второго элемента НЕ 22, другой - с четвертым выходом датчика 5 циклов, один из входов элемента И 45 соединен с выходом триггера Z 19, другой- с п тым выходом датчика 5 циклов, элемент ИЛИ 49 своими входами подключен соответственно к выходам элементов И 34-37 и второму выходу датчика 5 циклов, элемент ИЛИ 50 своими входами подключен соответственно к выходам элементов И 38-41 и четвертому выходу датчика 5 циклов, элемент ИЛИ 51 своими входами подключен к выходам элементов И 42-45 и шестому выходу датчика 5 циклов, выход элемента ИЛИ 49 соединен с входом элемента НЕ 46 и соответствующим входом инвертора 32 напр жени , выход элемента ИЛИ 50 соединен с соответствующим входом инвертора 32 напр жени  и входом элемента НЕ 47, выход элемента ИЛИ 51 соединен с соответствующим входом инвертора 32 напр жени  и с входом элемента НЕ 48, выходы элементов НЕ 46-48 соединены с соответствующими входами инвертора напр жени  .

Способ управлени  можно пон ть, рассмотрев работу устройства.

Период модулирующего напр жени  (а значит и выходного напр жени  инвертора ) разбит на шесть равных частей , как показано на фиг.4. Если задать форму модулирующего напр жени  только на одной шестой части периода во всех трех фазах (кривые X, Y, Z на первом участке фиг.4), то напр жение на остальных участках получаетс  путем циклической перестановки через одну шестую часть периода кривых X, Y, Z. Очередность следовани  заданных кривых модулирующего напр - - женин по участкам дл  всех фаз приведена на фиг.З.

В дeйcтвитeJJЬнocти крива  модули- рунщего напр жени  синусоидальной формы в  вном виде не синтезируетс 

из указанных участков, а форма модулирующего напр жени , используемого в системе, имеет вид Z, Y (фиг.4).

В данном случае используютс  два модулирующих напр жени  Z, Y (фиг.4), так как модулирующие напр жени  образуют уравновешенную систему (при соединении трехфазной нагрузки в звезду без нулевого провода), то третье модулирующее напр жение получаетс  как результирующее от первых двух. Дл  обеспечени  симметрии в качестве пассивной фазы используетс  кажда  из фаз по очереди (фиг.З). Знак - в таблице (фиг.З) означает, что в вентильной группе фазы включаютс  вентили, обеспечивающие формирование отрицательного напр жени  на выходе.

Задающий генератор 4 генерирует импульсы, частота которых пропорционально задает частоту выходного напр жени . Задающий генератор 4 запускает делитель 3 частоты. Разр ды 1- 5 делител  3 частоты используютс  дл  формировани  опорного пилообразного напр жени  (фиг.4), разр ды 4-7 - дл  формировани  модулирующих напр жений Z и Y.

Генератор 1 модулирующих напр жений работает следующим образом. Импульсы с разр дов 4-7 Делител  3 частоты ,, поступа  на вход, генератора-1 модулирующих импульсов, запускают его счетчики, у которых коэффициент счета установлен в зависимости от формы напр жени , которую желательно получить на выходе. Сигналы с выхо доз счетчиков поступают на входы циф роанапоговых преобразователей, которые поступающую информацию в двоичном коде преобразуют в сигнал аналоговой формы, соответствующий поступающему двоичному коду на входы циф- роаналоговых преобразователей. Изменение сигнала по длительности на вы- ходе цифроаналоговых преобразователе осуществл етс  с помощью изменени  длительности импульсов, поступающих от задающего генератора 4 через делитель 3 частоты. Изменение модулирую- щих сигналов по амплитуде осуществл етс  с помощью изменени  опорного напр жени  цифрсаналоговых преобразователей .

С выхода генератора 1 модулирую- щих напр жений снимаетс  сигнал, равный по длительности циклу (цикл равен одной щестой части периода выход

n r

5 0

5

0

0

ного напр жени ). По времени этот сигнал совпадает с первым циклом мо- д ширующего напр жени .

Этот сигнал с выхода генератора 1 модулирующих напр жений поступает на вход датчика 5 цикла, где происходит формирование на его шести выходах сигнала, равного по длительности циклу , но сдвинутому на один цикл вправо относительно предыдущего выхода.

Генератор 2 опорного напр жени  работает следующим образом. Импульсы с разр дов 1-5 делител  3 частоты, поступа  на вход генератора 2 опорного напр жени , попадают на вход п ти элементов И. На вход счетчика проход т импульсы того разр да делител  3 частоты (разр ды 1-5) через элемент И, у которого на втором входе присутствует сигнал с блока 8 переключени  генератора опорного напр жени . Импульсы с выхода элемента И запускают счетчик г енератора опорного напр жени , с выхода которого сигнал поступает на вход цифроаналого- ,вого преобразовател . Длительность пилы определ етс  частотой импульсов , поступающих на вход счетчика. Сигнал в двоичном коде с выхода счетчика поступает на вход цифроана- логового преобразовател , который преобразует поступающую на его вход информацию в информацию в аналоговом виде на его выходе.

Переключатель кратности работает следующим образом. Напр жение с генератора 2 опорного напр жени , равное длительности одной ступеньки пилы, поступает на вход измерительного блока 9, где сравниваетс  с эталонными импульсами вырабатываемыми одновиб- раторами измерительного блока. Импульсы , вырабатываемые одновибрато- рами, имеют разную длительность - га и п (длительность импульсов Шип (п т) зависит от желаемой частоты переключени ).

Если длительность ступеньки пилы больше длительности импульса п, то на выходе измерительного блока 9, который соединен с блоком 11 уменьшени  кратности, по вл етс  сигнал (на другом выходе сигнал отсутствует ) . Така  комбинаци  сигналов на входах блока 11 уменьшени  кратности и блока 10 увеличени  кратности-разрешает прохождение тактовых импуль- . сов задающего генератора 4 через блоки уменьш.ени  кратности 1 1 и увели- чени  кратности 10 на один из входов блока 8 переключени  генератора. Кроме того, та же комбинаци  присутствует на других входах блока 8 переключени  генератора опорного напр жени  (управл ющих входах регистра сдвига), что соответствует сдвигу импульса, наход щегос  в регистре сдвига на один такт вправо (что соответствует уменьшению кратности),

Если длительность ступеньки пилы меньше длительности импульса т, то на выходе измерительного блока, который соединен с блоком 11 уменьшени  кратности, сигнала не будет, а на другом выходе измерительного блока 9 по витс  сигнал. Така  комбинаци  сигналов на входах блоков 11, и 10 разрешает прохождение тактовых импульсов от задающего генератора 4 через блоки 11 и 10 на один из входов блока 8 (тактовый вход). Также комбинаци  присутствует на других входах блока 8 переключени  генератора опорного напр жени  (управл ющих входах регистра сдвига), что соответствует сдвигу импульса, наход щегос  в регистре сдвига на один такт влево (что соответствует увеличению кратности).

Если длительность ступеньки пилы еньше длительности импульса п, но

Инвертор напр жени  на нагрузке (фиг.1) формирует трехфазное синусоидальное напр жение. Первый датчик 24 напр жени  вырабатывает сигнал.

40

45

больше длительности импульса т, то

к ч пропорциональный фазному напр жению на обоих выходах измерительного блока дэ j 9 сигнал отсутствует. Така  комбинаци  .запрещает прохождение тактовых импульсов от задающего генератора 4 через блоки 11 и 10 на один из входов блока 8, что приводит к запоминанию информации на выходе блока 8 и переключени  кратности не происходит.

Таким образом, видно, что переключатель 7 кратности поддерживает определенное соотношение частот выходных напр жений генератора 2 опорного напр жени  и генератора 1 модулирующих напр жений в зависимости от значени  выходной частоты инвертора напр жени  так, что частота коммутаций изме- н етс  в ограниченном диапазоне при изменении выходной частоты в заданном диапазоне.

Два выработанных модулирующих напр жени  Z и Y совместно с вырабаты-55 ваемым в генераторе 2 опорного напр жени  опорным пилообразным напр жением поступают в первый блок 12 сравнена нагрузке U. Второй датчик 25 нап р жени  вырабатывает сигнал, пропорциональный линейному напр жению UBC Первый перемножитель 26 возводит в , квадрат поступающее-на его вход нап- :р жение Uy,, пропорциональное фазному напр жению на нагрузке. Возведенное в квадрат напр жение U поступает на один из входов первого сумматора 28. Второй перемножитель 27 возводит в квадрат и делит на три поступающее на его вход напр жение U,, пропорциональное линейному напр жению на

и|.

нагрузке, напр жение --- с выхода

второго перемножител  27 поступает на вход первого сумматора 28, где складываетс  с одновременно поступающим напр жением Щ. Сумма напр же- НИИ и + и /3 поступает с выхода первого сумматора на вход блока 29 извлечени  квадратного корн , где происходит извлечение корн  из пос т

3943748

ни  и второй блок 13 сравнени . Первый блок 12 сравнени  вырабатывает пр моугольные импульсы по моментам совпадени  модулирующего напр жени  Z и пилообразного опорного напр жени . Второй блок 13 сравнени  вьфаба- тывает пр моугольные импульсы (фиг.4) по моментам совладени  модулирующего

Q напр жени  Y- и пилообразного опорного напр жени . Причем задний фронт более широкого импульса каждой последовательности Z и Y модулирован по определенному закону - синусоидальности первой гармоники обобщенного вектора выходного напр жени . Модул ци  осуществл етс  в течение каждого такта модулирующего напр жени  дл  достижени  наибольшего быстродейст20 ВИЯ и точности работы устройства. Обобщенный вектор напр жени  можно определить как

и Uot + JU. Urf + j- . UBC

15

.,. H

25

vT

u, +

где|и1 - модуль

lui Vu. + щ Vui +

Uic/3. (1)

30

Согласно формуле модул  обобщенного вектора (1) сигнал 101 формируетс  следующим образом.

Инвертор напр жени  на нагрузке (фиг.1) формирует трехфазное синусоидальное напр жение. Первый датчик 24 напр жени  вырабатывает сигнал.

пропорциональный фазному напр жению j

на нагрузке U. Второй датчик 25 напр жени  вырабатывает сигнал, пропорциональный линейному напр жению UBC- Первый перемножитель 26 возводит в , квадрат поступающее-на его вход нап- :р жение Uy,, пропорциональное фазному напр жению на нагрузке. Возведенное в квадрат напр жение U поступает на один из входов первого сумматора 28. Второй перемножитель 27 возводит в квадрат и делит на три поступающее на его вход напр жение U,, пропорциональное линейному напр жению на

и|.

нагрузке, напр жение --- с выхода

второго перемножител  27 поступает на вход первого сумматора 28, где складываетс  с одновременно поступающим напр жением Щ. Сумма напр же- НИИ и + и /3 поступает с выхода первого сумматора на вход блока 29 извлечени  квадратного корн , где происходит извлечение корн  из поступившего напр жени  Ш

Л

+ и|с/3. С выхода блока извлечени  квадратного корн  напр жение 1 и + U /3 поступает на один из входов второго сум- матора 30, на другой вход которого поступает с выпр мител  6 огибающа  напр жений Y, Z (фиг.4). Огибаюч ща  напр жений получаетс  путем выпр млени  выпр мителем 6 модулирую- щих напр жений Y, Z.

С выхода второго сумматора 30 снимаетс  разность поступивших напр же 1с/

-т-т

НИИ и - и у где и т/иг +

Напр жение, равное разности U-u снимаетс  с выхода второго сумматора 30 и подаетс  на вход регул тора 31, где оно сглаживаетс  и затем по- 1 даетс  на вход четвертого блока 15 сравнени , где происходит сравнение преобразованного по закону ГЩД (про- порционально-интегрально-дифференци- ального)-регул тора разности U - U с нулевым уровнем. По моменту сравнени  вырабатываютс  синхроимпульсы, которые поступают на один из входов первого элемента И 16 и второго элемента И 18. На другой вход элемента И 16 поступают с третьего блока 14 сравнени  селекторные импульсы. Первый элемент И 16 пропускает н а свой вход те синхроимпульсы,.которые по времени совпадают с селекторными импульсами .

На другой вход элемента И 18 поступают с первого элемента НЕ 17 инвертированные селекторные импульсы. Элемент И 18 пропускает на свой выход , те синхроимпульсы, которые по времени совпадают с инвертированными импульсами.

Таким образом, импульсы, сформированные на выходе . элементов И 16 и И 18, получены в соответствии с синусоидальностью первой гармоники обоб- щенного вектора напр жени . В дальнейшем зти импульсы используютс  дл  формировани  импульсов управлени  инвертором напр жени , поэтому и выходное напр жение инвертора будет форми роватьс  согласно синусоидальности первой гармоники обобщенного вектора напр жени .

Синхроимпульсы с выхода элемента И 16 поступают на один из входов триггера Z 19 и синхронизируют его работу так, что триггер 19 переключа

5

0

5 0

5

0

5

етс  в новое состо ние с приходом , синхроимпульса.

Аналогично синхроимпульсы с выхода элемента И 18, поступа  на вход триггера .Y 20, синхронизируют его работу .

Таким образом, происходит модул ци  последовательностей импульсов Z и Y в соответствии с синусоидальностью первой гармоники обобщенного вектора выходного напр жени .

Далее-модулированные импульсы Z и Y поступают на вход распределител  23 импульсов непосредственно, а также через элементы НЕ 21 и 22.

Рассмотрим работу распределител  23 импульсов. Блок-схема представлена на фиг.2. Дл  простоты рассмотрим работу лишь одной фазы - фазы А.

Согласно таблице работы распределител  импульсов (фиг.З) на первый вентиль инвертора напр жени  должна поступать последовательность, указанна  в первой строке этой таблицы. Дл  этого используютс  элементы И 34-37 и элемент ИЛИ 49.

Сигнал на выходе элементов И 34-37 присутствует тогда, когда одновременно на обоих входах элементов И есть сигнал, т.е. сигнал Z будет на выходе элемента И 34 тогда, когда на ее входах будет присутствовать циклоим- пульс и сигнал Z. Таким образом, выборка нужного сигнала из последовательностей Z, Z, Y, Y зависит от того , какой из циклоимпульсов пришел на вход элемента И. Также видно (перва  строка таблицы фиг.З), что на втором цикле присутствует широкий импульс - Ш, равный по длительности пришедшему импульсу цикла. Это говорит о TOM, что фаза А в этот момент времени формируетс  автоматически за счет фаз В и С. Элемент ИЛИ 49 суммирует пришедшие на его входы последовательности с выходов элементов И 34-37 и подает их на вентиль инвертора напр жени . Элемент НЕ 46 инвертирует последовательность импульсов, поступающую на его вход с выхода элемента ИЖ 49 и подает ее на следующий вентиль инвертора напр жени .

Фазы В и С работают аналогично.

Таким образом, напр жение на вы- ходе инвертора напр дени , а соответственно и на нагрузке (фиг.4) формируетс  согласно синусоидальности первой гармоники обобщенного вектора выходного напр жени , что приводит к снижению коэффициента гармоник обобщенного вектора и повышению линеаризации передаточной характеристики: перва  гармоника обобщенного вектора выходного напр жени  - модулирующее напр жение.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ управлени  инвертором напр жени , заключающийс  в том, что формируют две последовательности импульсов управлени  вентил ми инвертора , длительность которых модулируют по синусоидальному закону с периодом модул ции, равным шестой части периода выходного напр жени , импульсы управлени  дл  двух фаз инвертора формируют из указанных последовательностей путем их циклической перестановки через одну шестую часть периода выходного напр жени , импульсы управлени  дл  третьей фазы формируют непрерывно в течение периода модул ции , причем в качестве пассивной фазы используют каждую из фаз инвер

   тора поочередно в каждом периоде выходного напр жени , отличающийс  тем, что, с целью снижени  коэффициента гармоник обобщенного вектора выходного напр жени  и повышени  линеаризации передаточной характеристики: перва  гармоника обобщенного вектора выходного напр жени  - модулирующее напр жение, из услови  и - и.

   ,

   .3 и лЦ + вс. где Ufl - сигнал, пропорциональный

   напр жению одной из фаз инвертора )

   Ugc - сигнал, пропорциональный

   междуфазному напр жению двух других фаз инвертора и, - больший по модулю модулирующий сигнал,

   формируют сигнал, указанный сигнал подвергают пропорционально-интеграпь- но-дифференциальному преобразованию и по условию равенства нулю полученного сигнала формируют моменты окончани  более широких импульсов управ- ле,ни  в одной из фаз инвертора.

   МП

   входы 12:5 It 5 6 22УУ

   Ц)и г. 2

   Фие,3