SU1501233A1 - Устройство дл управлени трехфазным мостовым инвертором - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  преобразовател ми с широтно-импульсной модул цией. Целью изобретени   вл етс  улучшение гармонического состава при регулировании. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, генератор пилообразного напр жени , источник управл ющего сигнала, счетчик, первый и второй компараторы, переключатель кратности модул ции, формирователь модулирующих сигналов, блок управлени  генератором тактовых импульсов, блок формировани  импульсов управлени  и источники управл ющих сигналов по напр жению, частоте и реверсу фаз. Устройство осуществл ет формирование и распределение импульсов управлени , обеспечивающих широтно-импульсную модул цию выходного напр жени . Улучшение гармонического состава обеспечиваетс  за счет двухпол рной модул ции управл ющих сигналов, при которой последовательность импульсов управлени  состоит из модулированных и немодулированных участков. 2 ил.

Description

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

Цель изобретени  - улучшение гармонического свойства.

На фиг. 1 представлено устройство управлени  трехфазным мостовым инвертором; на фиг. 2 - временные диаграммы , по сн ющие работу устройства.

Устройство дл  управлени  трехфазным мостовым инвертором содержит генератор 1 тактовых импульсов, генератор 2 пилообразного напр жени , под- ключенньй к информационному входу первого компаратора 3, источник 4 управл ющего сигнала, регистр 5, переключатель 6 кратности модул ции, второй компаратор 7, формирователь 8 модулирую1 Д1х сигналов, счетчик 9 импульсов, блок 10 управлени  генератором тактовых импульсов, формирователь 11 импульсов управлени , источник 12 управл ющего сигнала по частоте, истогтик 13 сигнала у.травлени  чередованием фаз, причем, переключатель 6 выполнен на основе триггеров 14.1 -14.m |митта , число которых равно количеству m изменений

3150

числа импульсов в выходном напр жении инвертора, формирователь 8 модулирующих сигналов по двухканальной схеме на основе управл емых делите- лей напр жени , число делителей в

каждом канале равно п Ll(k+1) , где

К-О

k 0,1,2,...m, счетчик 9 импульсов выполнен на основе регистра 15 Джонсона с т-выходами и логического блока 16, построенного в соответствии с логическим уравнением

ZK F,i-F,jj,

где общее число первых выходов z равно п-1

FKJ - Х( Х,2.. Х, Х,

РЧ| У( Уг -Yj- , Yj yj4 -Ут.

при этом дл  j о, FUJ У Уд . . УГП Ут сигналы х поступают на входы блока 16 с переключател  6, сигналы у - с выходов 15.1...15.га регистра 15; i и j - индексы первого сигнала с инверсией в последовательном р ду входных сигналов массивов х и у уравнени  второго выхода

FXI

Блок 10 управлени  генератором такто вых импульсов выполнен на основе управл емых ключей 17.1...17.т, которые включены в ключи делител  напр жени  с числом ступеней равным т, структура формировател  11 импульсов управлени  соответствует уравнени м:

f X, XjX, V XijXj V X, V X, х,х ,

f

j I/

f , V Х4ХэХ4 V Х4Х5Х4Х5 V V Х ХдХ дХ

у X (XjXgXj, ;

f4 fj;

f 5 x X2XJV XjXjX V (,Уjj

VX XjXjX jV XjXflXsXfcV

VXiXjX/jXs; ft, fs;

г

20

25 ,-

40

5

50

jj

где f( -ffc соответствуют шести выходам формировател ; х,-х соответствуют шести входам формировател  импульсов управлени , при этом, вход 18 переключател  6 и первый вход 19 блока 10 подключены к источнику 12, а выходы 20.1... 20.тп переключател  6 св заны с соответствующими входами блока 16 счетчика 9 импульсов и с соответствующими управл емыми ключами 17.1...17.т блока 10, вход генератора 1 соединен с выходом блока 10, а выход 21 - с входом регистра 15 счетчика 9 и с входом генератора 2, выходы блока 16 счетчика 9 соединены с соответствующими входами управл емых ключей формировател  8, а второй выход 22 блока 16 св зан с входом регистра 5 и с установочным входом регистра 15, т-выходов которого подключены к соответствующим входам блока 16, первый вход 23 формировател  8 св зан с источником 4, а два выхода 24 и 25 - с управл ющими входами соответствующих двух компараторов 7 и 3, информационный вход второго компаратора 7 соединен с выходом генератора 2, выходы 26 и 27, соответственно второго 7 и первого 3 компараторов, подключены, соответственно , к первому и второму входам формировател  11, три других входа которого св заны с выходами 28,29,30 регистра 5, при этом, выходы 31-36 формировател  11 предназначены дл  подключени  к управл ющим входам трехфазного мостового инвертора. Шестой вход формировател  t1 подключен к источнику 13, выполненному на основе компаратора.

Переключатель 6 состоит из триггеров 14.1...14.т, на управл ющие входы которых подаютс  напр жени  от источника 12, а на информационные входы - опорные напр жени  с потенциометров , которые г1одключ(ны к стабилизированному источнику.

На фиг, 2 диаграммы 37-43 по сн ют работу устройства при m 6 ( где Шт - кратность модул ции - отношение несутцей частоты к выхоцной частоте инвертора), а диаграммы 44-51 - работу устройства при тп 18) . Моменты времени 0,60, 120, 180, 240, 300 и 360 эл.град, обозначены, соответственно точками 52-58.

На фиг. 2 пока лп сиг нлл на вы-. ходе генератора 1, сш и.м 38 - на выходе генератора 2, сигналы 39 и АО - на выходах 26 и 27 компараторов 3 и 7, сигналы 41,А2 - на выходах 31 и 32 соответственно, формировател  11 линейное напр жение A3 , трехфазного мостового инвертора при управлении с помощью устройства при m , 6, сигнал АА - на выходе генератора 1, сигнал А5 - на выходе генерато ра 2, сигнал А6 - на выходе 25 формировател  8, сигналы А7 и А8 - на выходах 26 и 27, соответственно, компараторов 3 и 7, сигналы А9 и 50 - на выходах 31 и 32 формировател  11, линейное напр жение 51 Uflg) трехфазного мостового инвертора при управлении с помощью предлагаемого устройства , при га- 18,

Устройство работает следующим об- разом.

Импульсы управлени  инвертором f, - f(, на выходах 31-36 формируютс  формирователем 11. На первый и второй входы форг ировател  11 с вы- ходов 26 и 27 компараторов 3 и 7 подаютс  сигналы 39, АО при т 6 (или А7, А8 при m-f 18), При этом, выходные линейные напр жени  инвертора имеют вид напр жени  A3 при т- 6 (или напр жение 51 при т-, 18), Сигналы на третий, четвертый и п тый входы формировател  11 поступают с выходов регистра 5 в виде числовой последовательности от О до 5 в двоичном коде, при этом, задаютс  равные между собой интервалы ме аду точками 52-53, 53-5А, 5А-55, 55-56, 56-57, 57-58, При необходимости изменени  последовательности чередование фаз (например, дл  реверсировани  асинхронного двигател , питаемого от трехфазного мостового инвертора) необходимо изменить сигнал на шестом входе формировател  11 от источника 13, Таким образом, управление устройством сводитс  к формированию сигналов, по выходам 26, 27 компараторов 3 и 7 и по выходам 28-30 pe иcтpa 5, на входах формировател 

11импульсов управлени . Рассмотрим формирование сигналов

по выходам 26-30,

Аналоговый сигнал от источника

12управл ющего сигнала по частоте поступает на вход 18 переключател  6, при этом, в результате сравнени  сигнала управлени  с опорными сигналами на выходах 20,1,,,20,ш формиру

етс  сигнал кода Джонсона, который задает кратность модул ции в функции управл ющего сигнала по частоте. Уровни опорных сигналов определ ют уровни переключени  кратности модул ции . Сигналы с выходов 20,1,,,20,т, коммутиру  ключи 17,1,,,17,га блока 10 управлени  генератором тактовых импульсов, определ ют коэффициент делени  резисторного делител , тем самым дискретно измен   частоту генератора 1, Плавное изменение частоты генератора 1 происходит при плавном изменении напр жени  на входе 19 в диапазоне между уровн ми опорных напр жений переключател  6, Сигнал 37 с выхода генератора 1 тактовых импульсов тактирует частоту генератора 2 пилообразного напр жени , с выхода которого пилообразное напр жение посто нной независимой от частоты амплитуды поступает (сигнал 38,фиг,2) на информационные входы компараторов 3 и 7, Сигнал 37 с выхода генератора 1 тактовых импульсов синхронизирует работу регистра 15 счетчика 9 импульсов , предварительно по установочному входу, приведенного в исходное состо ние , соответствующее

ув

У У2---Ут- Ут

С каждым тактом, поступающим на вход регистра 15, измен етс  в соответствии с кодом Джонсона шифр на выходах 15.1,,,15,т. При этом, каждому сочетанию кода на выходах 20,1 ... 20,m и кода, на выходах 15,1,., 15,га на одном из выходов блока 16 возникает сигнал управлени , замыкающий соответствующую пару ключей формировател  8 модулирующих сигналов , при этом, на его выходах 24 и 25, при неизменных сигналах 23 и 18, возникают напр жени  ступенчатой (сигнал А6, фиг.2), число ступеней в которых равно тт/6, а величина напр жений ступеней определена коэффициентом делени  подключаемых резистивных делителей и сигналом 23 управлени  по напр жению.

При минимальной кратности модул ции (raj 6) ступенчата  крива  вырождаетс  в пр мую. На выходах 24 и 25 формировател  8 образуютс  модулирующие сигналы, поступающие на управл ющие входы компараторов 7 и 3. На информационные входы компараторов

3 н 7 поступает сигнал 38 с выхода генератора 2 пилообразного напр жени . В результате сравнени  указанных сигналов на выходах 26 и 27 ком- параторов 3 и 7 образуютс  сигналы 39 и 40, модул ци  которых осуществл етс  перемещением фронта импульса. При этом, соотношение весовых резисторов в рассматриваемой паре уп- ю равл емых ключей формировател  8 модулирующих сигналов выбираетс  из услови 

а, sin -- (2п - 1), 15

где а, - напр жение на выходе управл емого ключа, приведенное к напр жению источника 4 управл ющего сигна- 20 ла дл  п-го импульса выходного напр жени , причем, дл  канала с выходом 25 п 1,2,3...1/3N, а дл  канала с выходом 24 п 25 (1/3N-1), (1/3N-2).., 2/3N;

N - число импульсов в полупериоде выходного линейного напр жени  N 3,6,9. ЗО Сигнал 39 соответствует длительности импульса tп при п 1, N 3, а сигнал 40 - длительности импульса при п 2, N 3. При этом

Li ( sin(2п - 1),

2N

где Л4 - глубина модул ции О 1 ,

ch а, при

(W 1,

г - длительность п-го импульса выходного линейного напр жени , приведенное к длительности тактового интерва- ла, равного IF/N эл.град. Тактовые импульсы с выхода 21 измен ют код на выходах I5.1...l5.m до тех пор, пока он не станет равным коду на выходах 20 , 1 ... 20 .га. При этом, на выходе 22, возникает импульс, который тактирует кольцевой регистр 5 и устанавливает в исходное состо ние регистр 15. После этого цикл повтор етс  .

При минимальной кратности модул ции (mj 6) первый после установки в исходное состо ние тактовый импульс на входе регистра 15 приводит к ра

5

0 5

О

0

5 -

5

венству кодов на выходах 15.1...l5.m и 20,1...20.т, т.е. к новой установке в исходное состо ние. Поэтому, частота сигнала на входе регистра 5 равна частоте сигнала 37 на выходе генератора 1 тактовых импульсов. При этом, на выходах 28-30 регистра 5 формируетс  цифрова  последовательность от О до 5 в двоичном коде, котора  определ ет шесть 60 эл.град. интервалов в периоде выходной частоты .

При поступлении сигналов с выходов 26-30 на входы формировател  11 на его выходах 31-35 формир потс  импульсы управлени  силовыми ключами трехфазного мостового инвертора.

На выходах 33, 34 и 35, 36 формируютс  последовательности импульсов управлени , сдвинутые относительно сигналов 41, 42 соответственно на +120 эл.град. И таким образом, выходное линейное напр жение между фазами А и В Трехфазного мостового инвертора при работе с предлагаемым устройством управлени  при га- 6 имеет вид напр жени  43, фиг. 2. Два других линейных напр жени  сдвинуты , относительно напр жени  43 на i120 эл.град.

Выше была рассмотрена работа устройства управлени  при минимальной величине кратности модул ции т-г 6. При ее увеличении (например, при т-)- 18) работа устройства осугдест- вл етс  следующим образом. Код на выходах 20.1...20.т переключател  5 определ етс  двум  ключевыми триггерами 14.1...14.2 и выключенными триггерами 14.3...14.т. Следовательно, в общем случае выходные сигналы переключател  6 соответствуют коду Джонсона . В соответствии с включенными триггерами 14.1 и 14.2 замыкаютс  ключи 17.1 и 17.2 блока 10 управлени  генератором тактовых импульсов, что дискретно измен ет величину сигнала управлени  на входе генератора 1 тактовых импульсов. Код ил выходах 20.1...20.т задает число ступеней в кривых 24 и 25 формировател  8 (сигнал 46, фиг.2).

После третьего такта происходит возврат в исходное состо ние регистра 15 импульсом с выхода 22 и тактируетс  регистр 5. Кратность модул ции на выходе инвертора определ етс  кодом на выходах 20.1...20.т.

1а выходах 26 и 27 компараторов 3 и 7 при этом образуютс  сигналы 47 и 48, поступающие на входы форми- ров телн 11, на выходах 31 и 32 которого формируютс  сигналы 49 и 50, а на выходах 33, 34 и 35, 36 формируютс  аналогичные сигналы, сдвинутые на +120 эл.град. Сигналы с выходов 31-36 формировател  11 поступают на управл ющие входы трехфазного мостового инвертора, выходное линейное напр жение которого имеет вид напр жени  51, фиг, 2.

Устройство обеспечивает независи- мость формы выходных напр жений инвертора от параметров нагрузки в диапазоне изменени  ее коэффициента сдвига фазы от 1 до О при уменьшенном числе переключениГг силовых венти лей инвертора. Независимость формы достигаетс  за счет включени  трех вентилей разных групп на интервале импул/ са выходного напр жени  и трех вентилей одной группы на интервале наузъ; .выходного напр жени . Уменьшение чис.пл переключений силовых вентилей дог тигаетс  за счет использовани  вентилей в качестве нулевых, каждые 60 эл.град. - поочередно дл  ка щой фазы и при переходе из одного полупериода последовательности импульсов управлени  в другой - поочередно дл  каждого вентил . В устройстве возможно реализовать любой за- кон иПТМ, который определ етс  требу- емь1ми уровн ми напр жений формировател  модулирующих сигналов, при этом величина кратности модул ции не вли ет на работу формировател  импуль- сов управлени .

Улучшение гармонического состава выходного напр жени  при регулировании осуществл етс  по закону синусоидальной широтно-импульсной модул - ции.

Применение OIIIM приводит к снижению амплитуд нип1иих из высших гармоник при регулировании выходного на- пр жени .

Кроме того, при снижении выходной частоты инвертора в устройстве примен етс  многоступе)чатое изменение кратности модул ции, обеспечивающее формирование выходных напр жений инвертора по прин тому закону во всем дианс зоне изменени  выходной частоты , обеспечиааю1ией улучшенный гармо Q

15 0 5 0 с 0

5

0

5

нический состав линейных напр жений трехфазного мостового инвертора.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  трехфазным мостовым инвертором, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор пилообразного напр жени , выход которого подключен К первому входу первого компаратора, источник управл ющего сигнала, счетчик, о т - ли-уающеес  тем, что, с целью улучшени  гармонического состава при регулировании, оно снабжено переключателем кратности модул ции, вторым компаратором, формирователем модулирующих сигналов-, счетчиком импульсов, блоком управлени  генератором тактовых импульсов, блоком формировани  импульсов управлени , источником управл ющего сигнала по частоте и источником сигнала реверса фаз, причем переключатель кратности выполнен на триггерах Шмитта, число га которых равно числу ступеней кратности модул ции выходного напр жени  инвертора, входы триггеров Шмитта объединены и  вл ютс  входом переключател  кратности модул ции, который соединен с выходом источника управл ющего сигнала по частоте и входом блока управлени  генератором тактовых импульсов, который выполнен в виде управл емого делител  напр жени , выход которого подключен к входу генератора тактовых импульсов, управл ющие входы управл емого делител  напр жени  соединены с выходами переключател  кратности модул ции, в качестве которых использованы выходы триггеров Шмитта, выход источника управл емого сигнала соединен с входом формировател  модулирующих сигналов , который выполнен на двух включенных параллельно управл емьк делител х напр жени , управл ющие входы которых соединены с первыми выходами счетчика импульсов, который выполнен на регистре Джонсрна с га выходами и логическом блоке, тактовый вход регистра Джонсона соединен с входом генератора пилообразного напр жени  и выходом генератора тактовых импульсов , выходы регистра Джонсона соединены с первыми входами логического блока, вторые входы которого подклю чены к выходам переключател  кратноети модул ции, структура логического блока определ етс  логическими уравнени ми первых n выходов

   Zn F,j Fyj ,

   FXJ X,X,2««« i-4

   yiy-.-yj- Yj Yj Ут дл  j 0

   Fjo У У5.--У.-У,Г1, m

   n Z (K+1),

   K:0

   V/x XjXjx ;

   25

   где X - сигналы с выходов переключател  кратности модул ции;

   у - с выходов регистра Джонсона; 20 ъ i и j - Индексы первых сигналов с инверсией в последовательном р ду сигналов х и у, и уравнением второго выхода F Fyj , К О, второй выход логического блока соединен с R-входом регистра Джонсона и входом счетчика, выход генератора пилообразного напр жени  соединен с первым входом второго компаратора , вторые входы обоих компара-30 где f, -f, - сигналы на выходах бло- торов соединены с соответствующимика формировани  импульвыходаьти формировател  модулирующихсов управлени , которые

   сигналов, выходы первого и второго вл ютс  выходами усткомпараторов подключены соответствен-ройства;

   но к второму и первому входам блока 35 ( е сигналы на соответствуюЧ формировани  импульсов управлени ,1 1их входах блока.

   f 5 V

   ,X5Xt,V , Y (y

   VX, Хт,Х4Хд,

   f6 f-5.

   третий, четвертый и п тый входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами счетчика, шестой вход соединен с выходом источника

   сигнала реверса фаз, а структура блока формировани  импульсов управлени  определена уравнени ми

   f ., V XgXji/ X,X,Xq у Х,Х,,Х4;

   f f ;

   f J, , V X,X,X V X,X 3X4X5 V V V X

   V/x XjXjx ;

   ъ где f, -f, - сигналы на выходах б ка формировани  импу

   f 5 V

   ,X5Xt,V , Y (y

   VX, Хт,Х4Хд,

   f6 f-5.