SU1576944A1 - Цифровое устройство дл управлени трехфазным широтно-импульсным инвертором - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике, а именно к управлению транзисторными и тиристорыми преобразовател ми. Целью изобретени   вл етс  обеспечение регулировани  при широтно-импульсной модул ции (ШИМ) выходного напр жени  инвертора. Устройство содержит задающий генератор, два счетчика импульсов, блок инвертирующих элементов, реверсивные счетчики, вычитающие счетчики, R-S-триггеры, формирователи импульсов управлени  по числу фаз и узлы управлени  по числу фаз, в состав каждого из которых вход т два элемента ИЛИ-НЕ, элемент И, R-S-триггер и T-триггер. Применение вычитающих счетчиков совместно с реверсивными в каждой фазе дает возможность аппаратным способом организовать пр мой синтез ШИМ по синусоидальному закону. Второй счетчик импульсов служит дл  установки начальных состо ний реверсивных счетчиков. Узлы управлени  выдают сигналы на входы направлени  счета и входы разрешени  счета реверсивных счетчиков соответствующей фазы в зависимости от состо ни  двух других фаз. Осуществление пр мого синтеза ШИМ по синусоидальному закону позвол ет простыми средствами обеспечить регулирование выходного напр жени  трехфазных широтно-импульсных инверторов и делает возможным центризованное управление от ЭВМ. 2 ил.

Description

t

(21)4337731/24-07

(22)04.12.87

(46) 07.07.90. Бкш. № 25

(71)Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе

(72)0.Л.Рыжиков, В .И.Шарабыров, В.Ю.Карпов и А.В.Никитин

(53)621.314.27 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1332487, кл, Н 02 М 7/48, 1985.

(54)ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ИНВЕРТОРОМ

(57)Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к управлению транзисторными и тиристорными преобразовател ми . Целью изобретени   вл етс  обеспечение регулировани  при широт- но-импульсной модул ции (ШИМ) выходного напр жени  инвертора. Устройство содержит задающий генератор, два счетчика импульсов, блок инвертирующих элементов, реверсивные счетчи-

ки, вычитающие счетчики, RS-триггеры, формирователи импульсов управлени  по числу фаз и узлы управлени  по числу фаз, в состав каждого из которых вход т два элемента ИЛИ-НЕ, элемент И, RS-триггер и DT-триггер. Применение вычитающих счетчиков совместно с реверсивными в каждой фазе дает возможность аппаратным способом организовать пр мой синтез ШИМ по синусоидальному закону. Второй счетчик импульсов служит дл  установки начальных состо ний реверсивных счетчиков . Узлы управлени  выдают сигналы на входы направлени  счета и входы разрешени  счета реверсивных счетчиков соответствующей фазы в зависимости от состо ни  двух .других фаз. Осуществление пр мого синтеза ШИМ по синусоидальному закону позвол ет простыми средствами обеспечить регулирование выходного напр жени  трехфазных широтно-импульсных инверторов и делает возможным централизованное управление от ЭВМ. 2 ил.

(Л

ел J

оэ со

Јь

4

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  тиристорными и транзисторными трехфазными инверторами с широтно-импульсной модул цией выходного напр жени .

Целью изобретени   вл етс  обеспечение регулировани  при широтно-импульсной модул ции выходного напр жени  инвертора.

На фиг.1 представлена структурна  схема устройства; на фиг.2 - диаграммы , по сн ющие его работу.

Устройство содержит задающий генератор 1, счетчики 2 и 3 импульсов , узлы 4.1 - 4.3 управлени  по числу фаз, реверсивные счетчики 5.1 - 5.-3 по числу фаз, блок 6 инвертирующих элементов, вычитающие счетчики 7.1 - 7.3, RS-триггеры 8.1 - 8.3 и

формирователи 9.1 - 9.3 импульсов управлени  по числу фаз.

Каждый узел управлени  содержит элемент И 10, два элемента ИЛИ-НЕ 11 и 12, RS-триггер 13 и DT-триггер 14, Счетчики 5,1 - 5.3 и 5.2 подключены соответственно к источникам кода амплитуды 15 и кода установки 16. Выход задающего генератора 1 подключен к входу счетчика 2, к счетным входам реверсивных счетчиков 5.1 - 5.3 и вычитающих счетчиков 7.1 - 7.3. Выход счетчика 2 подключен к входу счетчика 3, входам установки узлов управлени , входам разрешени  записи вычиуающих счетчиков и R-входу каждого из триггеров 8.1 - 8.3, выходы которых соединены с соответствующими входами формирователей 9.1 - 9.3, вы ходы последних предназначены дл  под1 ключени  к инвертору Выход счетчика 3 соединен с входами разрешени  запи си реверсивных счетчиков, информационные входы счетчика 5.1 подключены к источнику кода амплитуды, информационные входы счетчика 5.2 - к источ нику кода установки, информационные входы счетчика 5.3 - к выходам блока 6, входы которого подключены к источ нику кода амплитуды, вход увеличени  счета узла 4.1 подключен к выходу счетчика 7.3 второй фазы, а вход уменьшени  счета - к выходу счетчика 7.3 третьей фазы, вход увеличени  счета узла 4.2 подключен к выходу вычитающего счетчика 7.3, а вход уменьшени  счета - к выходу счетчика 7.1, вход увеличени  счета узла 4.3 управлени  подключен к .выходу счетчика 7.1, а вход уменьшени  счета - к выходу счетчика 7„2, причем первый выход узлов 4.1 - 4.3 соединен с соответствующим входом направлени  счета а второй выход - с соответствующим входом разрешени  счета реверсивных счетчиков 5.1 - 5.3, старшие выходы реверсивных счетчиков 5.1 - 5.3 соединены с информационными входами соответствующих вычитающих счетчиков 7.1 - 7.3, выходы последних - с вторыми входами триггеров 8.1 - 8.3. Входы элемента И 10 к элемента ИЛИ-НЕ представл ют собой входы увеличени  и уменьшени  счета узла управлени . Выход элемента И 10 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 12, второй вход которого представл ет собой вход установки соответству

I-

-

5

0

5

ющего узла, а его выход соединен с входом DT-триггера 14, тактовый вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ 11 ,а выход  вл етс  вторым выходом узлов управлени . Входы RS-триггера 13 подключены к входам уменьшени  и увечичени  счета узла управлени , а выход RS-триггера 13  вл етс  первым выходом узлов управлени .

Устройство работает следующим образом .

Обозначим состо ние реверсивных счетчиков 5.1 - 5.3 соответственно целыми числами U,,U г и U3, равными числу импульсов задающего генератора 1, необходимых дл  приведени  счетчиков в эти состо ни  из начальных (за начальное примем состо ние, характеризуемое высоким потенциалом на выходе старшего разр да реверсивного счетчика и низким на остальных). Это число беретс  положительным или отрицательным в зависимости от направлени  счета, т.е.

-2

iU. i 2 -l,

30

где ,2,3 - номер фазы;

k - разр дность реверсивных

счетчиков.

Счетчик 2 выдает короткие импульсы с частотой следовани 

35

f

Л 2 f,

где f - частота задающего генератора 1 - разр дность счетчика 2, равна  разр дности вычитающих счетчиков.

Каждый импульс с выхода счетчика 2 устанавливает RS-триггеры 8 и DT- триггеры 14 узлов 4 в О и производит запись начальных уровней в вычи- тающие счетчики.

Обозначим текущий номер следовани  этих импульсов п, тогда в счетчик 7.2 записываетс  1 старших разр дов числа U(n) и через интервал времени

Сг(п) 2k-1+ Ut(n)1/(2 ЫЈ)

счетчик 7.2 обнул етс  и на его выходе формируетс  импульс, переключающий RS-триггер 8.2 в состо ние 1. Этот же импульс переноса поступает на вход увеличени  счета узла 4.1 и

устанавливает RS-триггер 3 и через элемент 11 DT-триггер 14 в состо ние 1. При этом на входе управлени  направлением счета счетчика 5.1 устанавливаетс  потенциал U нс (фиг.2 ж), а на входе разрешени  счета счетчика 5.1 присутствует при этом низкий потенциал Up (фиг.2 г), разреша  счет этого счетчика, в результате чего состо ние счетчика 51 увеличиваетс  (фиг.2 з). Аналогично на вход уменьшени  счета узла 4.1 через интервал времени

С3(п) 2 Ь 1 + из(п)/()

с выхода счетчика 7.3 поступает импульс , переключающий RS-триггер 8.3 В состо ние 1. Этот же импульс поступает на вход уменьшени  счета узла 4.1, устан пливает RS-триггер 13 в состо ние О, при этом DT-триггер 14 опрокидываетс  в состо ние 1. На входе разрешени  счета счетчика 5.1 по вл етс  высокий потенциал U рп (фиг.2 г), запрещающий его счет, и до момента времени t, состо ние счетчика остаетс  неизменным. По истечении периода Тц импульсом с выхода счетчика 2 RS-триггеры 8.2 и 8.3 по R-входу устанавливаютс  в О.

В момент времени 11 счетиик-7.3 обнул етс , своим выходным импульсом переноса переключает RS-триггер 8.3 в состо ние 1 и производит сброс по R-входу RS-триггера 13 узла 4.1, при этом DT-триггер 14 по С-входу через элемент ИЛИ-НЕ 11 устанавливаетс  в состо ние Г1. Тогла на входе управлени  направлением счета счетчика 5.1 устанавливаетс  низкий потенциал Uнс (вернее подтверждаетс , поскольку он был и ранее, фиг.2 ж), а на выходе DT-триггера 14 присутствует низкий потенциал Up (фиг.2 г), разреша  вычитающий счет этого счетчика , в результате чего состо ние счетчика 5.1 уменьшаетс  (фиг.2 з). В момент прихода импульса U7. i с выхода вычитающего счетчика 7.2, переключающего RS-триггер 8.2 в состо ние 1, этот процесс заканчиваетс , поскольку DT-триггер 14 узлов управлени  опрокидываетс , запреща  счет. По истечении периода Тн импульсом с выхода счетчика 2 RS-триггеры 8.2 и 8.3 по R-входу сбрасываютс  в нулевое состо ние.

как видно из диаграмм работы , ройства, на первом выходе узла 4.1 формируетс  импульс разрешени  счета

Up , длительность которого определи- етс  числом |С3 2 Одновременно на втором выходе узла 4.1 в течение импульсов разрешени  счета формируетс  сигнал, определ ющий направление счета

счетчика 5. 1 в зависимости от того, Какое из чисел Ј или 3 больше (какой из импульсов переноса с выходов счетчиков 7.2 и 7.3 пришел раньше). Таким образом, направление и длительность режима счета реверсивного счетчика 5.1 завис т от состо ни  счетчиков 5.2 и 5.3 двух других фаз. Следовательно, изменение состо ни 

счетчика 5.1 запишетс  в следующем

виде

l-fc

U1(n) ((n)-U2(n)J/2k;

Аналогично изменени  состо ний реверсивных счетчиков 5.2 и 5.3 запишутс  в виде

JUl(n) ()(n)-U3(n)/2), 4U3(n) (V 4)f4Mn)-U (n)/2H

В счетчики 5.1 - 5.3 и последовательно 7. 1-7.3 записываютс  разные коды один раз за период модулирующей частоты . В дальнейшем в каждом такте несущей частоты в счетчиках 5.1 - 5.3 вычисл ютс  следующие отсчеты синусоидальной функции (в результате воздействи  на вход управлени  направпением счета).

Дл  того, чтобы не произошло сбо  в работе устройства в случае равенства временных интервалов Ј и 0., $ и ., О и Г, соответственно, формируетс  сигнал логического О, который принудительно производит установку в О ОТтриггеров 14 узлов 4, на втором выходе последних при этом формируютс  сигналы запрещени  счета

реверсивных счетчиков.

Поскольку интервалы времени 2,, Р-г и , характеризуемые состо нием RS-триггеров 8.1 - 8.3, завис т от и,ил и U 3, то их величины оказыва

ютс  модулированными по синусоидальному закону, а сигналы с выходов RS-триггеров о после усилени  формировател ми подаютс  на управл ющие входы инвертора, работающего с двухпол рной ШИМ с несущей частотой f

рп

2 f и выходным синусоидальным напр жением частотой

V2

л

е-ь

farctg(2 /3)/2

Дл  того, чтобы погрешность, св занна  с усечением при выполнении вычислительных операций в счетчиках с ограниченной разр дностью, не накапливалась , а также дл  управлени  амплитудой выходного сигнала в устройство введен счетчик 3 с коэффициентом пересчета близким к N Јu/f,

п /

2 ///arctg(2 УЗ).

Выходные импульсы этого счетчика, следующие с частотой выходного синусоидального напр жени , поступают на входы управлени  записью реверсивных счетчиков и тем самым устанавливают начальные состо ни  реверсивных счетчиков соответственно U,j(0), U2(0) , Uq(0), после чего в течение периода Тм отрабатываетс  синусоидальное колебание , по истечении периода операции установки начальных состо ний реверсивных счетчиков повтор ютс , что обеспечивает стабилизацию амплитуды выходных сигналов и возможность управлени  амплитудой выходных сигналов от источника кода амплитуды.

Таким образом, объединение трех широтно-импульсных цифровых модул торов , т.е. устройств, преобразующих код в длительность импульса, дает возможность одновременно с преобразованием вычисл ть следующее значение кода. Причем в силу организации воздействи  на входы направлени  счета вычитающих счетчиков значени  кода вычисл ют по синусоидальному закону с определенной частотой.

Таким образом, в цифровом устройстве достаточно простыми схемо-техни- ческими средствами обеспечиваетс  регулирование выходного напр жени  трехфазного широтно-импульсного инвертора путем широтно-импульсной модул ции по синусоидальному закону с помощью цифровых аналогов динамических звеньев, выполненных на счетчиках со стабилизацией амплитуды выходных сигналов путем периодической установки начальных состо ний реверсивных счетчиков, и узлов управлени  по числу фаз, управл ющих состо нием дина

0

5

0

5

0

5

0

5

мических звеньев соответствующих фаз в зависимости от состо ни  динамических звеньев двух других фаз.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровое устройство дл  управлени  трехфазным широтно-импульсным инвертором , содержащее задающий генератор, выход которого подключен к входу первого счетчика импульсов, реверсивные счетчики по числу фаз, счетные входы которых подключены к выходу задающего генератора, блок инвертирующих элементов , входы которого подключены к источнику кода амплитуды, RS-триггеры по числу фаз, R-вход каждого из которых соединен с выходом первого счетчика импульсов, выходы подключены к входам формирователей импульсов управлени , выходы которых предназначены дл  подключени  к инвертору, о т- личающеес  тем, что с целью обеспечени  регулировани  широтно-импульсной модул ции выходного напр жени  инвертора, оно снабжено вторым счетчиком импульсов, вычитающими счетчиками по числу фаз, источником кода установки и узлами управлени  по числу фаз, каждый из которых содержит элемент И, два элемента ИЛИ-НЕ, RS- и DT-триггеры, причем в каждом узле управлени  S- и R-входы RS-триг- гера  вл ютс  входами увеличени  и уменьшени  счета соответствующего узла и соединены с входами элемента И и первого элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого  вл етс  входом установки соответствующего узла, выходы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соеди- нены соответственно с С- и R-входами DT-триггера, выход RS-триггера и ин-- версный выход DT-триггера  вл ютс  первым и вторым выходами узла управлени , счетные входы вычитающих счетчиков подключены к выходу задающего генератора, входы разрешени  записи - к выходу первого счетчика импульсов, информационные входы - к старшим выходам реверсивных счетчиков соответствующей фазы, вход второго счетчика импульсов подключен к выходу первого счетчика импульсов, выход - к входам разрешени  записи реверсивных счетчиков , входы установки узлов управлени  соединены с выходом первого елгЬт-

   чика импульсов, вход увепичени  счета узла управлени  первой фазы подключен к выходу вычитающего счетчика второй фазы, вход уменьшени  счета - к выходу вычитающего счетчика третьей фазы, вход увеличени  счета узла управлени  второй фазы подключен к выходу вычитающего счетчика третьей фазы , вход уменьшени  счета - к выходу вычитающего счетчика первой фазы, вход увеличени  счета узла управлени  третьей фазы подключен к выходу вычитающего счетчика первой фазы, вход уменьшени  счета - к выходу вычитающего счетчика второй фазы, пер0

   5

   выи выход каждого узла управлени  соединен со входом управлени  направлением счета, второй выход - со входом разрешени  счета реверсивного счетчика соответствующей фазы, информаци- онные реверсивного счетчика первой фазы подключены к источнику кода амплитуды, информационные входы реверсивного счетчика второй фазы - к источнику кода установки, информационные входы реверсивного счетчика третьей фазы - к выходам блока инвертирующих элементов, выходы вычитающих счетчиков соединены с S-входами соответствующих RS-триггеров.

   а

   ж и

   Us

   II I i iTli i И I 11 И I /

   J

   /

   Фиг,. 2

   И

   J