SU1624629A1 - Устройство дл управлени преобразователем частоты с непосредственной св зью и широтно-импульсным регулированием - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  преобразовател ми частоты с непосредственной св зью. Целью изобретени   вл етс  улучшение качества выходного напр жени  и расширение функциональных возможностей. Введение в устройство датчика 20 напр жени , D-триггера 27, логического блока 24, компаратора 14 и источника 16 опорного сигнала с их св з ми позвол ет управл ть преобразователем в нижнем и верхнем диапазонах частот по двум различным алгоритмам с переменными коэффициентами кратности, обеспечива  при этом улучшенную форму напр жени  в широком диапазоне регулировани . 2 табл. 7 ил. $ (Я о ьс 4 О to со 8

Description

А о В о

С оИзобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в преобразовател х частоты с непосредственной св зью (НПЧ), предназначенных , например, дл  частотного управлени  электроприводами, работающими в широком диапазоне частот вращени . Пель изобретени  - улучшение качества выходного напр жени  и расширение функциональных возможностей путем расширени  диапазона рабочих частот и напр жений, а также независимости режима работы преобразовател  от пор дка подключени  входных зажимов силовой части к фазам питающей сети.

На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства управлени ; на фиг. 2 - схема НПЧ на полностью управл емых ключах с двусторонней проводимостью/ на фиг.З и 4 - эпюры выходного фазного напр жени  НПЧ с циклическим алгоритмом управлени  и НПЧ с не вным звеном посто нного тока соответственно} на фиг. 5 и 6 - варианты реализации узлов устройства управлени  на фиг. 7 - эпюры выходных сигналов датчика напр жени  сети и соответствующие их состо ни м трехзначные двоичные коды.

Устройство (фиг.1) содержит за- датчик 1 частоты,выход 2 кода кратности которого соединен с входом регистра 3. Код с выхода 4 регистра 3 поступает на информационные входы реверсивного счетчика 5, выход кото- соединен со счетным входом 6 адресного счетчика 7. Выходы 8 счетчика 7 подключены к старшим адресным входам распределител  управл ющих импульсов на базе ПЗУ 9. Выход 10 управлени  частотой задатчика 1 частоты соединен с входом 11 задающего генератора 12 и с входом 13 компаратора 14, вход 15 которого подключен к источнику 16 опорного сигнала. Управл емый переключатель 17 подключает к управл ющим входам 18, 19 задающего генератора 12 различные резисторы в зависимости от кода, поступающего с выхода 4 регистра 3. Датчик 20 напр жени  подключен своими входами к фазам А,В,С питающей сети, а выходами - к второму, третьему и четвертому входам 21-23 логического блока 24, к счетному и информационному входам 25, 26 D-триггера

5

0

5

0

5

0

5

0

5

27, выход которого подключен к п тому входу 28 логического блока 24. Выход 29 компаратора 14 соединен с дополнительным управл ющим входом 30 задающего генератора 12, с входом 31 адресного счетчика 7, управл ющим коэффициентом его счета, и с входом 32 управлени  коэффициентом счета логического блока 24, первый, второй и третий выходы 33 которого подсоединены к дополнительным адресным входам распределител  9 импульсов управлени . Выход 34 задающего генератора 12 подключен к вычитающему входу 35 реверсивного счетчика 5 и к младшему адресному входу 36 распределител  9 импульсов управлени , выходы которого предназначены дл  подключени  к управл ющим электродам полностью управл емых ключей 37-45 через блок 46 формирователей импульсов (фиг.2), фазное напр жение на выходе которого показано на фиг.З, 4 дл  двух алгоритмов управлени , реализуемых данным устройством.

Кроме того, на фиг. 5 обозначены задатчик 47 интенсивности, аналого- цифровой преобразователь (АНП) 48, дешифратор 49, аналоговые ключи 50- 53, операционные усилители 54, 55 и компараторы 56, 57.

Устройство работает следующим образом .

Задатчик 1 выходной частоты управл ет работой задающего генератора 12 (фиг.1). Если задатчик - цифровой то возможно использование цифрового генератора, как описано в прототипе Компаратор 14, подсоедин емый своим входом 13 к выходу 10 задатчика 1 частоты, и источник 16 опорного сигнала могут быть также цифровыми. Рассмотрим приведенный на фиг.5 вариант аналогового исполнени  задатчика выходной частоты, задающего генератора и упом нутого компаратора. Задатчик 1 частоты (фиг.5)состоит из задатчика 47 интенсивности, который осуществл ет , предположим, в разомкнутой по частоте системе управлени  независимую развертку во времени аналргово- го сигнала задани  частоты lit и, аналого-цифрового преобразовател  48. Диапазон выходной частоты разбит на р д поддиапазонов по количеству значений переменного коэффициента кратности ШИР k, каждому из которых соответствует двоичный код, устанавливаемый на выходе АЦП 48. Так как разр дность кода невелика (2-4), то АЦП может быть построен не на интегральной микросхеме, а на дискретных компараторах . Код кратности с выхода 2 задатчика 1 частоты поступает в регистр 3 и далее с его выхода 4 на вход управл емого переключател  17, который состоит из дешифратора 49 и набора аналоговых ключей 50, 51, подсоедин ющих сопротивлени  к входам 18, 19 задающего генератора 12. Аналоговый сигнал 1Ь с выхода 1-0 задатчика 1 частоты поступает на вход 11 задающего генератора 12 и на вход 13 компаратора 14, на другой вход 15 которого подаетс  напр жение от источника 16 опорного CHI- нала.

Задающий генератор 12 содержит масштабирующий усилитель 54, генератор пилообразного напр жени  на операционном усилителе (интеграторе ) 55, компараторе 56 и аналоговом ключе 53 и компаратор 57. Посто нна  времени генератора пилообразного напр жени  определ етс  RC-цепочкой интегратора 55, а частота пр мо пропорциональна напр жению на его входе. Компаратор 56 и аналоговый ключ 53 служат дл  быстрого перезар да емкости С от источника питани  ЕП и формировани  тем самым обратного хода пилы. Пилообразное напр жение с выхода усилител  55 сравниваетс  на компараторе 57 с управл ющим напр жением U , в результате чего на выходе компаратора 57 формируютс  пр моугольные импульсы длительностью t , задающей величину выходного напр жени  преобразовател .

Масштабирующий усилитель 54, имеющий переменный коэффициент передачи, предназначен дл  согласовани  напр жени  на входе генератора пилообразного напр жени  с сигналом задани  частоты на входе 11 задающего генератора 12 в зависимости от алгоритма управлени  НПЧ и коэффициента кратности ШИР k. В нижней части диапазона выходной частоты НПЧ примен етс  циклический алгоритм формировани  выходного напр жени  (фиг.З а в верхней - алгоритм формировани  напр жени  в НПЧ с не вным звеном посто нного тока (фиг.4). В первом случае задающий генератор должен вырабатывать частоту f ,Р 3k(f + f4) ,

10

15

20

25

0

0

5

0

где f 4 - частота сети,1 f2 - выходна  частота НПЧ, во втором случае - fr 6kf2.

Переход от одного алгоритма к другому происходит при изменении состо ни  компаратора 14, воздействующего своим выходом 29 через вход 30 задающего генератора 12 на аналоговый ключ 52, который подключает к входу операционного усилител  54 резисторы R или RJ (фиг.5). Предположим , состо ние логического нул  компаратора 14 соответствует низкой выходной частоте НПЧ и первому алгоритму управлени . В этом положении через нормально замкнутые контакты аналогового ключа 52 и резистор Rg на вход операционного усилител  54 подаетс  подаетс  опорное напр жение Uon, которое суммируетс  с напр жением задани  частоты U.Ј , поступающим на вход усилител  54 через вход 11 задающего генератора 12 и резистор R. Коэффициенты передачи по каждому из слагаемых выбраны такими, чтобы при k 1 они соответствовали частотам генератора 3f, и 3 f, дава  при суммировании

частоту 3(f + fg). В обратную св зь усилител  54 с помощью управл емого переключател  17 через входы 18, 19 задающего генератора 12 включаетс  один из резисторов которые пропорциональны соответствующим им коэффициентам кратности ШИР. Так, если при k 1 подключаетс  резистор R., то дл  других значе5

М

ний k величина подключаемого резистора составл ет k R(. При этом коэффициент передачи и выходное напр жение усилител  54 измен ютс  в k раз, что соответствует изменению в k раз частоты генератора пилообразного напр жени  в длительности импульсов на выходе 34 компаратора 57.

С увеличением выходной частоты НПЧ сигнал задани  на выходе 10 задатчика 1, поступающий на вход 13 компаратора 14, достигает уровн  уставки по входу 15 компаратора 14, перевод  компаратор в состо ние логической единицы, что соответствует второму алгоритму управлени  НПЧ. Срабатывает аналоговый ключ 52, отключа  от входа усилител  54 опорное напр жение Uon и подключа  параллельно резистору R равный ему по величине резистор R.

10

15

Из выходного напр жени  усилител  54 устран етс  посто нна  составл юща , обусловленна  действием Vm , a коэффициент передачи сигнала задани  частоты увеличиваетс  в два раза, в результате чего на выходе задающего генератора вместо частоты 3kx K(f( +f„)устанавливаетс  частота ЕЗГ 6kfЈ при сохранении прежней скважности импульсов.

Импульсы с выхода 34 генератора 12 поступают на младший разр д АО адресного входа 36 распределител  9 импульсов управлени  (в дальнейшем ВЗУ как пример конкретного выполнени ) и на вычитающий счетный вход 35 реверсивного счетчика 5 (фиг.6), выполн ющего функцию управл емого делител  частоты, коэффициент делени  которого записыва-4 етс  с выхода 4 регистра 3 кода кратности по сигналу переноса на вход предварительной записи счетчика 5. Сигнал с выхода счетчика 5 частотой поступает на счетный вход ад- 25 ресного счетчика 7 (фиг.6). Сброс адресного счетчика 7 осуществл етс  по седьмому или дес тому счетному импуль- су в зависимости от состо ни  компаратора 14, выход 29 которого соединен с входом 31 счетчика 7, управл ющим коэффициентом его счета. Код с адресного счетчика 7 поступает на разр ды Л1-А4 адресных входов ПЗУ 9.

Датчик 20 напр жени  сети (фиг.6) состоит из трех компараторов, на входы которых с резистивных делителей подаютс  линейные напр жени  трехфазной системы напр жений. Выходные сигналы 21-23 Датчика 20 представл ют собой пр моугольные импульсы типа меандр, сдвинутые один относительно другого на 120 эл.град. На фиг. 7 приведены эти сигналы при пр мом пор дке чередовани  фаз, а также трехразр дные двоичные коды, образуемые ими, на каждых 60 эл.град.сетевой частоты. Выходные сигналы датчика напр жени  сети не могут все одновременно равн тьс  нулю или единице, т.е. отсутствуют двоичные коды 000 и 111.

Один из выходов датчика 20 (фиг.6) соединен со счетным входом 25, а другой - с информационным входом 26 D- триггера 27. Предположим, триггер

30

45

50

с информационного входа. При пр мом пор дке чередовани  фаз сети (фиг.7 D-триггер будет находитьс  в состо нии логического нул , а при измене нии пор дка чередовани  на обратный перейдет в состо ние логической еди ницы .

Выходные сигналы датчика 20 напр жени  сети, триггера 27 и компар тора 14 поступают в логический блок 24, который формирует на своих выхо дах трехразр дный двоичный код, подаваемый на адресные разр ды А5-А7 ПЗУ 9 (фиг.6). Если на вход 32 блока 24 с выхода 29 компаратора 14 по ступает логический нуль, задающий циклический алгоритм управлени  НПЧ с поочередным подключением нагрузки к фазам питающей сети, то дес тично -значение кода на выходе логического блока 24 равно О при пр мом и 7 при обратном пор дке чередовани  фаз сети. При алгоритме управлени  НПЧ с не вным знаком посто нного то ка на входе 32 блока 24 устанавливаетс  логическа  единица, и тогда выходной код блока 24 принимает дес тичные  начени  от 1 до 6, п тор   выходной код датчика 20 напр  жени  сети (фиг.7).

Каждому из двоичных кодов на адрес ных ПЗУ 9 соответствует выходной код ПЗУ 9, определ ющий комбинацию вклю ченных силовых ключей НПЧ. Величина выходного напр жени  НПЧ, регулиру- емого широтно-импульсным способом, определ етс  скважностью импульсов задающего генератора, поступающих на младший адресный разр д ПЗУ 9. Например , при четных значени х кода на адресных входах ПЗУ 9 силовые ключи формируют импульсы напр жени , при нечетных - паузы, во врем  которых все фазы нагрузки подсоедин ютс  к одному и тому же проводу питающей сети.

В табл.1 приведен выходной код ПЗ 9 дл  циклического алгоритма управле ни  НПЧ. С целью усреднени  динамиче ских потерь силовых ключей при много кратном ШИР использован циклический сдвиг в чередовании фаз сети, к которым дл  организации пауз в выходном напр жении одновременно подклюсрабатывает от положительного фронтачаютс  все фазы нагрузки. Алгоритм

(перепад из нул  в единицу) импуль-подключени  может быть следующим:

сов на счетном входе, передава  в этифаза А (ключи 37, 40, 43) - фаза В

моменты на выход триггера информацию(ключи 38, 41, 44) - фаза С (ключи

5

4 5

,

0

5

0

с информационного входа. При пр мом пор дке чередовани  фаз сети (фиг.7) D-триггер будет находитьс  в состо нии логического нул , а при изменении пор дка чередовани  на обратный перейдет в состо ние логической единицы .

Выходные сигналы датчика 20 напр жени  сети, триггера 27 и компаратора 14 поступают в логический блок 24, который формирует на своих выходах трехразр дный двоичный код, подаваемый на адресные разр ды А5-А7 ПЗУ 9 (фиг.6). Если на вход 32 блока 24 с выхода 29 компаратора 14 поступает логический нуль, задающий циклический алгоритм управлени  НПЧ с поочередным подключением нагрузки к фазам питающей сети, то дес тичное -значение кода на выходе логического блока 24 равно О при пр мом и 7 при обратном пор дке чередовани  фаз сети. При алгоритме управлени  НПЧ с не вным знаком посто нного тока на входе 32 блока 24 устанавливаетс  логическа  единица, и тогда выходной код блока 24 принимает дес тичные  начени  от 1 до 6, повтор   выходной код датчика 20 напр жени  сети (фиг.7).

Каждому из двоичных кодов на адресных ПЗУ 9 соответствует выходной код ПЗУ 9, определ ющий комбинацию включенных силовых ключей НПЧ. Величина выходного напр жени  НПЧ, регулиру- емого широтно-импульсным способом, определ етс  скважностью импульсов задающего генератора, поступающих на младший адресный разр д ПЗУ 9. Например , при четных значени х кода на адресных входах ПЗУ 9 силовые ключи формируют импульсы напр жени , при нечетных - паузы, во врем  которых все фазы нагрузки подсоедин ютс  к одному и тому же проводу питающей сети.

В табл.1 приведен выходной код ПЗУ 9 дл  циклического алгоритма управлени  НПЧ. С целью усреднени  динамических потерь силовых ключей при многократном ШИР использован циклический сдвиг в чередовании фаз сети, к которым дл  организации пауз в выходном напр жении одновременно подклю

39, 42, 45), затем R-C-A-C-A-B и т.д. Повтор ющейс  цикл этого алгоритма включает в себ  дев ть состо ний , в св зи с ем адресный счетчик 7 считает от О до 8. На каждое состо ние счетчика приходитс  количество пауз, равное кратности ШИР k. По адресам 0-17 в- ПЗУ 9 (табл.1) записан алгоритм управлени  НПЧ при пр мом, а по адресам 224-241 - при обратном пор дке чередовани  фаз питающей сети. Значение 1 на выходах DO - D8 ПЗУ 9 соответствует сигналам на включение, а О - на выключение силовых ключей 37-45 преобразовател  46. Дл  получени  обратного пор дка чередовани  импульсов управлени  использована перестановка информации по выходам ПЗУ 9, которые относ тс  к силовым ключам, подсоединенным к фазам А и В сети.

В табл. 2 приведен выходной код ПЗУ 9 дл  алгоритма управлени  НПЧ с не вным звеном посто нного тока. Ад- ресный счетчик 7 в этом режиме считает до 5 как управлении кл /чами автономного инвертора напр жени . Режим ШИР реализуетс  чередованием импульсов напр жени  и пауз, информа- ци  о которых считываетс  по четным и нечетным адресам ПЗУ 9. С помощью кода на выходе логического блока 24, поступающего на старите адресные разр ды А5-А7 ПЗУ 9, из дев ти силовых ключей НПЧ выбираютс  дл  работы шесть ключей, которые подсоединены к фазам сети с наибольшим и наименьшим на текущее врем  напр жени ми. Так, например, дес тичному коду 1 на выходе блока 24 соответствует состо ние, при котором в фазе А наибольшее напр жение НПЧ формируетс  из линейного напр жени  сети (t) дес тичному коду 2 - линейное на- пр жение +I &c(t) и т.д. согласно диаграмме на фиг. 7. Поэтому записанна  в ПЗУ 9 по адресам 32-43 информаци  перераспредел етс  по другим адресам в соответствии с состо ни ми датчика 20 напр жени  сети за счет перестановок определенных разр дов в выходном коде ПЗУ 9, как показано в табл.2.

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет на высоких часто тах переходить к алгоритму управлени  преобразователем с не вным звеном посто нного тока и обеспечить

,-

20

5 . J5

25 ю- о . , 35

50

55

тем самым лучшую форму напр жени  в широком диапазоне частот. Кроме того , независимость пор дка подключени  входных зажимов преобразовател  к фазам питающей сети существенно упрощает эксплуатацию устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  преобразователем частоты с непосредственной св зью и широтно-импульсным регулированием выходного напр жени , состо щим из полностью управл емых ключей с двусторонней проводимостью, включенных по нулевой схеме, содержащее задатчик выходной частоты, соединенный выходом кода кратности с входом регистра, реверсивный счетчик, информационные входы которого соединены с выходом регистра, адресный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом обратного переноса реверсивного счетчика, распределитель импульсов управлени , выходы которого предназначены дл  св зи с управл ющими электродами полностью управл емых ключей с двусторонней проводимостью , а старшие адресные входы соединены с выходами адресного счетчика , задающий генератор, входы управлени  частотой которого соединены с выходом задани  частоты задатчика частоты, управл ющие входы задающего генератора соединены через управл емый переключатель с выходами регистра , выход задающего генератора соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика и св зан с младшим адресным входом распределител  импульсов управлени , отличающеес  тем, что, с целью улучшени  качества выходного напр жени  при одновременном расширении функциональных возможностей, в него введены компаратор , источник опорного сигнала, датчик напр жени , D-триггер и логический блок, реализующий логические операции в соответствии с формулами

   FA + F Т Af; F-B + F.T А6; F-C + F-T А7,

   где F - сигнал на первом входе логического блока;

   А.В.С - сигналы на втором, третьем и четвертом входах логического блока;

   Т - сигнал на п том входе лоЧ

   гического блока,

   А5 А6

   Ау - сигналы на первом, втором

   и третьем выходах логического блока соответственно, при этом входы датчика по числу фаз питающей сети предназначены дл  подключени  к питающей сети, а выходы соединены с вторым, третьим и четвертым входами логического блока соответственно , второй вход логического блока соединен со счетным входом D-триггера, а третий - с информационным входом П-триггера, выход которого соединен с п тым входом логического

   блока, выход компаратора соединен с входом управлени  коэффициента счета адресного счетчика и первым входом логического блока, выход задани  частоты задатчика частоты соединен с первым в-ходом компаратора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного сигнала, причем распределитель импульсов управлени  снабжен дополнительными адресными входами , которые соединены соответственно с выходами логического блока, а задающий генератор снабжен дополнительным управл ющим входом, соединенным с выходом компаратора.

   Дес тичный код на входе ПЗУ 9

   Код на выходе ПЗУ 9

   Таблица 1

   13

   оо37 DO Н

   Ч

   Г.1 Л/ГП 2tf ГП

   5 ЛК1

   Q

   Т-на

   Таблица 2

   46

   -« ГТ Л з Л

   1и6

   ттсР- лг из

   ел

   CM

   чО

   r cs чо

   1

   faJ

   u...

   Фиг.6.