SU1737678A1 - Устройство дл программного управлени инвертором напр жени в электроприводе переменного тока - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : устройство содержит управл емый задающий генератор 1.1, делитель 1.2 частоты, пересчетное кольцо 1.3, логический блок 1.4, усилительно- разв зывающий блок 1.5, триггер 1.6, счетчики 1.7, 1.19, генераторы 1.10, 1.18 опорных частот, одновибраторы 1.16, 1.17, регистр 1.20, блок 1.21 преобразовани , дешифратор 1.22, формирователь 1.23 переднего фронта 3 ил

Description

Фиг.

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока, в частности дл  частотного управлени  электроприводом с асинхронным, синхронным и вентильным двигателем при условии посто нства известной зависимости момента нагрузки от частоты,

Известны устройства управлени  электроприводом переменного тока по частоте и напр жению, по частоте и току, параметрического управлени .

К недостаткам таких устройств следует отнести наличие одной или нескольких дополнительных обратных св зей с соответствующими каналами управлени , требующими настройки и содержащими нелинейные элементы.

Известно устройство дл  управлени  гиристорным регулируемым автономным инвертором с широтно-импульсной модул цией , в котором диапазон выходной частоты разбит на поддиапазоны с целью улучшени  качества выходной электрической энергии в области низких частот путем увеличени  кратности частоты модул ции.

К недостаткам такого устройства можно отнести отсутствие учета оНтимального соотношени  U/f, во всем диапазоне частоты дл  соответствующего электродвигател  при известной зависимости момента нагрузки от частоты.

Известны способ и устройство, его реализующее , дл  получени  посто нного соотношени  частота-напр жение в инвер- торной схеме, в которой с целью получени  указанной характеристики измен етс  частота модулирующего напр жени  при посто нной частоте опорного напр жени  в широтно-импульсной модул ции.

К недостаткам такого устройства можно отнести отсутствие учета нелинейности соотношени  U/f дл  двигател  при неизменной известной зависимости момента нагрузки от частоты, котора  особенно про вл етс  при уменьшении нижнего предела рабочей частоты.

Известны способ управлени  инвертором напр жени  в электроприводе переменного тока и устройство, его реализующее, в котором при изменении выходной частоты измен етс  только длительность паузы, а врем , в течение которого источник питани  подключен к нагрузке, остаетс  посто нным.

К недостаткам такого устройства следует отнести, отсутствие учета нелинейности соотношени  U/f дл  двигател  при неизменной известной зависимости момента нагрузки от частоты, котора  особенно

про вл етс  при уменьшении нижнего предела рабочей частоты, а также то, что предлагаемое устройство можно использовать только в электроприводах с посто нным либо малоизмен ющимс  моментом нагрузки. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  устройство дл  управлени  трехфазным инвертором, содержащее задающий генератор, блок им0 пульсно-фазового управлени , кольцевой

регистр, логический блок, блок управлени ,

формирователь, Т-триггер и два элемента И.

К недостаткам такого устройства можно

отнести увеличение массогабаритных пока5 зателей при работе в области низких частот, относительно малое число переключаемых частотных поддиапазонов, и относительно быстрое увеличение числа элементов в системе управлени  при увеличении числа под0 диапазонов.

Цель изобретени  - упрощение устройства и улучшение энергетических показателей системы инвертор напр жени  - электродвигатель переменного тока.

5Поставленна  цель достигаетс  тем, что

устройство дл  программного управлени  инвертором напр жени  в электроприводе переменного тока, содержащее управл емый задающий генератор, выход которого

0 соединен с входом делител  частоты, выход старшего разр да которого соединен с пересчетным кольцом, выходы которого соединены с первыми входами логического блока, вторые входы которого соединены с

5 пр мым и инверсным выходом RS-триггера, пр мой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика , выходы которого соединены с первыми

0 входами блока сравнени , выходы которого соединены с R-входами счетчика и RS-триггера , выходы логического блока соединены с входами усилительно-разв зывающего каскада , выходы которого соединены с выхо5 дами устройства, причем логический блок выполнен в соответствии с вьфажени ми Yi Xi V XaVfXs-X) V(X2- X8); Y2 Xi X3 (X5 V X8)(X2 V XT); Y3 X3V X5V(XrX) V(X4-X8);

0 Y4 X3-Xs(Xi VXs)(X4 V X7); Y5 Xi V X5 V (X3 X7) V (X6 X8); Y6 Xi - X5 (X3 V X8)(X6 V XT), где Х1,,,Хб - сигналы на выходах пересчетного кольца, X, Хв - сигналы на пр мом и

5 инверсном выходе RS-триггера, дополнительно снабжено двум  одновибраторами, двум  генераторами опорных частот, вторыми , третьим, четвертым и п тым элементами И, элементом ИЛИ, формирователем переднего фронта, вторым счетчиком, регистром , блоком преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции, дешифратором, причем старшего разр да делител  частоты соединен с входами одно- вибраторов, выходы которых соединены соответственно с шиной записи регистра и R-входом второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора опорной частоты, выходы разр дов счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с входами блоками преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции, выходы кода длительности импульсов выходного напр жени  которого соединены с вторыми входами блока сравнени , выходы кода кратности частоты модул ции соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами последовательно второго, третьего, четвертого и п того элементов И, вторые входы которых соединены последовательно с выходом управл емого задающего генератора и с выходами первого, второго и третьего разр дов делител  частоты, выходы второго, третьего , четвертого и п того элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход второго генератора опорной частоты соединен с вторым входом первого элемента И.

Введение блока преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции, подключенного к информационным выходам преобразовател  частота-код, куда вход т генератор опорной частоты, второй делитель частоты, два одновибратора, реверсивный счетчик, регистр, и соответствующих св зей между ними, позвол ет разбить весь диапазон работы электропривода на поддиапазоны , в которых программно задаютс  значени  длительности т импульсов выходного напр жени  в зависимости от поддиапазона работы инвертора. Максимальное число N поддиапазонов, на которые можно разбить частотный диапазон электропривода , определ етс  соотношением N 2П, где п - число разр дов преобразовател  частота-код . Коды, соответствующие заданному значению длительности т импульсов, поступают на вторые входы блока сравнени , что в конечном итоге позвол ет с помощью предлагаемого устройства измен ть выходное напр жение инвертора в зависимости от изменени  его выходной частоты.

С помощью блока преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции, дешифратора, второго, третьего, четвертого и п того элементов И, элемента ИЛИ в предлагаемом устройстве возможно дискретное

изменение от 1 до 8 кратности частоты модул ции выходного напр жени  инвертора в зависимости от поддиапазона работы инвертора . Это позвол ет улучшить энергетические показатели системы инвертор

напр жени  - электродвигатель переменного тока при меньших по сравнению с прототипом аппаратурных затратах.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дл  программного управлени  инвертором напр жени  в электроприводе переменного тока; на фиг. 2 - инвертор напр жени  на полностью управл емых ключах 1.24-1.29; на фиг. 3 - диаграмма работы ключей инвертора и крива  выходного линейного напр жени  в поддиапазоне с че- тырехкратным увеличением частоты модул ции.

Устройство содержит управл емый задающий генератор 1.1; делитель 1.2 частоты; пересчетное кольцо 1.3; логический блок 1.4; усилительно-разв зывающий блок 1.5; RS-триггер 1.6, два счетчика 1.7 и 1.9; схемы 1.8 сравнени ; п ть элементов И 1.9, 1.11- 1.14; элемент ИЛИ 1.15; два генератора

1.10, 1.18 опорных частот; два одновибратора 1.16 и 1.17; регистр 1.20; блок 1.21 преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции, дешифратор 1,22; формирователь 1.23 переднего фронта.

Устройство работает следующим образом .

С выхода управл емого напр жением

генератора 1.1 заданна -частота поступает на вход делител  1.2 частоты. Если частоту на выходе старшего разр да делител  1.2 частоты обозначить через тд.ч., то частоты на меньших разр дах и на входе соответственно равны 2тд ч., 4тд ч , 8тд.ч. С выхода старшего разр да делител  1.2 частоты частота поступает на пересчетное кольцо, на шести выходах которого последовательно по вл ютс  сигналы, длительности которых равны

1/ffl.4. Сигналы с выходов пересчетного кольца 1.3 поступают на входы логического блока 1.4.

В предлагаемом устройстве можно выделить следующие узлы: преобразователь

частота-код; схема переключени  кратности частоты модул ции и схема широтно-им- пульсного управлени , К преобразователю частота-код относ тс : однрвибраторы 1.16, 1.17, генератор 1.18 опорной частоты, счетчик 1.19, регистр 1.20.

По приходу импульсов на входы одно- вибраторов 1.16 и 1.17 на их выходах, спуст  промежутки времени, достаточные дл  переключени  логических элементов, по вл ютс  импульсы, причем так, что сначала происходит запись кода, полученного в предыдущем цикле счета с выходов счетчика 1.19 в регистр 1.20, а затем обнуление счетчика 1.19. Поскольку на выходе первого генератора 1.18 опорной частоты частота посто нна, то на выходе регистра 1.20 присутствует код, пропорциональный временному интервалу между двум  предыдущими импульсами, поступающими с одновибрато- ра 1.17. Код с выхода регистра 1.20  вл етс  управл ющим дл  блока преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции 1.21, на одной группе выходов которого присутствуют коды длительности г импульса при частоте модул ции f, соответствующей коду 1.20, на второй группе выходов (в данном случае двух выходах) присутствует код кратности частоты модул ции, который поступает на входы дешифратора 1.22, в схемы переключени  кратности частоты модул ции. Она содержит кроме дешифратора 1.22 четыре элемента И 1.Т1-1.14, элемент ИЛИ 1.15, формирователь 1.23 переднего фронта.

В зависимости от кода кратности частоты модул ции блока преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции 1.21 на одном из выходов дешифратора 1.22 присутствует единица, котора  разрешает прохождение одной из частот fA.4, 2тдч.. 4тд.ч., Втд.ч. через один из элементов И 1.11-1.14 и элемент ИЛИ 1.15 на вход формировател  1.23 переднего фронта.

С выхода формировател  1.23 переднего фронта импульсы поступают на S-вход RS-триггера 1.6 схемы широтно-импульсно- го управлени . Она содержит кроме RS- триггера 1.6 генератор 1.10 опорной длительности, элемент И 1.9. счетчик 1.7, схемы 1,8 сравнени .

По приходу импульса на вход RS-триггера 1.6 он устанавливаетс  в единичное состо ние и разрешает прохождение импульсов с генератора 1.10 второй опорной частоты через элемент 1.9 на счетный вход счетчика 1.7. В счетчике 1.7 начинаетс  подсчет импульсов с генератора 1.10 и при равенстве кода на выходе счетчика 1.7 и кода длительности импульсов выходного напр жени  на выходах блока 1.21 на выходе схемы 1.8 сравнени  по вл етс  импульс , который устанавливает в нуль триггер 1.6 и обнул ет счетчик 1.7.

Таким образом, длительность импульса на выходе RS-триггера 1.6 определ етс  кодом длительности импульсов выходного на- пр жени  на выходах блока 1.21 в

соответствии с кодом управлени , поступающим с выхода регистра 1.20. В свою очередь , длительность импульсов на выходе RS-триггера 1.6 определ ет длительность импульсов выходного напр жени . Если

обозначить сигналы, поступающие на входы логического блока 1.4, следующим образом: Xi-..Хб - сигналы на выходах пересчетного кольца 1.3; X, Хв сигналы соответственно на пр мом и инверсном выходах RS-триггера 1.6, то дл  выходных сигналов Y-1...Y6 логического блока справедливы следующие соотношени 

Yi Xi V Хз (Хв - X) V (Х2 Хв); Y2 Xi . Хз(Х5 )(X2 V Xj);

Уз Хз V ХБ V (Xi X) V (Х4 Хз);

Y4 Хз Xg (Xi VXe)(X4 ); Ys Xi V Xs V (X3 Xy) V (X6 Хв): Ye - Xi Хз(Хз V Хз)(Хб V X). Использование изобретени  позвол ет

получить следующие преимущества: улучшить энергетические показатели и повысить надежность электропривода посредством программной реализации при относительно малых аппаратурных затратах

выходной характеристики инвертора, близкой к оптимальной, с учетом характеристик двигател  и зависимости момента нагрузки от частоты, при этом оптимальное значение выходного напр жени  (и соответственно

длительности импульсов г выходного напр жени ) в каждом поддиапазоне определ етс  в выбранной точке, в других точках поддиапазона справедливо соотношение:

Ucp/f const, где Ucp - среднее за

период Т значение выходного напр жени ; т- длительность импульса выходного

напр жени  U (фиг. 3), f -и UCp/f U T

const, при Ui -т const, а также улучшить

качество выходной электрической энергии

инвертора в области низких частот путем

изменени  кратности частоты модул ции;

исключить необходимость настройки контуров обратных св зей в электроприводе, заменив ее инженерным расчетом характеристик электропривода и занес  необходимую информацию в блок преобразовани  в коды длительности импульсов выходного

напр жени  и кратности частоты модул ции 1.21; повысить точность, с которой можно реализовать выходную характеристику ин- ветора U F(t) благодар  цифровым методам реализации, котора  определ етс 

Claims (1)

1. числом разр дов счетчика 1.7, схемы 1.8 сравнени  и блока преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции 1.21, что особенно важно при использовании стабилизированного источника питани  инвертора; достичь практически мгновенного регулировани  выходного напр жени  от частоты при быстрых изменени х выходной частоты; уменьшить величины пиков момента электродвигател  и их отрицательное вли ние на механическую часть электропривода посредством более точного регулировани  выходного напр жени  инвертора от частоты в переходных режимах. Формула изобретени  Устройство дл  программного управлени  инвертором напр жени  в электроприводе переменного тока, содержащее управл емый задающий генератор, выход которого соединен с входом делител  частоты , выход старшего разр да которого соединен с пересчетным кольцом, выходы которого соединены с первыми входами логического блока, вторые входы которого соединены с пр мым и инверсным выходами RS-триггера, пр мой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнени , выходы которого соединены с R-вхо- дами счетчика и RS-триггера, выходы логического блока соединены с входами усилительно-разв зывающего каскада, выходы которого соединены с выходами устройства , причем логический блок выполнен в соответствии с выражени ми

   Yi Xi VX3V(X5 Xy)V(X2 X8); Y2 Xi Хз(Х5 V X8)(X2 V Xy): Y3 Хз V Xs V (Xi Xy) V (X4 Xs); Y4 X3 Xs(Xi VX8)(X4 VXy): Y5 Xi V Xs V (Хз - Xy) V (X6 X8); Y6 Xi - X5 (Хз V XsXXe V Xy), где Xi...Xe - сигналы на выходах пересчетного кольца;

   Xy, Xe - сигналы на пр мом и инверсном выходах RS-триггера,

   отличающеес  тем, что, с целью упрощени  устройства и улучшени  энергетических показателей системы инвертор напр жени  - электродвигатель переменного тока, оно снабжено двум  одновибратора- ми, двум  генераторами опорных частот, вторым, третьим, четвертым и п тым элементами И, элементом ИЛИ, формирователем переднего фронта, вторым счетчиком, регистром, блоком, преобразовани  в коды длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции, дешифратором , причем выход старшего разр да делител  частоты соединен с входами одновибраторов, выходы которых соединены соответственно с шиной записи регистра и R-входом второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора опорной частоты, выходы разр дов счетчика соединены с входами регистра , выходы которого соединены с входами блока преобразовани  в коды

   длительности импульсов выходного напр жени  и кратности частоты модул ции, выходы кода длительности импульсов выходного напр жени  которого соединены с вторыми входами блока сравнени , выхо ды кода кратности частоты модул ции соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами последовательно второго, третьего, четвертого и п того элементов И, вторые входы

   которых соединены последовательно с выходом управл емого задающего генератора и с выходами первого, второго и третьего разр дов делител  частоты, выходы второго , третьего, четвертого и п того элементов

   И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формировател  переднего фронта, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход второго генератора опорной частоты соединен с вторым входом первого элемента И.

   ISo is

   1Z5

   -К

   {

   -

   о -

   „JJ

   :innnpn

   lUUu...

   (Ј9

   -к

   i

   n

   l „nnannnnn

   &игЗ