Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором Советский патент 1986 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении систем управления трехфазными инверторами, предназначенными для частотно-управляемых электроприводов, а также при построении автономных централизованных систем электроснабжения.

Цель изобретения - обеспечение регулирования выходного напряжения.

На фиг. 1 представлен вариант принципиальной схемы устройства для управления трехфазным мостовым инвертором; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства и формирования фазного напряжения инвертора, управляемого от него.

Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором (фиг. 1) содержит за-г дающий генератор 1, в общем случае pej гулируемый по частоте и синхронизирующий работу устройства. К выходу задающего генератора 1 подключены два делителя 2 и 3 частоты, к выходам которых подключены элемент 2ИЛИ 4, элемент 2И-НЕ 5, а также модулятор 6 ширины импульсов, подключенный к выходу делителя 2 частоты. Выход элемента 4 подключен к счетному входу I-К-триггера 7, к установочному входу Y которого подключен выход элемента 5, а на вход К подана логическая единица. При этом вход К может быть либо оставлен свободным, либо подключен к плюсовому зажиму блока питания.

Выход элемента 5 подключен также к входу распределителя 8, содержащего три Y-К-триггера 9-11, выходы которых образуют прямые и инверсные выходы распределителя 8-а, а; в,в; с,с и подключены к входам шестиканального логического узла 12. К другим входам логического узла 12 подклю ены выход модулятора 6 и выход элемента 2ИЛИ 13, входы которого соединены с выходом триггера 7 и модулятора 6. Внутренние связи между элементами логического узла 12 определяются следующими логическими выражениями:

aVbFaVc(FaVQ)Vac(FaVQ); aVbFaVc

(F;vQ)Vac(); bVcFaVa(FaV Q) Va5(FaVC5);

b VcFaVa (F,,VQ) Vab (F«VQ);

cVaFo.Vb(FaVQ)Vbc(F«VQ);

cVaFaV 5(F.VQ)Vbc(F,VQ).

Нужно отметить, что логические выражения, определяющие связи между элементами логического узла 12 могут быть преобразованы. Соответственно внутренняя структура логического узла 12 может быть различной. На фиг. 1 приведен вариант логического узла 12, каждый из каналов которого содержит последовательно соединенные элементы ЗИ-НЕ 14-19, элементы ЗИ-НЕ 20-25 и элементы 2И-НЕ 26-31, к второму входу которых подключены выходы соответствующих элементов 14-19 из смежного канала логического узла 12, к второму входу элементов 20-25 подключены выходы соответствующих элементов 2И-НЕ 32-37, входы которых соединены с выходом модулятора б и соответствующим выходом распределителя 8. Связи между выходами распределителя 8, элемента 13 и входами элементов 14-19 выполнены таким образом, что на выходе, например, логического элем-ента 14 в лервом канале логического узла 12 формируют импульс, характеризуемый логическим выражением ac(FaVQi). а на выходе элемента 15 во втором канале ac()- На выходе элементов 32 и 33 тех же каналов формируют соответственно импульсы, определяемые логическими

выражениями bF и bFg, а на выходе элементов 20, 21 - а ac(FaVQi)bFa. На выходе устройства, т.е. на выходах 26 и 27, фрмируют импульсы, определяемые следующими выражениями:

ac()ЪTa а ac(FaVC),

5

0

i5(FaVQ) bFaaac(FaVQ) эквивалентными выражениям, утвержденным выше.

Аналогично выполнены связи между логическими элементами в остальных каналах логического узла 12, на выходах которых формируют последовательности управляющих импульсов.

Принцип работы устройства для управления трехфазным мостовым инвертором поясняется временными диаграммами на фиг. 2, где принять следующие обозначения: Ui - сигнал с выхода генератора 1; UaUa - импульсы с выходов делителей частоты 2 и 3.

Для формирования симметричной кривой выходного напряжения инвертора коэффициенты деления NI и Na делител ей 2 и 3 должны быть с1вязаны соотнощением Ni N2 J; 1. Чем больще значение NI и N2, тем лучше качество выходной электроэнергии 5 (меньше коэффициент гармоник тока), однако при этом возрастают динамические потери в инверторе. Оптимальная величина NI и N2 составляет 4-8 (на фиг. 2 принято NI 5). После осуществления операции логического суммирования сигнал U4 U2 Ч- Ua с выхода элемента 4 поступает на счетный вход триггера 7. Рассматриваемое устройство позволяет реализовать трапецеидальный закон модуляции UBUX. Задано оптимальное для трехфазных инвер- 5 торов по величине амплитуды основной гармоники и коэффициента гармоник выходного напряжения соотношение верхнего и нижнего оснований аппроксимируемой трмапеции (закона модуляции) 2:3. Это позволяет также использовать общий сигнал Q для формирования сигналов управления во всех шести каналах логического узла 12. Последовательность сигналов Q на выходе триггера 7 получена на основе использования принципа квазиоднополосной модуляции, в основе которого лежит сравнение разно- частотных сигналов и выделения сигнала разностной частоты. Для автоматической установки триггера 7 в исходное состояние (Q 1), каждые 1/6 периода выходной частоты feux на 1-вход триггера 7 подают сигнал Us О с выхода элемента 5, а на вход К - логическую единицу. В соответствии с известной таблицей состояний 1К-триггера последовательность сигналов Q в этом случае становится однозначной. Частота сигнала Q модулирована по простейшему линейному треугольному закону и равна 6feb.x. Сигнал LJ5 поступает также на вход трехканального распределителя 8, на выходах которого имеет место последовательность трехфазных прямых и инверсных импульсов а, в, с частотой fnux, синхронизированных с сигналом Q.

Регулирование напряжения в трехфазном мостовом инверторе осуш,ествляется либо на одной из внутренних частот формирования сигнала Q (на фиг. 2 - на частоте сигнала U2) или кратной им, либо на независимой частоте. Сигнал Fa с выхода модулятора 6, дительность а которого пропорциональна управляющему сигналу иа, логически складывается с сигналом Q элементом 13 и результирующий сигнал Uis поступает на вход логического узла 12. После осуществления соответствующих логических операций над последовательностями импульсов на выходах элементов 14 и 15 имеют место импульсы UM, Uie-; на выходе элемента 32 - импульсы U32, на выходе элемента 20 - последовательность импульсов U20. На выходах устройства, образованных выходами элементов 26-31, имеют место последовательности управляющих импульсов U26-Usi. В соответствии с этими сигналами на интервалах проводимости - зт - л

6 6 и 5я - 7я осуществляют переключения клюВ

ти частотно-управляемый, на базе асинхронных и синхронных двигателей. В этом случае могут быть реализованы различные законы управления электроприводом. При вы полнении модулятора 6 по схеме одновиб- ратора в трехфазном инверторе рпеализуется закон U/f const.

Таким образом, устройство позволяет обеспечить важную функцию - регулирова- 0 ние выходного напряжения. Его применение позволяет существенно расщирить область использования трехфазного инвертора, управ ляемого от данного устройства, улучщить энергетические показатели электропривода в целом, особенно в пусковых режимах, за счет обеспечения частотного пуска при соответствующем понижении напряжения питания двигателя.

20

35

40

Формула изобретения

Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, содержащее задающий генератор, к выходу которого подключены входы двух делителей частоты, выходы

которых подключены через первый элемент 2 ИЛИ к счетному входу и через элемент 2И-НЕ к 1-входу 1-К-триггера и входу трехканального распределителя импульсов, выполненного по пересчетной схеме на трех

OQ 1-К-триггерах, прямые и инверсные выходы которых а,а; b,b; с,с соединены с первыми входами щестиканального логического узла, второй вход jcoToporo связан с инверсным выходом Q 1-К-триггера, а выходы логического узла являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью обеспечения регулирования выходного напря жения, оно снабжено вторым элементом 2 ИЛИ и модулятором щирины импульсов, вход которого соединен с выходом первого из делителей частоты, выход F с.оеди- нен с третьим входом логического узла и входом второго элемента 2 ИЛИ, второй вход которого подключен к инверсному входу 1-К-триггера, а выход (FaVQ) - к четвертому входу логического узла, а струкщими логическими выражениями:

aVbE,Vc(F«VQ)Vac(FaVQ);

50

aVbFaVc(F«VQ)Vac(EaVQ);

чей инвертора по линейному ШИМ закону 45 Р логического узла определяется следую(. птияди .11Т 1ГЧ/ Г111)С1Л OLI TIO 1Л С1АЯ IX

С учетом регулировочных импульсов F,,)

в соответствии с определенным фрагментом (периодом) сигнала Uia, а на интервале проводимости л - 5я - по сигналу с пос- Т 6

тоянной длительностью регулировочных пауз а - фрагменту сигнала Fa. После усиления и необходимой гальванической развязки сигналы Uae-Usi поступают на управляющие входы, трехфазного МОСТОЕЮГО инвертора, выходное напряжение которого (фазное) представлено на фиг. 2.

Наиболее целесообразной областью применения устройства является прецизионный электропривод переменного тока, в частносbVcF,Va(FaVQ)Vab(EaV);

55

bVcFaV(FaVQ)Vab(F,VQ); cVaF.vb(F«v Q)V bc(FaVQ); cVaFaV b (FaVQ) Vbc(FaVQ ) ти частотно-управляемый, на базе асинхронных и синхронных двигателей. В этом случае могут быть реализованы различные законы управления электроприводом. При выполнении модулятора 6 по схеме одновиб- ратора в трехфазном инверторе рпеализуется закон U/f const.

Таким образом, устройство позволяет обеспечить важную функцию - регулирова- ние выходного напряжения. Его применение позволяет существенно расщирить область использования трехфазного инвертора, управляемого от данного устройства, улучщить энергетические показатели электропривода в целом, особенно в пусковых режимах, за счет обеспечения частотного пуска при соответствующем понижении напряжения питания двигателя.

20

Формула изобретения

0

Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, содержащее задающий генератор, к выходу которого подключены входы двух делителей частоты, выходы

которых подключены через первый элемент 2 ИЛИ к счетному входу и через элемент 2И-НЕ к 1-входу 1-К-триггера и входу трехканального распределителя импульсов, выполненного по пересчетной схеме на трех

Q 1-К-триггерах, прямые и инверсные выходы которых а,а; b,b; с,с соединены с первыми входами щестиканального логического узла, второй вход jcoToporo связан с инверсным выходом Q 1-К-триггера, а выходы логического узла являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью обеспечения регулирования выходного напряжения, оно снабжено вторым элементом 2 ИЛИ и модулятором щирины импульсов, вход которого соединен с выходом первого из делителей частоты, выход F с.оеди- нен с третьим входом логического узла и входом второго элемента 2 ИЛИ, второй вход которого подключен к инверсному входу 1-К-триггера, а выход (FaVQ) - к четвертому входу логического узла, а струкщими логическими выражениями:

Р логического узла определяетс

птияди .11Т 1ГЧ/ Г111)С1Л OLI TIO 1Л С1АЯ IX

aVbE,Vc(F«VQ)Vac(FaVQ);

50

aVbFaVc(F«VQ)Vac(EaVQ);

bVcF,Va(FaVQ)Vab(EaV);

55

bVcFaV(FaVQ)Vab(F,VQ); cVaF.vb(F«v Q)V bc(FaVQ); cVaFaV b (FaVQ) Vbc(FaVQ )

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано . при построении систем управления трехфазными инверторами, предназначенными для частотно-управляемых электроприводов. Цель изобретения - обеспечение регулирования выходного напряжения. Приводится пример реализации формирования выходного напряжения улучшенной формы на базе логических элементов. Внутренние связи между элементами логического узла управления определяются логическими выражениями, которые могут быть преобразованы. Устройство позволяет улучшить энергетические показатели электропривода в целом, особенно в пусковых режимах, за счет обеспечения частотного пуска при соответствуюш,ем понижении напряжения питания двигателя. 2 ил. ьс ю со со 1чЭ со