Устройство для управления автономным полумостовым инвертором напряжения Советский патент 1986 года по МПК H02M7/48 

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроприводов на базе автономных инверторов напряжения,

1ель изобретения - пов 11шение коммутационной устойчивости полумостового инвертора на всем диапазоне регулирования путем обеспечения га- рантированнох о временного интервала между двумя соседними коммутациями вентилей инвертора.

На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства J на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его действия.

Устройство содержит интегратор 1j

1246299 i

мента И 14 и с управляющей цепь;

ключа 22.

Устройство работает разом,

Выходное напряжение

интегратора 1 является развертывающим напряжением в системе и сравнивается в компараторе 2 с управляюследующим обU, (фиг. 2)

10

щим напряжением U блока 9,, задающим величину выходного напряжения инвертора. При работе в номинальном режиме в моменты равенства указанных двух сигналов компаратор 2 переходит из одного состояния в другое,

,| - в эти моменты формирователем. 10 коротких импульсов вырабатываются короткие однополярные импульсы напряжения, которые через ключ 12 с нормально замкнутыми контактами и через элемент ИЛИ 15 поступают на вход рас пределителя 16, вызывая его срабаты- B-iHvie и, соответственно, переключение вентилей полумостовой силовой , в результате чего на выходе инвертора формируется двухполярное выходное напряжение и, . Один из таких моментов переключения соответствует (фиг. 2) моменту t . Импульс, поступающий в этот момент с выхода формирователя 10 через нормально замкнл/тый ключ 22 на одно- вибратор 1Т; запускает его. На выходе одновибратора 11, напряжение которого К (фиг, 2), формируется импульс напряжения, длительность которого определяется внутренн1даи параметрами схемы, В номинальном.режиме работы (моменты to s э фиг.2п ) включение одновибратора 11 не оказывает влияния на функционирование устройства.

соединенныи с компаратором

и пороговыми узлами 3 и 4j фиксирующими соответственно максимальное и минимальное значения напряжения интегратора 1. Узлы 3 и 4 соедкгены с элементом ИЛИ 5, который связан также с генератором б тактовых импульсов. Выход элемента ИЛИ 5 соединен с триггером 7} выходной сигнал которого периодически перебрасывает коммутатор 8 полярности напряжения, на- пряжени - которого служит зарядным напряжением интегратора . Второй вход компаратора 2 связан с источником 9 управляющего напряженияj выход компаратора 2 подсоединен к формкрова- телкз 10 коротких импульсов, который связан с одновибратором 11 j а также, присоединен к ключу 12 с зшфп-сающими контактами. Выход одновибратора 11 через дифференцирующую цепочку 13 и элемент И 14 подсоединен к элементу ИЛИ 15, подключенному к распределителю 16 управляющих импульсов.

Генератор 6 тактовых импульсов через второй элемент И 17, второй одновибратор 18 и дифференцируюпо ю цепочку 19 подсоединен к одному из входов элемента ИЛИ 15, а также через управляемый ключ 20 с размыкающими контактами - к другому из входов элемента ИЛИ 15. Управляющая цепь ключа 20 связана с элементом ИЛ 215 43 вход которого поступают сигналы с второго порогового узла 3 и с выхода одновибратора 11. Выход одно- вибратора 11 подключен также к управляющей цепи ключа 12 и к второму входу элемента И 17. Ключ 12 подсоединен к элементу ИЛИ 15. Одновибратор 18 связан с вторым входом элеследующим обU, (фиг. 2)

0

0

щим напряжением U блока 9,, задающим величину выходного напряжения инвертора. При работе в номинальном режиме в моменты равенства указанных двух сигналов компаратор 2 переходит из одного состояния в другое,

- в эти моменты формирователем. 10 коротких импульсов вырабатываются короткие однополярные импульсы напряжения, которые через ключ 12 с нормально замкнутыми контактами и через элемент ИЛИ 15 поступают на вход распределителя 16, вызывая его срабаты- B-iHvie и, соответственно, переключение вентилей полумостовой силовой , в результате чего на выходе инвертора формируется двухполярное выходное напряжение и, . Один из таких моментов переключения соответствует (фиг. 2) моменту t . Импульс, поступающий в этот момент с выхода формирователя 10 через нормально замкнл/тый ключ 22 на одно- вибратор 1Т; запускает его. На выходе одновибратора 11, напряжение которого К (фиг, 2), формируется импульс напряжения, длительность которого определяется внутренн1даи параметрами схемы, В номинальном.режиме работы (моменты to s э фиг.2п ) включение одновибратора 11 не оказывает влияния на функционирование устройства.

Ап:горитм формирования развертывающего напряжения системы поясняют верхние кривые на фиг. 2. В моменты, ког.цг близкое к линейному выходное напряжение U интегратора 1 достигает значений, равных пороговым напряжениям U и и пороговых узлов 3 и 4j с выхода соответствующих по- .роговь:гх узлов через элемент ИЛИ 5 импульс поступает па вход триггера 7, который перебрасывает полярность напряжения коммутатора 8 полярности на.прялчения, благодаря чему напряжение на выходе интегратора 1 начинает

3 изме1- яться в обратную сторону. Кроме того,, в начале и конце каждого полупериода выходной кривой, когда основная гармоника выходного напря

5

0

0

5

жения меняет полярность, производится дополнительное переключение коммутатора 8 ввиду того, что на вход триггера 7 через эл емент 5 ходят тактовые импульсы генератора 6, частота следования которых определяет выходную частоту инвертора.

На полупериоде выходного напряжения генератором 6 формируется по два тактовь;х импульса. Импульс, который формируется в начале по.лупе- риода, поступает дополнительно через нормально замкнутьм ключ 2П и через элемент ИЛИ 15 на вход распределителя 16, вызывая при работе в номинальном режиме срабатывание рас- предел ктеля и переключение вентилей силовой схемы. При формировании се- педины 1 олупериода, тактовый V M- г-ульс генератора 6 на распределитель не поступает, так как з этот момент по команде пороговог о узла 3 кратковременно размыкается кл:оч 20, Регулирование частоты выходного напряжения инвертора осуществляется, таким образом, за счет постепенного постоянного изменения, при этом на всем диапазоне регулирования является симметричной относительно оси ординат, в ее спектре отсутствуют четные гармоники и субгармоники.

Алгоритм функционирования систеьа усложняется на граничных между поддиапазонами регулирования участках работы внутри которых значения временных интервалов между двумя соседними коммутациями вентилей приближаются к минимально допустимым величинам. Процесс функционирования системы в двух из таких режимов отображен на фиг, 2, где показан режим (а) работы устройства, в котором на границе полупериода управляющее напряжение Ug превышает напряжение развертки U . Для режима, изобпажен- ного на фиг, 2dj характерно то, что з- личг- яа пилообразного напряжения развертки U в момент смены полярности основной гармоники выходного напряжения больше амплитуды управляющего сигнала Ug .

В мопент i, (момент равенства сиг лалов - и Ufl ) в обоих режимах рабо TDI KOMiiapaTop 2 изменяет свое состояние. Сигнал компаратора 2 после фор м.чрователя К) через нормально зам- KvryTbiii ключ 12 и Эатемент ШЖ 15 при- ходг-; г:. ;; аспрег елитель ;5 Scii ijsaK

10

23

5

:994

переключение вентилей схемы и смену полярности выходного Ш тпульса. Одновременно сигнал от формирователя 10 через замкнутые контакты ключа 22 приходит на одновибратор 11 и включает его. Длительность выходного импульса одновибратора 11, выходной сигнал которого обозначен U (фиг.2) равна мнкимально допустимой продолжительности интервала между двумя соседними коммутациями вентилей инвертора.

Момент 1 соответствует моменту зырабо тки очередного тактового импульса генератора 6, который через эле- I -ieHT ИЛИ 5 поступает на цепочку из триггера 7 и коммутатора 8 полярности напряжения, вызывая их срабатывание и соотзетстзующее изменение формы напряжения U интегратора 1. При этом импульс генератора 6 в даь- ном случае не вызывает переключения вентилей, так как по сигналу, посту-- пающему с выхода одновибратора 1i через элемент ИЛИ 21, ключ 20 размыкается на все время формирования импульса одновибратора 11, Этот же сигнал одновр братора 11, поступая на вход элемента Н 17, разрешает включить в момент t одновибратор 18, Е.-лходное напряжение которого и, (.фиг, 2), Продолжительность выходного импульса одновибратора 18 принимается равной удвоенной величине минимально допустимо. .) интервала между соседними коммутациями вентилей инвертора.

Выходной сигнал одновибратора 18 размыкает ключ 22, прерывая тем сачым подачу импульсов формирователя Э на одноБибра- ор 1lj и, одновременно поступая на второй вход эле- р.:ента И 14, разрешает прохождение короткого импульсаS формируемого

.;хиффереициальной цепочкой 13 (напряжение U., фиг, 2) в момент формирования заднего фронта импульса одно- вибратора 11, который через злемент ИЛИ 15 поступает на распределитель

16 и вызывает переключение вентилей схемы. Указанный этап работы соответствует моменту i (фиг, 2), продолжительность интервала t - t между двумя соседними коммутациями при

этом соответствует времени, необходимому для восстановления своих свойств узлам коьтмутации силовой

В момент t , несмотря на то, ITO на входе компаратора 2 наблюдается равенство сигналов U и U. , переключения вентилей не произойдет, так как -ключи 12 и 22, по которым передаются сигналы на распределитель 16, продолжают находиться в разомкнутом состоянии. Очередное переключение сш1овь(х вентилей инвертора происходит в момент окончания импул:са одновибратора 18 (момент ij , фиг. 2), когда короткий сигнал U , формируемый дифференциальной цепочкой 19, поступает через элемент ИЛИ 15 на вход распределителя 16 и вызывает его очередное срабатывание. Продолжительность интервала Т,-1- между очеJ V

редными соседними переключениями Силовых вентилей инвертора в этом случае несколько больше величины ин тервала, минимально допустимого по условиям обеспечения надежной коммутации. Численные значения временных интервалов, предоставляемых на восстановление коммутирующих свойст узлов запирания вентилей, для боль- шик I.TB а тирист(1рных схем не превы- ms.iJT 100-200 МКС, поэтому наблюдаемое в некоторь-х. режил:ах работы устройства небол.ьяюе искусственное видоизменение алгоритма переключения вентилей, имеюш,ее место на границах полу периода,, практически не нарушает симметрии кривой формируемого напряжения и не изменяет момента перехода через ноль основной гармоники выходного напряжения (показана на фиг, 2 пунктиром).

Указанное обеспечение повышенной степени комт-гутационной устойчивости инвертора обеспечивается добавление в состав устройства управления небольшого числа простейших блоков и узлов; одновибратогюв, элементов И и ИЛИ, ynpaBnHeNftix электронных ключей и формирователя коротких одно- полярных импульсов.

Осуществляемое предложенным уст- - ройством управления гарантированное обеспечение номинальных временных .интервалов между соседними коммутациями вент1шей силовой схемы позволяет -повысить степень коммутационной устойчивости инвертора на всем диапазоне регулирования частот и величинь его выходного напряжения в том числе в граничных режимах,.

0

5

0

переходных от поддиапазона рет улироваяия к другому, и способст вует повышению надежности работы преобразователя в целом.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным полумостовым инвертором напряжения,, содержащее распределитель уп- равляюиг,их импульсов, интегратор , вход которого соединен с коммутатором полярности напряжения, а выход - с входами двух пороговых узлов и с первым входом компаратора, причем выход первого порогового узла через первый вход основного элемента ИЛИ соединен с входом счетного триггера, выход которого присоединен к коммутатору полярности напряжения, выход второго порогового узла связан с вторым входом основного элемента ИЛИ, генератор тактовьк импульсов,соединенный с третьим входом основного элемента ИЛИ и с основным управляемым ключом с размыкающими контактами, источник управляющего напряжения, подключенный к второму входу компаратора, о

Л и ч а ю щ е е С Я

тем, что, с

целью повышения коммутационной устойчивости инвертора на всем диапа- . зоне регулирования, оно снабжено двумя одновибраторами, двумя дифференцирующими цепочками, двумя дополнительными элементами ИЛИ, двумя элементами И, двумя дополнительными управляемыми ключами с размыкающими контактами и формирователем коротких импульсов, причем компаратор через последовательно соединенные формирователь коротких импульсов, первый дополнительный управляемый ключ, первый одновибратор, первую дифференцирующую цепочку, первый вход первого элемента И и первый вход пер13ого дополнительного элемента ИЛИ связан с распределителем управляющих импульсов, выход формирователя KopoTKi c импульсов через второй до- нохптительный управляемый ключ связан с.вторым входом первого дополнительного элемента ИЛИ, генератор тактовых импульсов подсоединен к трег} ему входу первого дополнительного элемента ИЛИ через последовательно соединенные первый вход второго элемента И, второй одновибратор, вторую дифференцирующую цепоч7

ку, четвертый вход первого дополни- .тельного элемента ИЛИ связан с основным управляемым ключом с размыкающими контактами, упра Ьляющая цепь которого подсоединена к выходу второго дополнительного элемента ИЛИ, выход первого одновибратора связан с управляющей цепью второго дополнительного управляемого ключа, с

62998

первым входом второго дополнительного элемента ИЛИ и с вторым входом второго элемента И, выход второго одновибратора подключен к второму 5 входу первого элемента Ник управляющей цепи первого дополнительного ключа, второй пороговьш узел связан с вторым входом второго дополнительного элемента ИЛИ.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке частотно-регулируемых электроприводов. Цель изобретения - повышение коммутационной устойчивости инвертора во всем диапазоне регулирования. Устр-во содержит интегратор 1, компаратор 2,пороговые узлы 3, 4, элемент ИЛИ 5, генератор тактовых импульсов 6,управляемый ключ 20 с размыкающими контактами. В уст-во введены одно- вибраторы 11 и 18, дифференцирующие цепочки 13 и 19, элементы ИЛИ 15, 21 и И 14, 17, формирователь коротких импульсов 10, ключи 12 и 22 с размыкающими контактами, распределитель импульсов 16. Осуществляемое устр-вом управление обеспечивает гарантированные временные интервалы между соседними коммутациями венти-. лей силовой схемы инвертора. Продолжительность интервала между очередными соседними переключениями вентилей несколько больше минимально допустимого интервала для обеспечения надежной коммутации, но это не нарушает симметрии выходного напряжения и не изменяет момента перехода через ноль основной гармоники выходного напряжения. 2 ил. (Л 1С 4 Од N9 ;0 со

и,

ж

и.

Составитель О.Парфенова Редактор В.Петраш Техред В.Кадар Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4017/52 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035,- Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

k

jf t

Фиг. 2