Способ управления трехфазным мостовым инвертором,работающим на двигатель переменного тока,и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК H02M7/48 

ледовательность импульсов заданной частоты, кратной величине и частоте напряжения на выходе инвертора, и запускает этими импульсами делитель 2 частоты, который запускает счетчик 3. Импульсы с последнего разряда счетчика 3 управляют распределителем, выполненным на счетчике 4,1 v линейном дешифраторе 4,2. Импульсы с распределителя и синусного дешифратора 5 подаются на входы коммутатора 6. Эти последовательности в каждом из шести каналов коммутатора распределяются на элементах И, группируются на элементе ИЛИ и формируются н. триггерах, В результате на выходе коммутатора 6 формируются шесть вспомогательных широт чо-модулированных последовательностей со вз.аимным сдвигом 60 эл. град и длительностью каждой импульсной последовательности ИП 240 эл, град. В моменты перехода тока каждой фазы через ноль из ИП формируют вспомогательные ШТ, модулированные по определенным законам. Эффект достигается тем, что формщэуют дополнительную ИП с частотой, в целое число раз большей частоты модуляции шести указанных И11, с помощью которых на первом, втором и третьем шестидесятиградусных интервалах формируют ИП таким образом, что в зависимости от режима нагрузки обеспечивается неизменность формы огибающей напряженности и тока на выходе инвертора. 2 с.п. ф-лы, 6 И.Л.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотно-управляемых электроприводах с широким диапазоном регулирования. Цель - расширение функциональных возможностей. Эта цель достигается тем, что управляемый генератор 1 формирует на выходе пос(Л

1

Изобретение относится к электротехнике, а.именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотно-управляемых электроприводах с широким диапазоном регулирования.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг,1 приведены диаграммы формирования квазисинусоидальной формы выходного напрйжения трехфазного мостового инвертора без учета регулирования его амплитуды при сдвиге тока относительно напряжения на 90 эл.град на фиг.2 - диаграммы формирования величины напряжения при широтно-импульсном регулировании на участке 120180 эл. град,- на фиг.З - схема инвертора; на фиг.4 - схема устройства управления инвертором; на фиг,5 - схема формирователя импульсов управления вентилями одной полуфазы; на фиг.6 схема одного канала коммутатора,

Согласно предлагаемому способу синусоидальная форма линейного напряжения на выходе инвертора с регул1фиуемой амплитудой формируется следующим образом.

Для заданных частоты и величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора на интервалах периода задаваемой, частоты формируют шесть одинаковых сдвинутых одна относи- тельно другой на 60 эл. град импульсных последовательностей, на участках 0-120 эл. град модулируют эти последовательности по заданному закону, соответствующему значению синусоид дальной функции на участке 0-120 эл. град, а на участках 120-240 эл.градзначению синусоидальной функции на участке 60-180 эл. град (на фиг,1 пойазаны модулированные последовательности А( и А для двух полуфаз одной фазы).

С помощью блока регулирования начальной фазы формирзтотся шесть импульсов управления Uy длительностью 60 зл. град, при этом передние фронты указанных импульсов совпадают по времени с моментом прохождения кривых тока фаз инвертора через нулевое значение (на фиг.1 представлены импульсы

Uyj , U, , и„ , управления Uy. . U

у, Уг Р

.,. для теоретически предельного случая, когда ток отстает от напряжения на угол Tf 90 эл. град).

Из указанных импульсных модулированных последовательностей (Aj, А, В , В, C. , Cj) с помощью импульсов управления (U, , Uy , Ц, , U , U , Uy ) формируют импульсные последовательности tU , U(j , Ug, и j, и,., Uj.) для управления соответствующими вентилями инвертора. При этом, например, для вентилей фазы А (фиг.З) условие открытия определяется следующими логическими уравнениями:и А и, + + А, U, ; ид А, Uy, + А,и,, + А, U,g , где А, и Aj - инверсии импульсных последовательностей А; I. А соответственно. Последовательности U , Ug,, U, U получают аналогичным образом. На фиг.1 показаны последовательности Цд и Цд, а также соответствующая им кривая линейного напряжения U , широтно-модулированная по закону синуса и построенная на основании учета последовательностей UA , Щ , Up,, Ug , Ut , U и состояния вентилей инвертора (фиг.З). Для регулирования амплитуды выходного напряжения при формировании первых и третьих шестидесятиградусных интервалов (например, 90-150 и 210270 зл. град для полуфазы А, фиг.1) создается дополнительная последовательность UUMP с частотой, в целое число раз превышающей частоту модуляции по законам синусоидальных функций импульсных последовательностей управления вентилями инвертора, разрешающая открывание вентиля фазы А только при совпадении импульсов и UA . При формировании второго шестидесятиградусного интервала управляющей импульсной последовательности для каждого вентилп (например, 150-210 эл. град для вентиля фазы А) инвертируется вторая дополнительная последовательность, изменяющая состояние соответствующего вентиля, если в этот интервал времени он закрыт, и не изменяющая его состояния, если вентиль открыт. . Таким образом, на базы транзисторов инвертора (фиг.З) подаются управляющие последовательности , Ujp , URP , Ugp , Utp , UCP , причем UAP Щ , + V U,,p A., + U,3 A,. Последова гельности , , , UCP , Ujp получают аналогичным образом. Для регулирования длительности от крытого состояния вентиля, а следовательно, и величины выходного напря ения измеггяется скважность импульсов Uui. и UU,V,P , На фиг.2 представлена кривая выкодного напряжения U, на участке 120-180 эл. град с амплитудой, равной 4/5 максимальной. Устройство управления трехфазным мостовым инвертором с квазисинусоидальньм регулируемым напряжением (фиг.4) содержит управляемый генератор 1 импульсов, вьтолненный на генераторе тактовых импульсов и управляемом кодом делителе частоты, делитель 2 частоты, счетчик 3, распределитель 4, построенный на счетчике 4.1 и линейном дешифраторе 4.2, синусный дешифратор 5, коммутатор 6, блок 7 регулирования начальной фазы последовательностей импульсов уцравления вен тилями инвертора, содержащий датчики 8 нуля тока, триггеры 9 и элементы И 10, формирователь 11 импульсов управления и широтно-импульсный регулятор (ШИР) 12. Каждый канал формирователя 11 (фиг.5) выполнен на элементах И 13, элементах НЕ 14, элементах И 15 и и элементе ИЛИ 16. Коммутатор (фиг.6) состоит из элементов И 17, элемента ИЛИ 18 и триггера 19, Инвертор (фиг.З) содержит вентили 20-25 и диоды 2 6-31. Устройство работает следующим о разом. Управляемый генератор 1 (фиг.4) формирует на выходе последовательность импульсов заданной частоты, кратной величине и частоте напряжения на выходе инвертора, и запускает этими импульсами делитель 2 частоты, выполняющий функции переключателя кратности частот ШИР, и модуляции по закону синуса. Делитель 2 частоты запускает счетчик 3, импульсы с последнего разряда которого используются как тактовые для формирователя частоты и управляют распределителем, выполненным на счетчике 4,1 и линейном дешифраторе 4.2, На выходе распределителя (фиг.4) формируются импульсы, определяющие длительность интервалов возможного формирования последовательностей импульсов управления вентилями инвертора. Одновременно с выходов счетчика 3 синусным дешифратором считьгааются коды чисел, определяющих длительности модулированных импульсов, и формируется импульсная последовательность, промодулированная по синусоидальному закону Импульсы с распределителя к синусного дешихфра тора подаются на входы коммутатора 6 (фиГс4)„ Эти последовательности в каясдом из шести каналов коммутатора распределяются на элементах И 17 (фиг.6)5 группируются на элементе ИЛ 18(фиг.6) и формируются на триггера 19(фиг.б) где одновременно импульсы тактируются частотой, пропорциональной частоте импульсов на выходе генератора импульсов. В результате на выходе коммутатора 6 (фиг.4) форм руются шесть вспомогательных 1 фотно модулированных последовательностей (А., А. 1, 1 С взаимным СДВИГОМ 60 эл, град и длительностью каждой последовательности 240 эл.град На фиг.1 показаны вспомогательные по следовательности А и А для вентште 20 и 23 (фиг.З). Одновременно блок 7 регулщэования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвер тора определяет разрешенные шестидесятиградусные интервалы для формирования импульсов управления инв(2ртором„ В этом блоке датчики 8 нуля то ка вырабатывают сигнал о прохо5КДении кривой тока фазы через нуль, а триггеры 9 (фиг.4) формируют импульсы длительностью 100 эл. град, В результате сравнения троек этих импульсов на выходах элементов И 10 (фиг,4) формируется пос-педовательность импульсов и дли те л ь н о ст ью 60 эл град с взаимным сдвигом 60 эл, град.На фиг.1 эти импульсы показаны для угла сдвига тока относи тельно напряжения Т 90 эл, град. На формирователь 11 (фиг,4) с соответствующих выходов коммутатора 6 по даются последовательности импульсов A,j5 Aj, В. , В, 5 С,, Cj, с выходов блока 7 регулирования начальной фазы последовательности импульсов , , Uv2 5 УЗ J Uy э UYS 5 уб вькодов широтно-1Фшульсного регулятора 12 последовательность Ишир. С помощью импульсов UUJMP ка шестидесятиградус ньпс интервалах элементами И 13, НЕ 14, И 15,, ИЛИ 16 (фиг,5) выбираются нужньзе участки вспомогательных после довательностей (фиГоО и объединяютс на элементах ИЛИ в последовательност 1-1мпульсов управления вентилями инвер I, iJep UP э ВР 9 тора НДР , и ()« Одновременно эти последовательности с помощью элементов И 13 и 15, модулируются последовательностями А и AJ. В результате на выходе инвертора при любых нагрузках формируется напряжение, ши1:)отно-модулированное по закону синуса с регулируемой амплитудой, определяемой скважностью сигнала (например, напряжение для фазы А, фиг.1 и 2), ШИР 12 (фиг,4) выполнен на двух одинаковых счетчиках и триггере. Емкости счетчиков выбирают такими, чтобы время их заполнения соответствовало периоду модуляции импульсов на выходе ШИР а коэффициент деления делителя частоты, включенного на выходе генератора 1 импульсов, устанавливаются таким, чтобы К, где К - целое число; , - минимальная д.пительность импульсов последовательностей В, А, С (фиг,2), В данном случае К 1, На первый счетчик ШИР записываются коды чисел, эквивалентных: требуемой скважности (амплитуде напряжения на выходе инвертора), а исходное состояние триггера соответствует сигналу логического нуля на его используемом выходе. Под действием импульсов с выхода ге-. нератора импульсов счетчики ШИР считают один от записанного числа до переполнения, а другой - от нуля до переполнения. Р5мпульсом переполнения первого счетчика триггер переключается в состояние, соответствующее сигналу логической единицы на его используемом выходе, а сигналом переполнения второго счетчика триггер переводится в исходное состояние, происходит перезапись кода числа в первый счетчик, Таким образом, устройство автоматически изменяет последовательности широтно-модулированньк импульсов управления вентилями инвертора, которые модулируются последовательностью ШИР в зависимости от режима нагрузки, обеспечивая неизменность формы огибающей напряжения и тока на выходе инвертора с а1ЧЕЛитудой огибающей, определяемой кодом, подаваемым на ШИР, Поскольку импульсы на каждом выходе блока регулирования начальной фазы формируются по сигналам с трех датчиков, а выходные импульсы каж,цого канала этого блока управления - формированием, трех последовательностей импульсов управления вентилями инвертора, то при изменении нагрузки одновременно изменяются последовательности импульсов управления всех работающих на этом интервале вентилей, что обеспечивает минимальное время переходного процесса в системе управления инвертором. Соотношение между частотой выходного напряжения и его амплитудой при этом определяется соотношением между кодами управления канала формирователя частоты и канала формирователя амплитуды напряжения.

Формула изобретения

1, Способ управления трехфазным мостовым инвертором, работающим на двигатель переменного тока, заключающийся в том, что задают частоту напряжения на выходе инвертора, на интервалах периода задаваемой частоты |формируют шесть сдвинутых одна относительно другой на 60 эл. град импульсных последовательностей, на уча- 25 стках 0-120 эл. град модулируют эти последовательности по заданному закону, соответствующему значению синусоидальной функции на участке 0120 эл. град, а на участках 120240 эл. град - значению синусоидальной функции на участке 60-180эл.град, определяют моменты перехода тока каждой фазы через ноль и из указанных импульсных последовательностей формируют вспомогательные импульсные последовательности, причем на первых щестидесятиградусных интервалах формируют первые вспомогательные импульсные последовательности, модулированные по заданным законам, начиная с момента перехода токов соответствующих фаз через нуль, на вторых шестидесятиградусных интервалах формируют вторые,, инверсные импульсные, поеледо-45 вательности| модулированные по законам, определяемым заданными функциями, сдвинутыми на 180 эл. град, начиная с конца первых интервалов, а на третьих шестидесятиградусных интерва-5о лах формируют третьи импульсные последовательности, модулированные по заданным законам, начиная с концов вторых интервалов, отличающийся тем, что, с целью расшнрения функциональных возможностей формируют дополнительную импульсную последовательность с частотой, в целое

число раз большей частоты модуляции шести указанных импульсных последовательностей, на первых и третьих шестидесятиградусньгх интервалах формиру5 ют импульсные последовательности для управления вентилями инвертора путем логического умножения первых и третьих вспомогательных последовательностей с дополнительной импульсной пос10 ледовательностью, инвертируют дополнительную импульсную последовательность и формируют на втором шестидесятиградусном интервале импульсные последовательности для управления

15 вентилями инвертора путем логического сложения вторых вспомогательных им- пульсных последовательностей с инвертированной дополнительной импульсной последовательностью и, регулируя дликоторого соединен с выходом старшего разряда счетчика, а выходыСвязаны с

ответствующей полуфазы на выходе инвертора, триггера и элемента И выход датчика тока соединен с входом записи триггера, к синхронизирующему входу которого присоединен вход -старшего разряда счетчика, а к установочному входу подключен выход триггера проти20 тельность импульсов дополнительной импульсной последовательности, управляют амплитудой напряжения на выходе инвертора. 2, Устройство управления трехфазным мостовым инвертором, работающим на двигатель переменного тока, содержащее генератор импульсов, счетчик, параллельные выходы которого связаны с входами синусного дешифратора, а выход старшего разряда соединен с входом распределителя импульсов, выходы синусного дешифратора соединены с первой группой входов коммутатора, к второй группе входов которого подключены выходы распределителя импульсов и выход старшего разряда счётчика, формирователь импульсов управления вентилями инвертора, первые входы которого соединены с выходами коммутатора, блок регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора, вход вторыми входами формирователя импульсов управления вентилями инвертора, причем блок регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора выполнен из шести каналов, каждый из которых содержит датчик нуля тока совофазного канала блока, выход триггера связан с одним из входов элемента И, к другим входам которого присоединены выходы двух триггеров - противофазного и прямого каналов двух других фаз, выходы элементов И являются ВЬРходами блока регулирования, коммутатор состоит из шести каналов, каждый из которых содержит элементы И по числу выходов распределителя, элемент ИЛИ и триггер, причем один из входов казодого элемента И соединен с одним из выходов распределителя, а другой вход присоединен к соответствующему выходу дешифратора, выходы элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, .выход которого подключен к входу записи триггера, установочный вход которого связан с выходом старшего разряда счетчика, выходы триггеров являются выходами коммутатора, форми рователь импульсов управления вентилями инвертора выполнен в виде шести каналов, каждый из которых содержит логические элементы и ключ, выход которого является выходом канала устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено делителем частоты, управляемым кодом, и широтно-импульсным регулятором, выход делителя частоты соединен, с входом счетчика, а входы делителя частоты и широтно-импульсного регулятора подключены к выходу генератора импульсов, широтно-нмпульсный регулятор содержит два одинаковых счетчика и три гер, счетные входы счетчиков соединены с выходом генератора импульсов. выход старшего разряда первого счетчика широтно-импульсного регулятора подключен к первому входу триггера. а выход старшего разряда второго счесчетчика соединен с вторым входом триггера и с установочным входом первого счетчика, к параллельным входам которого присоединены выходы задатчика кодов чисел заданной амплитуды напряжения на выходе инвертора, инверсный выход триггера является выходом широтно-импульсного регулятора и соединен с третьими входами всех шести каналов формирователя импульсов управления вентилями инвертора, каждый канал которого содержит четыре элемента И, два элемента ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ и ключ, причем первые выходы первого и второго элементов И соединены с выходом коммутатора, соответствующим данному каналу, а первый вход третьего элемента И соединен с выходом противофазного kaHana коммутатора через первый элемент ИЛИ-НЕ, второй вход первого элемента И соединен с выходом прямого канала данной фазы блока регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора, второй вход второго элемента И связан с выходом прямого канала следующей фазы, а вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены к выходу противофазного канала данной фазы указанного блока, третьи входы первого и второго элементов И соединены непосредственно с выходом широтно-импульсного регулятора, а первый вход четвертого элемента И связан с выходом щиротно-импульсного регулятора через второй элемент ИЛИ-НЕ, выходы всех элементов И присоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу ключа.

Uii/up. Ai 2

Ui

jyf.

/J

%/J

n

ИЗО

KffiW

.%

16

Фиг.5

Dn pacnpeffp/iumefifi

Ч

I I

/7

nn

/