Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором Советский патент 1987 года по МПК H02M7/00 

riy модуляции при изменении выходной частоты и неизменном сигнале с выхода АЦП 2. При регулировании частоты вниз от номинальной данное устройств позволяет увеличивать число импульсов в полупериоде. Это достигается с помощью переключателя 4 кратности модуляции, который синхронизирует работу блока 6 формирования закона управления, изменение числа импульсов выходных последовательностей которого достигается за счет увеличения или уменьшения числа тактовых интервалов на полупериоде выходного

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, работающим в системе преобразователь частоты - двигатель с широким диапазоном регулирования.

Цель изобретения - повышение помехозащищенности и расширение области использования путем возможности использования в инверторах как с индивидуальной, так и с групповой коммутацией.

На фиг.1 представлена схема устройства для управления трехфазным мостовым инвертором; на фиг.2 - диаграмма работы устройства.

Устройство для управления трехфаз нь1М мостовым инвертором содержит расггределитель 1 импульсов, аналого- цифровЭй преобразователь 2, управля- емьй генератор 3 частоты, переключатель 4 кратности модуляции, кодоуп- равляемьй делитель 5 частоты, блок 6 формирования закона управления flMM две группы элементов И 7.1, 7-,2,7.К, 8.1, 8.2, 8.К, первые два элемента ИПИ 9 и 10, генератор И сетки частоты, два модулятора 12 и 13. Кроме того, устройство содержит делитель 14 частоты, соединенные последовательно генератор 15 линейноизменяющегося кода и блок 16 компараторов кодов, блок 17 RS-триггеров, задающий генератор 18, последовательно соединенньш с делителем 19 опорной частоты, блок 20 компараторов частоты, ключи 21,

напряжения. Полученные последовательности в элементах И 7.1, 7.2,- 7к и 8.1, 8.2, 8к заполняются частотой с генератора 11 сетки частот, управляемого от кодоуправляемого делителя 5 частоты. Полученные импульсы через элементы ИЛИ 9 и 10 поступают на входы модуляторов 12 и 13, на выходе которых формируются импульсы управления , поступающие на выходе распределителя 1 импульсов , ко - торый синхронизируется с вько - да делителя 14 частоты 2 ил.

0

5

0

5

0

5

третий элемент ИЖ 22, при этом уп- равляемьй генератор 3 подключен к входу делителя 14 частоты и первому входу кодоуправляемого делителя 5 частоты, к второму входу которого присоединен аналого-цифровой преобразователь 2, выходы делителя 14 ча- 1СТОТЫ подключены соответственно к

о

тактовому входу распределителя 1 импульсов и тактовому входу 23 блока 20 компараторов частоты, а также входу 24 генератора 15 линейно изменяющегося кода, выходы делителя 19 опорной частоты подключены к информационным входам 25 блока 20 компараторов частоты и информационным входам 26 ключей 21, к управляющим входам 27 которых присоединены выходы блока 20 компараторов частоты, а выходы 28 ключей связаны через элемент ИЛИ 22 с тактовым входом 29 блока 17 RS- триггеров, информационный вход которого подключен к выходу блока 16 компараторов кодов, выходы 30 блока 17 и выходы генератора 11 сетки частот .присоединены к входам двух групп элементов И 7.1, 7.2, 7.К и 8;1, 8..2, 8.К, выходы которьпс подключены соотв.етственно к входам двух элементов ИЛИ 9 и 10, при этом элемент ИЛИ 9 связан с модулятором 12, а элемент ИЛИ 10 - с модулятором 13 , вькоды 31 и 32 каждого из модуляторов 12 и 13 подключе - ны к входам распределителя 1 импульсов с выходами 33 - 38.

На фиг.2 представлена диаграмма работы распределителя 1 импульсов (фиг.1), которьш выполнен в виде кольцевой пересчетной схемы на триггерах с сигналами на выходах 39-А1 (фиг.2) и формирующей трехфазную систему напряжений, элементов И, выделяющих сигналы длительностью 60 эл.град, диаграммы элементов ИЛИ 42 - 45, формирующих выходную последовательность импульсов на выходе 33 управления силовыми вентилями инвертора, вьгходное линейное напряжение которого имеет вид диаграммы 46, На фиг.2 моменты времени О, 60, 120, 180, 240 эл.град. обозначены, соответственно t,, t, tg, tg, a моменты окончания тактовых интервалов в интервале 0-60 эл.град. обозначены t и t - последовательность импульсов инверсному сигналу с выхода 31 модулятора 12.

Устройство работает следующим образом.

которьй синхронизирует работу блока 6 формирования закона управления ШИМ. В переключателе 4 кратности модуляции с помощью задающего генератора 18 и

5 делителя 19 опорной частоты вырабатывается ряд кварцованных частот, соответствующих определенным значениям вы ходной частоты делителя 14 частоты. В реверсивных счетчиках импульсов

10 блока 20 компараторов частоты происходит сравнение указанных частот, путем подачи опорной частоты с делителя 19 опорной частоты, например, на прямой вход, а с текущей с делителя

15 14 - на реверсивный, при этом сигна- -пы с выхода реверсивных счетчиков поступают на RS-триггеры в блоке 20 компараторов частоты, ча выходе которых формируются логические сигналы

20 О или 1, управляющие ключами 21.

При этом сигнал требуемой част оты с выхода делителя 19 опорной частоты через один из включенных логических ключей в блоке ключей 21 и элемент При формировании импульсов управ- 25 ИЛИ 22 поступает на тактовый вход 29 ления трехфазным мостовым инверто- блока 17. Моменты переключения кратром их частота определяется частотой сигнала на выходе управляемого генератора 3 частоты (фиг.1), а глубина модуляции - сигналом с выхода аналого-цифрового преобразователя 2 Постоянство коэффициента передачи устройства управления при регулировании частоты достигается с помощью кодоуправляемого делителя 5 частоты. Его выходной сигнал определяется соотношением f f/N, где f - выходная частота кодоуправляемого делителя 5 частоты; f - частота на выходе управляемого генератора 3 частоты; N - двоичный код на выходе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2.

Для различных f при изменении N на выходе кодоуправляемого делителя J5 частоты формируется семейство характеристик, изменяющихся по гиперболическому закону, таким образом, чтобы поддерживать постоянной глубину модуляции при изменении выходной частоты и неизменном сигнале с выхода АЦП 2. При регулировании частоты вниз от номинальной устройство управления позволяет увеличить число импульсов в полупериоде, для улучшения гармонического состава выходного напряжения . Это достигается с помощью переключателя 4 кратности модуляции.

которьй синхронизирует работу блока 6 формирования закона управления ШИМ. В переключателе 4 кратности модуляции с помощью задающего генератора 18 и

5 делителя 19 опорной частоты вырабатывается ряд кварцованных частот, соответствующих определенным значениям выходной частоты делителя 14 частоты. В реверсивных счетчиках импульсов

0 блока 20 компараторов частоты происходит сравнение указанных частот, путем подачи опорной частоты с делителя 19 опорной частоты, например, на прямой вход, а с текущей с делителя

5 14 - на реверсивный, при этом сигна- -пы с выхода реверсивных счетчиков поступают на RS-триггеры в блоке 20 компараторов частоты, ча выходе которых формируются логические сигналы

0 О или 1, управляющие ключами 21.

ности модуляции выбираются в зависимости от требований к нагрузке мостового инвертора.

Сигналы переключателя 4 кратности по входу 29 и делителя 14 по входу 24 управляют работой блока 6 формирования закона управления ШИМ, которьй реализует требуемый закон широтно-импульсной модуляции.

В предлагаемом устройстве импульсы управления каждым силовым вентилем формируются следующим образом: на интервале от О до 60 эл.град. импульсы управления распределены по синусоидальному закону на этом же интервале, диаграмма 33, интервал t,-t (фиг. 2), при этом изменение длительности осуществляется перемещением переднего фронта импульсов, задние фронты которых привязаны к моментам окончания тактовых интервалов t -t на интервале 60-180 эл.град. импульсы управления распределены

согласно синусоидальному закону на интервале 60-120 эл.град. диаграмма 33 интервал tj-tg, причем изменение длительности импульсов осуществляется перемещением переднего фронта тактовых интервалов, на интервале

180-240 эл.град. импульсы управления являются инверсными относительно управляющих сигналов на интервале

0-60 эл.град, диаграмма 33, интервал tg-t. При этом длительность п-го импульса линейного напряжения определяется следующим выражением:

8„

п 2М

где и - глубина модуляции;

М - число импульсов в полупериоде ;

п - 1, 2, 3...

Тактовый интервал имеет длительность IT/т эл.град. р - выражена в относительных единицах, а за базовую величину принята длительность тактового интервала.

Работа блока 6 формирования закона управления ШИМ (фиг.1) происходит следующим образом. При подаче сигнала частоты с делителя 14 частоты на вход генератора 15 линейноизменяюще- гося кода на его выходах формируется линейно нарастающий код, поступающий на входы блока 16 компараторов кодов, работающего в качестве дешифратора закона широтно-импульсной модуляции, с выхода которого короткие импульсы в моменты совпадения кодов поступают на одни входы RS- триггеров блока 17, на другие входы KOTopbtx поступают тактовые импульсы по входу 29, возвращающие RS-тригге- ры в исходное состояние. На выходе каждого RS-триггера формируется имfO

15

20

25

30

Далее при работе устройства полученные последовательности импульсов управления на выходах 31 и 32 (фиг.2) в элементах И 7.1, 7.2, 7,к и 8.1, 8.2, 8.к (фиг.1) заполняются соответствующей высокой частотой с генератора 11 сетки частот, управляемого от кодоуправляемого делителя 5 частоты, образом, чтобы выполнилось отношение 5„/Т. const, где Т г- период п-й частоты на выхо де генератора 11 сетки частот; S - длительность п-го импульса управления при f 1.

Полученные пачки импульсов через .элементы РШИ 9 и 10 в виду двух последовательностей с выходов 31 и 32 :(фиг.2) поступают на входы модулято- ров 12 и 13 (фиг.1), выполненных на ocHofee двоичных счетчиков, которые преобразуют указанные пачки в длител ность импульсов путем времяимпульсно го сравнегшя модулирующего, с выходо элементов ИЛИ 9 и 10 и тактового, с выхода 29 переключателя 4 кратности модуляции сигналов. Таким образом, на выходах модуляторов 12 и 13 формируются последовательности импульсов управления с глубиной модуляции, определяемой для п-го импульса вырапульс, соответствующий по длительно- 35 жением R - Т,,, где - пести среднему значению синуса на тактовом интервале. При этом на первую группу элементов И 7.1, 7.2, 7 к с выходов RS-триггеров блока 17 поступают импульсы, соответствующие си- . нусоидальному закону на интервале 0-60 эл.град,, диаграмма 31 (фиг.2), а на вторую группу схем И 8.1, 8.2, 8.к - соответствующие синусоидальриод частоты кодоуправляемого дел теля 5 час-готы; р - число разрядо двоичных счетчиков; D, - коэффици ент деления генератора 11 сетки ч - стот для п-го импульса;, Т - пери тактовой частоты.

Линейность регулирования глуби модуляции в функции сигнала управления АЦП 2 (фиг.1) достигается те

ному закону на интервале 60-120 эл.град. что при гиперболическом изменении

диаграмма 32.

Изменение числа импульсов выходных- последовательностей блока 6 формирования закона управления ШИМ (фиг.1) достигается путем увеличения или уменьшения числа тактовых интервалов полупериода выходного напряжения, путем изменения соотношения частоты следования тактовых импуль- сов с выхода 29 переключателя 4 кратности модуляции и частоты синхрони- вации по входу 24 блока 6 формирова

5

0

5

0

ния закона управления ШИМ, и далее соответственно триггера блока 17. - В общем случае число RS-триггеров в блоке 17 определяется как 2/3 М,

Далее при работе устройства полученные последовательности импульсов управления на выходах 31 и 32 (фиг.2) в элементах И 7.1, 7.2, 7,к и 8.1, 8.2, 8.к (фиг.1) заполняются соответствующей высокой частотой с генератора 11 сетки частот, управляемого от кодоуправляемого делителя 5 частоты, образом, чтобы выполнилось отношение 5„/Т. const, где Т г- период п-й частоты на выходе генератора 11 сетки частот; S - длительность п-го импульса управления при f 1.

Полученные пачки импульсов через .элементы РШИ 9 и 10 в виду двух последовательностей с выходов 31 и 32 :(фиг.2) поступают на входы модулято- ров 12 и 13 (фиг.1), выполненных на ocHofee двоичных счетчиков, которые преобразуют указанные пачки в длительность импульсов путем времяимпульсно- го сравнегшя модулирующего, с выходов элементов ИЛИ 9 и 10 и тактового, с выхода 29 переключателя 4 кратности модуляции сигналов. Таким образом, на выходах модуляторов 12 и 13 формируются последовательности импульсов управления с глубиной модуляции, определяемой для п-го импульса вырариод частоты кодоуправляемого делителя 5 час-готы; р - число разрядов двоичных счетчиков; D, - коэффициент деления генератора 11 сетки ча- - стот для п-го импульса;, Т - период тактовой частоты.

Линейность регулирования глубины модуляции в функции сигнала управления АЦП 2 (фиг.1) достигается тем

что при гиперболическом изменении

частоты fc изменение будет линейным Т. 1 /fj, .

Полученные регулируемые последовательности импуль сов 31, 32 и 54 50 поступают на входы распределителя 1 импульсов, который одновременно синхронизируется с выхода делителя 14 частотыо

ИмпульсЫ по входу синхронизации распределителя 1 импульсов поступают на кольцевую пересчетную схему, диаграммы 39, 40 и 41 которой представлены на фиг.2. Выходными сигналами

55

71

кольцевой пересчетной схемы являютс также сигналы, инверсные, приведенным на фиг.2. В распределителе импульсов нормируются шесть последовательностей импульсов, сдвинутых од- «а относительно другой на 60 эл.гра (на фиг.2 показаны четыре таких последовательности, диаграммы 42-45), нап ример, для получения сигнала 44 на один вход схемы И распределителя импульсов подается сигнал с выхода 39, а на другой - сигнал с выхода 41, на выходе которой получается сигнал по диаграмме 44.. Аналогично формируются сигналы на выходах 42, 43 и 45 и остальные из шести сигналов. Последовательности импульсов по диаграммам 31, 32 и 54 (фиг.2) представляют собой выходные сигналы модуляторов 12 и 13 (для примера приведены диаграммы для девяти импульсов в полупериоде выходного линейного напряжения инвертора). Для наименьшей кратности модуляции при трех импульсах в полу периоде линей- ного напряжения, на интервале 60 эл.град. формируется только один импульс, регулируемьй по длительности.

Последовательность импульсов на выходе 31 используется для формирования управляющих сигналов на интервале 0-60 эл.град. периода управления силовым вентилем, последовательность импульсов по диаграмме 54 (инверсная диаграмма 31) - для формирования управляющих сигналов на интервале 180-240 эл.град периода управления, последовательность импульсов по диаграмме 32 для фор- мирования управляющих сигналов на интервале 120-180 эл.град. периода управления. С помощью элементов И и ИЛИ в распределителе 1 формируются импульсы управления силовыми вентилями инвертора. Например, формирование сигнала управления по диаграмме 33 (фиг.2) осуществляется следующим образом. На входы одного элемента И распределителя 1 подаютс сигналы с выходов 31 и 44, на входы другого элемента И подаются сигналы по диаграммам 54 и 55, на входы третьего элемента И подаются сигналы с выходов 32 и 42. Проинвертиро- ванные сигналы с элементов И (логические 1 и сигнал с выхода 43) подаются на входы четырехвходового эл4 8

мента ИПИ, которым формируется сигнал на выходе 33. Аналогичным образом формируются сигналы управления остальными силовыми вентилями инвертора. Повьшение помехозащищенности при регулировании осуществляется в предлагаемом устройстве управления следующим образом. В канале регулирования выходного напряжения изменение глубины модуляции осуществляется путем преобразования частоты ;Управляющих сигналов в длительность .(в последовательных кодах). Появление на управляющих сигналах импульса помехи не приводит к искажению закона модуляции.

Таким образом, использование предлагаемого устройства расширяет область его применения. Модуляция длительности управляющих сигналов на интервалах 0-60 и 120-180 эл.град. осуществляется перемещением переднего фронта импульсов управления. Задние фронта импульсов управления привязаны к моментам окончания тактовых интервалов. Это позволяет использовать предлагаемое устройство не Только в инверторах с индивидуальной коммутацией (или инверторах на полностью управляемых вентилях), но и в инверторах с групповой коммутацией. Использование предлагаемого устройства, как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией, как в инверторах на транзисторах, так и в инверторах на тиристорах позволяет расширить область применения предлагаемого устройства управления трехфазным мостовым инвертором. Устройство управления реализует закон ши- ротно-импульсной модуляции, обеспечивающий высокое качество выходного напряжения инвертора и, следовательно, системы преобразователь частоты - асинхронньй двигатель в широком диапазоне регулирования частоты враения.

ормула изобретения

Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, содержащее распределитель импульсов, выходы оторого предназначены для подключения к управляю1;1им входам трехфазного мостового инвертора, аналого-циф- овой преобразователь и управляемый

912

генератор частоты, входы которых предназначены для подключения к источникам задающих сигналов напряжения и частоты, переключатель кратности модуляции, отличающееся тем, что, с целью повьшения помехозащищенности и расширения области использования путем возможности использования в инверторах как с индивидуальной, так и с групповой коммута- цией, введены кодоуправляемый делитель частоты, блок формирования закона управления НИМ, две группы элементов И, каждая по числу импульсов в одной шестой части периода выход- ного напряжения, первые два элемента ИЛИ, генератор сетки частот, два Модулятора, делитель частоты, при- чем блок формирования закона управ- Ьения ШРМ выполнен на основе после- довательно соединенных генератора линейно изменяющегося кода и блока компараторов кодов, блока RS-тригге- ров, а переключатель кратности модуляции - в виде последовательно соеди- ненных заданицего генератора и делителя опорной частоты, блока компараторов частоты, ключей, третьего элемента ИЛИ, при этом управляемый генератор частоты подключен к входу делителя частоты и первому входу коВНИИПИ Заказ 792/59 Тираж 661 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

9410

доуправляемого делителя частоты, к второму входу которого присоединен аналого-цифровой преобразователь, выходы делителя частоты подключены соответственно к тактовым входам распределителя импульсов и блока компараторов частоты, а также к входу генератора линейно изменяющегося кодавыходы делителя опорной частоты под- ютючены к информационным входам блока компараторов частоты и информационным входам ключей, к управляющим входам которых присоединены выходы блка компараторов частоты, а выходы ключей связаны через элемент ИЛИ с тактовым входом блока RS-триггеров, информационный вход которого подключен к выходу блока компараторов кодов, выходы блока RS-триггеров и генератора сетки частот присоединены к входам двух групп элементов И, выходы которьк подключены соответственно к входам первых двух элементов ИЛИ, каждый из которых связан с первым входом соответствующего модулятора, а вторые входы каждого из модуляторов соединены с выходом ключей переключателя кратности .модуляции, при этом выходы модуляторов подключены к входам распределителя импуль-ОВ.

fue-Z

ш

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией. Целью изобретения является повьшение помехозаилищенности при регулировании и расширении области применения. Частота импульсов управления инвертором определяется частотой сигнала на выходе управляемого генератора 3 частоты, а глубина модуляции - сигналом с выхода аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2. На выходе кодоуправляемого делителя 5 частоты формируется семейств - характеристик, изменяющихся по гиперболическому закону, таким образом, чтобы поддерживать постоянной глуби- и с & (Л О 1 ;D4 gjue.i Ф ФФ 333 35363733