Способ цифрового управления непосредственным преобразователем частоты Советский патент 1987 года по МПК H02M5/22 

1

Изобретение относится к электротех- Нике, а именно к системам управления непосредственными п тесбразователями частоты с сетевой коммутацией вентилей, и может быть использовано в автоматизированных электроводах с ци1|гровым управлением.

особенно тем,

где требуется обеспечить работу на сверхнизких и ползущих скоростях.

Цель изобретения - улучшение мы выходного напряжения преобразователя и линеаризация регулировочной характеристики,

На фиг, I приведена диаг)рамма формирования выходного напряга ;ения преобразователя;--на фиг 2 - цифровое устройство -рЛя. управления непосредственным преобразователем часто-- ты,, реапизующее лредлагаемьга способ, на фиг, 3 - схема силовой части преобразователя; на фиГо 4 - функциональная схема распределителя импульсов; на фиг, 5 функциональная схема трехканального генератора ведущк:х сигналов о

На фиг, 1 представлены: U, - напряжение питающей сети; U , U.. - импульсы синхронизацииS форМ1-1руе 1ые в точках естественной ко1 1утации вентилей; Р| - сигналы раздельного управления анодными з-ши катод:яыми тройками фазы а распределителя; 1д , - сигналы с датчиков состояния троек вентилей фазы а; V- - ступенчатая функция эталонной функции синуса; Ucp - фазное напряжение на выходе преобразователя; iq огибающая тока на выходе фазы а преобразователя

Устройство управления (фиг„ З) содержит блок 1 синхронизации,, подключенный к блокам 2-4 счетчиковs которые содержат счетчики 5-7 выпрямительных углов открытия анодных троек вентилей, счетчики Ei-iO инвертор- ных углов открытия анодных троек вентилей, счетчики 11-13 выпрямительных углов открытия катодных троек вентилей и счетчики 14-16 инвертор- ных углов открытия катодных троек вентилей, элемент ИЛИ 175 подключенный к генератору 18 тактовых импульсов, трехканальный генератор 19 вед, - щих сигналов, делитель 20 частоты связанный с делителем 21 частоты управляемый кодомS распределитель 22 импульсов, элементы НЕ 23, блок 24 логики, содержащий шесть идентичных каналов5 каждый из которых содержит

50787

первьгй и второй элементы И 25 и 26 и элемент ЛПИ 27«

На фиг, 3 обозначены: Pj , Р р р р р

г - л - I. -5 - А Э JА Q но

k p э йс5 НС импульсы раздель- iioro управления тройками вентилей V,.,; Vj, ., V - импульсы раздельного управления группами вентилей: Тдд,

5

0

5

I.e.

I,

I.

ДЬ s - -kb на,пнчии токов

Т

I

Ас

- kc

- сигна-пы о

в вен -.гильных тройках:

- 4а Hajuj

IА Ь 5 - k ь

ка J об отсутствии

I

Ас 5 с

7ОКОВ В вентильных тройках, Ъ,5.,Ъ„ - код управления амплитудой выходного напряжения, а . . :, . а - код управления частотой выходного напряжения.

(лиловая часть пр образователя

ч

(фиг, 2j содержит анодные 28 и катодные 29 тройки вентилей, к выходам которых подключены датчики 30 тока. Функциональная схема распределители представлена на фиг. 4 и содержит 3-5 первый и второй сумматоры 32 и 33 кодов и три элемента НЕ 34-36.

Распределитель работает следующим обрг.зом.-

4 ункциокальная трехканально го генератора 19 ведущ1;х сигналов (фиг 5) содержит три идентичных ка- . 37-39 э из которьгх; включает Е себя первый и второй постоянные замь:каюш.ие устройства 40 и 41 Вычитающий счетчик 42., триггер 43, элемент И 445 линию 45 задержки, первый и второй регистры 46 и 47 и сумматор 48 кодов.

Блок 1 синхронизации из трехфаз- Hci o напряжения сети преобразует две

противофазные импульсные последовательности в точках естественного открытия вентилей U. и U, причем прямая зависимость ш-1пульсов синхронизации Ur поступает на входы синхрони-

зации счетчиков 5-10 выпрямительных и инверторных углов анодных троек вентилей; а противофазная им зависимость импульсов синхронизации U поступает на входы синхронизс.ции счетчиков 11-16 выпрямительных и инвер- торных углов катодных троек вентилей. По каждому иг-1пуаьсу син; рониза- дии в соответств тощиа счетчики записываются

коды Kg., N;,, N

экзивалентные коду амплитул4э Ь; выходного напряжения фаз преобразователя. На вы- хО Дах счетчиков формируются импульсные последовательности -для угтравле- ния вентилями в выпрямительном режи-

ме ), сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол ed; , эквивалент {ый коду Ь; задаваемой амплитуды, и импульсные последовательности Ua(b; ) для управления вентилями в инверторном режиме, сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол р;, эквивалентный инверсии кода задаваемой амплитуды bj .

С вьгходов счетчиков импульсы поступают на первую группу входов бло- ка логики.

Кроме того, импульсы синхронизации U(- 5 и через элемент ИЛИ 17 поступают на вход автоподстройки частоты генератора 18 тактовых импульсов и вход синхронизации трехканального генератора 19 ведущих сигналов. На выходе генератора 17 тактовых импульсов формируется импульсная последовательность f, которая поступает на вход делителя 20 частоты, на счетный вход делителя 21 частоты управляемого кодом, куда в моменты об- . нуления записывается код числа а. , эквивалентный частоте выходного напряжения преобразователя. С выхода делителя частоты управляемого кода импульсы поступают на вход распределителя 22, на выходах которого формируется шесть импульсных последовательностей Р, Рд, Р, Р, Р , Р

раздельного управления тройками вентилей с длительностью импульсов fi и взаимным сдвигом на ТГ/З по частоте выходного напряжения. Эти импульсные последовательности поступают на третью группу входов блока логики.

Кроме того, на выходах раздельного управления группами вентилей фаз а, Ъ и с распределителя формируются коды, которые поступают на входь управления ведущими сигналами каналов фаз трехканального генератора ведущих сигналов.

Одновременно датчики 30 состояния троек вентилей формируют сигналы о наличии токов Тд 1)(Д5 Iftb , IgcJ кс через элементы НЕ об отсутствии токов 1дд, ка

ками в соответствии со следующими логическими выражениями:

,

Ра1аид(,(Ъ;)

ДЛЯ вентилей анодной тройки и

и Р ю -(5

.а,.,

10

а f

для вентилей катодной тройки, где индексы А и К соответствуют сигналам управления анодными и катодными троиками вентилей.

Так, например, для формирования импульсов управления анодной тройкой

15 вентилей фазы А на входы первого элемента И 25 блока 24 логики поступают импульсы с выхода распределителя Р 5 с выхода счетчиков 5 выпрямительных углов и д, первого блока 2

20 счетчиков с выхода логической ячейки НЕ 23 датчика состояния вентилей сигнал отсутствии тока встречно-параллельной тройки, В результате формируются импульсы управления вы-

25 прямительным режимом этой тройки,

Для формирования импульсов управления инверторнь м режимом этой тройки на входы второго элемента И 26 подаются сигналы с выхода распределителя Р , сигнал с выхода датчика состояния вентилей Iд о наличии тока в этой

30

тройке и сигнал U

АР

с выхода счетчи-

35

40

ков 8 инверторных углов первого блока 2 счетчиков.

Импульсные последовательности с выходов первого и второго элементов И 25 и 26 поступают на входы элемента ИЛИ 27, на выходе которого формируется импульсная последовательность для управления вентильной тройкой. Формирование импульсных последовательностей для управления остальными тройками происходит аналогично.

Распределитель работает следую- щим образом.

На счетный вход счетчика поступает импульсная последовательность с выхода делителя 21 частоты управляе- 50 мого кодом. В результате на выходах счетчика 31 формируется код V, , старший п-й разряд которого определяет знак полуволны выходного напряжения фазы а, формируя импульсную последо-

-кь

frc

1 5 которые поступают на gg вательность PJ,Q раздельного управлевторую группу входов блока логики. В результате на выходах блока логики, например для фазы а, формируются импульсы управления вентильными тройния катодной тройкой вентилей фазы а, а через элемент НЕ 34 формируя импульсную последовательность Рд раздельного управления анодной троиками в соответствии со следующими логическими выражениями:

,

Ра1аид(,(Ъ;)

ДЛЯ вентилей анодной тройки и

и Р ю -(5

.а,.,

а f

для вентилей катодной тройки, где индексы А и К соответствуют сигналам управления анодными и катодными трои ками вентилей.

Так, например, для формирования импульсов управления анодной тройкой

вентилей фазы А на входы первого элемента И 25 блока 24 логики поступают импульсы с выхода распределителя Р 5 с выхода счетчиков 5 выпрямительных углов и д, первого блока 2

счетчиков с выхода логической ячейки НЕ 23 датчика состояния вентилей сигнал отсутствии тока встречно-параллельной тройки, В результате формируются импульсы управления вы-

прямительным режимом этой тройки,

Для формирования импульсов управления инверторнь м режимом этой тройки на входы второго элемента И 26 подаются сигналы с выхода распределителя Р , сигнал с выхода датчика состояния вентилей Iд о наличии тока в этой

тройке и сигнал U

АР

с выхода счетчи-

5

0

ков 8 инверторных углов первого блока 2 счетчиков.

Импульсные последовательности с выходов первого и второго элементов И 25 и 26 поступают на входы элемента ИЛИ 27, на выходе которого формируется импульсная последовательность для управления вентильной тройкой. Формирование импульсных последовательностей для управления остальными тройками происходит аналогично.

Распределитель работает следую- щим образом.

На счетный вход счетчика поступает импульсная последовательность с выхода делителя 21 частоты управляе- 0 мого кодом. В результате на выходах счетчика 31 формируется код V, , стар, ший п-й разряд которого определяет знак полуволны выходного напряжения фазы а, формируя импульсную последо-

вательность PJ,Q раздельного управления катодной тройкой вентилей фазы а, а через элемент НЕ 34 формируя импульсную последовательность Рд раздельного управления анодной трои5

h-)ii neirrnjieft фазы a. Остальные , I .-l 1 а 111ядов кода V, формируют импульсную последовательность V. )аз,;1ельио- I O управле}1ия группой вентилей фазы Зд которая поступает на вход уп- равления ведусщм сигналом трехканаль- ного генератора веду1Ч,их сиг на,тов и на первый вход первог о сумматора 32, Первый сумматор 32 суммирует код Vq с кодом tiV., поступающим с вы- хода формирователя кодов смегдения , где V,- максимальный код счетчика фазЫ; соотБетств;уто1дий периоду выходного напряжения, В результате на выходах первого сл ммато- pa 32 кодов формируется код V,, , старишй п-и разряд которого определяет знак полуволны выходного напряжения фазы а, формируя р1мпульсную последовательность Р., раздельного управления катодной тройкой вентилей фазы Ъз а через элемент НЕ 34 формируя импульсную последовате тьность Рд. раздельного управления анодной тройкой вентилей фазы а. Остальные (п-1) разрядов кода V формируют импульсную последовательность V. разb

дельного управления группой вентилей фазы bj поступающую на вход управления веду1цими сигналами генератора ведущих сигналов и перзый вход второго сумматора 33„ Ана.тогично второй сумматор 33 кодо)з формирует код V , старишй разряд которого определяет знак полуволны вьжодного напряжения фазы с и формирует импульсную последовательность 7 раздельного управления катодной тройкой вентилей фазы с, а через элемент И 36 формирует импульсную последовательность Р. с раздельного управления анодной тройкой вентилей фазы с. Остальные (п-) разрядов кода V,.j формируют импульсную последовательность V раздельного управления гр /ппой вентилей фазы Cj поступающую на вход управления ведущим сигн,злом генератора вед-ч щих сигналов.

Работу генератора ввдущих сигналов рассмотрим на примере одного из каналов, например фазы а,

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 1 40 представляет собой матрицу емкостью 2 ячеек., где X - разрядность кода Vg. В это ПЗУ записаны коды V; с разрядностью У|, соответствующие значениям эталонной функции арккосинуса с единичной амплитудой на 2 интервалах аппроксимац:ии

записаны код;- , с разряд- с: оо т в е т с т в у юии; е значки и- ям эталонной функиии арккосинуса с единичной амплитудой на 2 )налах ап :роксимаци1:5

По ка/п дому имгЕульсу синхронияапии UJ, и ) , поступаюншму с выхода эле- меьта ИЛИ 1 7 в вь читающий счетчик ч2, записывается од , соответст- вуюыий эталонной функции; синуса на интервале аппроксимации, a;:ipec кото- V oio определяется кодом V , При этом величина временн. развертки интерва ла аппроксимации :зталон;чой функьгии синуса iit олреле.ляется по форму. те

где

- период БЫХОД ОГО

напряжения„

. Одновременно на выходе триггера 43 устанавливается уровень лсгичес- кой 1, который оазрепгает прохождение импульсной последовательности f с вь:хода гене15атора тактовых импуль- соп через элемент И 44 на счетный 1Глод счетчика 42 и )ход записи параллельного кода первого регис;тра 46

По каждому импульсу f г В Чератора тактовых импу,г:;ьсов содержимое счетчика 42 уменьшается на единицу, а содержимое первого регистра 46 и сумматора 48 кодов увеличивается на величину Ъ| кода задания амплитуды Б-едущего сигнала, Таким образом, к моменту обнуления вычитающего счет- гика 42 на выходах первого регистра 46 формируется код Y с разрядностью Z(y, +г:) 5 равный произведению кода V. с разрядностью у, ,, соответствующего знач.ению i-ro инт врвала аппроксимации эталонной функции синуса единичной амплитуды, на код ) с разрядностью т. соответствующий значению амплитуды вед:лце:-с ::игнала. Выходы Y старших разрядов кода V, определяет номер ступеней а.ппроксн- маци эталонной функции арккосинуса, причем для вы.грями-тепьных yiMOB открытия вентилей фазы а код V, равен произведению кодов цЛ, а для ин- верторных углов откро1тия - произзе- денкю кодов V Ъ; , Япя вентилей фаз Ъ и с код V, определяется анало1Л1ч- 0 (V; +uV)h ; . ( , - для фазы v ()o; , (V;-uV ih, - для Лазы с, где iiV - кол c:--iei;jciiUH, книпа PHI нын изменению a iтли г ч ды oi ,)(-и

ibysiKlUU CHliViVi. ili) ГДНИ1Ч г:: il;,V

713

.Ti of-i функции H;I 27/3 no выходной частоте .

После обну.гшяия счетчик 42 на выходе трит гера 43 устанавливается уровень логического О, который запрещает прохождение импульсов f с выхода генератора тактовьк импульсов до появления следующего импульса синхронизации.

С выходов У старших разрядов пер- вого рех истра 46 сигналы поступают на входы 1ПУ2 41. На его выходах формируются кодь: Vj , определяюи ие значения зта. юнной функции арккосинуса на 2 интервалах аппроксимации, которые записываются во второй регистр

/i7

После этого первый регистр

46 и сумматор 48 обнуляются, а на выходах второго рет истра 47 формируются код Г; , эквивалентный углу от крытия вентилей каждой вентильной тройки.

Таким образом, код N формируется на каждом интервале utj аппроксимации эталонной функции синуса из ко- дов V; амплитуд ступеней аппроксимации эталонной функции арккосинуса. Значение кода, соответствующего углу открытия вентилей фазы а, определя ется по формуле:

ll sin у, (г)/2

о - период следования импульсов

генератора тактовых импульсов; m - разрядность кода Ъ ;

а

X - разрядность кода Значения кодов 1 , N, соответст- вукицих углам открытия вентилей фаз Ъ и с, определяются аналогично. На фиг. приведена огибающая фазного напряжения преобразователя Um.

Таким образом, введение в алгоритм способа формирования ведущих сигналов синусоидальной формы, их аппроксимация эквивалент1;ыми элементами, ступенчатыми функциями, кодирование- этих функций на интервалах аппроксимации, умножение полученных кодов на код задаваемой амплитуды и взятие функции арккосинуса от каждого ре- зультата этого умножения, сохраняя положительные свойства известного способа, обеспечивает формирование синусоидальной формы огибающей и ли- нсч шость регулировочной характеристики . Ф о р м у л а изобретения

Сигк оГ циф 1С1Вого ущ лвлоиия не- irurpt /K iiriiiit-i прсобрачогмтелем чл-

5 0

д

п

5

8

стоты, заключа101 1Ийся в том, что гза-- дают код Я;, эквиваленгный частоте вь ходного })апряжения и преобразуют этот код в шесть прямоугольных импульсных последовательностей Р , Р , Р, , Р-, Р, Р- с частото Ч, эквива- лентно Коду а; с длительностью импульсов Т и взаимным сдвигом |Г/3 по частоте вьгходного напряжения, задают код Ъ;, эквивалентный амплитуде выходного напряжения, и формируют импульсные последовательности для управления вентилями в выпрямительном режиме и(Ь;), сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол , импульсные последовательности и(Ъ;) для управления вентилями в инверторном режиме, сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей па угол jV;, измеряют полуволны токов фаз нагрузки, из положительных полуволн токов формируют три прямоугольных импульсных последовательности 1а, 1Ъ, 1с, из отрицательных полуволн тока формируют три противофазные упомянутым импульсные последовательности la, 1Ъ, 1с, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью улучшения формы напряжения и тока преобразователя и линеаризации регулировочной характеристики, задают эталонную функцию синуса на интервале О-Т и эталонную функцию арккосинуса на интервале О- iT/2 с единичными амплитудами, аппроксимируют эталонную функцию синуса эквивалентной сту пенчатой функцией на двух интервалах, а эталонную функцию арккосинуса аппроксимируют эквивалентной ступенчатой функцией на двух интервалах, амплитуды вьше- упомянутых- эквивалентных функций преобразуют в коды V; (,1,2,..., (2 -l) с разрядностью Z для функции синуса и Vj ,1 ,2, ...,() для функции арккосинуса и запоминают эти коды, на периодах фаз выходного напряжения формируют три кодовых последовательности цифровой развертки Vg( t ), Vjj ( г), V(T) с разрядностью X каждая для фаз а, Ь, с соответственно с интервалами модуляции Г 21Г/2 и для каждого значения кода указанных кодовых последовательностей выполняют операцию b-/2 , где m -разрядность кода , в результате чего определяют код номера интервала аппроксимации эквивалент- ной функции арккосинуса (),r;ie

V например для фазы а равно

sin 3(1;), где с - период тактовой частоты, а из кодов V ступени формируют совокупность кодов NJ 5 эквивалентных углам открытия венти- Лей на интервалах аппроксимации полпериодов выходного налряжения в сс ртветствии с уравнением наирз-гкер дл

фаэы а5

И агссоз/(Ъ;/2™)siniYp(t)1/ „ q . - . ,

на каждой интервале аппроксимации полупериодов выходного напряжения формируют импульсы для упргшлгния вентилями в вьшрямительном режиме U,i Nj 9 сдвинутые относительно то 50787 О

чек естес век:- сго открытия вентилей на -i roji (Х 1 3 эквивалантный коду N , и и--ч.п:ульсы для управления в.ентилями Б инверторном-режиме. U,T,(Kj);, сдвину- - тые относительно точек естественного открытия вентилей на эч-вивалентнык инверсии кода N , распределяя эти импульсы по вентильным тройкам, напрглмер , для фазы а в со- 1 отве ствии с погическими уравнениями

и р I и,

-JA,-, -о. Ы

f--C,

дJJэ вентилей анодной тройки и

i, .,-Pj.U,() для вентилей катодной тройки.

О,

Изобретение относится к электротехнике и.предназначено для управления непосредственным преобразователем частоты с сетевой коммутацией вентилей. Цель изобретения - улучшение формы выходного напряжения преобразователя и линеаризации его регулировочной характеристики - достигается за счет формирования ведущего сигнала по закону К агссов/(Ъ;/ (V(C-)/2M/, где N - код, соответствующий углу открытия вентилей , Ъ; - код управления амплитудой фазных групп вентилей; m - разрядность кода Ъ|; X - разрядность кода V. В устройстве распределитель вырабатьг- вает коды N, Nj,, К, и сигналы раздельного управления тройками вентилей В трехканальном генераторе веду щих сигналов из первого элемента памяти извлекаются коды значений эталонной синусоидальной функции соответствующие значениям кодов V, Vj,, Vj, , домножаются на код Ъ , и из второго элемента памяти извлекаются соответствующие коды N, N. Они записываются в счетчик фаз, которые формируют импульсные последовательности для управления вентилями в выпрямительном и инверторном режимах, 5 ил, Sg (Л со СП о о© «

Ч.

ч

ъ.

/«г Лг --г,,

S

в

./

iQj laj IS,

Unc

А л,, - fit

да

го

31

-J 1

Г-Н j 1

i

U- liJ| b:T., I U-f ilj s

l/cVc

Vu

,«1JZ ..-.J - j

«4J---4

I T:P iL

г;:1 №кдн

W H

4tJ

v

.{i

..

IF

.

U rСоставиталь 0„Парое(ова Редактор А,Ворович Техред И„11опозкч

Заказ 5295/55Тираж 659Подписное

ВНИЛШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и о жрытий 113035, MocKBEg Ж-35, Раушская наб,, д., 4/5

Производственно-полиграфическое предаприя гие,, г, Ужгород, ул. Проектная ,4

KoppeKTcip В.Вутяга