Устройство для управления трехфазным инвертором Советский патент 1987 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты,в том числе и в автоматизированном электроприводе для регулирования выходного напряжения.

Цель изобретения - улучшение энергетических показателей.

На фиг, 1 показа блок-схема устройства для управления трехфазным инвертором; на фиг. 2 - схема первого шестиканального логического узла; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие работу схемы.

Устройство для управления трехфазным инвертором, выполненным на ключевых элементах 1-6, образующих три стойки, на диодах 7-12 обратного тока, содержит последовательно соединенные между собой формирователь 13 тактовых импульсов и распределитель 14 импульсов, выходы 15-20 последнего соединены с соответствующими входами первого шестиканального логического узла 21, к входу 22 которого подключен формирователь 13 тактовых импульсов, а к входу 23 - выход ши- ротно-импульсного модулятора 24. Выходы 25-36 первого шестиканального логического узла 21 через второй шестиканальный логический узел 37 . соединены с соответствующими входными цепями управления ключевых элементов 1-6 трехфазного мостового инвертора и с первыми входами блока 38 памяти. В цепь каждого ключевого элемента 1-6 инвертора включены датчики 39-44 тока, выходы которых подключены к соответствующим входам второго шестиканального логического узла 37, а также через блок 38 памяти - к соответствующим входам первого шестиканального логического узла 21.

Инвертор включен на симметричную трехфазную нагрузку 45 соединенную в звезду. Каждый канал 46-51 второго шестиканального логического узла 37 содержит два D-триггера 52 (53) и 54 (55),двухвходовый и трехвходовый логические элементы 2И 56 (57) и ЗИ 58 (59) соответственно, двухвходовый логический элемент 2ИЛИ 60 (61), выходом соединенный с ключевым элементом 1 (2) соответствуюш,ей стойки, и логический элемент НЕ 62 (63). Причем первый вход логического элемента 2И 56, счетный вход первого D-триггера 52 и вход логического элемента

0

5

5

0

5

0

5

0

5

НЕ 62 объединены и подключены к выходу 26 формирования напряжения управления соответствующего канала первого шестиканального логического узла 21, тактовый выход 25. которого подключен к первому входу логического элемента ЗИ 58.

Второй и третий входы логического элемента ЗИ 58 подсоединены к точке объединения выхода логического элемента НЕ 63 и счетного входа второго D-триггера 55, которые принадлежат соседнему каналу 47 логического узла 37, управляющему вторым ключевым элементом 2 данной стойки, и соответственно к выходу этого D-триггера 55. Второй вход логического элемента 2И 56 подключен к выходу первого D-триггера 52. Выходы логического элемента 2И 56 и логического элемента ЗИ 58 подсоединены к входам логического элемента 2ИЛИ 60, D-входы второго 54 и первого 53 D-триггеров соответственно данного 46 и соседнего 47 каналов связаны с выходом датчика 39 тока первого ключевого элемента 1.

Каждый канал первого шестиканального логического узла 21 (фиг. 2) выполнен на двух двухвходовых логи- ческих элементах 2ИЛИ 64 и 65, на двухвходовом логическом элементе 2И-НЕ 66, трехвходовом логическом элементе- ЗИ 67 и логическом элементе НЕ 68. Причем один из входов логического элемента 2И-НЕ 66 соединен с входом логического элемента ЗИ 67 и подключен к соответствующему выходу 15 распределителя 14 импульсов. Выход логического элемента 2И-НЕ 66 соединен с вторым входом логического элемента 2ИЛИ 64, с входом логического элемента НЕ 68 соседнего канала данной стойки инвертора и с первым входом логического элемента 2ИЛИ 65 канала противоположного ключевого элемента опережающей на 120 эл.град. фазы. Первьй вход логического элемента 2ИЛИ 64 соединен с выходом 23 ши- ротно-импульсного модулятора 24, а выход с первым входом логического элемента ЗИ 67, второй вход которого соединен с выходом логического элемента 2ИЛИ 65. Второй вход логического элемента 2ИЛИ 65 соединен с соответствующим выходом блока 38 памяти. Первьй вход логического элемента 2И-. НЕ 66 каждого канала подключен к выходу 22 формирователя 13 тактовых

импульсов, причем вход логического элемента 2И-НЕ 66 каналов ключевых элементов катодной группы инвертора подключен через логический элемент НЕ 69.

В предлагаемом устройстве для управления трехфазным инвертором осуществляется слежение за изменении.

15

ем параметров нагрузки- (контролирует- ю тового инвертора (фиг. 4, импульсы ся ток в цепи ключей инвертора) и в зависимости от параметров нагрузки (от числа ключей, проводящих ток нагрузки) осуществляется минимально .необходимое количество коммутаций ключей, обеспечивающее при регулировании наилучшие энергетические показатели инвертора и качество выходного напряжения. Устройство обеспечивает включение на интервале импульса только тех ключей, которые действительно создают необходимые цепи для протекания токов нагрузки, и закорачивание фаз нагрузки для формирова2S управления ключевыми элементами I и 2 фазы А, а также формирует тактовые импульсы управления и, и и;2(%для каждого вентиля инвертора: для элемента 1 тактовый импульс и,,, для элемента 2 U.

Напряжение уровня логической еди- ниць с датчиков 39-44 тока поступает на соответствующие входы блока 38 20 памятиJв котором записывается интервал протекания тока через вентили инвертора. Выход блока 38 памяти соединен с выходными каскадами формирователя 14 импульсов, в которых ния паузы в выходном напряжении толь- 25 осуществляется операция логического ко включением одного ключа фазы пол- суммирования напряжения, вырабатьшаеного тока или только включением .одного ключа фазы полного тока в зависимости от параметров (созср„) нагрузки. В результате этого уменьшено число коммутаций силовых ключей инвертора (исключен режим коммутации ключей фазы полного тока с двойной частотой) , устранен режим протекания сквозных токов и уменьшены потери в цепи управления ключевых элементов, что позволяет повысить энергетические Показатели инвертора.

На временных диаграммах (фиг. 3 и 4) показаны управляющие импульсы и,-и ключевыми элементами 1-6 в случае чисто индуктивной нагрузки, а также приведены фазные ид,, и линейное Пд напряз ения

мого формирователем импульсов и rta- пряжения, соответствующего интервалу протекания тока в вентиле на предыЗО ДУЩем периоде. В результате напряжение управления подается только на те вентили, которые необходимо включать при данных параметрах нагрузки (cosLf).

Логический узле 37 работает следующим образом. Предположим, что инвертор работает на активно-индуктивную нагрузку с созс| „ 0,05 (фиг. 4), С инверсного выхода D-триггера 52

40 напряжение U УРОВНЯ логической еди-. ницы поступает на второй вход логического элемента 2И 56. Напряжение управления с выхода формирователя 21 через логические элементы 56 и 60

35

Устройство работает следующим об- 45 поступает на вход элемента 1. Так как

ток через элемент 1 не протекает, то с выхода датчика 39 тока напряже- ние U,j уровня логического нуля поступает на вход D-триггера 54. Ключевой элемент 2 закрыт, так как напряжение управления его равно нулю, напряжение . уровня логического нуля с выхоразом.

Р1мпульсы с выхода формирователя 13 тактовых импульсов управления поступают на вход распределителя 14 импульсов. Промодулированные по заданному закону импульсы U с выхода 23 широтно-импульсного модулятора 24 поступают на один из входов формирователя .21 импульсов, на второй вход которого поступают тактовые импульсы U,j с выхода формирователя 13 тактовых импульсов управления. Распределитель 14 импульсов, на вход которого поступает однофазная последователь-.

4365

ность импульсов, осуществляет формирование трехфазной последовательности напряжений U, о сдвинутых друг относительно друга на 120 зл. град,, и подает полученную .систему напряжений на входы формирователя 21 импульсов, который вырабатывает напряжение управление вентилями трехфазного моси.

то

ме ру и, то пу

15

ю

мого формирователем импульсов и rta- пряжения, соответствующего интервалу протекания тока в вентиле на предыДУЩем периоде. В результате напряжение управления подается только на те вентили, которые необходимо включать при данных параметрах нагрузки (cosLf).

Логический узле 37 работает следующим образом. Предположим, что инвертор работает на активно-индуктивную нагрузку с созс| „ 0,05 (фиг. 4), С инверсного выхода D-триггера 52

напряжение U УРОВНЯ логической еди-. ницы поступает на второй вход логического элемента 2И 56. Напряжение управления с выхода формирователя 21 через логические элементы 56 и 60

50

ток через элемент 1 не протекает, то с выхода датчика 39 тока напряже- ние U,j уровня логического нуля поступает на вход D-триггера 54. Ключевой элемент 2 закрыт, так как напряжение управления его равно нулю, напряжение . уровня логического нуля с выхода датчика 40 тока поступает на D- вход D-триггера 52. g По окончании импульса управления

и

2S

элементом 1 на вход синхронизации D-триггера 54 поступает импульс

и

62

И уровень логического нуля с

D-входа D-триггера 54 переписывается

на его выход. На инверсном выходе D-триггера 54 формируется напряжение U54 уровня логической единицы, которое поступает на третий вход элемента ЗИ 59, на второй вход которого поступает напряжение с выхода элемента НЕ 62, а на первый вход - тактовое напряжение управления ключевым элементом 2. При наличии на всех входах элемента И 59 уровня логической единицы, на выходе последнего формируется напряжение Uj управ Ленин, которое через элемент ИЛИ 61 поступает на вход управления ключевым элементом 2. Последний открывается и обеспечивает формирование паузы в кривой выходного напряжения ид. В этом случае все три фазы нагрузки оказываются закороченными относительно положительной игины источника питания через два ключевых элемента 2 и 4 и диод обратного то- ка 12, на D-вход D-триггера 52 подается напряжение 114,3 уровня логической единицы.

По окончании импульса U управле- .ния ключевым элементом 2 на вход синхронизации D-триггера 52 поступает импульс напряжения и уровень логич ской единицы с D-входа переписывается на выход D-триггера 52. С инверсного выхода D-триггера 52 уровень логического нуля поступае на второй вход элемента 2И 56 и запрещает прохождение напряжения управления ключевым элементом 1. Он закрыт и трехфазная нагрузка подключена к источнику питания через ключекого блока 37 формируются напряжени управления,и, и.U ключевыми элементами 1 и 2 фазы А. На интервале от ЧТ /З до ц; пауза в выходном напря

вой элемент 4 и два диода 7 и 12 об- до жении инвеф ора формируется включератного тока. На выходе инвертора формируется импульс напряжений. По окончании импульса управления на вход синхронизации D-триггера 54 по- ступает импульс синхронизации Ug/j и подтверждает предьщущее состояние D-триггера 54. Уровень логической .единицы Uj на инверсном выходе D- триггера 54 обеспечивает прохождение импульса напряжения Ugj через логический элемент 59, и ключевой эле- . мент 2 открывается.

В выходном напряжении Пд инвертора формируется пауза длительностью об. Все три фазы нагрузки закорочены относительно отрицательной шины источника питания. Если ток нагрузки в фазе А спадает до нуля, то на выходе датчика 40 тока формируется уро-,

нИем ключевого элемента 2, а на. интервале от tp до 217/3 выключением вентиля ключевого элемента . Анало гичным образом формируется напряже- 45 ние управления вентилями других фаз инвертора.-

Формула изобретени

50

Устройство для управления трехфазным инвертором, включающим в себя три стойки ключевых элементов, соде жащее последовательно соединенные между собой формирователь тактовых gg импульсов управления и распределитель импульсов, причем выходы после него соединены с первыми входами пе вого шестиканального логического узла, к второму входу которого подвень логического нуля , который поступает на D-вход D-триггера 52, и при поступлении импульса напряжения на вход синхронизации D-триггера 52 на HHBejscHOM выходе последнего формируется логическая единица Uy,j , обеспечивающая прохождение на- пряжния управления ключевым элементом 1 через логический элемент 2И 56. Ключевой элем ент I открывается, и уровень логической единицы с выхода датчика 39 тока поступает на D-вход D-триггера 54.

При поступлении импульса U на вход синхронизации D-триггера 54 на инверсном вькоде последнего формируется уровень логического нуля U запрещающий прохождение напряжения

управления Uu через логический элемент ЗИ 59. Пауза в этом случае формируется выключением ключевого элемента I, и нагрузка закорачивается относительно отрицательной шины источника Питания через ключевой элемент 4 и два диода 8 и 12 обратного тока. Поступление следующего импульса напряжения на вход синхронизации D-триггера 52 подтверждает

предыдущее (нулевое) состояние D- триггера, и напряжение управления и25- через логический элемент 2И. 56 поступает в цепь управления ключевого элемента 1.

Таким образом, на выходе логичес

кого блока 37 формируются напряжения управления,и, и.U ключевыми элементами 1 и 2 фазы А. На интервале от ЧТ /З до ц; пауза в выходном напряжении инвеф ора формируется включенИем ключевого элемента 2, а на. интервале от tp до 217/3 выключением вентиля ключевого элемента . Анало- гичным образом формируется напряже- 45 ние управления вентилями других фаз инвертора.-

Формула изобретения

50

Устройство для управления трехфазным инвертором, включающим в себя три стойки ключевых элементов, содержащее последовательно соединенные между собой формирователь тактовых gg импульсов управления и распределитель импульсов, причем выходы последнего соединены с первыми входами первого шестиканального логического узла, к второму входу которого подключей выход широтно-импульсного модулятора , отличающееся тем, что, с целью улучшения энергети ческих показателей, оно снабжено датчиками тока, включаемыми последовательно в цепи каждого ключевого элемента инвертора, блоком памяти и вторым шестиканальным логическим узлом, каждый канал которого вьшол- нен в виде двух D-триггеров, двух- входового и трехвходового логических элементов 2И и соответственно ЗИ, двухвходового логического элемента 2ИЛИ, выходом связанного с первым ключевым элементом соответствующей стойки, и логического элемента НЕ, причем первый вход логического элемента 2И, счетный вход первого D- триггера и вход логического элемента НЕ объединены и подключены к одному из двух выходов соответствующего канала первого шестиканального логического узла, второй выход которого подключен к первому входу логи10

543658

ческого элемента ЗИ, второй и третий входы этого лопгческого элемента подсоединены к точке объединения выхода логического элемента НЕ и счетного входа второго D-триггера, которые принадлежат соседнему каналу логического узла, управляющему вторым ключевым элементом данной стойки, и соответственно к выходу этого D-триггера, второй вхрд логического элемента 2И подключен -к выходу первого D-триггера, выходы этого логического элемента и логического элемента ЗИ подсоединены к входам логического элементд 2ИЛИ, D-BXO- ды второго и первого D-триггеров соответственно данного и соседнего каналов связаны с вькодом датчика тока первого ключевого элемента данной стойки, а выходы всех шести дат- чиков тока связаны с соответствующими входами первого шестиканального узла через упомянутый блок памя 25 ти.

15

20

jroi

rrtZr

фиг. 2

Ж13

ППП Mf

at

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является улучшение энергетических показателей. Устр-во содержит формирователь тактовых импульсов 13 и распределитель импульсов 14. К входу первого шестиканального логического узла 21 подключен вьЕход широтно-импульсного модулятора 24. Выходы логического узла 21 через второй шестиканальный логический узел 37 соединены с цепями управления ключевых элементов 1-6 инвертора. В устр-ве осуществляется слежение за изменением параметров нагрузки, в зависимости от которых осуществляется минимально необходимое количество коммутаций ключей. 4 ил. GO СП « ОО О5 сл

Редактор В, Петраш

Составитель Г. Мыцык Техред И.Попович

Заказ 5710/52 Тираж 659Подписное

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

Корректор Г. Решетник