Устройство для управления автономным регулируемым инвертором напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M7/48 

со

О5 СХ)

СО со

1 1

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при управлении регулируемыми инверторами напряжения, входящими, в .частности, в состав сис тем частотно-регулируемого электропривода.

Цель изобретения - обеспечение двухзонного связанного регулирования частоты и величины выходного напряже ния инвертора.

На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы; на фиг.З - график зависи мости от ,,, .

На нижнем частотном диапазоне полуволна выходного напряжения инверто ра формируется из пяти импульсов по закону, близкому к алгоритму ШИМ.

Устройство включает усилители 1-3 с нормированными и разными коэффициентами усиления. Выход усилителя 1 подсоединен к минусовому входу сумма тора 4, а выходы усилителей 2 и 3 - к входам сумматоров 5.и 6. Генератор 7 тактовых импульсов, задающий частоту выходного сигнала инвертора, связан с регистром 8 и с генератором 9 пилообразного напряжения, к выходу которого подсоединен датчик 10 амплитуды пилообразного напряжения. Сигнал датчика 10 поступает на входы усилителей 1-3, а также на плюсовой вход сумматора 11, минусовой вход которого связан с вспомогательным источником 12 постоянного напряжения. Выход регистра 8 соединен с перр лм входом логического распределителя 13 управляющих импульсов.

Основные источники 14 и 15 постоянного напряжения присоединены t к входам блоков 16 и 17 сравнения, выходы сумматоров 4-6 связаны соответственно с входами блоков 18-20 сравнения. На другие входы блокрв 16-20 сравнения поступает сигнал с выхода сумматора 12. Выходы сумматора 4, усилителя 2, источиика 14 постоянного напряжения, усилителя 3, источника 15, а также сумматора 12 соответственно через ключи 21-26 подсоединены к входам компараторов 27- 32, содержащих выходные формирователи коротких однополярных импульсов. На другие входы компараторов 27-32 поступает сигнал генератора 9 пилообразного напряжения, выходы компарато

689492

ров 27-32 через элемент ИЛИ 33 связан с вторым входом распределителя 13. Источник 14 подсоединен также к г плюсовому входу сумматора 4.

Входы элемента И 34 соединены с инверсным выходом блока 16 сравнения и с выходом блока 19, на входы элемента И 35 поступают сигналы с инвер10 сного выхода блока 17 и с выхода блока 20 сравнения. Вькоды узлов 34 и 35, как и инверсный выход блока 18 сравнения, присоединены к входам элемента ИЛИ 36, выход которого свяU зан с управляющей цепью ключа 26. Управляющая цепь ключа 21 связана с. прямым выходом блока 18 сравнения, управляющие цепи ключей 22 и 24 присоединены к выходам блоков 19 и 20

20 сравнения, а управляющие цепи ключей 23 и 25 связаны с прямыми выходами блоков 16 и 17 сравнения.

В основе работы устройства лежит вертикальный принцип управления. 25 Генератор 7 тактовых импульсов синхронизирует работу генератора 9 пилообразного напряжения, выходной симметричный сигнал U. которого имеет постоянную крутизну (фиг.2). Изме30 нение частоты следования импульсов генератора 7 сопровождается пропорциональным изменением амплитуды сигнала ., которая постоянно выделяется датчиком 10 амплитуды пилы ( ходной сигнал датчика 10 обозначен как и ,0 ) .

Напряжение датчика 10 поступает на входы усилителей 1-3 с нормированными и разными коэффициентами пере40 дачи, абсолютная величина которых меньше единицы. Выходные напряжения усилителей 1-3, сумматора 4 и источников 14 и 15 обозначены соответственно как и,-и,, и4,и,и и (фиг.2).

45 Величины указанных сигналов на поддиапазоне пониженных выходных частот находятся в соотношении U.j 7 U, U,4 U (Uin U, ). Точные значения амплитуд сигналов источников 14 и 15 и

50 коэффициентов передачи усилителей 1-3 выбираются из условия обеспечения близкого к оптимальному гармонического состава выходного напряжения в . процессе пропорционального изменения

gc величины выходного сигнала инвертора в зависимости от частоты.

Функцией компарирующих узлов 27-32 устройства является выработка коротких однополярных импульсов в моменты

равенства сигналов, поступающих на их входы. Короткие импульсы с выхода компарирующих блоков 27-32 через элемент ИЛИ 33 поступают на вход логического распределителя 13 и определяют собой моменты формирования фронтов соответствующих импульсов кривой выходного напряжения инвертора U,., .

Временные диаграммы (фиг.2а) соот- ю вождается близким к пропорционально68949

и,о

датчика 10 происходит уменьшение

3

амплитуд сигналов U и U, усилителей

2 и 3 и увеличение разностного сигна- g ла (и,4 и,), сопровождаемое увеличением длительностей импульсор, составляющих кривую выходного налряжс ния, благодаря чему процесс увеличения выходной частоты инвертора сопро

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах частотно-регулируемого электропривода. Целью изобретения является обеспечение двухзоиного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора. В данном устройстве обеспечивается связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора и осуществляется пропорциональное изменение величины выходного напряжения в зависимости от входной частоты. После достижения величиной выходного напряжения максимального значения осуществляется дальнейшее увеличение выходной частоты инвертора. 3 ил. сл

ветствуют нижней выходной частоте инвертора, когда полуволна выходного напряжения формируется из максимального количества импульсов (в данном случае из пяти). Временные координаты выходных импульсов при этом с достаточной степенью точности соответствуют алгоритму ШИМ, благодаря чему выходной сигнал инвертора характеризуется улучшенным гармоническим составом. На нижнем этапе регулирования частоты амплитуда сигнала U(| с выхода сумматора 11 превышает напряжение U,j источника 15. На прямьк выхому росту величины выходного напряжения.

В процессе дальнейшего повышения выходной частоты инвертора в опреде15 ленный момент времени величина напряжения и„ на выходе сумматора 11 сравнивается с напряжением сумматора 6, равным сумме сигналов и U, источника 12 и усилителя 3. Начиная

20 с этого момента, блок 20 сравнения изменяет свое состояние на противоположное, выходная команда блока 20 размыкает ключ 24, прекрашается прохождение сигнала через ячейку И 35

дах блоков 16-18 сравнения вырабаты- 25 и соответственно через элемент ИЛИ 36,

ваются сигналы, замыкающие ключи 23, 25 и 21. Одновременно, благодаря тому, что напряжение на выходах сумматоров 5 и 6 меньше амплитуды сигнала сумматора 11, на выходах блоков 19 и 20 сравнения формируется напряжение, замыкающее ключи 22 и.24. Ключи схемы 21-25 оказываются, таким образом, в замкнутом состоянии. Ключ 26 разомкнут.

При увеличении частоты генератора 7 тактовых импульсов пропорционально уменьшаются период и амплитуда развертывающего напряжения U,, генератора 9, продолжительность началь- 40 одновременном увеличении продолжи- ной паузы нулевого уровня в выходной тельностей остальных (центральных) кривой инвертора и соответственно разностный сигнал U,, на выходе сумимпульсов и т.д.

Действующее значение величины вы

матора 11, который в определенный мо- ходного напряжения инвертора из- мент сначала сравнивается, а потом делается меньше амплитуды напряжения U,j источника 15. В этот момент на прямом выходе схемы 17 сравнения начинает формироваться команда на размыкание ключа 24 и одновременно с инверсного выхода блока 17 через элемент И 35 и схему ИЛИ 36 проходит сигнал на замыкание ключа 26. Первые фронты крайних на полупериоде импуль45 меняется при этом прямо пропорционально изменению частоты Р,, (зона I фиг.З), что особенно важно для систем частотно-регулируемого электропривода на базе инверторов напряжения.

Временные диаграмт яы (фиг.2б) поясняют процесс формирования выходного напряжения инвертора на верхнем частотном диапазоне (зона II, фиг.З), когда на полупериоде выходного сигна50

сов выходной кривой на этом этапе ре- 55 формируется один импульс. На этом гулирования формируются в моменты этапе напряжения усилителей 2 и 3,

источников 14 и 15, а также разностный сигнал (и,, ) превышают амплиравенства сигналов Ug и U,, .

Одновременно в ходе роста частоты пропорционально уменьшению сигнала

туду сигнала U,, сумматора 1 1 , клюму росту величины выходного напряжения.

В процессе дальнейшего повышения выходной частоты инвертора в определенный момент времени величина напряжения и„ на выходе сумматора 11 сравнивается с напряжением сумматора 6, равным сумме сигналов и U, источника 12 и усилителя 3. Начиная

с этого момента, блок 20 сравнения изменяет свое состояние на противоположное, выходная команда блока 20 размыкает ключ 24, прекрашается прохождение сигнала через ячейку И 35

ключ 26 при этом размыкается. Кривая выходного напряжения инвертора формируется на этом поддиапазоне регулирования из трех импульсов на полупериоде увеличенных.продолжительноетей.

При дальнейшем повьш1ении частоты выходного напряжения процессы в схеме протекают аналогично, благодаря чему снова последовательно плавно

уменьшаются продолжительности крайних на полупериоде пауз нулевого уровня выходной кривой, затем опять начинает плавно снижаться длительность крайних выходных импульсов при

одновременном увеличении продолжи- тельностей остальных (центральных)

импульсов и т.д.

Действующее значение величины выходного напряжения инвертора из-

меняется при этом прямо пропорционально изменению частоты Р,, (зона I фиг.З), что особенно важно для систем частотно-регулируемого электропривода на базе инверторов напряжения.

Временные диаграмт яы (фиг.2б) поясняют процесс формирования выходного напряжения инвертора на верхнем частотном диапазоне (зона II, фиг.З), когда на полупериоде выходного сигна

туду сигнала U,, сумматора 1 1 , клю

513

ЧИ 21-25 разомкнуты. Сигнал с инверсного выхода блока 18 сравнения через элемент ИЛИ 36 поступает на управляющую цепь ключа 26 и вызывает замыкание, в компараторе 32 осуществляется сравнение напряжений U, и U,, . Общая продолжительность паузы нулевого уровня на границах полупериода ограничивается на уровне значения 2J. Величина выходного напряжения инвертора при этом близка к максимальному значению U. Абсолютное значение параметра S, задаваемое амплитудой сигнала вспомогательного источника 12 и определяющее минимальную продолжительность импульсов и пауз между импульсами выходной кривой, должно превосходить время, требуемое коммутационным узлам вентилей силовой схемы для восстановления своих запирающих свойств. Требуемое значение 5 для мощных тиристорньк схем составляет величину порядка одной-двух сотен микросекунд.

Необходимый порядок формирования импульсов и пауз в кривой выходного напряжения мостового инвертора обеспечивает логический распределитель 13 управляющих импульсов, который содержит триггерное звено на входе, попе- ременно переключаемое из одного состояния в другое короткими однополяр

ными импульсами, поступающими из ком- gg лителей, связанных друг с другом по параторов 27-32 через элемент ИЛИ 33. входу, п сумматоров, вспомогательный

и

Входной триггер распределителя 13 связан с первым входом комбинированного логического устройства распределителя, на второй вход которого поступают сигналы от регистра 8, простейшего триггерного звена, принимающего за период два состояния и определяющего моменты смены полярности кривой формируемого выходного напряжения инвертора. Если при формировании положительной полуволны выходного напряжения мостового инвертора включены вентили А и С при формировании нулевой паузы А и В, соответственно на отрицательной полуволне при формировании выходных импульсов включены В и D, на нулевой паузе С и D. Обозначая сигнал на выходе входного триггера распределителя через х, а на выходе регистра 8 через у, получаем логические уравнения, характеризующие комбинационное устройство распределителя 13

40

(п-1) основных источников постоянного напряжения, 2(п-1) блоков сравнения, (п-1) элементов И, два элемен та ИЛИ, генератор тактовых импульсов соединенный с регистром, связанным с первым входом распределителя управляющих импульсов, и с генератором пи лообразного напряжения, связанным с

45 датчиком амплитуды пилообразного напряжения и с первыми входами 2п компараторов с выходными формирователями коротких импульсов, выходы которых через первьй элемент ИЛИ присоеgQ динены к второму входу распределителя, выход датчика амплитуды пилообразного напряжения связан с плюсовым входом первого сумматора, вспомогательный источник постоянного Hanpq- жения подсоединен к минусовому входу первого сумматора, выход которого связан с первыми входами всех блоков сравнения, а также через первый ключ с вторым входом первого компаратора.

55

xy xy xy xy

xy xy;

xy; xy

y;

Ф о

Таким образом, добавление в схему трех элементарных ячеек позволяет обеспечить связанное регулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора и осуществить пропорциональное изменение величины выходного напряжения в зависимости от выходной частоты (работа в зоне I).

После до :тижения величиной выходного напряжения максимального значения предложенное устройство обеспечивает дальнейщее увеличение выходной частоты инвертора (работа инвертора в зоне II). Подобное качественное улучшение процесса регулирования и расширение диапазона регулирования делают особенно перспективным использование предложенного устройства для управления автономными инверторами напряжения, входящими в состав систем широкодиапазонного частотно-регулируемого электропривода.

рмула изобретения

Ф о

Устройство для управления автономным регулируемым инвертором напряжения, содержащее п нормированных усии

0

(п-1) основных источников постоянного напряжения, 2(п-1) блоков сравнения, (п-1) элементов И, два элемента ИЛИ, генератор тактовых импульсов, соединенный с регистром, связанным с первым входом распределителя управляющих импульсов, и с генератором пилообразного напряжения, связанным с

5 датчиком амплитуды пилообразного напряжения и с первыми входами 2п компараторов с выходными формирователями коротких импульсов, выходы которых через первьй элемент ИЛИ присоеQ динены к второму входу распределителя, выход датчика амплитуды пилообразного напряжения связан с плюсовым входом первого сумматора, вспомогательный источник постоянного Hanpq- жения подсоединен к минусовому входу первого сумматора, выход которого связан с первыми входами всех блоков сравнения, а также через первый ключ с вторым входом первого компаратора.

5

и к входам остальных сумматоров, выходы которых присоединены к вторым входам блоков сравнения первой группы, выходы всех усилителей, кроме первого, соединены через первую группу ключей с вторыми входами соответствующих компараторов, основные источники постоянного напряжения связаны с вторыми входами соответствующих компараторов через вторую группу ключей, выходы первой группы блоков сравнения и инверсные выходы второй группы блоков сравнения связаны с входами соответствующих элементов И попарно, выходы которых присоединены к входам второго элемента ИЛИ, выход которого связан с управляющей цепью первого ключа, отличающее- с я тем, что, с целью обеспечения двухзонного связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора, оно снабжено дополнительными блоком сравнения, сумматором и ключом, причем выход первого усилителя связан с минусовым входом дополнительного сумматора, выходы остальных усилителей присоединены к

входам соответствующих сумматоров, основные источники постоянного напряжения связаны с вторыми входами соответствующих блоков сравнения второй группы, первый основной источник постоянного напряжения подсоединен также к плюсовому входу дополнительного сумматора, выход которого связан с

Q первым входом дополнительного блока сравнения и через дополнительный ключ - с вторым входом последнего компаратора, второй вход дополнительного блока сравнения соединен с выхо5 дом первого сумматора, прямой выход дополнительного блока сравнения присоединен к управляющей цепи дополнительного ключа, инверсный выход дополнительного блока сравнения под0 ключен к входу второго элемента ИЛИ, выходы первой группы основных блоков сравнения связаны с управляющими цепями первой группы ключей, прямые выходы втррой группы блоков сравнения

5 соединены с управлякмцими цепями второй группы ключей, а выход датчика амплитуды пилообразного напряжения связан с входами всех усилителей.

Фиг.1

0- L-J I-I

Фиг.2

Зона I Зона S

t