Преобразователь частоты с широтно-импульсной модуляцией Советский патент 1988 года по МПК H02M5/45 

со оо

Oi 05

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в системах регулируемого электропривода переменного тока.

Цель изобретения - повышение коэффициента мощности.

На фиг. 1 изображена схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - схема блока управления инвертором; на фиг. 3, 4 - диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь частоты содержит звено постоянного тока 1, состоящее из трансфор- маторно-ключевого регулятора 2 и выпрямителя 3, которое через фильтр 4 питает ав1381667

2

лирования, Б пределах каждой из которых напряжение на выходе инвертора остается постоянным, а глубина модуляции изменяется в некоторых пределах (например, 0,6 ; i -1). При достижении в процессе регулирования минимального или максимального значения глубины модуляции происходит переход на другую ступень регулирования. При этом напряжение на входе инвертора скачкообразно изменяется, одно- 10 временно для поддержания постоянным величины напряжения на выходе преобразователя частоты соответствующим образом изменяется и глубина модуляции кривой выходного напряжения инвертора с ШИМ. Кажтономный инвертор напряжения 5, блок уп- . дои ступени регулирования соответствует оправления инвертором 6, выходы которого 7-ределенный код на выходе преобразователя 10 связаны с управляющими входами ин- отнои1ения частот в код 16, на входы кото- вертора 5, а входы 11, 12 - с выходамирого поступают импульсы 27, 28 задающих первого генератора 13 и управляемого де-генераторов 13 и 15. Этим кодом устанав- лителя частоты 14, вход которого подклю- ливается соответствующий коэффициент уп- чен к выходу второго задающего генерато- 20 равляемого делителя частоты 14, одновремен- ра 15, преобразователь отношения час-но замыкается один коммутирующий элемент трансформаторно-ключевого регулятора 2. Напряжение с выхода трансформаторно-ключевого регулятора 2 выпрямляется выпрямителем 3 и сглаживается фильтром 4. В результате на входе инвертора 5 устатот в код 16, входы которого подключены к выходам задающих генераторов 13 и 15, а выходы - к управляющим входам управляемого делителя частоты 14 и трансформаторно-ключевого регулятора 2.

Блок-управления инвертором 6 (см. фиг. 2) содержит распределитель импульсов 17, вход которого является первым входом 11 блока управления инвертором 6

25

и подключен к выходу установки «О пере- зо следующим образом.

наиливается постоянное напряжение, величина которого соответствует данной ступени регулирования.

Блок управления инвертором 6 работает

Импульс 27 с выхода задающего ген.ера- тора 13 поступает на вход распределителя импульсов 17 и устанавливает его в одно из возможных состояний, число которых равно числу импульсов ЗГ13, формисчетного блока 18, логический элемент И 19, первый вход которого является вторым входом 12 блока управления инвертором 6, а выход подключен к входу пересчетного блока 18, группу элементов совпадения 20, первые входы которых подключены к выхо- 35 руемых за полупериод выходного напря- дам распределителя импульсов 17, вторые жения инвертора. Одновременно этим им- входы - к выходам пересчетного блока 18, пульсом производится сброс в «О пере- а выходы к входам логического элемен- счетного блока 18, все элементы И 20 уста- та ИЛИ--НЕ 21, триггер 22, блок управ-навливаются в исходное состояние и на выления 23, СОС10ЯЩИЙ из элемента НЕ 24, ло ходе логического элемента ИЛИ -НЕ 21 гического блока 2И-ИЛИ 25 и элемента 40 формируется передний фронт импульса 29. НЕ 26, фичем выход элемента ИЛИ- При этом разрешается прохождение импуль- НЕ 21 подключен к второму входу элемента И 19 и первому входу первого элемента И логического блока 2И-ИЛИ 25

сов 28 с выхода управляемого делителя частоты 14 на вход пересчетного блока 18 через элемент И 19. В момент времени.

сов 28 с выхода управляемого делителя частоты 14 на вход пересчетного блока 18 через элемент И 19. В момент времени.

и к выходу элемента НЕ 24, выход кото- когда на пересчетном блоке 18 сформирурого подключен к первому входу второго элемента И логического блока 2И-ИЛИ 25, вторые входы первого и второго элементов И логического блока 2И - ИЛИ 25 подключены, соответственно, к прямому и

ется число, соответствующее длительности данного импульса 29, срабатывает одна из схем совпадения 20 и элемент 21. В результате на выходе элемента ИЛИ-НЕ 21 формируется задний фронт

инверсному выходам триггера 22, выход Qимпульса 29, а пересчетный блок 18 «оста- логического блока 25 подключен к элемен-навливается и находится в таком состоянии ту НЕ 26, выход которого, а также вы-до прихода следующего импульса 27 с выход логического блока 2И --ИЛИ 25 и выхо-хода задающего генератора 13. Затем цикл ды триггера 22 являются выходами 7-10формирования импульсов 29 на выходе эле- блока управления инвертором 6.мента ИЛИ-НЕ 21 повторяется. Таким об- На фиг. 3 обозначены импульсы 27-35. 55разом, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 21 фор- Весь диапазон регулирования частоты имируется последовательность импульсов 29, величины выходного напряжения преобразо-длительность которых изменяется в соот- вателя разбивается на ряд ступеней регу-ветствии с принятым законом модуляции.

381667

2

лирования, Б пределах каждой из которых напряжение на выходе инвертора остается постоянным, а глубина модуляции изменяется в некоторых пределах (например, 0,6 ; i -1). При достижении в процессе регулирования минимального или максимального значения глубины модуляции происходит переход на другую ступень регулирования. При этом напряжение на входе инвертора скачкообразно изменяется, одно- 10 временно для поддержания постоянным величины напряжения на выходе преобразователя частоты соответствующим образом изменяется и глубина модуляции кривой выходного напряжения инвертора с ШИМ. Каж. дои ступени регулирования соответствует определенный код на выходе преобразователя отнои1ения частот в код 16, на входы кото- рого поступают импульсы 27, 28 задающих генераторов 13 и 15. Этим кодом устанав- ливается соответствующий коэффициент уп- 20 равляемого делителя частоты 14, одновремен- но замыкается один коммутирующий элемент трансформаторно-ключевого регулятора 2. Напряжение с выхода трансформаторно-ключевого регулятора 2 выпрямляется выпрямителем 3 и сглаживается фильтром 4. В результате на входе инвертора 5 уста следующим образом.

наиливается постоянное напряжение, величина которого соответствует данной ступени регулирования.

Блок управления инвертором 6 работает

следующим образом.

Импульс 27 с выхода задающего ген.ера- тора 13 поступает на вход распределителя импульсов 17 и устанавливает его в одно из возможных состояний, число которых равно числу импульсов ЗГ13, формируемых за полупериод выходного напря- жения инвертора. Одновременно этим им- пульсом производится сброс в «О пере- счетного блока 18, все элементы И 20 уста- навливаются в исходное состояние и на выходе логического элемента ИЛИ -НЕ 21 формируется передний фронт импульса 29. При этом разрешается прохождение импуль-

сов 28 с выхода управляемого делителя частоты 14 на вход пересчетного блока 18 через элемент И 19. В момент времени.

когда на пересчетном блоке 18 сформируется число, соответствующее длительности данного импульса 29, срабатывает одна из схем совпадения 20 и элемент 21. В результате на выходе элемента ИЛИ-НЕ 21 формируется задний фронт

импульса 29, а пересчетный блок 18 «оста- навливается и находится в таком состоянии до прихода следующего импульса 27 с выхода задающего генератора 13. Затем цикл формирования импульсов 29 на выходе эле- мента ИЛИ-НЕ 21 повторяется. Таким об- разом, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 21 фор- мируется последовательность импульсов 29, длительность которых изменяется в соот- ветствии с принятым законом модуляции.

10

20

Триггер 22 срабатывает при остановке распределителя импульсов 17 в «О. При этом иа его выходах формируется последовательность импульсов 31 и 32, находящихся в противофазе и длительностью, равной полупериоду выходного напряжения преобразователя. Последовательности импульсов 29, 31 и 32 поступают в блок управг ления 23, на выходах 7, 8 и 9, 10 которого формируются последовательности импульсов 31, 32 и 33, 34, предназначенные для управления противоположными плечами мостового инвертора. В нагрузке инвертора 5 формируется кривая выходного напряжения 35.

На первой ступени регулирования кодом 15 с выхода преобразователя отношения частот в код 16, поступающим на управляющие входы трансформаторно-ключевого регулятора 2, обеспечивается максимальная величина напряжения на входе инвертора 5, этим же кодом устанавливается коэффициент деления управляемого делителя частоты, равный единице. При определенном соотношении между частотами импульсов 27 и 28 коэффициент модуляции выходного напряжения преобразователя частоты близок к единице. При этом на нагрузку инвертора формируется кривая выходного напряжения 36, соответствующая верхнему пределу регулирования преобразователя. При снижении частоты следования импульсов 27 и соответствующем уменьшении выходной частоты преобразователя уменьщается также глубина модуляции и, следовательно, величина выходного напряжения преобразователя. При определенном соотношении между частотами импульсов 27 и 28 в нагрузке формируется кривая выходного напряжения 37, имеющая минимально допустимую глубину модуляции. При этом изменяется код на выходе преобразователя частот в код 16 и устанавливается такой коэффициент деления управляемого делителя частоты 14, при котором соотношение между частотами импульсов 27 и 28 обеспечивает коэффициент глубины модуляции, близкий к единице. Одновременно происходит переключение коммутирующих элементов трансформа25

30

35

40

грузке инвертора формируется кривая выходного напряжения 38. Таким образом, осуществляется переход на вторую ступень регулирования. Дальнейшее регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя частоты происходит анало гично.

Предложенный преобразователь частоты позволяет по сравнению с известным устройством расширить диапазон регулирования частоты и величины напряжения без ухудшения энергетических и массогабарит- ных показателей.

Формула изобретения

Преобразователь частоты с широтно- импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащий звено постоянного тока, вход которого предназначен для подключения к питающей сети, а выход через фильтр подключен к входам питания автономного инвертора напряжения, управляющие входы которого подключены к выходам блока управления инвертором, вход задания частоты которого подключен к выходу задающего генератора низкой частоты, задающий генератор высокой частоты, отличающийся тем, что, с целью повыщения коэффициента мощности, звено постоянного тока выполнено в виде трансформаторно-ключевого регулятора, содержащего m управляемых ключей с двусторонней проводимостью, первые входы которых подключены к соответствующим отпайкам вторичной обмотки трансформатора, а выводы объединены и подключены к первому входу двухполупериодного выпрямителя, второй вход которого подключен к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, управляющие входы ключей подключены соответственно к m выходам преобразователя отношения частот в код, первый вход которого подключен к выходу генератора низкой частоты, а второй вход объединен со счетным входом управляемого делителя частоты и подключен к выходу генератора высокой частоты, m управляющих входов управляемого делителя частоты соединены с m выходами преобразователя отношения

торно-ключевого регулятора 2, в результате частот в код, а выход соединен с входом чего напряжение на входе инвертора 5 задания величины выходного напряжения скачкообразно уменьшается. При этом на на-блока управления инвертором.

0

0

5

5

0

5

0

грузке инвертора формируется кривая выходного напряжения 38. Таким образом, осуществляется переход на вторую ступень регулирования. Дальнейшее регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя частоты происходит анало гично.

Предложенный преобразователь частоты позволяет по сравнению с известным устройством расширить диапазон регулирования частоты и величины напряжения без ухудшения энергетических и массогабарит- ных показателей.

Формула изобретения

Преобразователь частоты с широтно- импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащий звено постоянного тока, вход которого предназначен для подключения к питающей сети, а выход через фильтр подключен к входам питания автономного инвертора напряжения, управляющие входы которого подключены к выходам блока управления инвертором, вход задания частоты которого подключен к выходу задающего генератора низкой частоты, задающий генератор высокой частоты, отличающийся тем, что, с целью повыщения коэффициента мощности, звено постоянного тока выполнено в виде трансформаторно-ключевого регулятора, содержащего m управляемых ключей с двусторонней проводимостью, первые входы которых подключены к соответствующим отпайкам вторичной обмотки трансформатора, а выводы объединены и подключены к первому входу двухполупериодного выпрямителя, второй вход которого подключен к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, управляющие входы ключей подключены соответственно к m выходам преобразователя отношения частот в код, первый вход которого подключен к выходу генератора низкой частоты, а второй вход объединен со счетным входом управляемого делителя частоты и подключен к выходу генератора высокой частоты, m управляющих входов управляемого делителя частоты соединены с m выходами преобразователя отношения

частот в код, а выход соединен с входом задания величины выходного напряжения блока управления инвертором.

/

36

изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулируемого электропривода. Цель изобретения -- повышение коэффициента мощности. Преобразователь частоты содержит звено постоянного тока 1, питающее автономный инвертор 4 напряжения. Входы блока управления инвертором 6 соединены с выходом генератора 13 и генератора 15 через делитель частоты 14, входы которого подключены к выходам преобразователя 16 отношения частот в код. Блок управления инвертором 6 осуществляет ступенчатое регулирование частоты и выходного напряжения преобразователя частоты. 4 ил. S (Л

37

у

38

I

и И

U U

Фиг. 4