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

Изобретение относится к -электротехнике и может быть использовано для управления автономными инвертора ми напряжения, входящими, в частности, в состав систем частотно-регулируемого электропривода.

Цель изобретения - расширение области использования за счет применения для управления трехфазными мосто выми инверторами напряжения.

На фиг.1 представлена функциональ ная схема предлагаемого устройства, (п 2)| на фиг,2 - временные диаграммы.

Устройство, вьшолненное по верти- кальном принципу, содержит источник 1 управляющего напряжения, соединенный с сумматорами 2-5 (с плюсовыми входами сумматоров 2 и 4 и минусовыми вх1одами сумматоров 3 к 5), Другие входы сумматоров 2 и 3 соединены с источником 6 постоянного напряжения, а сумматоров 4 и 5 - с источником 7, Генератор 8 тактовых импульсов соеди- нен С трехфазным регистром 9 и с ге- нератором 10 пилообразного напряжения. Выходы регистра 9 связаны с логическим распределителем I 1 управляю щих импульсов. Сигнал генератора 10 пилообразного напряжения поступает на датчик 12 амплитуды пилообразного напряжения, связанным с основным сумматором 13, и на первые входы компараторов 14-19. К второму минусовому входу сумматора 13 присо,е,динен вспо- могательньй источник 20 постоянного напряжения. Выходной сигнал сумматора 13 поступает на входы блоков 21- 24 сравнения, а также.через ключ 25 на второй вход компаратора 19. Выхо- pjii сумматоров 2-5 связаны соответственно через ключи 26-29 с вторыми входами компараторов 18-15, Источник 1 управляющего налря;кения соединен с вторым входом компаратора 14 непосредственно.

Источник 20 присоединен к входам сумматоров 30 и 31, на дрзтие входы которьк приходят сигаагЕЫ соответственно от су 1маторов 3 и 5. Вторые входы блоков 21 и 22 сравнения присоединены соответственно к выходам сумматбров 2 и 4в Прямые выходы блоков 21 и 22 связаны с управляющими цепями ключей 26 и 28, инверсные выходы блоков 21 и 22 сравнения подключены к элементам И 32 и 33, вторые входы которых соединены соотзет-

;10

15

20

25

30

35

40

50

55

ственно с выходами блоков 23 и 24 сравнения, а выходы элементов И 32 и 33 подключены к элементу ИЛИ 34, выход которого связан с управляющей цепью ключа 25. Управляющие цепи ключей 27 и 29 соединены с выходами блоков 23 и 24 сравнения. Выходы компараторов 14-19 подключены через элемент ИЛИ 35 к входу счетного триггера 36, выход которого присоединен к входу распределителя 11 управляющих импульсов 11.

Временные диаграммы, приведенные на фиг.2 и поясняющие принцип работы устройства, соответствуют одному периоду формирования кривой выходного напряжения инвертора. Сигналы на ходах узлов и блоков системы обозначены на фиг.2 индексами, соответствующими их цифровым обозначениям на фиг.1.

Генератор 8 тактовых импульсов периодически запускает генератор 10 развертывающего пилообразного напряжения, выходной сигнал и, которого имеет постоянную крутизну и переменную, в зависимости от частоты сигналов генератора 8, амплитуду, которая постоянно фиксируется датчиком 12 амплитуды пилообразного напряжения. На. периоде кривой выходного напряжения блоком 18 генерируется 12 тактовых импульсов.

В компараторах 14-19 устройства производится последовательное сравнение напряжения развертки U., с сигналами, поступающими на вторые входы компараторов. В моменты равенства указанных сигналов, соответствующих моментам формирования фронтов выходных импульсов компараторами 14-19, включающими в свой состав выходные формирователи, вырабатываются короткие однополярные импульсы, поступающие через элемент ИЛИ 35 на вход счетного триггера 36 и периодически изменяющие его выходное состояние (сигнал , фиг.2).

Временные диаграммы (фиг.2) соответствуют диапазону пониженных выходных частот инвертора. Выходной сигнал U,j на выходе сумматора 13 при этом превышает значения напряжений U,.U, U4, Ug- на вторых входах схем 21, 30, 22 и 31. Выходные сигналы блоков 21, 22 и 30, 31 замыкают ключи 26-29, кривые линейного выходного напряжения инвертора , Ugc н

314

формируются при этом из максимального количества импульсов (из 11 импульсов на полупериоде для рассматриваемого варианта),

При увеличении частоты следования импульсов генератора 8 пропорционально уменьшается амплитуда сигнала U, выделяемая датчиком 12,- разность сигналов U и на выходе сумматора 13 при этом в определенный момент времени сравняется с амплитудой сигнала Uj на выходе сумматора 3. В это момент командньп сигнал с прямого выхода блока 21 размыкает ключ 26, одновременно инверсный сигнал с выхода блока 21, поступая ; на вход схемы И 32 совместно с выходным сигналом блока 23 сравнения, вызывает замыкание ключа 25,.На вход компаратора 19 при этом поступает выходное напряжение сумматора 13, отличающееся от амплитуды пилообразного напряжения на величину сигнала.вспомогательного источника 20, которая задается, исходя из величины минимально допустимого временного интервала, необходимого для восстановления коммутационными узлами силовой схемы преобразователя СВО1ГХ запирающих свойств.

На центральных участках тактовых интервалов 60-градусньгх продолжительно стей выходной кривой в процессе дальнейшего увеличения частоты форми- .jg управления ключами трехфазного мосто- руются паузы нулевого уровня мини-вого инвертора с фазами А, В, С с домально допустимых продолжительностей, полнительными коммутациями на средравления формирует трехфазную систему импульсов, соответствующую требуемому порядку переключения силовой схемы инвертора. Распределитель 11, осуществляющий режим 180-градусного

Величина напряжений основных источников системы управления определяется в общем случае из соотношения 2,

и.

2„ + 1

Ц

10 „

где и,о максимальная амплитуда сигнала генератора 10, Дпя рассматриваемого случая (п 2) и, 0. и,„, Ug 0,8 и,,,

Трегфазный регистр 9, выполняющий функции пересчетной схемы, осуществляет деление частоты импульсов, по- ступаюш 1х от тактового генератора. 8, и распределение сигналов во времени (фазовый сдвиг сигналов). Выраженные в цифровой форме выходные сигналы UQ блока 9 за период выходного напряжения приведены на верхней временной диаграмме (фиг.2), Здесь же построены сигналы на выходах каждого разряда регистра, начиная с младшего.

как U

91

и,,г И и,

ч иг

Пря

мые и инверсные выходы всех разрядов регистра 9 связаны с распределителем 11 .

Логический распределитель 11 управляющих импульсов устройства уп

управления ключами трехфазного мосто- вого инвертора с фазами А, В, С с доравления формирует трехфазную систему импульсов, соответствующую требуемому порядку переключения силовой схемы инвертора. Распределитель 11, осуществляющий режим 180-градусного

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных мостовых инверторах напряжения. Целью изобретени является расширение области применения за счет использования для управления трехфазными мостовыми структурами инверторов. & 1ходное пилообразное напряжение генератора 10, характеризующееся постоянной крутизной и являющееся напряжением развертки системы, частота которого в щесть раз превьшает выходную частоту инвертора, последовательно Сопоставляется в I компараторах 14-18 с сигналами источника управляющего напряжения 1 сумматоров 5, 4, 3 и 2. Логическая часть системы, содержащая датчик амплитуды пилообразного напряжения 12,вспомогательный источник постоянного напряжения 20, сумматоры 13, 30, 31, блоки сравнения 21-24, схемы И 32 и 33, ключи 25-29, элемент ИЛИ 34 и компаратор 19, обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора за счет обеспечения- постоянства минимальных значений межкоммутационных интервалов в процессе регулирования. Дополнительные сумматоры 2-5 устройства связаны с источником управляющего напряжения 1 и с опорными источниками постоянного напряжения 6 и 7, величина сигналов которых определяет координаты середин импульсов кривой выходного напряжения трехфазного инвертора, и позволяют формировать систему управляющих сигналов, соответствующих алгоритму 180-градус- ногс управления ключами трехфазной мостовой схемы. Форма кривой выходного напряжения инвертора при этом на всем диапазоне регулирования не зависит от параметров нагрузки.2- ил. «е (Л Фи.1

вплоть до того момента, когда величина сигнала U, не сравняется со значением напряжения U сумматора 30, поступающего на вход блока 23 сравнения, В этот момент по команде блока 23 размыкаются ключи 25 и 27 и на четверти периода кривой выходного напряжения начинает формироваться на два импульса меньше. Далее при росте частоты процессы идут аналогично, вплоть до момента, когда на верхнем частотном диапазоне, после размыкания всех ключей, на полупериоде кривой выходного линейного напряжения инвертора 31ачинает формироваться по одному импульсу, длительность которого .определяется величиной напряжения и,, непосредственно поступающего на вход компаратора 14. При уменьшении выходной частоты инвертора описанные процессы повторяются в обратной последовательности.

них участках 60-градусных продолжительностей, (характерным для такого режима является независимость формы кривой выходного напряжения от параметров нагрузки) , представляет собой логическую схему, в которой осуществляется логическое умножение входных сигналов с последуюпщм логическим суммированием. Логические функции, реализуемые распределителем 11 и поступающие с его выходов на основные вентили соответствующих фаз ин

вертора, имеют вид

и„(-А) ид,и,„г+

ил+в)

U,iU,

9ttUqnU 6

U4iU,6+ UptiU«; u,i Uj, -t- и„ ,Д+С) Ц, и,1„-ь

и„ и„ +

U,irU,e ,

где и, - напряжение на выходе счетного триггера 36, связанного с распределителем 1I.

Импульсы управления на другие основные ключи инвертора Cu,,(+A), (В), и„(-С)3 получаются инверти- рованкем состветствзпшщх фазных сиг- рало в в выходных цепях распределителя 1 1 .

Таким образом, добавление в схему известного устройства небольшого чисjia дополнительньк сумматоров позволя- ю пилообразного напряжения, а минусовой

т значительно расширить функциональные возможности системы за счет использования для управления трехфазными мостовыми структурами инверто15

ров, обеспечивая плавное глубокое :)егулирование выходных сигналов трех- «разных инверторов при практическом постоянстве средней частоты коммутации вентилей силовой схемы. I Процесс регулирования частоты выводного напряжения трехфазных инверторов осуществляется при этом последовательным плавным изменением продолжит ел ьностей импульсов и пауз на центральных участках тактовых интер- ззалов 60-градусньгх продолжительнос- гей при неизменной длительнвсти ос- гальных импульсов и пауз между ними. Ход изменения спектрального состава фыходной кривой инверторов близок г|гри этом к аналогичным характеристи- ii:aM инверторов с известными способа- широтно-импульсного регулирования.

Формула изобретения

Устройство для управления регулируемым мостовым инверт ором напряжения, содержащее источник управляющего напряжения, п основных и вспомогавход - с вспомогательным источником постоянного напряжения, соединенным также с первыми входами остальных сумматоров, выходы которых соединены с первыми входами блоков сравнения первой группы, выход первого сумматора соединен с первыми входами всех блоков сравнения второй группы, с вторыми входами блоков сравнения пер20 вой группы и с первым ключом, выходы блоков сравнения первой группы связаны с управляющими цепями всех нечетных ключей, кроме первого, и с первыми входами соответствуняцих элемен25 тов И, вторые входы которых присоединены к инверсным выходам блоков сравнения второй группы, прямые выходы которых связаны с управляющими цепями четных ключей, выходы элемен30 тов Н через второй элемент ИЛИ связаны с управляющей цепью первого ключа, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования за счет применения для

,,g управления трехфазными мостовыми инверторами напряжения, оно снабжено 2п дополнительными сумматорами, регистр выполнен трехразрядным, причем ИСТОЧНИК управляющего напряжения соетельньп источники постоянного напряже- Q динен с вторым входом первого компания, 2п блоков сравнения, п элементов И, генератор тактовых импульсов, сое- диненньй с входом регистра, выходами связанного с распределителем управляющих импульсов и с генератором пилообразного напряжения, соединенным с. датчиком амплитуды пилообразного напряжения, и с первыми входами (2п+ +2) компараторов с выходными формирователями коротких импульсовв выходы gQ

45

ратора, с первыми плюсовыми входами нечетных дополнительных сумматоров -и с минусовыми входами четных дополнительных сумматоров, вторые плюсовые входы дополнительных сумматоров соединены попарно с источниками постоянного напряжения, выходы дополнительных сумматоров соед1шены с соответ- ствуклцими ключами, начиная с второго.

которых через первьп{ элемент ИЛИ присоединены к счетному входу триггера, выходом подключенного к основному входу распределителя, к вторым входам всех компараторов, кроме первого, присоединены ключи, (п+1) сумматоров, плюсовой вход первого из которых связан с выходом датчика амплитуды

5

вход - с вспомогательным источником постоянного напряжения, соединенным также с первыми входами остальных сумматоров, выходы которых соединены с первыми входами блоков сравнения первой группы, выход первого сумматора соединен с первыми входами всех блоков сравнения второй группы, с вторыми входами блоков сравнения пер0 вой группы и с первым ключом, выходы блоков сравнения первой группы связаны с управляющими цепями всех нечетных ключей, кроме первого, и с первыми входами соответствуняцих элемен5 тов И, вторые входы которых присоединены к инверсным выходам блоков сравнения второй группы, прямые выходы которых связаны с управляющими цепями четных ключей, выходы элемен0 тов Н через второй элемент ИЛИ связаны с управляющей цепью первого ключа, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования за счет применения для

g управления трехфазными мостовыми инверторами напряжения, оно снабжено 2п дополнительными сумматорами, регистр выполнен трехразрядным, причем ИСТОЧНИК управляющего напряжения соединен с вторым входом первого компа

ратора, с первыми плюсовыми входами нечетных дополнительных сумматоров -и с минусовыми входами четных дополнительных сумматоров, вторые плюсовые входы дополнительных сумматоров соединены попарно с источниками постоянного напряжения, выходы дополнительных сумматоров соед1шены с соответ- ствуклцими ключами, начиная с второго.