Устройство для управления автономным мостовым инвертором Советский патент 1989 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления стабилизированными преобразователями электрической энергии.

Цель изобретения - обеспечение стабилизации величины выходного напряжения трехфазных мостовых инверторов в процессе изменения частоты.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства (для рассматриваемого варианта структуры схемы ); на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.

Генератор 1 тактовых импульсов системы соединен с регистром 2 и с генератором 3 пилообразного напряжения, к выходу которого подсоединен датчик 4 амплитуды пилообразного напряжения. Сигнал датчика 4 поступает на вход усилителя 5 постоянного тока и на плюсовой вход сумматора 6,минусовой вход которого связан с вспомогательным источником 7 постоянного напряжения. Выходы регистра 2 соединены с соответствующими входами логического распределителя 8 управляющих импульсов

Источник 9 управляющего напряжения подключен к плюсовым входам сумматоров 10, 11 и 12 и к минусовым входам сумматоров 13 и 14, Вторые плюсовые входы сумматоров 10 и 13 соединены с источником 15 постоянного напряжения, а вторые входы сумматоров 11 и 14 связаны с источником 16. Выход сумматора 12 подключен к входу компаратора 17, выходи сумматоров 14, 11, 13 и 10 связаны со входами компараторов 18-21 соответственно через ключи 22-25. Выход сумматора 6 через ключ 26 присоединен ко входу компаратора 27, а также к первым входам блоков сравнения 28-31. На другие входы компараторов 17-21 и 27 поступает сигнал от генератора 3 пилообразного напряжения, выходы указанных компараторов через элемент ИЛИ 32 и счетный триггер 33 присоединены к основному входу распределителя 8,

Вспомогательный источник 7 связан со входами сумматоров 34 и 35, на другие входы которых поступают сигналы соответственно с выходов усилителей 13 и 14. Выходы блоков 34 и 35 присоединены ко вторым входам блоков 30 и 31 сравнения, выходы которых подключены соответственно к уп0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

равляющим цепям ключей 24 и 22 и ко входам элементов И 36 и 37, на другие входы которых поступают сигналы с инверсных выходов блоков 28 и 29 сравнения. Выходы узлов 36 и 37 через элемент ИЛИ 38 присоединены к управляющей цепи ключа 26. Вторые входы блоков 28 и 29 связаны с выходами сумматоров 10 и 11, прямые выходы блоков 28 и 29 присоединены к управляющим цепям ключей 25 и 33.

Первые входы компараторов 17, 19, 21 и 22 связаны с плюсовыми входами сумматора 39, первые входы компараторов 18 и 20 подключены к минусовым входам сумматора 39, а выход сумматора 39 присоединен к минусовому входу сумматора 40. Выход сумматора 40 через усилитель 41 постоянного тока с переменным коэффициентом передачи присоединен ко второму входу сумматора 12 и к третьим плюсовым входам сумматоров 10, 11, 13 и 14, второй плюсовой вход сумматора 40 и управляющая цепь усилителя 41 связаны с выходом усилителя 5 постоянного тока.

Сигналы на временных диаграммах (фиг. 2) эквивалентны напряжениям на выходах блоков устройства с соответствующими численными обозначениями. В основе работы системы лежит вертикальный принцип управления. Генератор 1 тактовых импульсов синхронизирует работу генератора 3 пилообразного напряжения, выходной симметричный сигнал U3 которого имеет постоянную-крутизну. Изменение частоты следования импульсов генератора 1, которая на всем диапазоне регулирования в 12 раз больше выходной частоты, сопровождается пропорциональным изменением амплитуды напряжения U , которая постоянно выделяется датчиком 4 амплитуды пилы.

Напряжение Uj источника 9 управляющего напряжения в сумматорах 10 и 11 складывается с сигналами Ut, и U fi источников 15 и 16, а в сумматорах 13 и 14 вычитается из этих же сигналов . Кроме того, сигнал U через сумматор 12 передается на вход компаратора 17, Функцией компарирующих узлов 17-21 и 27 с формирователями на выходах является выработка KO-I ротких однополярных импульсов в мо- менты равенства сигнала развертки с

сигналами U ,3, U t U 1. U

U

fo

поступающими на их другие входы. При

U

to

и 1а 7 и „

и

п

и

11

Короткие импульсы с выходов компарирующих блоков 17-21 и 27 поочередно поступают через элемент ИЛИ 32 на счетный триггер 33 и вызывают его периодическое срабатывание. Моменты переключения триггера 33, связанного по выходу с распределителем 8, определяют собой моменты формирования фронтов соответствующих импульсов кривой выходного напряжения инвертора.

Временные диаграммы, приведенные на фиг. 2, соответствуют нижней выходной частоте инвертора, когда полуволна линейного выходного напряжения трехфазного инвертора формируетуменьшаются период и амплитуда развертывающего напряжения Uj генератора 3, сопровождаемое одновременным уменьшением напряжения Jf на выходе усилителя 5, соответствующим увеличением коэффициента передачи усилителя 41 и величины разностного сигнала на выходе сумматора 40. Этот отрицательный разностный сигнал, амплитуда которого уменьшается усилителем 41, поступает на входы сумматоров 10-14 и способствует соответствующему пропорциональному росту частоты 15 изменению (уменьшению) продолжительности импульсов, составляющих кривую выходного напряжения, которое будет осуществляться до тех пор, пока на10

пряжение U не сравняется с

Э

Uc и

30

ся из максимального количества импуль-20 сигнал на выходе сумматора 40 не достигнет близких к нулю значений.

В процессе дальнейшего повышения выходной частоты инвертора в определенный момент времени величина напря25 жения U на выходе сумматора 6 сравнивается с выходным напряжением U1c сумматора 10, после чего по команде блока 28 сравнения размыкается ключ 25 и замыкается ключ 26. Рост выходной частоты на этом подддиапаэо- не регулирования сопровождается последовательным уменьшением длительности выходных импульсов, ближайших к серединам тактовых инверторов 60- градусных продолжительноетей, вплоть до того момента, когда выходной сигнал сумматора 6 не сравняется с напряжением сумматора 34.После этого в соответствии с командой блока 30 сравнения размыкаются ключи 24 и 26 и на полупериоде кривой выходного напряжения инвертора начинает формироваться на четыре импульса меньше.

При дальнейшем повышении частоты

45 выходного напряжения процессы в схеме протекают аналогично: снова последовательно уменьшаются продолжительности центральных на 60-градусных интервалах пауз нулевого уровня, за5о тем опять начинает плавно изменяться длительность соответствующих импульсов и т.д. Одновр еменно при помощи цепи, корректирующей продолжительность выходных импульсов и вклю55 чающей в свой состав сумматоры 39 и 40 и усилители 5 и 41, в сумматоре 40 производится последовательное сопоставление напряжений U, усилителя 5 и U 3g сумматора 39 и выработка

сов (в данном случае из одиннадцати импульсов). При этом амплитуда сигнала U больше напряжений на выходах сумматоров 10, 11, 34 и 35, в соответствии с командами блоков 28- 31 сравнения ключи 22-25 замкнуты а ключ 26 разомкнут. Величина коэффициента передачи усилителя 5 К 5 ( 1 , численное значение К f характеризует величину среднего на полупериоде значения линейного выходного напряжения инвертора, отнесенную к максимально возможной величине. Амплитуды сигналов 1-х основных источников постоянного напряжения IJ. в общем случае 35

n-i-tT определяется из выражения U ---U4 ,

где U4m- максимальная амплитуда пилообразного напряжения на выходе датчика 4 амплитуды, наблюдаемая на нижнем частотном диапазоне работы инвертора. Так, для рассматриваемого варианта построения системы управле- ния () Uu 0,4U4m, U,5 0,8U4m. Выбор амплитуды напряжения U a источников 9 осуществляется таким образом, чтобы обеспечить близкое к нулю значение разностного сигнала () на выходе сумматора 40 на нижней выходной частоте преобразователя. Коэффициент передачи К.усилителя 41, определяемый величиной сигнала U5 на выходе усилителя 5, в этом случае принимает минимальное значение, напряжение на выходе усилителя 41 близко к нулю (на всем диапазоне работы

к, ).

При увеличении частоты генератора 1 тактовых импульсов пропорционально

40

уменьшаются период и амплитуда развертывающего напряжения Uj генератора 3, сопровождаемое одновременным уменьшением напряжения Jf на выходе усилителя 5, соответствующим увеличением коэффициента передачи усилителя 41 и величины разностного сигнала на выходе сумматора 40. Этот отрицательный разностный сигнал, амплитуда которого уменьшается усилителем 41, поступает на входы сумматоров 10-14 и способствует соответствующему пропорциональному росту частоты 5 изменению (уменьшению) продолжительности импульсов, составляющих кривую выходного напряжения, которое будет осуществляться до тех пор, пока на

пряжение U не сравняется с

Э

Uc и

сигнал на выходе сумматора 40 не тигнет близких к нулю значений.

30

25

35

25

40

корректирующего4 воздействия (сигнал U5- U3g), которое через усилитель 41 передается на входы сумматоров 10-14 и способствует стабилизации величины среднего на полупериоде - значения выходного напряжения на одном уровне при изменении выходной частоты преобразователя (условие стабштизации KJI - О на всем диапазоне регулирования частоты). С ростом частоты и соответственно с уменьшением сигнала II 5 - K5U 4 пропорционально и линейно увеличивается коэффициент передачи усилителя 41. Отмеченное повышение значения коэффициента передачи усилителя 41 в диапазоне высоких выходных частот соответствует уменьшенному количеству импульсов в полуволне выходного напряжения, наоборот пониженные значения коэффициента К41 наблюдаются на низких выходных частотах, когда кривая выходного напряжения формируется из

макспмального числа импульсов, поэто-25 оду выходной частоты, изображены на

функции, реализуемые логическим распределителем 8, имеют следующий вид:

-А иггиг,и+и2гизз+и2Лизз;

+ U«Ujfi+Vtg+UaxUS3+

+

10

+с

U iU2«+UnU33+

UZ,iU33

5

0

где Un ,U7g,U2(7l- напряжения соответственно на выходах первого, второго и третьего (старшего) разрядов регистра 2. Импульсы управления на другие силовые ключи инвертора (+А, -В, -С) получаются на выходе распределителя инвертированием соответствующих фазных сигналов. Импульсы управления вентилями соответствующих фаз инвертора и кривые линейного выходного напряжения инвертора U,

U&C«

.. А6

и ся, соответствующие полупери

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью изобретения является стабилизация величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора в процессе изменения выходной частоты. Принцип работы устройства управления, выполненного по вертикальному типу, базируется на условии поддержания линейной зависимости между частотой и суммарной продолжительностью выходных импульсов в полуволне выходной кривой, что обеспечивает автоматическую стабилизацию величины среднего на полупериоде значения линейного выходного напряжения инвертора. Сигнал, обратно пропорциональный значению выходной частоты, с выхода датчика амплитуды развертывающего пилообразного напряжения 4 через усилитель 5, коэффициент передачи которого определяет относительную величину стабилизируемого выходного напряжения, поступает на вход сумматора 40. На минусовой вход сумматора 40 приходит выходной сигнал сумматора 39, пропорциональный суммарной продолжительности импульсов в полуволне выходной кривой. Контур внутренней обратной связи устройства, включающий сумматоры 39 и 40, обеспечивает постоянство отношения между суммарной продолжительностью выходных импульсов и значением выходной частоты. Средняя частота коммутации вентилей силовой схемы инвертора при этом близка к постоянному значению, форма кривой выходного напряжения не зависит от параметров нагрузки. 2 ил.

му описанный алгоритм изменения К41 способствует повышению качества процесса стабилизации выходного напряжения инвертора. Амплитуда сигнала вспомогательного источника 7 выбирается исходя из условия обеспечения минимального временного интервала между соседними коммутациями вентилей силовой схемы, протяженность которого для тиристорных схем составляет величину порядка 100 мкс.

Необходимый порядок формирования импульсов и пауз в кривой выходного напряжения трехфазного мостового инвертора обеспечивает логический распределитель управляющих импульсоч В, На входы распределителя 8 поступают сигналы от трехразрядного регистра 2, выполняющего функций пересчетной схемы, осуществляющего деление частоты импульсов, поступающих от генератора 1, и распределение сигналов во времени, В цифровой форме выходной сигнал U г; регистра 2 за период можно последовательно записать как 100, 001, 000, 101, 110, 111.

Распределитель 8, осуществляющий режим 180-градусного управления ключами трехфазного мостового инвертора с фазами А, В, С, представляет собой логическую схему, в которой осуществляется логическое умножение входных сигналов с последующим логическим г уммиронанием. Логические

0

5

0

5

0

5

фиг. 2.

Таким образом, добавление в схему устройства-прототипа дополнительных сумматоров позволяет обеспечить автоматическую стабилизацию величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения инвертора при широкой вариации выходной частоты, сопровождаемом последовательным плавным изменением продолжительностей импульсов и пауз в кривой выходного напряжения при практическом постоянстве средней частоты коммутации вентилей силовой схемы.

Формула изобретения

Устройство для управления автономным мостовым инвертором, содержащее источник управляющего напряжения, два усилителя постоянного тока, п основных и вспомогательный источники -постоянного напряжения, 2п блоков сравнения, п элементов И, генератор тактовых импульсов, соединенный с регистром, связанным с распределителем управляющих импульсов, и с генератором пилообразного напряжения, связанным с датчиком амплитуды пилообразного напряжения и с первыми входами 2п+2 компараторов с выходными формирователями коротких импульсов, выходы которых через первый элемент ИЛИ подключены к входу счетного триггера,

выходом подключенного к основному входу распределителя, к вторым входам всех компараторов, кроме первого, присоединены ключи, п-Н сумматоров, плюсовой вход первого из которых связан с выходом датчика амплитуды пилообразного напряжения, а минусовой вход - с вспомогательным источником постоянного напряжения, связанным также с первыми входами остальных сумматоров, выходы которых соединены с первыми входами блоков сравнения первой группы, выход первого сумматора соединен с.первыми входами блоков сравнения второй группы, с вторыми входами блоков сравнения первой группы и с первым ключом, выходы блоков сравнения первой группы связаны с управляющими цепями всех нечетных ключей, кроме первого, и с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых присоединены к инверсным выходам блоков сравнения второй группы, прямые выходы которых связаны с управляющими цепями четных ключей, выходы элементов И через второй элемент ИЛИ соединены с управляющей цепью первого ключа,отличающееся тем, что, с целью стабилизации величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора при изменении выходной частоты, оно снабжено 2п+3 дополнительными сумматорами, причем в качестве первого усилителя использован усилитель с переменным коэффициентом передачи, источник управляющего напряжения соединен с первыми плюсовыми входами нечетных дополни- тельных сумматоров первой группы, с

минусовыми входами четных дополнительных сумматоров первой группы и с первым входом первого дополнительного сумматора второй группы, вторые плюсовые входы дополнительных сумматоров первой группы связаны попарно с соответствующими основными источниками постоянного напряжения, выходы дополнительных сумматоров первой группы связаны с соответствующими ключами, начиная с второго, выход первого дополнительного сумматора второй группы связан с вторым входом первого компаратора, второй вход последнего компаратора связан с последним плюсовым входом второго дополнительного сумматора второй группы, вторые входы остальных четных компараторов подключены к четным минусовым входам второго дополнительного сумматора второй группы, вторые входы всех нечетных компараторов связаны с соответствующими плюсовыми нечетными входами второго дополнительного сумматора второй группы, выход которого подсоединен к минусовому входу третьего дополнительного сумматора второй группы, выход датчика амплитуды пилообразного напряжения через второй усилитель соединен Е управляющей цепью первого усилителя и с плюсовым входом третьего дополнительного сумматора второй группы, выход которого подключен к входу первого усилителя, выход первого усилителя соединен с вторым входом первого дополнительного сумматора второй группы и с третьими плюсовыми входами дополнительных сумматоров первой группы.

Hj

Фив. 2

US