Устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью Советский патент 1989 года по МПК H02M5/27 

(21)4199383/24-07

(22)23.02.87

(46) 30.11.89. Бкш. № 44

(71)Институт электродинамики АН УССР

(72)А.П.Дмитренко, В,П.Мордам, В.Н.Соболев, Э.М.Чехет и Ю.ВЛечет- кин

(53)621 .316.727(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1164838, кл. Н 02 М 5/22, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1246282, кл. Н 02 М 5/27, 1985.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

(57)Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователем частоты с непосредственной связью. Цель изобретения - улучшение формы

выходного напряжения. Устройство содержит задатчик 13 частоты, шина данных которого соединена с инфор- магшонными входами блока 15 таймеров и регистра 1б кода кратности, выходы которого соединены с информаци- онньми входами реверсивного счетчика 21, счетный вход которого соединен с выходом блока 15 таймеров. Выход реверсивного счетчика 21 связан с адресным счетчиком 23. Выходы счетчика 23 присоединены к одним информационным входам постоянного запоминающего устройства 25, запрограммированного в соответствии с законом управления и связанного с соответ- ствую1цими управляющими цепями силовых ключей преобразователя. Устройство содержит также регистр 17 кода циклов, мультиплексор 19. Количество таймеров определяется числом тактов формирования кривой выходного напряжения в одном цикле. 3 ил.

(Л

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователем частоты с непосредственной связью. Цель изобретения - улучшение формы выходного напряжения. Устройство содержит задатчик 13 частоты, шина данных которого соединена с информационными входами блока 15 таймеров и регистра 16 кода кратности, выходы которого соединены с информационными входами реверсивного счетчика 21, счетный вход которого соединен с выходом блока 15 таймеров. Выход реверсивного счетчика 21 связан с адресным счетчиком 23. Выходы счетчика 23 присоединены к одним информационным входам постоянного запоминающего устройства 25, запрограммированного в соответствии с законом управления и связанного с соответствующими управляющими цепями силовых ключей преобразователя. Устройство содержит также регистр 17 кода циклов, мультиплексор 19. Количество таймеров определяется числом тактов формирования кривой выходного напряжения в одном цикле. 3 ил.

ел

ю

ел

СХ)

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразователями частоты с непосредственной связью, предназначенных, например, для частотного управления электроприводами и для автономных систем электроснабжения.

Цепью изобретения является улучшение формы выходного напряжения преобразователя.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функ1щональна схема устройства для управления преобразователем частоты с непосредственной связью и однократной модуляцией (НПЧ ом); на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Рассмотрим функционирование устройства для управления НПЧ ОМ.

Силовая схема преобразователя частоты с непосредственной связью и однократной модуляцией (фиг.1) содержит три группы полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью 1-3, 4-6, 7-9, образующих нулевую схему,силовые входы которой подключены к фазам А, В, С трехфазной питающей сети, а выходы - к нагрузке 10, 11 и 12. Сигнал логической единицы на управляющем электроде силового ключа соответствует открытому состоянию ключа, а логического нуля - закрытому о Устройство для управления преобразователем содержит задатчик 13 частоты, шины 14 данных которого соединены с входами блока 15 таймеров, регистра 16 кода кратности и регистра 17 кода циклов Максимальное число тактов формирования кривой выходного напряжения в одном цикле определяет количество таймеров в блоке 15 таймеров, выходы 18 которых соединены с информационными входами мультиплексора 19, выход 20 которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика 21 работающего в режиме вычитания импульсов из кода, предварительно записанного из регистра 16 кода кратности. При обнулении реверсивного счетчика 21 импульс с выхода 22 обнуления поступает на вход адресного счетчика 23, который отсчитывает количество импульсов в соответствии со знлчением кода на выходах регистра 17 кода Щ1клов, соединенного с адресным счетчиком. Выходы реверсивного счетчика 21 соединены с группой 1 - п/2 адресных входов

24 ПЗУ 25 с общим количеством адресных входов. Группа (п/2 + 1)-п адресных входов 26 ПЗУ соединена с выходами адресного счетчика 23. В ПЗУ 25 записаны коды управления

силовыми ключами 1-9, считываемые со ответственно кодам на входах 24 и 26. Выходы реверсивного счетчика 21 соединены также с адресными входами 27 мультиплексора, определяющего номер входного канала мультиплексора 19.

Рассмотрим принцип формирования кривой выходного напряжения при ШИР и регулировании величины выходного

напряжения, когда согласно циклическому алгоритму ключей длительность одного цикла формирования кривой определяется как

1

3 (f.e -ь f,,,x) где f - частота сети;

(1)

f . .« требуемая частота основной

D л

гармоники на выходе.

Период формирования кривой состоит из трех циклов для нулевой схемы и шести для мостовой схемы НПЧ. Каждый цикл состоит из отдельных тактов, длительность которых определяется из соотношений:

о ,. т+ К Т

(2)

40

е.. (1-S).(3)

S

m + 1

К + 1

.1.

к

(4)

0

5 где . К - кратность liJHM;

m - текущий индекс (rti О, 1,

Ь - коэффициент относительного задания величины выходного напряжения (S 0-1). На фиг.З представлена кривая выходного напряжения, сформированная при ,, на фиг.2 - структурная схема устройства для управления преобразователем частоты в базисе микросхем, серийно выпуска- ем1.1х промьшшенностью.

Задатчик 13 частоты состоит из микропроцессора 13-1 (например, микросхема КР580ИК80Л), обрабатывающего цифровую информацию, ПЗУ 13-2 команд и констант (К573РФ1) и ОЗУ 13-3 (. КР537РУ8А) для хранения промежуточных результатов вычислений. Блок 15 таймеров состоит из девяти отдельно программируемых таймеров, реализованных с помощью трех микросхем 15-1, 15-2, 15-3 типа КР580ВИ53. Отдельные таймеры блока 15 таймеров работают в режиме счета импульсов высокочастотного опорного генератора 15-4 до значений кода, предварительно записанного микропроцессором 13-1, При достижении записанных значений кода счетчиками отдельных таймеров на выходах таймеров 18-1, 18-9 появляются имггульсы, поступающие на мультиплексор. 19.

Расчет кодов микропроцессором 13для загрузки в блок 15 таймеров осуществляется следующим образом.

Требуемые значения выходной часто- ых напряжения U сообщаются микропроцессору 13-1 в виде двоичных кодов, значения которых N w причем Ny задают относительно максимально возможного напряжения, значение кода которого N / .

Код S коэффи1даента относительного значения величины выходного напряжения Ng равен:

N.

No

u WtJKC

Дпя удобства обработки микропроцессором информации по формулам (2), (З) и (4) введем переменную L, равную:

L - К

Тогда формулы (2), (3) и (4) перепишутся следующим образом:

.,

L L(mJ-J) К

L. К

(к -ь 1)

код L:

(5)

и коды длительностей отдельных тактов:

N,

N,..) N (К+О

(6)

мNt ..

N. -- - N, ;

(7)

10

м Nj,: N iralJ.) . ИтN(K + 1)

(8)

Поскольку таймеры отсчитывают количество импульсов высокочастотного опорного генератора 15-4, код выходной частоты которого Nf, код N, используемый в формуле (5), определяется по количеству импульсов опорного генератора 15-4, содержащихся на интервале Т, а именно:

NT

.

3(N, + N. ),/

С Bblic

где N - код частоты сети.

Ниже приведена программа на языке PLM для расчета кодов длительностей тактов N, N,, загружаемых микропроцессором 13-1 в блок 15 таймеров. В программе используются следующие переменные: NT, которая соответствует NF -Ni ; NF1 - Ni,,; KPT - N,; NU NUM - индексированные переменные TKT1 (М) ТКМЗ (М), соответствующие N,H N, „ и простая переменная ТКТ2 (N), поскольку она не зависит от ш.

I

Фрагмент программы имеет следующее содержание:

NT (NF((NFC + NF1))/3/KPT;

L NT NU/NUM;

45

TKT2

NT - L;

50

DOM 0 TO KRT - 1;

TKT1 (M) L#M/(KPT 1);

TKT3 (M) L - TKT1 (M);

END,

Коды длительностей тактов загружаются микропроцессором 13-1 в блок таймеров; код Nf,Q - в таймер 0; N/jv - в таймер 1; N - в таймер

микросхемы 15-1; N ;

-

0; N .,, -- в таймер 1; N,, мер

М1 кг осхе№;1 15-2; N

мер 0; NT,-, - в таймер 1; N- - в 2 микросхемы 15-3.

Б момент времени to на выходах реверсивного счетчика 21 установлен код 1001 и на выходах адресного счетчика 23 Kori 1001, соответстпенно которым считывается код 100010001 на вьгходах 1-9 и замыкаются ключи 1,5, 9 cxeNHJ НТ1Ч, Соответ-ственно коду 1001 на выходах реверсивного счетчика 21 разрешается гГрохождение импудьсов со счетчика О микросхемы 15-1 через мультиплексор 19. В момент TipeMcMivi t , когда тайме}) О мик- р(,1Схег. Ъ1 i Ь-i отс И гьазает код ,,, от момента времени t,, , на вход ре- версивЕ ого счетчика 21 поступает им- пуль.с, который уменьшает код на вы- ходях реверсивного счетчика до значений lOOO. Импульс с выхода мульти- апексора 19 поступает также на входы установки п исходное состояние блока таймеров так, что таймеры начинают опять отсчет импульсов опорного генератора 15-4 соответственно запро гра;гк ированным кодам, С момента времени t, соответственно коду 1000 ra выходах реверсивного счетчика 21 разрешается прохож/тенке импульса со счетчика 1 ми фосхемы 15-1, который до момента времени t отсчитывал код N ; , В момент времени t импульс с выхода м гльтигитексора 19 опять уменьшает код на выходах реверсивного счетчика 21 до значений 0111 и устанавдивает в исходное состояние блок 15 таймеров. Соответственно полным кодам адреса на входах 24 и 26 ПЗУ 25 считываются коды управлении ключами 1-9, запрограмГ Гированные в ПЗУ 25 при отсчете таймерами кодов NT,,,:,

io

-1.1

iO. 11

-« 12 фор( -71

N ; . Ь а нагрузк ;-ix №{руются отрезки линейньпк; напряжений питающей сети АВ, БС, СА, которые в совокупности представляют квазисинус оидальн чо кусочную кривую, представленную на ф1И,3 Б момент временя с,, при обнулении реверсивн го счетчика 2 1 с иькода перопоп.нени. реверсивьего счетчика поступает ич- 1тульс на адросньш счетч} к 23, умень зчя.чен.ие Ko;ia иа вькодах адресного счетчика 23 до значений

1000, и начинается новый рабочий 1Ц1КЛ формирования кривой выходного напряжения, поскольку в момент времени tg в реверсивный счетчик 21 перезаписывается код 1001 и опять разрешается прохождение импульса с таймера О микросхемы 15-1 при отсчете кода N. Описанным вьпие способом форт1руются все девять рабочих циклов формирования кривой выходного напряжения.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить форму кривой выходного напряжения при обеспечении широкого диапазо}1а регулирования выходной частоты.

20 Формула изобретения

5

Устройство для управления преобразователем частоты с непосред ствен юй связью, кривая вьпсодного на фяжения которого сформирована по принципу широтно-импульсной модуля- Щ1И с циклами, определяюи ми выходную частоту, и тактами, определяю- шими величину и гармонический состав выходного напряжения преобразователя, содержащее задатчик частоты, связанный через регистр кода кратности с информационными входаг-ш реверсивного счетчика, присоединенного выходом обнуления к счетному входу адресного , который связан с адресньми входами п-разряд- ного ПЗУ, запрограмтглрованного в соответствии с законом управления и предназначенного для соединения с соответствующими управляющими цепями силовых ключей преобразователя,о т- л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения, оно снабжено блоком тайме1/ов, вкл)очающим таймеры в количестве, определяемом числом тактов формирования кривой выходного напряжения преобразопателя в одном гщкле, и тактовый генератор, регистром кода циклов и ryльтиплeкcopoм, информацион- входы которого подключены к выхо дам блока таймеров, а выход соединен с входом установки в исходное состояние блока таймеров н со счетным входом реверсивного счетчика, причем п входов ПЗУ разделены на две группы: группа (1-п/2) образует рходь выработки тактов и соединена

0

5

0

5

0

5

- 15258А

с выходами репсрсивиог о счетчикл и адресными входами мультиплексора, группа (п/2 + 1) - п образует входы вьфаботки 1Ц1клов и подключена к выходам адресного счетчика, соединенного с выходами регистра кода циклов, входы которого и блока таймеров связаны с информационными выходами задатчика частоты, при этом .Q задатчик частоты вырабатывает коды для загрузки в таймеры .m определяемые соотношениями:

зт

;(1 - ) -т.

к г к

1т

(1

-s,-|-.

8АО

Q

Мтгде ТТ

m

Квых

fc а

к

.±-1 + 1

10

т к

Vlитeльнocть одного формирования кривой;

1

3(fc f,b,x

)

коэффи1щент относительногс задания величины выходного напряжения (5 0-1). текущий индекс (т О, 1, 2,...,К-1); кратность ШИМ; частота основной гармоники на вьсходе; частота сети.

vrti