Устройство для широтно-импульсного управления тиристорным преобразователем частоты Советский патент 1990 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты.

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение гармонического состава выходного напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для управления вентильным преобразователем частоты с широтно-имггулъсными регулированием; на фиг. 2 - диаграммы работы узлов устройства для управления вентильным преобразователем частоты.

Устройство для управления вентильным преобразователем частоты содержит последовательно соединенные отрицательно задающего частоту U напряжения усилитель 1 с управляемым коэффициентом усиления, задающий генератор 2, состоящий из последовательно соединенных интегратора 3 и компаратора 4, формирователь 5 дли- тельности импульсов, делитель 6 частоты, состоящий из последовательно соединенных распределителя 7 импульсов, блока 8 совпадения элемента ИЛИ 9, элемента 10 задержки, элемен- та И 11, а также кольцевой регистр 12 сдвига, логический блок 13 формирования выходных сигналов. Входное напряжение U.Ј подается на последовательно соединенные блок 14 частот- ных реле, блок 15 синхронизации, переключения диапазонов частот, вход которого соединен с выходом элемента 11 и установочным входом распределитля 7, а выход соединен со вторым вхо дом усилителя 1 и вторым входом блока 8 делителя 6. Выход усилителя 1 и выход интегратора 3 подключены соответственно к первым и вторым входам формирователя 16 и 17 длительности минимального и максимального ограничения, выходы которых подключены ко вторым входам блока 13. Первый вход компаратора 18 соединен со вторыми .входами формирователей 16 и 17,На второй вход подается напряжение Uu, определяющее уровень выходного напряжения инвертора. Выход компаратора 1 соединен с третьим входом блока 13, который выполнен по структуре, где выходной сигнал Т, на m-м выходе определяется формуле

W ( ()Pm +4

554093

где т 1 ,2

10

15

20 25 30 , 35 е- 40 45 50855

рт об

oL

мим ; «- макс

.6 - номер тиристора и

соответствующего выхода регистра 12; сигналы на m выходе регистра 12; импульсы минимального и максимального ограничения на выходах формирователей 16 и 17;

М - модулирующий сигнал, на выходе компаратора 18.

Блок частотных реле представляет собой ряд компараторов тока или напряжения, устанавливающихся в единичное состояние в определенной зоне входного напряжения U.Ј, соответствующего определенному поддиапазону частот преобразователя. Так, например, выходной диапазон частот 1-50 Гц с точки зрения оптимального гармонического состава выходного напряжения и коммутирующих возможностей тиристоров разбивается на поддиапазоны 1- 15 Гц, 15-30 Гц, 30-40 Гц, 40-50 Гц (соответственно, I-IV поддиапазоны) с количеством дополнительных коммутаций на 60° интервале 6, 3, 2, 1, соответственно. Для упрощения рассматривается III поддиапазон с двумя дополнительными коммутациями на 60 интервале при треугольном развертывающем напряжении (фиг. 2).

Блок 15 обеспечивает синхронизацию моментов переключения кода поддиапазонов с сигналами делителя 6. Усилитель является масштабным усилителем с переключаемыми весовыми сопротивлениями.

Формирователи 16 и 17 выполнены как компараторы напряжения или тока на операционном усилителе.

Устройство работает следующим образом.

Согласно заданному управляющему напряжению U включается один из компараторов блока 14 с соответствующим триггером и синхронно с сигналом делителя 6 появляется сигнал на соответствующем выходе блока 15, что вызывает установку определенного коэффициента усиления усилителя 1 и подачу разрешающего сигнала на один из элементов блока 8. Пропорционально выходному напряжению усилителя 1 формируется частота задающего генератора 2. Сформированные по длительности формирователем 5 импульсы фиг„2 подаются на распределитель 7, коэффициент пересчета которого зависит от сигнала на входе блока 8 (на фиг.26, в). Распределитель 7 просчитывает два импульса, причем второй импульс распределителя, пройдя через соответствующий разрешенный канал блока 8, элемент 9, задерживается по спаду элементом 10. В момент совпадения третьего импульса формирователя 5 с задержанным вторым импульсом на выходе элемента 10 происходит подача импульса с выхода элемента 11 на уста- новечный вход распределителя 7 делителя 6 и на синхронирующий вход блока 15. После установки распределитель 7 по третьему и четвертому импульсу снова выдает два импульса РК и РИ (фиг. 26,в). Выходной импульс элемента 1I является тактовым для регистра 12, формирующего распределенные во времени шесть импульсов длительности 60 электрических граду- сов на периоде выходной частоты преобразователя. За время между двумя тактовыми импульсами интегратор 3 задающего генератора 2 формирует два периода треугольного напряжения, ко- торые подаются совместно с управляющим напряжением, задающим уровень выходного напряжения автономного инвертора (фиг. 2г), на компаратор 18, который формирует на выходе один из модулирующих сигналов У. (фиг.2д,е) Так как величина управляющего напряжения на входе интегратора 3 меняется, то меняется и угол наклона восходящей и нисходящей ветви треугольного напряжения и поэтому для формирования постоянных по длительности импульсов ограничения oi,MaKC и оСмин по диапазону частот необходимо додавать на формирователи длительности 16 и 17 меняющееся с частотой напряжение, которое снимается с выхода усилителя 1 (фиг. 2г). Таким образом, с выхода формирователей 16 и 17 сни

вертора, ограничивая минимальные и максимальные длительности модулирующих импульсов. При увеличении напряжения Ux срабатывает очередное частотное реле блока 14, но на следующий поддиапазон схема перейдет только с приходом синхронизирующего (тактового) импульса на блок 15 с делителя 6, которые приходят в моменты, кратные 60° периода выходной частоты. Переходы на последующий поддиапазон частот в моменты, кратные 60 периода выходной частоты, обеспечивают минимальные скачки выходного напряжения, что уменьшает возможность возникновения аварийных режимов преобразователя и установленную мощность тиристоров и других элементов коммутации. Переход на очередной поддиапазон работы изменяет весовое сопротивление в усилителе 1, так что интегратор 3 выработает, за 60 один период разрабатывающего треугольного напряжения, распределитель 7 будет обнуляться с приходом каждого выходного импульса, силовая схема перейдет в трехимпульсный режим (на

протяжении 180 периода линейного напряжения будут формироваться три импульса). В блоке 13 происходит логическое суммирование и умножение модулирующих сигналов (М и М) и сигналов с выхода регистра 12 с целью образования шестифазной системы управляющих импульсов для преобразователя.

В результате формируются сигналы Т (фиг. 2ж,з).

Благодаря формированию ширины импульсов дополнительных коммутаций путем сравнения пилообразного напряжения на выходе интегратора задающего генератора с напряжением, поступающим от внешнего устройства, определяющего выходное напряжение, появляется возможность регулирования ширины выходных импульсов независимо от выходной частоты, что необходимо для реализации оптимального зако

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты. Устройство позволяет повысить надежность и улучшить гармонический состав выходного напряжения за счет исключения специального формирователя развертывающего напряжения и введения усилителя с управляемым коэффициентом усиления. Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 2, делитель 6 частоты, кольцевой регистр 12 сдвига, логический блок 13, компаратор 18, а также блок 14 частотных реле. Новым в устройстве является введение усилителя 1 с управляемым коэффициентом усиления, блока 15 синхронизации переключения диапазонов частот и формирователя 5 длительности импульсов. 2 ил.

маются импульсы oi макс , Ј мк« длитель- 50 на регулирования независимо от ко- ностью, например, порядка 300 мкс. При этом учитывается дополнительное постоянное смещение, которое необходимо подать на компаратор формирователя 16 для формирования мопсе S5

Сигналы Ј мсткс ° мин формирователей 16 и 17, поданные на вход блока 13, способствуют обеспечению коммутационной устойчивости автономного инлебаний напряжения питающей сети. С падение минимума развертывающего на пряжения интегратора задающего гене тора с моментом перемены знака выхо ного напряжения дает возможность мо лировать выходное напряжение по зак ну трапеции или треугольника, что улучшает гармонический состав выход ного напряжения. Использование усил

на регулирования независимо от ко-

лебаний напряжения питающей сети. Совпадение минимума развертывающего напряжения интегратора задающего генератора с моментом перемены знака выходного напряжения дает возможность модулировать выходное напряжение по закону трапеции или треугольника, что улучшает гармонический состав выходного напряжения. Использование усилителя с управляемым коэффициентом усиления, блока частотных реле и делителя частоты позволяет разбить рабочий диапазон частот на неограниченное число поддиапазонов с различным числом дополнительных импульсов внутри периода, что также улучшает гармонический состав выходного напряжения, что, в свою очередь, приводит к увеличению КПД электропривода, в котором возможно использование устройства. Синхронизация переходов с одного поддиапазона на другой с моментом перемены знака выходного напряжения одной из фаз позволяет уменьшить броски тока в моменты перехода. Повышение надежности и упрощение устройства обеспечивается за счет исключения специального формирователя развертывающего напряжения для модулятора и введения усилителя с управляемым коэффициентом усиления, установленным перед задающим генератором и последовательно соединенным с ним формирователя длительности импульсов, а также выполнения делителя частоты в виде последовательно соединенных распределителя импульсов, блока совпадения, элементов ИЛИ, задержки,И. Указанная замена позволяет использовать развертывающее напряжение задающего генератора для подачи на компаратор модулятора. Использование формирователей длительности импульсов минимального и максимального ограничения при работе электропривода в переходном режиме повышает надежность коммутации автономного инвертора при работе на минимальных и максимальных углах регулирования,

Формула изобретения

Устройство для широтно-импульс- ного управления тиристорным преобразователем частоты, содержащее задающий генератор, состоящий из последовательно соединенных интегратора и компаратора, последовательно соединенные делитель частоты, кольцевой регистр сдвига, подключенный к первым входам логического блока, блок частотных реле, компаратор, первый вход которого предназначен для подачу управляющего напряжения, выход компаратора соединен с вторыми входами логического блока, выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения гармонического состава выходного напряжения, оно снабжено блоком синхронизации переключения диапазонов частот, формирователем длительности импульсов, усилителем с управляемым коэффициентом усиления, формирователями длительности импульсов минимального и максимального ограничения, делитель частоты содержит распределитель импульсов, блок сов5 падения, элемент ИЛИ, элемент задержки и элемент И, причем в делителе частоты вход распределителя импульсов является входом делителя и соединен с первым входом элемента

0 И, выход которого является выходом делителя частоты и соединен с установленным входом распределителя импульсов, выходы распределителя импульсов соединены с первыми входами

5 блока совпадения, вторые входы которого подключены к выходам блока синхронизации переключения диапазонов частот, выходы блока совпадения через элемент ИЛИ и элемент задержки

0 подключены к второму входу элемента И, входы блока частотных реле и усилителя с управляемым коэффициентом усиления соединены и предназначены для подачи напряжения управления

5 частотой, управляющие входы указанного усилителя соединены с выходами блока синхронизации переключения диапазонов частот, входы которого подключены к выходу блока частотных

0 реле, синхронизирующий вход - к выходу делителя частоты, выход усилителя с управляемым коэффициентом усиления соединен с входом задающего генератора и первыми входами форми5 рователей -длительности импульсов

минимального и максимального ограничения, вторые входы которых соединены с выходом интегратора задающего генератора и вторым входом компара0 тора, выходы - с третьими входами логического блока, выход задающего генератора через формирователь длительности импульсов соединен с входом делителя частоты, а структура ло- 5 гического блока определяется управлением

TB,Pn3V(MW«WH)Pw,VPnHZV(MVcdA4al c)Pm+4 где Tw - сигнал на m-м выходе блока;

т-1,2...6 - номер тиристора и соответствующего выхода кольцевого регистра сдвига; сигнал на m выходе указанного регистра; сигналы на выходах формиро

вателей длительности имлуль- сов минимального и максимального ограничения; - сигнал на выходе компаратора.