Способ управления многофазным инвертором напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в многофазных инверторах напряжения, предназначенных для частотно-регулируемого электропривода.

Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного тока.

В предложенном способе управления многофазным инвертером, выполненным на шести ключах, соединякпцих фазы нагрузки с полюсами источника питания, формируют паЪазно сигналы задания вькодного тока, измеряют мгновенные значения тока нагрузки, формируют по- фазно сигналы рассогласования путем вычитания сигналов задания выходного тока из измеренных мгновенных значений тока фаз нагрузки, сравнивают меж,ду собой попарно сигналы рассогласования всех фаз, определяют фазы, для которых сигнал рассогласования наибольший и наименьший по алгебраической величине, для фазы с наибольшим сигналом рассогласования подают сигнал управления на ключ, соединяющий данную фазу с отрицательным полюсом источника питания инвертора, а

:Для фазы с наименьшим сигналом рас-, согласования - на ключ, соединяющий данную фазу с положительным полюсом источника питания инвертора, вводятся

/новые операции, заключающиеся в том, что формируют тактовые импульсы с периодом следования, пропорциональным амплитуде токов задания, запоминают знак и сравнительную относительно друг друга величину сигналов рассо-- гласования в моменты формирования тактовых импульсов, сравнивают их со

05

О

оо

СП

О

знаками и величинами результата срав нения сигналов рассогласования в момент формирования предыдущего тактового импульса и при изменении знака и величин результатов сравнения сигналов рассогласования фор1 1ируют и пфдают сигналы управления на ключи инвертора.

; На фиг. 1,2 представлены схемы устройства для реализации способа.

Устройство (фиг. 1)j реализующее П1|)едложенный способ, содержит трехфазный мостовой инвертор 1 напряжения , выполненный на щести ключах

Ь- 1,, шунтированных обратными диодами,

тiзexфaзнyю нагрузку 2, блок 3 управления инвертором напряжения и датчики 4 - 6 мгновенных значений фазных тЬков.

1(3035074

образователя 20 кодов, выходы которого подключены к входам блока 21 D-триггеров, общий счетньй вход которого соединен с выходом генера-. тора 10 тактовых импульсов. Выход источника опорного сигнала соединен с одним из входов аналогового сумматора 9, на другой вход которого подается сигнал управления трехфазного генератора 7 по амплитуде сигнала задания токов. Вьрсод аналогового сумматора 9 соединен с входом генератора 10 тактовых импульсов. Выходы блока 21 D-триггеров подключены к уп10

15

равляюищм входам ключей тора 1 напряжения.

20

инверУстр.ойство, реализующее предложенный способ пофаэного регулирования входного тока трехфазного инвер Гора- напряжения, работает следуняцим образом.

Нагрузка 2 питается от инвертора 1 1СПЮЧИ 1 (-1 б которого управляются от блока 3 управления, на входы которого поступают сигналы U,-Ш,, определяюш|ие форму тока нагрузки, и сигналы осъ вырабатываемые датчиками 4-6 т ока. Пары ключей 1 и 1, 1 И 1, 1 5 и 1б переключаются противо- t(a3HO.

Блок управления (фиг. 2) содержит Генератор 7 трехфазного синусоидаль- Його сигнала с двумя входами управ- х(ения по частоте U х и амшитуде U., Источник 8 управляемого опорного напряжения, аналоговый сумматор 9, уп- равляемьй -генератор 10 тактовых им- Пульсов, аналоговые сумматоры 11 - 13, компараторы 14 - 16 определения Знаков сигналов рассогласования, ком- параторы 17 - 19, преобразователь 20 кодов ,(ПК), блок 21 D-триггеров с общим счетным входом.

Выходы трехфазного генератора си нус;оидальньк сигналов, на два входа которого подаются сигналы управления по частоте и амплитуде, соединены с аналоговыми сумматорами 11 - 13, на вторые входы которых 1годключены со- ответствую ;ие датчики 4-6 мгновенных значений тока нагрузки. Выход аналогового сумматора 11 подключен к входам компараторов 14, 17, 18, выход аналогового сумматора 12 - к входам

компараторов 15,17,19, а выход анал;о гового сумматора 13 к входам компара торов 16 - 19. Выходы компараторов - 19 соединены с входами npeiравляюищм входам ключей тора 1 напряжения.

инвер

Устр.ойство, реализующее предложенный способ пофаэного регулирования входного тока трехфазного инвер Гора- напряжения, работает следуняцим образом.

0

5

дд

5

45

50

На входы трехфазного генератора 7 задающих сигна.лов подаются сигналы и г и и,, определяюище частоту и-амплитуду соответственно сигналов задания. Задаю1 1ие сигналы , опре- деляюи ие величину и форму токов в нагрузке, вычитаются в аналоговых сумматорах 11 - 13 из сигналов Ugci UQJ.J, пропорциональных мгновенным значениям токов в фазах нагрузки. Полученные при этом выходные сигналы рассогласования UU, поступают на компараторы 17 - 19, где сравниваются между собой. На выходе компаратора 17 появляется значение логической единицы (А,5 1), еслиди Лиз, и логического нуля (А 0), если U.U,UU3. Анало- гично компаратору 17 работают компараторы 18 и 19:

, если fill,-JMIj и А 0,

если MJ-3;

, еслийи2 Лиз и А 0,

если би &из, .

Одновременно сигналы рассогласования iiU, -bUtj поступают на устройства 14 - 16 определения знака, на выходах АО-А2 которых появляются значе-. ния логической единицы, если поступившие на их входы сигналы положительные, и логического нуля, если эти сигналы отрицательные„ Таюим образом, на входе преобразователя 20 кодов имеется шестиразрядный код, который несет информацию о знаке и сравнительной одна относительно другой величине сигналов ли, -/.Uj рассогласования. Первые три разряда кода определяют знаки сигналов рассогласования в каж- ;гой из трех фаз, а три последукщие - результаты их попарного сразнения.

Например, код 101100 означает, что сигналы рассогласования первой и третьей фаз положительны, а второй фазы -10 отрицательны, единица в четвертом разряде означает, что сигнал рассо- ,гласования в первой фазе больше, чем во второй, нуль в пятом разряде означает, что сигнал рассогласования в первой фазе меньше, чем в третьей, а нуль в шестом разряде означает, что сигнал рассогласования со второй фазе

15

меньше, чем в третьей. Число возможных значений кода комбинатами переключения ключей в трехфазном инверторе равно 24, и они характеризуют все возможные варианты расположения сигналов рассогласования всех фаз относительно нуля.

Выбор необходимой комбинатдии переключения ключей по сформированному коду происходит так, чтобы обеспечить отслеживание с определенной ошибкой токов задания,

, определенной схемы нагрузки (треугольник, звезда) сформированному коду ставится в соответствие комбинация переключения ключей, определяемая следую1цим образном. К фазе, сигнал рассогласования которой имеет наибольшую в алгебраическом смысле величину, необхо71;имо приложить отрицательное, а к фазе, сигнал рассогласования которой имеет наименьшую в указанном сигнале величину, - положительное напряжение.

Тогда в случае трехфазной нагрузки по схеме треугольник третья фаза закорачивается, так как в этом случае все возможные комбинации приложения напряжения к фазам нагрузки определяются как сочетания из± И, О, -U,,, где и - напряжение источника питания. Из этого следует, что тогда, когда все три сигнала рассогласования отрицательны (это возможно при мести зна-- чениях кода комбинации переключения), .возможны переключения ключей, которые

тельны, а трг-; ий - отрицателен (шесть значений кода комбина ™ пере ключе1шя), возможны переключения, пр которых будут уменьшаться сигналы-ра согласования во всех трех фазах.

При остальных 12 значениях кода возможны переключения, уменьгаакяцие сигналы рассогласования в двух фазах

Если нагрузка трехфазная по схеме звезда, все возможные комбинации приложения напряжения к фаз ам нагруз ки определяются сочетаниями из сле- дую1 а1х значений фазных напряжений:

+ 3 3

в зтом случае выбор комбинации переключения ключей по сформированному коду в соответствии с изложенным выше правилом осуществляется так чтобы вызвать уменьшение сигналов рассогласования в двух или трех фазах. Последнее возможно, если сигналы рассогласования не одного знака (12 значений кода комбинации переклю чения) . Если знаки сигналов рассогла сования одинаковы, то возможны переключения, уменьшаюшде сигналы рассогласования в двух фазах (12 значений

30 кода) .

Например, если на выходе появилас комбИнатщя 101, то ключи ц,, будут включены, а ключи ,, выключены. Для рассматриваемого случая

35 трехфазной нагрузки, сое7;иненной по

20

40

50

схеме треугольник, информатшя о знаке сигналов рассогласования является избыточной. Поэтому устройства 14-16 определения знака, изображен ные па фиг. 2, не нужны. При этом код комбинатски переключения трехразрядный. В этом слу чае ПК-функттиони- pyei в соответствии с таблитгей и может бьтть реализован на основе посто- 45 янного запоминаюшего устройства.

Состояние выходов ПК меняется в . соответствии с текутцимт состояниями компараторов 14 - 19 в пределе с бес конечно большой частотой. Чтобы ее ограничить, сигналы ПК подаются на блок 21 D-триггеров, на обпоп счет- ньп вход которого поступают сигтталы тактовой частоты от генератора 10.

Состояние вькодов блока 21 П-трт1Г

вызывают уменьшение сигнала рассогла- 55 герои будет изменяться в момент присования лишь в одной фазе - в той, в которой ок имеет максимгшьную по модулю величину. Однако если два сигнала , рассогласова}П11 в двух фазах положиходда очередного тактового при условят , что состояние .гходов ПК изментиюсь на предыду1 ем периоде cjTe допания тактовых импульсов. Частота

0

5

тельны, а трг-; ий - отрицателен (шесть значений кода комбина ™ пере- ключе1шя), возможны переключения, при которых будут уменьшаться сигналы-рассогласования во всех трех фазах.

При остальных 12 значениях кода возможны переключения, уменьгаакяцие сигналы рассогласования в двух фазах.

Если нагрузка трехфазная по схеме звезда, все возможные комбинации приложения напряжения к фаз ам нагрузки определяются сочетаниями из сле- дую1 а1х значений фазных напряжений:

+ 3 3

в зтом случае выбор комбинации переключения ключей по сформированному коду в соответствии с изложенным выше правилом осуществляется так, чтобы вызвать уменьшение сигналов рассогласования в двух или трех фазах. Последнее возможно, если сигналы рассогласования не одного знака (12 значений кода комбинации переключения) . Если знаки сигналов рассогласования одинаковы, то возможны переключения, уменьшаюшде сигналы рассогласования в двух фазах (12 значений

30 кода) .

Например, если на выходе появилась комбИнатщя 101, то ключи ц,, будут включены, а ключи ,, выключены. Для рассматриваемого случая

35 трехфазной нагрузки, сое7;иненной по

0

40

50

схеме треугольник, информатшя о знаке сигналов рассогласования является избыточной. Поэтому устройства 14-16 определения знака, изображенные па фиг. 2, не нужны. При этом код комбинатски переключения трехразрядный. В этом слу чае ПК-функттиони- pyei в соответствии с таблитгей и может бьтть реализован на основе посто- 45 янного запоминаюшего устройства.

Состояние выходов ПК меняется в . соответствии с текутцимт состояниями компараторов 14 - 19 в пределе с бесконечно большой частотой. Чтобы ее ограничить, сигналы ПК подаются на блок 21 D-триггеров, на обпоп счет- ньп вход которого поступают сигтталы тактовой частоты от генератора 10.

Состояние вькодов блока 21 П-трт1Ггерои будет изменяться в момент приходда очередного тактового при условят , что состояние .гходов ПК изментиюсь на предыду1 ем периоде cjTe- допания тактовых импульсов. Частота

коммутагрш ключей инвертора ограничена сверху частотой тактовых импульсов.

При заданных амплитуде и частоте, сигналов задание увеличения уменьшает ошибку регулирования, так как частота коммутаияй ключей инвертора возрастает, и наоборот, при уменьшении f ошибка возрастает. При умень- шении амплитуды сигналов задания при той же частоте f- относительная ошибка будет возрастать и гармонический состав выходного тока будет ухудшаться

Поэтому в предложенном способе период-следования тактовых импульсов Т изменяется пропорционально амплитуде сигналов задания, для чего сиг- нал и, задаю1ч;ий амплитуду токов зада нИя, складывается в аналоговом сумматоре 9 с опорным сигналом V , вырабатываемым источником 8, и подается на вход управляемого генератора 10 так- товых импульсов. Необходимый диапазон Изменения fтц в функ1щи будет опреде- .г(яться постоянной времени нагрузки Т„. ,4пя больших Т требуются более низкие Значения fта Лля малых Тц - более

йысокие значения f

тч

Настройка, обеспечивающая необхо- димый диапазон изменения , осуще- йтвляется посредством изменения вели- Чины и.оп. . .:-

Изменение частоты fту в предложен- ном способе в фунпии амплитуды тока задания не вызывает увеличения относительной ошибки регулирования и ухудшения гармонического состава тока при регулировании амплитуды тока зй дания. В предложенном способе управления мн огофазным инвертором коммутация ключей инвертора осуществляется в момант прихода тактовых импульсов,.период следования которых пропорционален сигналу задания амплитуды токов, при условии, что на предьщущем периоде следования тактовых импульсов произошло изменение кода комбинации перекпю- чения ютючей инвертора. Диапазон изменения тактовой частоты определяется характером нагрузки, причем низкая частота соответствует максимальной амплитуде сигнала задания тока, мак- симальная частота - минимальной амплитуде сигнала задания тока. Это обеспечивает улучшение качества выходного тока инвертора за счет уменьшения амплитуды пульсаций тока нагрузки и улучшения его гармонического состава при регулировании вниз амплитуды тока задания, что оказывает положительный эффект на колебание момента и скорости двигат ельной нагрузки.

Формула изобретения

Способ управления многофазным инвертором напряжения, выполненным на шести ключах, соединяющих фазы нагрузки с полюсами источника питания, зaключaюI JJ йcя в том, что формируют пофазно сигналы задания выходного тока, измеряют мгновенные значения тока фаз нагрузки, формируют пофазно сигналы рассогласования путем вьии- тания сигналов задания выходного тока из измеренных мгновенных значений .тока фаз нагрузки, сравнивают между собой попарно сигналы рассогласования всех фаз, определяют фазы, для которых сигнал рассогласования наибольший и наименьший по алгебраической величине, для фазы с наибольиим сигналом рассогласования подают сигнал управления на ключ, соединяю1чий даннуй фазу с отрицательным полюсом источника питания инвертора, а для Лазы с наименьшим сигналом рассогласования - на ключ, соединяю1а 1й данную фазу с положительным полюсом источника питания инвертора, отличающи й- с я тем, что, с целью улучшения качества выходного тока инвертора за счет улучшения его гармонического состава, форьшруют тактовые импульсы с периодом следования, пропорциональным амплитуде сигнала задания выходного тока, запоминает знак и величину результата сравнения сигналов рассогласования в моменты формиро вг.ния тактовых импульсов, сравнивают их со знакам и величинами результата сравнения сигналов рассогласования в момент формирования предыдущего тактового импульса и при изменении знака и величины результата сравнения сигналов рассогласования подают указанные сигналы управления на ключи инвертора.

.160350710

(уостояние ПК и ключей инвертора для нагрузки по схеме треугольник

Изобретение относится к электротехнике. Способ управления многофазным инвертором напряжения может быть использован в частотно-регулируемом электроприводе. Цель изобретения - улучшение качества выходного тока инвертора за счет улучшения его гармонического состава. Это достигается тем, что в системе со слежением за током по сигналу рассогласования с тактированием работы ключей инвертора от внешнего генератора вводится пропорциональная зависимость изменения периода тактовых импульсов пропорционально сигналу задания тока нагрузки, что приводит к улучшению гармонического состава выходного тока. 2 ил., 1 табл.

Фиг.1