Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором с широтно-импульсной модуляцией Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для управления трехфазными мостовыми инверторами, формирующими ток синусоидальной формы путем ши- ротно-импульсной модуляции (ШИМ), для исключения в них сквозных токов.

Целью изобретения является увеличение быстродействия устройства и по- в|ышение коэффициента использования напряжения источника питания.

На фиг,1 дана функциональная элек- трическая схема устройства; на фиг„2- эпюры напряжений, поясняющие работу устройстваJ на фиг.З - функциональная схема блока формирования импульсов управления.

10

15

Устройство содержит (фиг.1) блок 1 формирования импульсов управления на входы которого подаются сигналы обратной связи по выходному току соответствующей фазы трехфазного инвертора с широтно-импульсной модуляцией, и три идентичных канала 2-4 задержки, 25 каждый из которых содержит по два формирователя 5 и 6 коротких импульсов, выходы которых подключены через логический элемент ИЛИ 7 к выходу од- Новибратора 8. Выход одновибратора 8 30 соединен с первым входом логического элемента И 9 и первым входом логического элемента И 10. Второй вход элемента 9 соединен с первым входом канала задержки через инвертор 11, вто- § рой вход элемента 10 подключен к первому входу канала задержки непосредственно. Первые входы каждого из каналов задержки подключены к соответствующим выходам блока 1, на которых /ц присутствуют импульсные сигналы на Переключение силовых ключей трехфаз- його мостового инвертора. Вторые входы каналов задержки подключены к со16549514

элементов 9 и 10 служат для подключения к управляющим входам силовых ключей соответствующей фазы трехфазного мостового инвертора.

В состав блока 1 формирования импульсов управления для асинхронного электропривода с фазотоковым управлением (фиг.З) входят генератор 14 трехфазных синусоидальных сигналов, формирующий симметричную трехфазную систему напряжений задания выходных токов трехфазного инвертора, т.е. тока нагрузки, генератор 15 несущего сигнала (имеющего форму равнобедренного треугольника с равными амплитудами сигналов положительной и отрицательной полярности), суммирующие усилители 16 - 18 и компараторы 19 - 21, имеющие симметричный гистерезис±иК(.

Рассмотрим принцип действия устройства для управления трехфазным мостовым инвертором на примере формирования сигнала управления ключами фазы А.

Синусоидальный сигнал задания выходного тока трехфазного инвертора поступает с генератора 14 на первый вход суммирующего усилителя 16 (фиг.4). На второй вход этого усилителя поступает в противофазе синусоидальный сигнал обратной связи по току Uoe ft (на фиг.2 показана его основная гармоника или гладкая составляющая) с датчика выходного тока фазы А трехфазного инвертора. Усиленная в блоке 16 разность сигналов задания и обратной связи (USb|X)5) подается на первый вход компаратора 19, на второй его вход поступает несущий сигнал с генератора 15 (UBWM,p .

Полярность суммы модулирующего и несущего сигналов (U0b|XA4.+ ), превышающей положительный или отрицаСинусоидальный сигнал задания выходного тока трехфазного инвертора поступает с генератора 14 на первый вход суммирующего усилителя 16 (фиг.4). На второй вход этого усилителя поступает в противофазе синусоидальный сигнал обратной связи по току Uoe ft (на фиг.2 показана его основная гармоника или гладкая составляющая) с датчика выходного тока фазы А трехфазного инвертора. Усиленная в блоке 16 разность сигналов задания и обратной связи (USb|X)5) подается на первый вход компаратора 19, на второй его вход поступает несущий сигнал с генератора 15 (UBWM,p .

Полярность суммы модулирующего и несущего сигналов (U0b|XA4.+ ), превышающей положительный или отрица

Изобретение относится к электротехнике и используется при построении устройств для управления трехфазными мостовыми инверторами напряжения, обеспечивающими формирование кваэиси- нусоидального тока путем широтно-им- пульсной модуляции. Цель изобретения - увеличение быстродействия устройства и повышение коэффициента использования напряжения источника питания. Устройство содержит блок 1 управления и три идентичных канала 2-4 задержки, каждый из которых включает два формирователя 5, 6 импульсовfэлемент 2ИЛИ 7, одновибратор 8, два элемента И 9, 10, входами соединенных с выходом од- новибратора 8 и входом канала 2-4 непосредственно или через инвертор 11. В отличие от известного блок 1 управления снабжен тремя дополнительными входами для подачи сигнала обратной связи по выходному току инвертора и тремя дополнительными выходами. Элементы И 9, 10 выполнены трехвходовы- ми, а каждый канал 2-4 задержки снабжен вторым инвертором 13 и компаратором 12, входом подключенным к дополнительному выходу блока 1 управления, а выходом - к третьему входу второго элемента И 10, к входу формирователя 6 импульсов и к входу инвертора 13, выход которого подключен к третьему входу первого элемента И 9 и первого формирователя 5 импульсов. Устройство обеспечивает устранение сквозных токов при максимальном быстродействии системы. 3 ил. (Л о& yi 4Ь IP ДО

ответствующим выходам блока 1, на ко- 45 тельный пороги срабатывания irUj-, , торых присутствуют аналоговые сигналы напряжения задания тока для каждой из фаз (например, синусоидальные), которые отрабатываются за счет переключеопределяет уровень выходного сигнал компаратора 19 (логические О или 1), являющегося входным управляющ сигналом U6)c д, для канала 2 задержк фазы А трехфазного инвертора. На вт рой вход канала 2 задержки поступае с блока 1 йюрмирования синусоидальн сигнал задания U$v д () выходн го тока фазы А трехфазного инвертор

ния силовых ключей трехфазного мосто- вого инвертора. Кроме того, каждый из задержки содержит компаратор 12, вход которого соединен с вторым входом канала задержки, а выход подключен к входу второго инвертора 13, входу формирователя 6 и третьему входу элемента 10. Выход инвертора 13 соединен с входом формирователя 5 и третьим входом элемента 9. Выходы

тельный пороги срабатывания irUj-, ,

определяет уровень выходного сигнала компаратора 19 (логические О или 1), являющегося входным управляющим сигналом U6)c д, для канала 2 задержки фазы А трехфазного инвертора. На второй вход канала 2 задержки поступает с блока 1 йюрмирования синусоидальный сигнал задания U$v д () выходного тока фазы А трехфазного инвертора.

Компаратор 12 представляет собой нуль-орган и преобразует синусоидальный сигнал в однополярные прямоугольные импульсы U{a -о скважностью 2. Переключение компаратора происходит

в моменты перехода его входного напряжения U6X 24ePe3 нулевое значение (моменты времени tQ, t 2 и t на фиг.2), причем при положительной полярности входного напряжения на выходе компаратора 12 присутствует сигнал логического О, при отрицательной полярности - сигнал логической

И 11

Формкроватапи 5 и 6 вырабатывают короткие прямоугольные импульсы (порядка 1 - 2 мкс) напряжения по заднему и переднему фронтам выходных импульсов U ,,2. компаратора 12. На выходе элемента 7 имеет место последовательность импульсов U7, частота которых определяется частотой синусоидального напряжения ..

Одновибратор 8 преобразует выходные импульсы U7 в прямоугольные им- пульсы Ug заданной длительности, выбираемой исходя из условия исключения режима сквозных токов в силовых

15

20

ляется для каждой фазы длительностью выходного импульса одновибратора соответствующего канала, причем в отличие от известных устройств эта задержка формируется лишь дважды за период модулирующего напряжения в моменты перехода его через нулевое значение, что обеспечивает повышенное быстродействие при отработке управляющих сигналов с блока 1 формирования импульсов управления.

Использование данного изобретения позволит реализовать простое и надежное в работе устройство, обеспечивающее исключение режима сквозных токов в мостовых инверторах с ШИМ при максимальных значениях быстродействия системы управления и коэффициента использования источника входного силового напряжения.

Формула изобретения

Устройство для управления трехфаз- чах фазы А инвертора. Выходные импуль-25 Ным мостовым инвертором с широтно-имсы компаратора 12 и инвертора 13 бло кируют прохождение импульсов управления и их инверсный на время, равное половине периода напряжения U вх Ј2 на втором входе канала задержки, причем при положительной полярности этого напряжения импульсы управления проходят только на выход элемента 9, при отрицательной полярности - только на выход элемента 10. За счет этого на интервалах времени, для которых (ивхд2)0, разрешается работа лишь одного из двух силовых ключей фазы А инвертора, т.е. в принципе исключается возможность появления сквозных коротких замыканий в силовых ключах инвертора. Исключение сквозных коротких замыканий при переходе напряжения и6ХдЈ через нулевое значение обеспечивается блокировкой прохождения импульсов через элементы 9 и 10 выходными импульсами Ug одно- вибратора 8, в результате чего передний фронт первого импульса на выходе этих элементов, определяющий момент открывания силового ключа в фазе А инвертора, может появиться лишь через

35

интервал времени задержки

е

Ј

06

по отношению к фронту выходного импульса и компаратора 12 (моменты времени Ц , t-j и t на Фиг. 2).

Таким образом, в предлагаемом уст- ройстве длительность зчдержки на включение силовых ключей инвертора опредепульсной модуляцией, содержащее блок формирования импульсов управления с тремя выходами, соединенными с соответствующими входами трех каналов эа30 держки, каждый из которых включает два формирователя импульсов, выходы которых подключены через элемент 2Ш1И к входу одновибратора, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены между собой и подключены к выходу одновибратора, второй вход первого элемента И соединен с входом канала задержки через инвертор, второй вход второго элемента И подключен

40 к входу канала задержки непосредственно, а выходы элементов И использованы как выходы канала устройства, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия уст45 ройства и повышения коэффициента использования напряжения источника питания, блок формирования импульсов управления снабжен тремя дополнительными входами для подачи сигналов обратной связи по выходному току трехфазного инвертора и тремя дополнительными выходами, упомянутые элементы И выполнены трехвходовыми, а каждый канал задержки снабжен вторым вертором и компаратором, входом подключенным к соответствующему дополнительному выходу блока формирования импульсов управления, причем выход компаратора соединен с третьим входом

50

55

5

0

ляется для каждой фазы длительностью выходного импульса одновибратора соответствующего канала, причем в отличие от известных устройств эта задержка формируется лишь дважды за период модулирующего напряжения в моменты перехода его через нулевое значение, что обеспечивает повышенное быстродействие при отработке управляющих сигналов с блока 1 формирования импульсов управления.

Использование данного изобретения позволит реализовать простое и надежное в работе устройство, обеспечивающее исключение режима сквозных токов в мостовых инверторах с ШИМ при максимальных значениях быстродействия системы управления и коэффициента использования источника входного силового напряжения.

Формула изобретения

о еяы. , ниеы- деез

35

6

т- юепульсной модуляцией, содержащее блок формирования импульсов управления с тремя выходами, соединенными с соответствующими входами трех каналов эа30 держки, каждый из которых включает два формирователя импульсов, выходы которых подключены через элемент 2Ш1И к входу одновибратора, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены между собой и подключены к выходу одновибратора, второй вход первого элемента И соединен с входом канала задержки через инвертор, второй вход второго элемента И подключен

40 к входу канала задержки непосредственно, а выходы элементов И использованы как выходы канала устройства, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия уст45 ройства и повышения коэффициента использования напряжения источника питания, блок формирования импульсов управления снабжен тремя дополнительными входами для подачи сигналов обратной связи по выходному току трехфазного инвертора и тремя дополнительными выходами, упомянутые элементы И выполнены трехвходовыми, а каждый канал задержки снабжен вторым вертором и компаратором, входом подключенным к соответствующему дополнительному выходу блока формирования импульсов управления, причем выход компаратора соединен с третьим входом

50

55

второго элемента И, входом второго формирователя импульсов и входом второго инвертора, выход которого под%У/

UO.C.A. VfaxM

УЬЯОГУЛЛП

« ft.

#Л/Ж#

Ufax.l fyw.8

fyxJI fywff

UAI

%

1

ключен к входу первого формирователя импульсов и третьему входу первого элемента И.

®uzZ

Uts

UqЈ,A

U зад. А

UQ,C.B

Uo.c.C

FiSI

Г1

Q-JJ

I . . -.I

Ц&.В1

UtoB2

TS1

W-Ш1

Фиг.З