Устройство для программного управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H02M7/48 

Фиг.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока, в частности для частотного управления электроприводом с асинхронным, синхронным и вентильным двигателем при условии постоянства известной зависимости момента нагрузки от частоты,

Известны устройства управления электроприводом переменного тока по частоте и напряжению, по частоте и току, параметрического управления.

К недостаткам таких устройств следует отнести наличие одной или нескольких дополнительных обратных связей с соответствующими каналами управления, требующими настройки и содержащими нелинейные элементы.

Известно устройство для управления гиристорным регулируемым автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией, в котором диапазон выходной частоты разбит на поддиапазоны с целью улучшения качества выходной электрической энергии в области низких частот путем увеличения кратности частоты модуляции.

К недостаткам такого устройства можно отнести отсутствие учета оНтимального соотношения U/f, во всем диапазоне частоты для соответствующего электродвигателя при известной зависимости момента нагрузки от частоты.

Известны способ и устройство, его реализующее, для получения постоянного соотношения частота-напряжение в инвер- торной схеме, в которой с целью получения указанной характеристики изменяется частота модулирующего напряжения при постоянной частоте опорного напряжения в широтно-импульсной модуляции.

К недостаткам такого устройства можно отнести отсутствие учета нелинейности соотношения U/f для двигателя при неизменной известной зависимости момента нагрузки от частоты, которая особенно проявляется при уменьшении нижнего предела рабочей частоты.

Известны способ управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока и устройство, его реализующее, в котором при изменении выходной частоты изменяется только длительность паузы, а время, в течение которого источник питания подключен к нагрузке, остается постоянным.

К недостаткам такого устройства следует отнести, отсутствие учета нелинейности соотношения U/f для двигателя при неизменной известной зависимости момента нагрузки от частоты, которая особенно

проявляется при уменьшении нижнего предела рабочей частоты, а также то, что предлагаемое устройство можно использовать только в электроприводах с постоянным либо малоизменяющимся моментом нагрузки. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для управления трехфазным инвертором, содержащее задающий генератор, блок им0 пульсно-фазового управления, кольцевой

регистр, логический блок, блок управления,

формирователь, Т-триггер и два элемента И.

К недостаткам такого устройства можно

отнести увеличение массогабаритных пока5 зателей при работе в области низких частот, относительно малое число переключаемых частотных поддиапазонов, и относительно быстрое увеличение числа элементов в системе управления при увеличении числа под0 диапазонов.

Цель изобретения - упрощение устройства и улучшение энергетических показателей системы инвертор напряжения - электродвигатель переменного тока.

5Поставленная цель достигается тем, что

устройство для программного управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока, содержащее управляемый задающий генератор, выход которого

0 соединен с входом делителя частоты, выход старшего разряда которого соединен с пересчетным кольцом, выходы которого соединены с первыми входами логического блока, вторые входы которого соединены с

5 прямым и инверсным выходом RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с первыми

0 входами блока сравнения, выходы которого соединены с R-входами счетчика и RS-триггера, выходы логического блока соединены с входами усилительно-развязывающего каскада, выходы которого соединены с выхо5 дами устройства, причем логический блок выполнен в соответствии с вьфажениями Yi Xi V XaVfXs-X) V(X2- X8); Y2 Xi X3 (X5 V X8)(X2 V XT); Y3 X3V X5V(XrX) V(X4-X8);

0 Y4 X3-Xs(Xi VXs)(X4 V X7); Y5 Xi V X5 V (X3 X7) V (X6 X8); Y6 Xi - X5 (X3 V X8)(X6 V XT), где Х1,,,Хб - сигналы на выходах пересчетного кольца, X, Хв - сигналы на прямом и

5 инверсном выходе RS-триггера, дополнительно снабжено двумя одновибраторами, двумя генераторами опорных частот, вторыми, третьим, четвертым и пятым элементами И, элементом ИЛИ, формирователем переднего фронта, вторым счетчиком, регистром, блоком преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратором, причем старшего разряда делителя частоты соединен с входами одно- вибраторов, выходы которых соединены соответственно с шиной записи регистра и R-входом второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора опорной частоты, выходы разрядов счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с входами блоками преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, выходы кода длительности импульсов выходного напряжения которого соединены с вторыми входами блока сравнения, выходы кода кратности частоты модуляции соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами последовательно второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены последовательно с выходом управляемого задающего генератора и с выходами первого, второго и третьего разрядов делителя частоты, выходы второго, третьего, четвертого и пятого элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход второго генератора опорной частоты соединен с вторым входом первого элемента И.

Введение блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, подключенного к информационным выходам преобразователя частота-код, куда входят генератор опорной частоты, второй делитель частоты, два одновибратора, реверсивный счетчик, регистр, и соответствующих связей между ними, позволяет разбить весь диапазон работы электропривода на поддиапазоны, в которых программно задаются значения длительности т импульсов выходного напряжения в зависимости от поддиапазона работы инвертора. Максимальное число N поддиапазонов, на которые можно разбить частотный диапазон электропривода, определяется соотношением N 2П, где п - число разрядов преобразователя частота-код. Коды, соответствующие заданному значению длительности т импульсов, поступают на вторые входы блока сравнения, что в конечном итоге позволяет с помощью предлагаемого устройства изменять выходное напряжение инвертора в зависимости от изменения его выходной частоты.

С помощью блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратора, второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, элемента ИЛИ в предлагаемом устройстве возможно дискретное

изменение от 1 до 8 кратности частоты модуляции выходного напряжения инвертора в зависимости от поддиапазона работы инвертора. Это позволяет улучшить энергетические показатели системы инвертор

напряжения - электродвигатель переменного тока при меньших по сравнению с прототипом аппаратурных затратах.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для программного управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока; на фиг. 2 - инвертор напряжения на полностью управляемых ключах 1.24-1.29; на фиг. 3 - диаграмма работы ключей инвертора и кривая выходного линейного напряжения в поддиапазоне с че- тырехкратным увеличением частоты модуляции.

Устройство содержит управляемый задающий генератор 1.1; делитель 1.2 частоты; пересчетное кольцо 1.3; логический блок 1.4; усилительно-развязывающий блок 1.5; RS-триггер 1.6, два счетчика 1.7 и 1.9; схемы 1.8 сравнения; пять элементов И 1.9, 1.11- 1.14; элемент ИЛИ 1.15; два генератора

1.10, 1.18 опорных частот; два одновибратора 1.16 и 1.17; регистр 1.20; блок 1.21 преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратор 1,22; формирователь 1.23 переднего фронта.

Устройство работает следующим образом.

С выхода управляемого напряжением

генератора 1.1 заданная-частота поступает на вход делителя 1.2 частоты. Если частоту на выходе старшего разряда делителя 1.2 частоты обозначить через тд.ч., то частоты на меньших разрядах и на входе соответственно равны 2тд ч., 4тд ч , 8тд.ч. С выхода старшего разряда делителя 1.2 частоты частота поступает на пересчетное кольцо, на шести выходах которого последовательно появляются сигналы, длительности которых равны

1/ffl.4. Сигналы с выходов пересчетного кольца 1.3 поступают на входы логического блока 1.4.

В предлагаемом устройстве можно выделить следующие узлы: преобразователь

частота-код; схема переключения кратности частоты модуляции и схема широтно-им- пульсного управления, К преобразователю частота-код относятся: однрвибраторы 1.16, 1.17, генератор 1.18 опорной частоты, счетчик 1.19, регистр 1.20.

По приходу импульсов на входы одно- вибраторов 1.16 и 1.17 на их выходах, спустя промежутки времени, достаточные для переключения логических элементов, появляются импульсы, причем так, что сначала происходит запись кода, полученного в предыдущем цикле счета с выходов счетчика 1.19 в регистр 1.20, а затем обнуление счетчика 1.19. Поскольку на выходе первого генератора 1.18 опорной частоты частота постоянна, то на выходе регистра 1.20 присутствует код, пропорциональный временному интервалу между двумя предыдущими импульсами, поступающими с одновибрато- ра 1.17. Код с выхода регистра 1.20 является управляющим для блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции 1.21, на одной группе выходов которого присутствуют коды длительности г импульса при частоте модуляции f, соответствующей коду 1.20, на второй группе выходов (в данном случае двух выходах) присутствует код кратности частоты модуляции, который поступает на входы дешифратора 1.22, в схемы переключения кратности частоты модуляции. Она содержит кроме дешифратора 1.22 четыре элемента И 1.Т1-1.14, элемент ИЛИ 1.15, формирователь 1.23 переднего фронта.

В зависимости от кода кратности частоты модуляции блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции 1.21 на одном из выходов дешифратора 1.22 присутствует единица, которая разрешает прохождение одной из частот fA.4, 2тдч.. 4тд.ч., Втд.ч. через один из элементов И 1.11-1.14 и элемент ИЛИ 1.15 на вход формирователя 1.23 переднего фронта.

С выхода формирователя 1.23 переднего фронта импульсы поступают на S-вход RS-триггера 1.6 схемы широтно-импульсно- го управления. Она содержит кроме RS- триггера 1.6 генератор 1.10 опорной длительности, элемент И 1.9. счетчик 1.7, схемы 1,8 сравнения.

По приходу импульса на вход RS-триггера 1.6 он устанавливается в единичное состояние и разрешает прохождение импульсов с генератора 1.10 второй опорной частоты через элемент 1.9 на счетный вход счетчика 1.7. В счетчике 1.7 начинается подсчет импульсов с генератора 1.10 и при равенстве кода на выходе счетчика 1.7 и кода длительности импульсов выходного напряжения на выходах блока 1.21 на выходе схемы 1.8 сравнения появляется импульс, который устанавливает в нуль триггер 1.6 и обнуляет счетчик 1.7.

Таким образом, длительность импульса на выходе RS-триггера 1.6 определяется кодом длительности импульсов выходного на- пряжения на выходах блока 1.21 в

соответствии с кодом управления, поступающим с выхода регистра 1.20. В свою очередь, длительность импульсов на выходе RS-триггера 1.6 определяет длительность импульсов выходного напряжения. Если

обозначить сигналы, поступающие на входы логического блока 1.4, следующим образом: Xi-..Хб - сигналы на выходах пересчетного кольца 1.3; X, Хв сигналы соответственно на прямом и инверсном выходах RS-триггера 1.6, то для выходных сигналов Y-1...Y6 логического блока справедливы следующие соотношения

Yi Xi V Хз (Хв - X) V (Х2 Хв); Y2 Xi . Хз(Х5 )(X2 V Xj);

Уз Хз V ХБ V (Xi X) V (Х4 Хз);

Y4 Хз Xg (Xi VXe)(X4 ); Ys Xi V Xs V (X3 Xy) V (X6 Хв): Ye - Xi Хз(Хз V Хз)(Хб V X). Использование изобретения позволяет

получить следующие преимущества: улучшить энергетические показатели и повысить надежность электропривода посредством программной реализации при относительно малых аппаратурных затратах

выходной характеристики инвертора, близкой к оптимальной, с учетом характеристик двигателя и зависимости момента нагрузки от частоты, при этом оптимальное значение выходного напряжения (и соответственно

длительности импульсов г выходного напряжения) в каждом поддиапазоне определяется в выбранной точке, в других точках поддиапазона справедливо соотношение:

Ucp/f const, где Ucp - среднее за

период Т значение выходного напряжения; т- длительность импульса выходного

напряжения U (фиг. 3), f -и UCp/f U T

const, при Ui -т const, а также улучшить

качество выходной электрической энергии

инвертора в области низких частот путем

изменения кратности частоты модуляции;

исключить необходимость настройки контуров обратных связей в электроприводе, заменив ее инженерным расчетом характеристик электропривода и занеся необходимую информацию в блок преобразования в коды длительности импульсов выходного

напряжения и кратности частоты модуляции 1.21; повысить точность, с которой можно реализовать выходную характеристику ин- ветора U F(t) благодаря цифровым методам реализации, которая определяется

числом разрядов счетчика 1.7, схемы 1.8 сравнения и блока преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции 1.21, что особенно важно при использовании стабилизированного источника питания инвертора; достичь практически мгновенного регулирования выходного напряжения от частоты при быстрых изменениях выходной частоты; уменьшить величины пиков момента электродвигателя и их отрицательное влияние на механическую часть электропривода посредством более точного регулирования выходного напряжения инвертора от частоты в переходных режимах. Формула изобретения Устройство для программного управления инвертором напряжения в электроприводе переменного тока, содержащее управляемый задающий генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход старшего разряда которого соединен с пересчетным кольцом, выходы которого соединены с первыми входами логического блока, вторые входы которого соединены с прямым и инверсным выходами RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения, выходы которого соединены с R-вхо- дами счетчика и RS-триггера, выходы логического блока соединены с входами усилительно-развязывающего каскада, выходы которого соединены с выходами устройства, причем логический блок выполнен в соответствии с выражениями

Yi Xi VX3V(X5 Xy)V(X2 X8); Y2 Xi Хз(Х5 V X8)(X2 V Xy): Y3 Хз V Xs V (Xi Xy) V (X4 Xs); Y4 X3 Xs(Xi VX8)(X4 VXy): Y5 Xi V Xs V (Хз - Xy) V (X6 X8); Y6 Xi - X5 (Хз V XsXXe V Xy), где Xi...Xe - сигналы на выходах пересчетного кольца;

Xy, Xe - сигналы на прямом и инверсном выходах RS-триггера,

отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и улучшения энергетических показателей системы инвертор напряжения - электродвигатель переменного тока, оно снабжено двумя одновибратора- ми, двумя генераторами опорных частот, вторым, третьим, четвертым и пятым элементами И, элементом ИЛИ, формирователем переднего фронта, вторым счетчиком, регистром, блоком, преобразования в коды длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, дешифратором, причем выход старшего разряда делителя частоты соединен с входами одновибраторов, выходы которых соединены соответственно с шиной записи регистра и R-входом второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого генератора опорной частоты, выходы разрядов счетчика соединены с входами регистра, выходы которого соединены с входами блока преобразования в коды

длительности импульсов выходного напряжения и кратности частоты модуляции, выходы кода длительности импульсов выходного напряжения которого соединены с вторыми входами блока сравнения, выхо ды кода кратности частоты модуляции соединены с входами дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами последовательно второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, вторые входы

которых соединены последовательно с выходом управляемого задающего генератора и с выходами первого, второго и третьего разрядов делителя частоты, выходы второго, третьего, четвертого и пятого элементов

И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом формирователя переднего фронта, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход второго генератора опорной частоты соединен с вторым входом первого элемента И.

ISo is

Сущность изобретения: устройство содержит управляемый задающий генератор 1.1, делитель 1.2 частоты, пересчетное кольцо 1.3, логический блок 1.4, усилительно- развязывающий блок 1.5, триггер 1.6, счетчики 1.7, 1.19, генераторы 1.10, 1.18 опорных частот, одновибраторы 1.16, 1.17, регистр 1.20, блок 1.21 преобразования, дешифратор 1.22, формирователь 1.23 переднего фронта 3 ил

1Z5

-К

{

-

о -

„JJ

:innnpn

lUUu...

(Ј9

-к

i

n

l „nnannnnn

&игЗ