Устройство для управления плечами @ -фазного полупроводникового преобразователя Советский патент 1992 года по МПК H02M7/12 

сл

С

Сущность изобретения: система сигналов формируется из однофазного сигнала путем многоступенчатого его преобразования - формирования многофазной системы однополярных прямоугольно-ступенчатых сигналов требуемой амплитуды, частоты и скважности, равной 1/2, формирования инверсного сигнала, преобразования прямого и инверсного сигналов в функции внешних управляющих сигналов, вычитания полученного сигналов, последующего интегрирования и широтно-импульсной модуляции. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и автоматизированному электроприводу и может быть использовано при построении системы управления m-фазных полупроводниковых преобразователей и регуляторов.

Для перспективных схем транзисторных силовых ключей сигнал управления фазой должен быть биполярным. Положительная волна этого сигнала управляет одним плечом, отрицательная волна - вторым плечом фазы.

Причем формирования такой биполярный сигнал должен из однополярногосигнала, так как m-фазная система сигналов обычно формируется реверсивным счетчиком на цифровых микросхемах.

Широко известны различные пересчет- но-распределительныеустройства и кольцевые счетчики, позволяющие формировать, многофазные системы сигналов. Однако

получаемые с таких устройств сигналы являются однополярными.

Системы генерирования на основе программируемого процесса позволяют получить любую систему многофазных сигналов. Однако применение процессора далеко не всегда экономически и технически возможно и оправдано.

Известен формирователь управляющего напряжения треугольной формы (Авт. св.752653, Н 02 М 1 /08 от 1980 г.). Основные недостатки этого формирователя следующие.

-невозможность широтно-импульсной модуляции сигнала;

-устройство не позволяет формировать многофазную систему сигналов;

-невозможно изменение формы сигналов и крутизны фронта и среза.

о

ч О :СЛ

О

2, Сложная функциональная схема, наличие нелинейных сопротивлений и блоков умножения.

Известен двухканальный генератор импульсов напряжения (Авт.св. 1019560, Н О М 1/08, от 1981 г.). Основные недостатки следующие.

Известно устройство для формирования гп-фазной системы которое на одном из своих выходов формирует биполярный сиг- (Авт. св.1403271, Н 02 М 1/08, от 1985 г.). Основные недостатки следующие.

Известна трехуровневая трансмиссия с бинарным кодом (патент США 3.149.323 от 15 сентября 1964 г.). Недостатки данного решения следующие.

Известно устройство по книге В.М.Ки- -бакина Основы теории и расчета транзисторных низкочастотных усилителей мощности, М.; Радио и связь, 1988 г., с.89, рис 4.5. Недостатком этого устройства является то, что оно требует для своей работы наличия биполярного сигнала управления. Формировать биполярный сигнал из одно- полярного данное устройство не может,

Известна система управления инвертором напряжения, состоящая из задающего генератора, пересчетно-распределительно- го устройства и узла предварительных формирователей по книге Б.Е.Калашникова и др. Системы управления автономными инверторами, Энергия, М., 1974, с.91, рис.53 (прототип). Недостатком данного устройства является то, что оно формирует только однополярные импульсы.

Целью настоящего изобретения является расширение области использования за счет формирования системы биполярных импульсов, исключения возможности сквозных коротких замыканий, уменьшения коммутационных перенапряжений на силовых ключах, расширения функциональных возможностей за счет регулирования крутизны фронта и среза импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления плечами преобразователя построено на преобразовании исходного периодического однофазного сигнала.

Новым является то, что каждый канал

управления состоит из формирователя од- нополярного прямоугольного сигнала, инвертора, двух преобразователей импульсов и вычитателя, при этом вход формирователя служит входом канала управления, а выход формирователя подключен к одному преобразователю импульсов непосредственно, а к другому - через инвертор, выходы обеих преобразователей импульсов подключены к вычитателю, выход которого через формирователь выходных импульсов предназначен для подключения к управляющим входам m-фазного полупроводникового преобразователя.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию новизна. При изучении других технических решений в данной и смежной областях техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и

поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

Функциональная схема устройства с нанесенными на ней сигналами представлена

на чертеже.

Задающий генератор 1 формирует однофазный периодический сигнал, частота которого может регулироваться напряжением Uf.

Выход генератора включен на вход пе- ресчетно-распределительного устройства 2. Это устройство на своих m выходах формирует m-фазную систему сигналов.

Каждый из этих сигналов подвергается

преобразованиям, характер и содержание которых описаны ниже.

В общем случае сигналы с устройства 2 имеют произвольные параметры. Поэтому в

блоке 3 из зтих сигналов формируются однополярные прямоугольные импульсы со скважностью 0,5 и частотой, равной частоте переключения силовых ключей.

В блоке 4 формируется сигнал Uk(t), ин- версный по отношению к Uk(t) (где 1 k m).

В качестве такого инвертора могут быть использованы например, элементы И-НЕ серии К155. Таким образом, получаем два сигнала - прямой и инверсный, имеющие требуемую частоту и скважность.

Сигналы Uk(t) и Ok(t) используют для формирования новой пары однополярных прямоугольных сигналов Ui(t) и 1) к(г) с требуемыми временными и амплитудными параметрами (длительность, амплитуда, задержки по фронту и срезу и др.). В соответствии с этим передаточные функции преобразователей импульсов 5 и 6 могут быть самыми разнообразными в зависимости от требуемого режима работы силовых ключей фаз (короткозамкнутый элемент с передаточным коэффициентом равным единице, делитель, умножитель, модулятор, формирователь задержек и т.д.), а так же могут изменяться в функции внешних управляющих сигналов Um(t) и UH2(t). Сигналы Um(t) и UH2(t) могут поступать, например, с измерительных элементов канала регулирования тока двигателя электропривода.

Преобразователи импульсов 5 и 6 могут быть реализованы на цифровых микросхемах (например, логика серии К 155), цифро- аналоговых преобразователях (например, КР 572), одновибраторах (например, К155 АГЗ), транзисторных ключах, операционных усилителях (например, серии К140), рези- сторных делителях и т.д.

Полученные после преобразования сигналы Uk(t) и (t) вычитаются один из другого на операционном усилителе. Блок 7 реализуется на двухвходовых операционных усилителях или компараторах (например, серии К544).Таким образом, на выходе блока 7 получаем сигнал URBblx(t) в виде знакопеременной прямоугольной функции, которая в общем случае может быть несимметричной и модулированной высокочастотными импульсами.

Сформированный таким образом сигнал можно с помощью известных устройств (например, интегратор с ограничением, инерционное звено, широтно-импульсный

модулятор и др.) подвергнуть дополнительным преобразованиям.

Полученная многофазная система биполярных сигналов управляет работой силовых ключей преобразователя.

Формирование сигнала управления для обеих плеч фазы по одному каналу исключает возможность сквозных коротких замыканий. Возможность формирования сигналов чередующейся полярности с независимо регулируемыми крутизной фронта и среза в функции внешних сигналов Um(t) и Un2(t) расширяет функциональные возможности. Формирование знакопеременных сигналов с пологими фронтами и срезами позволяет

обеспечить плавность переключения плеч, что уменьшает коммутационные перенапряжения на силовых ключах.

Формула изобретения

Устройство для управления плечами т- фазного полупроводникового преобразователя, содержащее задающий генератор, выходом подключенный к распределителю, выходы которого подключены к входам каналов управления по числу фаз, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования, каждый канал управления состоит из формирователя одно- полярного прямоугольного сигнала,

инвертора, двух преобразователей импульсов и вычитателя, причем вход формирователя однополярного прямоугольного сигнала использован как вход канала управления, выход подключен к одному преобразователю импульсов непосредственно, а к другому - через инвертор, выходы обоих преобразователей импульсов подключены к вычитателю, выход которого через формирователь выходных импульсов предназначен для подключения к управляющим входам фазного полупроводникового преобразователя.

r