УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, Советский патент 1971 года по МПК H02K29/00 

Известны устройства управления для преобразователей, работающих по методу широтно-импульс 1ой модуляции, содержащие задающий высокочастотный генератор сигналов треугольной формы, генера. тор синхронизирующих импульсов, трехфазный регулируемый низкочастотный генератор сигналов ступенчатой формы, формирователи импульсов, имеющие общие входы, и усилители - размножители унравляющих импульсов. Однако такие устройства пе обеспечпвают любого закона модуляции, точного и стабильного сдвига фаз выходных нанряжений преобразователя во всем диапазоне частот.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что с целью обеспечения любого закона модуляции, точного и стабильного сдвига фаз выходных напряжений преобразователя во всем диапазоне частот, улучщения гармонического состава кривой выходного тока при работе преобразователя на индуктивную нагрузку, повглшен.ия стабильности выходной частоты и надежности работы преобразователя выход задающего генератора сигналов треугольной формы соединен с общим входом формирователей импульсов, а выход генераторов синхронизирующих импульсов - со входом трехфазного генератора напряжения ступенчатой формы, выходы которого подсоединены к соответствующим входам формирователей. Выходы последних подсоединены к соответствующим входам усилителей-размножителей управляющих импульсов.

На фиг. 1 дана блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы; а - выходного напряжения генератора треугольного сигнала, поступающего на выход форМирователя импульсов управления, б - то же, поступающего на вход трехфазного генератора сигналов ступенчатой формы, в-3 - выходного напряжения трехфазного генератора сигналов ступенчатой формы; на фиг. 3-временные диаграммы: а-выходного напряжения генератора треугольного сигнала, поступающего на вход формирователя импульсов управления, б - выходного напряжения генератора сигналов ступенчатой формы, 8 - выходного нанряжения формирователя импульсов управления, г и д -- выходного напряжения размножителя импульсов унравления, е - выходного напряжения генератора сигналов ступенчатой формы, ж- выходного напряжения формирователя имнульсов управления, з, и - выходного напряжения размножителя имнульсов управления, к - выходного напряжения первой фазы преобразователя при работе на активную пагрузку; на фиг. 4 - диаграммы регулировафиг. 5 - диаграммы регулирования частоты выходного напряж:ения; на фиг. 6 - принцип разбиения рабочего диапазона частот на поддиапазоны; на фиг. 7, а - схема устройства, позволяющего осуществлять разбиение на поддиапазоны, б - график зависимости f Bbix /f/Bx для устройства, изображенного на фиг. 7, а; на фиг. 8, а - график синусоидального напряжения за период, б - график распределения мгновенной -мощности синусоидального сигнала напряжения в зависимости от времени, в - график распределения энергии в импульсах при щиротно-имнульсной модуляции с учетом условия энергетического баланса; на фиг. 9, а - график распределения импульсов во времени и по длительности при щиротно-импульсной модуляции, б - графики напряжений треугольной и ступенчатой форм; на фиг. 10, а и б - формы напряжения трехфазного генератора ступенчатой формы при работе преобразователя на индуктивную нагрузку; на фиг. И, а - график распределения мгновенной мощности синусоидального сигнала напря1жения за полунериод, б - графики распределения энергии в .импульсах, импульсов во времени и по длительности п напряжения треугольной формы.

Устройство содержит генератор / треугольник сигналов высокой частоты, трехфазный генератор 2 напряжения ступенчатой формы низкой частоты, формирователь 3 импульсов управления и размножитель-усилитель 4 импульсов управления.

Генератор / треугольных сигналов создает два выходных напряжения постоянной амплитуды. Первое выходное напряжение имеет треугольную форму (см. фиг. 2, а), второе - форму коротких прямоугольных импульсов (см. фиг. 2, б). Короткие и.мпульсы возникают в генераторе в момент, когда треугольные импульсы достигают минимума по абсолютной величине. Треугольные импульсы могут Иметь постоянную составляющую. Частота сигналов генератора 1 зависит от напряжения управлепия. Треугольные импульсы поступают на вход формирователя 2, а короткие - на вход генератора 2, в котором они преобразуются в напряжение, имеющее заданную ступенчатую форму (см. фиг. 2,6-3).

Форма выходного напряжения геиераторя. 2 может быть разной и зависит от требуемой формы напряжения на выходе преобразователя или от формы тока в нагрузке преобразователя.

Когда ток в индуктивной нагрузке преобразователя должен быть синусоидальным, форма напряжения на выходе генератора 2 одной фазы должна быть как на фиг. 10, где на участках and форма напряжепия имеет ступенчато-синусоидальный вид, а на участках вне напряжение сохраняется постоянным.

треугольной формы. Целесообразно выдержать соотнощение 7д,2(У.макс1 (см. фиг.4, а). Величина же каждой ступеньки напряжения на участках and должна выбираться из следующих соображений: полупериод синусоидального напряжения разбит на девять равных интервалов времени (фиг. 8, а, б). В каждом интервале сосредоточена энергия Д W AWz, Wz, 4W4, IFs, 4H7g, dWy, Wg, ДГд, причем , , AW-. W,.

При переходе к широтно-импульсной модуляции энергетические соотнощения во временных интервалах разбиения сохраняются.

5 Исходя из этого, определяют длительность импульсов в интервалах разбиения TJ г -,,, T.., t., :4 б и врем.я между импульсами, т. е. закон модуляция, по которому легко находят величину напряжений ступенек (см. фиг. 8, в, фиг. 9, а, б. Определение величин ступенек напряжения легче вести наглядным и удобным графическим способом. Однако расчет величин ступенек можно осуществить и аналитически.

5 При модуляции импульсов не обязательно исходить из энергетических соображений. Специфика выходных напрялжний и нагрузок преобразователя может потребовать не только энергетического подхода, т. е. в каждом

0 отдельном случае задача может рещаться по-1эазному.

Выходные напряжения (Увыхз отрицательной полярности генератора 2 (см. фиг. 3, е) поступают на формирователь 5 импульсов

5 управления, в котором происходит их амплитудное сравнение с сигналом треугольной формы f/8uxr В моменты равенства этих напряжений на выходах формирователя 3 формируются прямоугольные и мпульсы. Дли тельность прямоугольных импульсов определяется временем, в течение которого напряжение /7вых1 превышает напряжение , (см. фиг. 3, а-в).

Прямоугольные импульсы дифференцируются. Импульсы, полученные от дифференцирования переднего фронта прямоугольных импульсов, усиливаются размножителем 4 импульсов управления и подаются на управляющие электроды рабочих тиристоров силовой

0 схемы преобразователя (см. фиг. 3, г. Импульсы, полученные от дифференцирования заднего фронта прямоугольных импульсов и усиленные размножителем 4, подаются на управляющие электроды гасящих тиристоров

55 (см. фиг. 3, д. Так формируются силовые импульсы в нагрузке преобразователя (см. фиг. 3, к).

При постоянной амплитуде выходного напряжения L Bbixi и изменении амплитуды вы ходного напряжения ( (или наоборот) меняются во времени моменты равенства этих напряжений, что вызывает изменение щирины импульсов управления (см. фиг. 4). С изменением частоты треугольных сигналов

импульсов управления, так и расстояние между ними, т. е. менябтоя частота на выходе преобразователя (см. фиг. 5). При данном построении системы управления число импульсов управления в периоде для всего диапазона выходных частот сохраняется постоянным.

Однако практически целесообразно с целью меньших потерь на коммутацию рабочий диапазон выходных частот разбить на два или три поддиапазона с разным числом ступенек напряжения за полупериод. Когда нагрузкой преобразователя служит аспнхронный двигатель, то количество ступенек напряжения за полупериод в каждом поддиапазоне в первую очередь должно определяться степенью равномерного вращения вала двигателя, а лишь потом энергетическими соображениями.

Например, интервал выходных частот преобразователя 0,5-70 гц можно разбить на поддиапазоны 0,5-5 гц, количество ступенек напряжения генератора 2 за нолупериод-18; 5-30 гц, количество ступенек-9; 40-70 гц, количество ступенек-3.

Пр« достижении уровня напряжения управления генератора / соответствующего, например, 5 гц, мгновенно происходит изменение частоты генератора 1 и одновременно меняется число ступенек напряжения /вых Если частоты генератора / уменьшилась, напри-мер, в 3 раза, то и количество ступенек напряжения И{, должно уменьшиться во столько же раз (см. фиг. 6).

Предлагаемое устройство построено на основе схем счетно-вычислительной техники, что позволяет удовлетворить требованиям, предъявляемым к устройствам управления

для преобразователей, работающих по принципу ШИМ, и дает возможность использовать в замкнутой системе электропривода импульсные датчики (например, импульсный 5 тахогенератор), которые менее подвержены действию помех.

Предмет изобретения

0 Устройство управления для преобразователей, работающих по методу щиротно-имнульсной модуля ции, содержащее задающий высокочастотный генератор сигналов треугольной формы, генератор синхронизиру.

ющих /импульсов, трехфазный; регулируемый низкочастотный генератор сигналов ступенчатой формы, формирователи .импульсов, имеющие общ-ие входы, и усилителиразмножители унравляющнх импульсов, отлч0 чающееся тем, что, с целью обеспечения любого закона модуляции, точного п стабильного сдвига фаз выходных напряжений преобразователя во всем диапазоне частот, улучшения гармонического состава кривой вы5ходного тока нри работе преобразователя на индуктивную нагрузку, повышения стабиль}1ости выходной частоты и надежности работы преобразователя, выход задающего генератора сигналов треугольной формы соединен с общим входом формирователей импульсов, а выход генераторов синхронизирующих импульсов - со входом трехфазного генератора напрял ения ступенчатой формы, выходы которого подсоединены к соответствующим входам формирователей, причем выходы последних подсоединены к соответствующим входам усилителей-размножителей управляющих пмпульсов.

Л л л

л

Л л А

г 1А1ГТ/ / / / V V lAvrr/ / V

7У V V V у / -у / . уу. VуtУ 1 ППП ППП в Л. A. .A L/1 ff %/x,

АЛА

А л А л А А

АЛЛ

/ л /. ХА- I Х|.

Фиг 5 ПППОЛЯ AA ,Л

Иа вход генератора i

UWj 2 Wf . 6W

Но манда на 1/меньшение числа ступенен эа период S генераторе /

.7

WBUWf UWgUWg

aWf dWy /IW JI4V We W7

(J

гг

%.,

и,

/x.

f

/ фазы

Г

L.

(7

10