Цифровая система управления инвертором напряжения Советский патент 1978 года по МПК H02P13/18 

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть иснользовано для управления инверторами напряжения с явным и неявным звеном постоянного тока, предназначенными для частотно регулируемого электропривода переменного тока.

Известна снстема управления инвертором напряжения 1, содержащая блок задатчика частоты переменного напряжения, блок задатчика частоты модуляции, блок сннхропнзации частот.

Иедостатком данной системы является ннзкая максимальная выходная частота и узкий дианазон ее регулирования, а также мпогоканальиость и сложность устройства в апалоговой форме.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической супдпости является цифровая система управления инвертором напряжения 2, содержащая реверсивный счетчик, иреобразователь напряжение - частота, распределитель импульсов и блок формирования тактовых интервалов, при этом преобразователь напряжение - частота соединен с реверсивным счетчиком, выходы дешифратора реверсивного счетчика и выходы блока формирования тактовых интервалов соединены с раснределителем импульсов. Блок формирования тактовых интервалов выполнен в виде управляемого задающего генератора, соединенного

со сдвигающим регистром. Данная система управления позволяет реализовать синусоидальный закон широтно-нмпульсной модуляции выходного напряжеиия инвертора.

Недостатком данной системы является статпческая погрешность формирования выходного напряжения инвертора нз-за принципиальпой несннхронности частот задающего генератора и преобразователя папряжение - частота системы управления, что обуславливает недостаточно высокое качество выходпого напряжения, узкий частотный дианазон выходного напряжеипя, определяемый регулировкой частоты нлфотно-импульсной модуляции при фиксированной кратности частоты широтно-импульсной модуляции с выходной частотой, взаимная зависимость регулируемых параметров выходного напряжения и частоты, требующая согласовання изменений двух управляющих воздействий во всем диаиазоне их совместного регулирования.

Целью изобретения является улучщение качества выходного напряжения инвертора, расширеиие частотного диапазона и осуществление независимого регулирования выходных параметров. Поставленная цель достигается тем, что система управления иивертором напряжения снабжеиа аналого-цифровым преобразователем частоты, переключателем кратностн, преобразователем код-частота. Реверсивный счетчик выполнен в виде двух счетчиков, основного и вспомогательного, блок формирования тактовых интервалов выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя панряжеиия и цифрового элемента совпадения, выход аналого-цифрового нреобразователя нацряжения соединен с входами цифрового элемента совнадения, с одним из входов цифрового элемента совпадения соедннеивг выходы вспомогательного реверсивного счетчика, вход которого соедииен с выходом цифрового элемента еовпадеш-ш и с одним из входов распределителя импульсов, другие вход|)1 которого соединены с выходами переключателя кратности, со входами основного реверсивного счетчика и со входами преобразователя код - частота, другие входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя наиряження и аналого-цифрового преобразователя частоты, а его выход соединен со входами аналого-цифрового нреобразователя напряжения основного и вспомогател ;ного реверсивных счетчиков и аиалого-цнфрового преобра:,ователя частотЕл, .ходь которого соединены со входами переключателя кратности.

На фиг. 1 приведена фупкционал1 ная блоксхема системы управления; на фиг. 2 - зависимость частоты тактов от выходной частоты; на фиг. 3 - диаграмма работы системы.

Устройство содержит основной реверсивиый счетчик 1, выход которого иодключе1г ко входу распределителя импульсов 2, вспомогательный реверсивиый счетчик 3, выход которого подключен ко входу блока формировапия тактовых интервалов 4, состоящего из цифрового элемента совпадения 5 и аналого-цифрового преобразователя напряжения 6, аналого-цифровой преобразователь частоты 7, один выход которого подключен ко входу переключателя кратиости 8, а другой выход - ко входу преобразователя код-чаетота 9.

Устройство работает следующим образом.

Период выходного напряжения состоит из определенного числа тактовых иитервалов. Уетройство вырабатывает па каждом тактовом интервале нолный набор импульсов, соответствующих передним и задним фроитам всех выходных импульсов с последующим распределением пмпульсов по выходам системы управления в зависимости от номера тактового интервала.

из управляющих аналоговых напряжений t/ye и f/y7 (фиг. 1), задающих выходное напряжение и выходную частоту, соответствуют коды а, па выходе аналого-цифрового преобразователя напряжения н 6, на выходах аналого-цифрового преобразователя частоты. Величины этих кодов задают, кроме того, частоту пкч на выходе преобразователя код - частота. Соответственно коду bj переключатель кратности выдает команду dt на установку определенной кратности отношения

частоты ШИрОТНО-ИМПуЛЬСПОЙ модуляции fiunM и выходной частоты f выхПусть в какой-то момент времени основной и вспомогательный счетчики установились в положение «О. Основ юй счетчик включается на сложение и начинает заполняться (фиг. 3,а). Импульс дешифратора ос 1овного реверсивного счетчика I «Заполнение счетчика (фиг. 3, б) удерживает счетчик в заполненном состоянии, одновременно разрешая работу в режиме сложения вспомогательному

счетчику (фиг. 3, а). В MJMCHT равенства кодов fl; и Ci, команда р (фиг. 3,г) элемента 5 переключит вспомогательный счетчик на вычитанне. Сигнал «О счетчика 3 с дешифратора разрешает вычитание основному счетчику,

равное заполненному, до появления на выходе дешифратора основного счетчика сигнала «О (фиг. 3, (5), который реверсирует основной счетчик на сложение, и никл работы устройства повторяется.

Величииа кода а, преобразователя 6 {)И|Хделяет величину коэффнилента модуля ип1 выходного напряжения, «растягивая или «сжимая иачку имнул1 сов /„, дешифратора основного счетчика внутри тактового HHTCJIвала. При регулироваини выходиого напряжения, формнруемо1-о устройством, код «; преоб)азователя 6 кс рректирует частоту /„.,:,1 так, чтобы величина тактового ннтервала, онределяюн-1ая частоту шнм, оставалась неизменной.

Регулирование частоты выходного нанряжеиия, формируемого устройством, осуидествляетея следующим образом.

Предноложим вначале, что управляющее гюздсйствие (Jy задает кодом Ь; максимальную выходную частоту fHbi.x .макс. Переключатель кратноети выдает команду di (фиг. 3, а)

/„.,:

6 В рена устаиовку кратности частот

жиме шнротно-импульсного регулирования в

распределитель импз-льсов. Выходы дешифратора основного счетчика этой же командой di подключаются к раснределителю импульсов согласно релСиму широтно-импульсного )егулирования. Коды а,: и bj уетанавливают на

выходе преобразователя 9 частоту /mm тактирования счетчиков 1 и 3 (фиг. 2).

Пачнем плавно уменьшать частоту выходного напряження унравляющим воздействием L/y7. Для простоты считаем /уб const. Код bj

по мере уменьшения Uyj уменьшает частоту РШ:Ч, снилчая тем еамым частоту появлеиня импульеов на выходах дешифраторов ечетчиков, следовательно, и выходную чаетоту. При определенном значении кода Ь, произойдет

скачкообразное переключение кратности с шести на двенадцать. К этому моменту , уменьшается в два раза (это число может быть другим). Команда di переключателя кратиости (фиг. 3, а) подключает к распределителю импульсов выходы Ж1-Жз (фиг. 3, ж) дешифратора счетчика 1, определяющиеся задапным законом широтно-импульсной модуляции и этой же командой меняется подключение кода b-i ко входу преобразователя 9 так,

чтобы Fran скачком увеличилась до .Рцкч ь т. е.

в два раза, сохранив вых на определенном

уровне (фиг. 2). Переходный нро3

цесс переключения длится доли периода следования имнульсов Рикч, поэтому его практически можно считать безынерционным.

Теперь уменьшение выходной частоты производится уменьшением f,i,j4 в два раза до следуюш,его переключения кратности с двенадцати на двадцать четыре командой di (фнг. 3, з) на установку новой кратности и иодключенис выходов f/i-Us (фиг. 3, и) дешифратора к распределителю этой же комаидой. Раснределитель импульсов в каждом такте из всего набора имнульсов, определяющих иередиие и задние фронты широтно-модулируемых импульсов, выбирает для каждой фазы имиульсы, соответствующие полуволне и высоте ступепек формируемого иапряжения. Поскольку для формирования всех фаз и полуволи используются одни и те же импульсы с выхода дешифратора счетчика 3, то выходиое напряжение будет строго снмметричным по полуволнам, фазам, периодам и без постоянной составляющей, что обеспечнвает высокое качество выходного нанряжения. Когда выходная частота при дальнейшем ее умеиьшенни

достигает значення (фиг. 2), пропс8

ходит новое переключение кратности, ио ступепьки аппроксимированного синусоидальпого закона ШИМ теперь повторяются дважды, а при дальнейшем уменьшении частоты вдвое повторяются четыре и восемь раз соответственно.

При необходимости дальиейшего расширеиия частотного диапазона в области весьма иизких частот вместо повторения ступенек модулирующего закона можно увеличить число его разных ступенек, при этом усложнится распределитель импульсов и дешифратор основного счетчика, увеличится число их входов и выходов. При плавном регулироваиии частоты выходиого папряжеиия переключение кратности происходит в фиксироваиных точках частотного диапазона, что обеснечивает регулироваиие частоты в широком диапазоне (от 2 до 80 Гц) при изменении частоты модуляции в два раза, но это чнсло может быть другим в зависимости от нагрузкн инвертора и работоснособности узлов коммутации. Пезависимая от частоты глубокая регулировка выхохцного напряжения (1:40) нозволяет реализовать любой закон частотного регулнрования электроиривода переменного тока.

Таким образом, предлагаемая цифровая адаптивная снстема управления инвертором позволяет формировать выходное напряжение более высокого качества за счет переключения кратности в расширенном диапазоие частот с независимыми регулировками выходных параметров.

Ф о р м л а н 3 о б р е т е п и я

Цифровая система управления инвертором напряжения, содержащая реверсивный счетчик с дешифратором, расиредслитель импульсов, блок формирования тактовых интервалов, причем выходы дешифратора реверсивного

счетчика соединены с раснределптелем имиульсов, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения ннвертора, расшпрення частотного дпаназона и осуществления независнмого регулирования выходных иараметров, она снабжена аналого-цифровым преобразователем частоты, переключателем кратиостп, преобразователем код - частота, нрпчем счетчнк выполнен в виде двух счетчнков, основного и

всномогательного, блок формирования тактовых интервалов - в виде аналого-цифрового преобразователя напряження п ппфрового элемента совпадения, выход аналого-цифрового преобразователя иапряжения соедппен е

входамн цифрового элемеита совпадения, с одним мз ;5ходов цифрового элемента совпадения еоединепы выходы всномогательного реверсивного счетчика, вход которого соединен с выходом цнфрового элемента совпадения и с

одним из входов распределителя импульсов, другпе входы которого соедииены с выходами переключателя кратиости, со входами основного реверсивного счетчика и со входами нрсобразователя код-частота, другие входы

которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя напряжения и аиалого-цифрового преобразователя частоты, а его выход соединеи со входами аиалого-цифрового преобразователя иапряження, основного и

вспомогательиого реверсивиы.х счетчиков п аиалого-цифрового иреобразователя частоты, выходы которого соедииены со входами переключателя кратностн.

Псточннкп пнформапнн,

принятые во внимание прн экспертизе

1.Патент США Л 3859585, кл. 321-9А, 1972.

2.Зюбнн В. Ф. Дискретные снстемы унравлення автономны.мн ннве)порами с широтноимпульсной модуляцией ио нелииейпому закону. «Электротехннка, 1974, Л 11, с. 15.

J444ki4i4g 43ijlWIMJ 1

;

;

С

:

Сз ki«сэ л oa fti

613476

i

ч

5i Q.

:э

&