Устройство управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией Советский патент 1980 года по МПК H02P13/18 

:54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах управления полупровод никовыми преобразователями частоты, которые предназначены для частотног управления электродвигателем переменного тока. Известно устройство управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией (ШИН) 1J . Известное устройство имеет тот недостаток, что для обеспечения работоспособности устройства на выход блока задающих генераторов установлены фильтры нижниз частот, вносящие существенный фазовый сдвиг, при изменении частоты модуляции, кр ме того, регулирование амплитуды выходного напряжения инвертора осуществляется по одному каналу. Наиболее близким по технической Сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее два независимых генератора и формирователь сигналов управления силовыми вентилями инвертора. Первый генератор состоит из трех регулируемых по частоте мультивибраторов, управляе.мых от мультивибратора, на вход которого подается сигнал задания частоты модулирующего напряжения. Второй генератор .включает общий мерегулируемый мультивибратор, фазосдвигающее устройство и регулируемый по фазе мультивибратор. На вход фазосдвигающего устройства подаемся сигнал задания амплитуды модулирующего напряжения. Выходы генераторов подключены к формирователю сигналов управления вентилями инвертора, включающим выходные обмотки управления каждым вентилем, соединенные параллельно в две цепочки, одна из которых состоит из согласно включенных обмоток регулируемого по частоте мультивибратора данной фазы и регулируемого по фазе мультивибратора, а другая - из встречно вклю енных обмоток того же регулируемого по частоте .мультивибратора и общего нерегулируемого мультивибратора 2 . Недостатками этого устройства являются зависимость фазового сдвига основной, гармоники выходного напряжения инвертора от глубины модуляциинесинусоидальность закона модуляции, что приводит к неравномерности вращения двигателя на низких частотах.

наличие одного канала регулирования вйходнЬго напряжения инвертора. .

Цель изобретения - улучшение спектра выходного напряжения инвертора.

поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления инвертором с ШИМ, состоящее из двух йёзЖйййймых генераторов частоты и Форми1эрвателя сигналов управления силовыми вентилями инвертора, формйрователь сигналов управления силоВЫШ1 вентилямй инвертора йыполнен

в видешести модуляторов,$opNMpo йа;тШ1й сйгналов уПТрйвленйя :5т%ми

йОДуляторами, двух интеграторов,

каждый из которых охвачен через нелинейный элемент обратной связью, двух нуль-органов, двух элементов И й триггёра/пх йчем первые входа перJecsfO и четвертого модуляторов квыводам для подключения входного сигнала задания первой составляющей основной гармоники выходного напряжения инвертора, первые входы второго и пятого модуляторавхбдного сигнала задания второй составляющей основной гармоники выходнОго. напряжения инвертора, первые входы третьего и шестого модулятора- постоянного сигнала смещения, второй вход каждого модулятора подключен к соответствующему выходу форййрЪватёля сигналов управления модуляторами, выходы модуляторов подключены к входам интеграторов таким образом, что выходы первых треХ-модуляторов подключены к входам °о2ног6й11Тёгратора; а, выхбЯЫ грех других модуляторов - к входам второтЪййтёгратора, выход каждого - интегратора через нуль-орган соединен с первым входом соответствующего элемента И, второй вход первого элемента И соединен со вторым .входом шестого модулятора, второй вход второго элемента И соединен Со вторым входом третьего модулятора, а выходы обоих элементов И соединены Со входами триггера.

На фиг, 1 бредетавле,на структурная схема устройства управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, на фиг,2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие pa6qTy устройства,

Устройство содержит модуляторы 1-6, генераторы 7 и 8, выходы которые подключены ко входам формирователя 9 Сйтйалов управления модуляторами 1-6. Модуляторы 1-3 соединены через интегратор 10, нуль-орган 11 й.элемент И 12 с однйм й:з входЬй триггера 13, а модуляторы 4-6 соединены через интегратор 14, нуль-орган 15 и элемент 16 И с другим входом триггера 13. Интеграторы 10 и 14 охвачены через нелинейные элементы 17 и 18 обратными связями. Вторые входы ; элементов 12 и 16 И соединены с выходами формирователя 9 сигналов управления модуляторами.

Выходом устройства являются выходы триггера 13, по сигналам осуществля:юТся переключения элементо одной фазы инвертора. Инвертор работает в режиме широтно-импульсной модуляций с несущей частотой, равной частоте генератора 8. Частота основной гармоники выходного напряжения преобразователя равна разности частот генераторов 7 и 8. Первая и вторая составляющая основной гармоники задается входными сигналами U и U пoдaвae Iми на первые входы модуляторов 1, 4 и.2, 5 соответственно. На первые входы модуляторов 3 и 6 подается постоянный сигнал смещенияU

Принцип действия устройства заключается в -следующем.

Генератор 7 формирует систему последовательностей импульсов с постоянной угловой частотой Генератор 8 формирует вторую систему последовательностей импульсов с угловой частотой

и;...,

оп„

аГ

ff - фазовый сдвиг между сигнагде t лами генератора 7 и 8.

I Сигналы с выходов генераторов 7 и 8 поступают на входы формирователя 9, в Котором формируются сигналы управления модуляторами 1-6.

Преобразование сигналов U , U и и осуществляется по Двум идентичным каналам. Сигналы с выхода модулятОров 1-3 суммируются и проходят через последовательно включенные интегратор 10, нуль-орган 11 и схему 12 .сОвпадеН-ия, а сигналы с выхода модуляторов 4-6 - Через интегратор 14, нуль-орган 15 и элемент 16 И. В результате преобразования входных Си±налов модуляторами 1-3 на их выходах имеем знакопеременные сигналы прямоугольно-ступенчатой формы, амплитуда Которых определяется соответствующими входными воздействиями (УХ, и,у , UCM ). Данные сигналы суммируются на входе интегратора 10.

Интегрировайие сигналов ведется в пределах периода по частоте генератора 8. ПРИ этом можно выделить два интервала интегрирования - измерительный и рабочий. Результат интегрирования на измерительном интервале, зависит от KX , и и Uy,. На рабочем интервале осуществляется интегрирование только сигнала смещения В рабочем интервале фиг.2 при прохождений ШхОДйОго Сигнала интегратора 10 через нуль срабатывает нульорган 11 и через элемент И 12 переключает триггер 13. Нелинейный элемент 17 обеспечивает нулевые начальные условйя интегратора для каждого поСледующеТо иэмерйтельного интервала. Элемент И 12 предотвращает переключение триггера в пределах измерительного интервала по каждому каналу при чрезмерно больших входных воздействиях U и U, так как в этом случае выходной сигнал интегратора мож.ет проходить через нуль на измерительном интервале.

Второй канал, включающий модуляторы 4-6, интегратор 14, нуль-орган 15 и элемент 16 И, построен по аналогичным принципам и отличается лишь тем, что в то время, как в первом канале протекает измерительный интервал , во втором - рабочий и наоборот. Это обеспечивается путем соответствующего формирования сигналов управления модуляторами 1-3 и 4-6. В результате преобразования сигналов по второму каналу срабатывает нуль-орган 15 и триггер 13 переключается в противоположное состояние. Далее процесс периодически повторяется, т.е. триггер 13 переключается с частотой генератора СОоп2

В случае, если входные йоздёйст-; вия Uj, О и Uy О, то темп интеГрирования в измерительном интервае фиг.2 в два раза ниже, чем в рабочем интервале. Поэтому нуль-органы 11 и 15 срабатывают в середина, соответствующих рабочих интервалов (tj и 1) , соответствует симметричный закон переключения триггера 13; (глубина модуляции равна нуль) . Если же входные воздействия не равны нулю, то за счет интегрирования сигнала один из нуль-органов переключается позже, а другой - раньше на величину At (см.фиг.4). в результате закон переключения триггера 13 становится несимметричным в отношении длительности полупериодов, причем, . как видно из фиг.З, имеет место симг.тетричная двухсторонняя модуляция исходных (при и О и Uy 0) сигналов триггера 13. Управляющие сигналы Модуляторов 1 и 2, а также 4 и 5 формируются таким образом, что средние значения промодулированных сигналов Цх и Uy в каждом из упомянутых каналов являются периодическими функциями разности фаз генераторов 7 и 8 и сдвинуты между собой на 180 эл.град. Поэтому при постоянстве сигналов Их О и Uy О приращения дц n&f явлйются периодическими, близкими к гармоническим, функциями разности фаз генераторов 7 и 8. В результате при неравенстве частот , Wonj на выходе устройства имеем симметричную двухстороннюю широтно-импульсную модуляцию практически по гармоническому закону с частотой, равной разности частот bJ jUJonj, и глубиной модуляции, зависящей от U и ич/. ....

Введение формирователя 9, модуля оров 1-6., интеграторов 10 и 14, неине{ ных элементов 17 и 18, нуль- .

органов 11 и 15,схем 12 и 16 И совпадения, а также триггера 13 выгодно отличает предлагаемое устройство управления инвертором с ШИМ от известного, так как использование симс метричной двухсторонней модуляции выходного сигнала устройства устраняет зависимость фазового сдвига основной гармоники выходного напряжения инвертора от глубины и частоты . модуляции.

Формула изобретения

0 лов управления силовыми венти11Й)мй инвертора выполнен в виде шести модуляторов, формирователя сигналов управления этими модуляторами, двух интеграторов, двух нуль-органов,

5 двух элементов К,и триггера, причем первые входы первого и четвертого модуляторов подключены к выводам для подключения входного сигнала задания первой Соста вляквдей основной

0 гармоники выходного напряжения инвертора, первые входы второго и пятого модулятора-входного сигнала задания второй составляющей основной гармоники выходного напряжения инвертора, первые входы третьего и

шестого модулятора-постоянного сигнала смещения, второй вход каждого модулятора подключен к соответствующему выходу формирователя сигналов управления модуляторами, выходы первых трех модуляторов подключены к входам первого интегратора, выходы вторых трех модуляторов - к входам второго интегратора, выход каждого интегратора через нуль-орган соединен с пер.5 вым входом соответствующего элемента И, второй вход первого элемента И соединен со вторым входом шестого модулятора, второй вход второго элемента И соединен со вторым входом третьего модулятора, а выходы обоих элементов И соединены со входами триггера. . .

5 независимых генераторов частоты является шестифазным, а другой - двухфазным с нерегулируемым углом сдвига по фазе выходных .сигналов.

Источники информации, 0 приня.тые во внимание при экспертизе

W,

10

W,

y/e

W,8