Преобразователь постоянногоНАпРяжЕНия B пЕРЕМЕННОЕ Советский патент 1981 года по МПК H02M7/48 

1

I Изобретение относится к элек-лр - технике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в преобразовательной установке с квазисинусоидальньяи выходным напряжением для стабилизированного прецизионного электропривода.

. Известны преобразователи постоянного напряжения в переменное, содержащие блок управления и блок силовых ключей и позволяющие формировать и стабилизировать квазисинусоидальное напряжение с определенным гармоническим составом 8.

К недостаткам данного устройства относятся невозможность регулирования частоты выходного напряжения в широком диапазоне и невозможность получения низких и инфранизких частот выходного напряжения, что иногда необходимо в устройствах прецизионного электропривода, так как инверторные ячейки имеют трансформаторный выход. Кроме того, точность стабилизации выходного квазисинусоидального напряжения находится в прямой зависимости от числа инверторных ячеек, что в конечном счете .приводит к резкому ухудшению массо-габаритных показателей при повышенной точности стабилизации. Стабилизация выходного напряжения в инверторе, описанном в 2, осуществляется измерением величины напряжения основной гармонической составляющей выходного напряжения и запоминания этой величины на время следующего периода, в котором поступившее воздействие срабатывается системой управления. Таким образом, возмущающее воздействие отрабатывается устройством лишь через период выходного напряжения, что приводит к существенному снижению быстродействия и точности стабилизации напряжения. Кроме того, задержка ат&аботки возмущающего . воздействия на величину периода выходного напряжения неизбежно приведет к искажению формы выходного квазисинусоидгшьного напряжения, т.е. к ухудшению его гармонического состава, что имеет место, например при сбросе и набросе нагрузки Спри пусковых режимах). К недостаткам инверторов, описанных в D - 7 , следует отнести сравнительно низкое быстродействие стабилизации напряжения, вызванное

необходимостью выделения основной гармоники выходного напряжения и использования ее для получения пропорционального ей напряжения, сравниваемого с эталонным напряжением, что возможно только по окончании по меньшей мере одного периода выходного напряжения. Недостатком таких устройств является также непостоянство гармонического состава выходного напряжения при регулировании в широких пределах его частоты или при изменении тока нагрузки. Изменение гармонического состава напряжения может быть недопустимо большим (например, для прецизионного многоскоростного частотно-регулируемого электропривода при пусковых режимах) . Это обусловлено значительным влиянием формы кривой напряжения питания двигателя на величину колебаний мгновенной скорости вращения двигателя, являющийся одним из важных параметров такого привода. Применение на выходе системы фильтров для подавления высших гармоник и использование принципа слежения за формой вькодного сигнала также далеко не всегда целесообразно, так как в системе преобразователь-двигатель может возникнуть явление конденсаторного самовозбуждения, которое проявляется в виде устойчивых автоколебаний или в застревании двигателя на скорости, не соответствующей частоте напряжения питания, что совершенно недопустимо.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее блок силовых ключей и блок- управления f8 .

К недостаткам дан«ой схемы относится отсутствие стабилизации: выходного напряжения и непостоянство его гармонического состава, что особенно проявляется в динамических режимах работы, например при пусковых режимах.

Целью изобретения является.обеспечение стабилизации при повышенных ее точности и быстродействии и повышенном качестве выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем что в схему преобразователя постоянного напряжения в переменное, содержащую последовательно соединенные суммирующий и инверторный блоки с управляемыми ключевыми элементами, а также блок управления этими ключевьоми элементами и измерительный выпрямитель, входом подключенный к выходу инверторного блока, причем суммирующий блок выполнен в виде последова тельно соединенных по выходу силовых ячеек, каждая из кото рых -представляет собой замкнутую цепь из последовательно включенных {сточника напряжения и двух ключевых элементов, силовые электроды одного из которых образуют выходы ячейки, введены аналого-цифровой блок входом подключенный к выходу измерительного выпрямителя, цифровой компаратор, одним из информационных входов подключенный к выходу блока управления, логические схемы совпадения, одни из входов которых соединены с выходами цифрового компаратора, другие их входы подключены к выходу дополнительно введенного генератора импульсов, а также реверсивный счетчик, входами соединенный с выходами логических схем совпадения, а выходами связанный с управляющими входами соответствующих ключевых элементов суммирующего блока.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема инвертора;на фиг. 2 пример аппроксимации синусоидального напряжения; на фиг. 3 - пример реализации суммирующего блока; на фиг. 4 - пример реализации блокауправления; на фиг. 5 - пример выполнения цифрового компаратора.

Функциональная блок-схема преобразователя (фиг. 1) содержит блок 1 управления, один из вьлходов которого связан с управляющими входами инвертора 2, силовой суммирующий блок 3, выход которого соединен с силовым входом инвертора 2, а также последовательно соединенные измерительдый выпрямитель 4, и аналогоцифровой блок (ЛЦБ) 5, причем вход выпрямителя 4 подключен к выходу инвертора 2, логический компаратор,б, одним из входов подключенный к выходу АЦБ 5, а другим - к цифровому выходу блока 1 управления, логические схемы совпадения 7 и 8, одни из входоВ: которых соединены с выходами логического компаратора 6, а другие входы подключены к выходу дополнительного генератора 9 импульсов, реверсивный счетчик 10, входами соединенный с выходами схем совпадения 7 и 8, а выходами связанный с соответствующими управляющими входами суммирующего блока 3. Выход инвертора 2 является выходом преобразователя.

На цифровом выходе х блока 1 управления формируется двоичный параллельный многозарядный код, в любой момент времени соответствунэдйй величине аппроксимированной синусоиды. Однако величина выходного квазисинусоидального напряжения может и не соответствовать этому управляющему коду по причине, например флуктуации питающего напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

Квазисинусоидальное напряжение с выхода инвертора 2 после выпрямления поступает на вход АЦБ 5, где

преобразуется в двоичный многоразрядный код у. Код у соответствует величине реального выходного напряжения. В то же время на выходе блока 1 управления формируется двоичный многоразрядный код х, соответ ствун)щий требуемому выходному напряжению. Управляющие коды х и у поступают на входы логического компаратора 6, в котором постоянно происходит сравнение этих кодов и вырабатываются команды и X у. Команды виде разрешающих сигналов поступают на один из входов схем 7 и 8 совпадения, в то время как на другие их входы поступают импульсы с выхода генератора 9. Таким образом, импульсы с выхода генератора 9 поступают либо на .суммирующий, либо на вычитающий входы реверсивного счетчика

10,на выходе которого формируется двоичный управляющий код, соответствующий увеличению или уменьшению выходного напряжения и подаваемый на силовые ключи суммирующего блока 3. Например, при увеличении питающего напряжения, т.е. при увеличении выходного квазисинусоидального напряжения, на выходе логического компаратора будет присутствовать команда , что обеспечит поступление импульсов с выхода генератора 9 на вычитающий вход реверсивного счетчика 10. На выходе счетчика 10 в этом случае будет формироваться управляющий код, соответствующий пониженному выходному напряжению до тех пор, пока не сравняются коды X и у .

Ступенчатая аппроксимация синусоидального напряжения, положенная в основу построения блока 1 управления, производится следующим образом (фиг. 2). Амплитуду синусоидальной функции разбивают на М-1 равных значений, а саму функцию считают линейной в интервалах между полученными значени5вии амплитуды ввиду малости отрезков синусоиды, заключенных между дискретными значениями функции. Каждый отрезок аппроксимируется одной ступенью, начало которой проходит через середину полченного отрезка. Кроме того, величины напряжений источников Е в суммирующем блоке (фиг. 3) выбираются пропорциональными весами двоичных разрядов управляющего кода.

Блок 1 управления (фиг. 4)осуществляет формирование сигналов управления работой силовых ключей суммирующего блока 3 и инвертора 2. Управляющие сигналы формируются в виде двоичного параллельного многоразрядного кода. Блок управления включает в себя задающий генератор

11,счетчик 12 длительности ступе ней, преобразователь 13 кода длительности ступеней, реверсивный счетчик 14, преобразователь 15 двоичного кода в десятичный, триггер 16 управления реверсивным счетчиком, триггер 17 управления работой инвертора, а также логические элементы И и ИЛИ, необходимые для функционирования блока управления.

работу блока управления рассмотрим с момента времени, когда в счетoчиках 12 и 14 записаны нулевые коды. При этом на выходе (0) преобразователя 15 кодов присутствует сигнгш логической единицы. С выхода генерато ра 11 на счетный вход счетчика 12

5 непрерывно поступают импульсы опорной частоты. При наборе в счетчике 12 кода, соответствующего длительности нулевой ступени выходного напряжения, сигнал с выхода А пре0образователя 13 кодов через схему 18 совпадения, на которую подано разрешение с выхода (0) преобразователя 15 кодов,поступает на счетный вход триггера 17, а с его вы5хода снимаются сигналы управления ключевыми ; элементами инвертора 2, выполненного по мостовой схеме. При наборе в счетчике 12 кода, соответствунхдего длительности ступени 2А, сигнал с выхода 2А преобразова0теля 13 кодов через схему 19 совпадения, на которую подано разрешение с выхода (0) преобразователя 15 кодов, устанавливает триггер 16 управления в состояние 1 и через открывшуюся схему 20 совпадения и схему ИЛИ 21 записывается в реверсивный счетчик 14. Одновременно происходит установка счетчика 12 в состояние 0. При этом на выходе

0 счетчика 14 устанавливается код 0.,.001, и суммирукиций блок 3 включает источник К2, величина напряжения которого равна амплитуде первой ступени (фиг. 4). Кроме того, на выходе (1) преобразователя 15 кодов

5 появляется сигнал логической единицы, вырабатываюищй разрешение на схему 22 совпадения. При этом снимается разрешениесо схем 19 и 18 совпадения. Счетчик 12 длительности

0 ступеней повторно заполняется импульсами генератора 11 до того момента, пока не произойдет набор кода/ соответствующего длительности второй ступени. После набора этого ко5да на выходе В преобразователя 13 кодов появляется сигнал, который через открытую схему 22 совпадения и схемы ИЛИ 23 и 21 сбрасывает счетчик 12 в состояние О и устанавливает в счетчике 14 код 0...010,при

0 этом суммирующий блок 3 включает источник Е2, а разрешение с выхода С2) преобразователя 15 кодов поступает на схему 24 совпадения. Аналогично происходит формирование управляющего кода реверсивного счетчика 14дляпоследующих ступеней.

Таким образом, на выходе инвертора 2 формируется многоступенчатое к 8азисинусоидальное напряжение,причем величина каждой ступени этого напряжения соответствует определенный управляющий код на выходе реверсивного счетчика 14,

На фиг. 5 представлен пример построения принципиальной схемы логического компаратора б, выполненный на элементах И, ИЛИ и схемах совпадения. Компаратор 6 осуществляет поразрядное сравнение т-разрядных двоичных кодов с последовательным переносом.

Технико-экономический эффект от использования заявляемого устройств состоит в следующем. Использование новых блоков и связей обеспечивают высокие быстродействие и точность стабилизации выходного напряжения. Речь идет о стабилизации по мгновенному назначению, так как цифрово компаратор и реверсивный счетчик в тракте стабилизации являются безынерционными звеньями. Таким образом, предлагаемое устройство обладает возможностью мгновенной отработки возмущающего воздействия как при быстродействующих переходных режимах, так и при режимах стабилизации выходного напряжения при его регулировании и при изменении тока Haiгрузки в широких пределах.

Возможная незначительная задержка отработки , вызванная прохождением сигналд по тракту суммирующий блок - инвертор - выпрямитель АЦБ может быть скомпенсирована, за счет выбора частоты импульсов дополнительного генератора в соответствии с формулой

vfПредлагаемое решение обеспечивает качественную стабильность гармонического состава по сравнению с известным 8, которое не позволяет стабилизировать гармонический состав выходного напряжения, т.е. искажения формы выходного напряжения неизбежны. Данное решение обеспечивает стабильность гармонического сосууава даже при динамических режимах работы за счет высокого быстродействия системы. При использовании преобразователя для питания синхронного микродвигателя типа ДСП-25 при регулировании частоты питающего напряжения 25 - 400 Гц коэффициент его гармоник поддерживался постоянным как в установившемся режиме,, ,:так и при переходных и пусковых режмах работы двигателя,и составлял 6,8 Данный преобразователь может быт использован в прецизионном частотнорегулируемом электроприводе с повышенными требованиями к равномерности скорости вращения двигателя.

Формула изобретения Преобразователь постоянного 5 напряжения в переменное, содержащий последовательно соединенные суммирующий и инверторный блоки с управляемыми ключевыми элементами, а также блок управления этими ключевыми

Q элементами и измерительный выпрямитель, входом подключенный к выходу инверторного блока, причем суммирующий блок выполнен в виде последовательно соединенйых по выходу силовых ячеек, каждая из которых представляет собой замкнутую цепь из последовательно включенных источника напряжения и двух ключевых элементов, силовые электроды одного из которых образуют выходы ячейки,

0 отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации при повышенных ее точности и быстродействии и повышенном качестве вьрсодного напряжения, в него введены аналого-цифровой блок, входом подключенный к выходу измерительноно выпрямителя, цифровой компаратор, одним из информационных входов подключенный к выходу блока упQ равления, логические схемы совпадения, одни из входов которых соединены с выходами цифрового компаратора, другие-их входы подключены к выходу дополнительно введенного

с генератора импульсов, а также реверсивный счетчик, входами соединенный с выходами логических схем совпадения, а выходами связанный с управляющими входами соответствующих ключевых элементов суммирующего блока,

0 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 505164, кл. Н 02 М 7/48, 1971.

2.Егоров В.А., Кисляков Ю.В., 5 Обухов С.Г. Регулирование и стабилизации выходного напряжения инвертора напряжения,-Современные зада-. чи преобразовательной техники. Часть 4, Киев, 1975, с. 157-165.

0 3. Патент США № 3473039, кл. 307-11,

4.Патент США № 3697768, кл. 307-31.

5,Патент Великобритании № 1288741, кл. Н 02 3/12,

6. Патент Франции № 2178806, кл. Н 02 р 13/00, 1973.

7,Патент ФРГ № 1513228, кл, Н02р 13/20, 1974.

8,Демченко Н,Н., Смирнов B.C., 0 Торопчинов Ю,К. Цифровые системы

управления трехфазными преобразователями с улучшенной формой выходного напряжения,-Сб. Оптимизация устройств преобразовательной техники. Киев, 5 Наукова думка, 1977, с. ,