Устройство для управления автономнымиНВЕРТОРОМ Советский патент 1981 года по МПК H02P13/18 

1

Изобретение относится к преобразнательной технике и может быть использовано в преобразователях с широтно-и.мпульсной модуляцией.

Известны устройства управления автономными, инверторами с широтноимпульской модуляцией, в которых выходное напряжение формируется с помощью аналоговых сигналов 1.

Однако обладая простотой данные, устройства требуют жестких параметров .аналоговых сигналов, что трудно осуществимо.

Известны также цифровые устройства управления автономными инверторами с ШИР 2.

Недостатком данных устройств является неизменная величина напряжения в процессе регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство управления автономным инвертором с ШИР, содержащее блок управления, подключенный выходом, ко входу кольцевого счетчика, генерато.р тактовых импульсов, счетчик периода несущей частоты, соединенный с тактирующим блоком и кольцевым счетчиком, широтно-импульсные формирователи по числу фаз, подклю

ченные к соответствующим выходам тактирующего блока и счетчика периода несущей частоты, блоки формирователей для управления вентилями инвертора. Аналого-цифровой формирователь состоит из задающего генератора выходного напряжения инвертора, ключеVoro устройства, и счетчика, соединенных последовательно. Широтно-им0пульсный формирователь состоит из промежуточного регистра и схемы сравнения кодов счетчика фазы и промежуточного регистра, соединенных последовательно. Устройство управления

5 автономным Инвертором обеспечивает независимое регулирование выходной частоты и напряжения инвертора 3.

Однако данное устройство снижает

0 действующее значение первой гармоники выходного напряжения, кроме того, оно не обеспечивает высокой точности регулирования, так как требует одновременного управления выход5ными частотами генераторов в канале регулирования выходной частоты и в канале регулирования напряжения.

Цель изобретения - повышение эффективности и точности управления

0 преобразователем.

Поставленная -цель достигается тем, что в известное устройство дополнительно вводятся переключатель работы групп инвертора, два регулируемых делителя частоты, модуляторы по числу фаз, каждый из которых соединен выходами с входами соответствующего широтно-импульсного формирователя, а входами подключен к соответствующим выходам блока управления,

1-го и 2-го регулируемых делителей частоты, тактирующего блока и кольцевого счетчика, выходы которого через переключатель работы групп инвертора подключены к выходам широтно-импульсных формирователей, соединенных с соответствующими: блоками формирователей, причем входы 1-го и 2-го делителей частоты подключены к выходам генератора тактовых импульсов и блока управления, а выход 1-го делителя - к входам счетчика периода и тактирующего блока.

Модулятор содержит шифратор, счетчик, блок реверса, реверсивный счетчик и коммутатор, выходы которого подключены к соответствующим входам шифратора, счетчика и блока реверса, соединенного выходами с суммирующим и вычитающим входами реверсивно.го счетчика, подключенного выходами к входам коммутатора, причем входы шифратора соединены с выходами блока управления и кольцевого счетчика, один из входов ко «ВУ1утатора совместно с входом блока реверс подключен к выходу 1-го регулируемого делителя частоты, а другие входы к выходам 2-гО делителя частоты, тактирующей схемы и кольцевого счетчика, установочный вход реверсивного счетчика подключен к тактирующему блоку, а выходы - к промежуточному регистру широтно-импульсного формирователя.

На фиг. 1 представлена схема устройства для управления автономным инвертором; на фиг. 2 - схема инвер тора; на фиг. 3, 4 и 5 - диаграммы напряжений.

.Устройство содержит блок 1 управления, генератор 2 тактовых импульсов, регулируемые делители 3 и 4 частоты, счетчик 5 периода; несущей частоты, тактирующий блок 6, кольцевой счетчик 7, переключатель 8 рода работы групп инвертора, модуляторы 9-11 по числу фаз инвертора, широтно-импульсные формирователи 12-14 по числу фаз инвертора, блоки 15-17 формирователей для управления вентилями 18 инвертора, .подключенным к двигателю 19. Модулятор содержит шифратор 20, счетчик 21,реверсивный счетчик 22, коммутатор 23 и блок 24 реверса. Формирователь 12 содержит агистр 25, блок 26 сравнения кодов блок 27 реверса, триггер 28.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока 1 управления осуществляется регулирование частоты и напряжения инвертора путем задания коэффициентов деления частоты генератора 2 тактовых импульсов и начальных условий характеристики напряжения от частоты, отрабатываемых регулируемыми делителями 3 и 4 частоты и модуляторами. Счетчик 5 периода несущей частоты служит для создания интервала квантованных значений фазы момента переключения силовых вентилей инвертора, длительность которого равна периоду несущей частоты. С помощью кольцевого счетчика 7 задается соотношение между несущей и выходной частотами инвертора и производится управление работой модуляторов в соответствии со сдвигом на 120 J PHвых модулируемых напряжений на фанза двигателя. Переключатель 8 работы групп инвертора служит для изменения порядка коммутации вентилей инвертора в соответствии с изменением знака производных кривых модулируемых напряжений . Модуляторы 9-11 служат для создания опорных интервалов времени и дальнейшего преобразования данных интервалов в код, пропорциональный среднему значению напряжения инвертора на периодах несущей частоты, в соответствии с выходной частотой инвертора, нагрузкой и синусоидальным законом модуляции напряжения. Широтно-импульсные формирователи служат для преобразования кода модулятора в широтно-импульсный сигнал, с помощью которого осуществляется управление вентилей, входящих в фазу инвертора. С помощь блоков 15 - 17 формирователей осуществляется формирование сигналов управления силовыми и вспомогательными вентилями инвертора и их гальваническая развязка. При работе инвертора с широтно-импульсной модуляцией (фиг. 2) тиристоры анодной группы VI - V3 и катодной группы V2 - V6 многократно переключаются на периоде выходной частоты инвертора. Частота переключения тиристоров определяется несущей частотой, а среднее значение напряжения соотношением длительностей включения тиристоров анодной и катодной групп на периоде несущей частоты. Любое рассогласование времен включения тиристоров, входящих в фазу инвертора, от середины периода несущей частоты приводит к появлению положительного или отрицательного напряжения на выходе. На фиг. 3 показаны импульсы управления анодной группы тиристоро инвертора при синусоидальной модуляции и соответствующие им диаграммы напряжений Уд , U и и, на фазах асинхронного двигателя 19 при соединении обмоток двигателя в звезду. Импульсы управления катодной группы дополняют импульсы управления тиристоров анодной группы до периода несущей частоты. При регулировании скорости вращения асинхронног о двигателя напряжение на выходе инвертора регулируется в -функции частоты и момента нагрузки на валу двигателя. На фиг. 4 показана реализуемая зависимость напряжения от частоты, позволяющая реализовать закон, близкий к закону управления с компенсацией падения напряжения на статЬ- ре двигателя от тока нагрузки. Наклон кривых и их начальные условия определяются значением относительно (Момента нагрузки -{ёТ , где М - момент, обусловленный нагрузкой;Mj - номинальный момент двигателя. Импульсы управления тиристорами инвертора в соответствии с фиг. 3 вырабатываются устройством цифрового управления (фиг. 1), работающего следующим образом. Выходная частота инвертора задается путем последовательного деления импульсов генератора 2 (фиг. 5а) делителем 3 частоты, счетчиком 5 периода, кольцевым счетчиком 7. При этом с помощью счетчика 5 периода несущей частоты создается опорный интервал (фиг. 5г) кван тованных значений фазы момента переключения тиристоров, входящих в фазы инвертора, а с помощью кольцевого .счетчика 7 задается соотношение межд .несущей и выходной частотами инверто ра. Формирование кода, пропорционального фазе момента переключения работы тиристоров анодной группы на тиристор катодной группы или наоборот для фазц инвертора, осуществляется следующим образом. В момент перехода счетчика 5 через нуль на выходе тактирующей схемы вырабатывается импуль Начало периода (фиг. 5д), который поступает на коммутатор 23 модуляторов. При этом на выходе коммутатора вырабатывается стробирующий импульс на ввод дополнительного числа в счетчик 21 шифратором 20 и на вход у -счетчика 21 начинает поступать первая серия импульсов с выхода делителя 3 (фиг. 56). При переполнении счетчика 21 с помощью коммутатора 23 вырабатывается второй стробирующий импульс и происходит ввод другой установки в счетчик, а на его вход начинают постудтать импульсы второй серии с выхода делителя 4 (фиг. 5в) При вторичном переполнении счетчика вырабатывается сигнал, по которому накладывается запрет на прохождение импульсов на вход счетчика 21. В период отработки счетчиком 21 двух серий импульсов на один из входов реверсивного счетчика 22 через блок 24 реверса поступают импульсы делителя 3. В начале каждого периода несущей частоты код, зафиксированный реверсивным счетчиком, передается на промежуточный регистр 25 широтноимпульсного преобразователя и одновременно счетчик сбрасывается вт; исходное состояние. При этом на счет ике 21 фиксируется число N/2, а на промежуточном регистре - N/2 + й,Ы, I где/ N - число возможных состояний счетчика периода; ЛК - число импульсов, цортупивших на вход реверсивног6 счетчика за время отработки счетчиком 21 двух серий импульсов. Знак числа AN и его значение определяется номером периода несущей частоты и соответствующим данному периоду состоянием выходов крльцевого счетчика 7. В соответствии с указанными состояниями коммутатор 22 задает направление прохождения импульсов через блок 24 -реверса на суммирующий или вычитающий входы счетчика 22 и определяет уставки, вводимые шифратором 20. При цереходе через о кривой модулируемого напряжения, например фазы Л двигателя, по сигналу с выхода кольцевого счетчика 7 накладывается запрет на цикл запуска коммутатора 22, соответствующего модулятора. При этом уставки на счетчик 21 не вводятся и импульсы через блок 24 реверса не проходят. Работа модуляторов 9-11 происходит со сдвигом на 120 , что достигается соответствующим подсоединением выходов кольцевого счетчика к шифраторам модуляторов. Преобразование кода зафиксированного регистром 25, в широтно-импульсный сигнал происходит следующим образом. В соответствии с законом переключения вентилей инвертора (фиг. 3) по сигналам с кольцевого счетчика 7 с помощью переключателя 8 работы групп происходит выбор работающего тиристора фазы инвертора в начале периода несущей частоты. Сигналы с выхода переключателя 8 определяют канал прохождения импульса Начало периода через блок реверса 27 широтно-импульсного модулятора на вход три. 28. Таким образом, определяется состояние триггера 28 в начале периода несущей частоты. Вторичное опрокидывание триггера 28 происходит при появлении сигнала Равно на выходе блока 16 сравнения кодов,- осуществляющего поразрядное сравнение кодов счетчика 5 и регистра 25. Сигнал Равно (фиг. 5,е) появляется в момент равенства гёкущего .кода счетчика 5 периода и кода,зафиксированного промежуточным регистром 25, Изменение порядка работы групп инвертора происходит каждый раз, когда .начинают формировать вторую половину отрицательного или положительного полупериода напряжений для фаз А, В и С двигателя (фиг. 3). При этом импульс .Начало периода подтверждает предьедущее состояние сигналов на выходах триггера 28 (фиг. 5д и з). На фиг, 5з показано состояние одного из выходов триггера, соответствующее импульсам управления тиристором 2 (фиг. 3) на втором и третьем периодах несущей частоты, с помощью сигнала, снимаемого со второго плеча триггера, осуществляется формирование сигналов управления тиристором 2. Сигналы с выходов триггера 28 ( фиг. 5 з) широтно-импульсных формирователей постпают на соответствующий блок формирователей 15 - 17, с помощью которых осуществляется управление силовыми О и вспомогательными тиристорами, вхоДЯ1ДИГ1И в фазы инвертора.

Регулирование напряжения в функци момента нагрузки на валу двигателя осущаствляется с помощью блока 1. При этом по сигналам управления блока 1 происходит изменение коэффициента деления тактовых импульсов регулируемого делителя 4 и перестройка каналов, ввода уставок, вводимых шифраторами 20 для отработки первой серии импульсов, пропорциональной начальным условиям. Это эквивалентно изменению опорных интервалов времени ut, формируемых модуляторами. В процессе регулирования выходной частоты инвертора коэффициент глубиььз модуляции напряжения ограничен. С целью избежания срывов работы инвертора при частоте выие номинальной производится анализ кода .реверсивного счетчика 22. При значении кода, соответствующего г-данимально возможному времени восстановления управляющих свойств тиристоров, входящих в фазу инвертора, с помощью коммутатора 23 накладывается запрет на прохождение импульсов на вход счетчика 22 через блок 24 реверса. С целью: обеспечения бесконтактного реверса асинхронного двигателя изменяют порядок работы фаз инвертора. Это достигается за счет изменения сигнала управления с блока 1, по которому происходит изменение направления счета кольцевого счетчика 7. Состояние выходов счетчика 7, определяющее порядок работы модуляторов, при этом соответствует обратному чередованию фаз.

Введение новых элементов позволяет расширить область применения предлагаемого устройства, потому что независимо от вида нагрузки, однофазной или трехфазной форма напряжения, регулируемого по методу широтно-импульсной модуляции на несущей частоте сохраняет свой качественный характер. Кроме того, по сравнению с известным, можно реализовать практически любой закон оптимального управления асинхронным двигателем. Точность отработки заданных величин при этом повышается.

Формула изобретения

1.Устройство для управления автономным инвертором, содержащее бло управления, подключенный выходом ко входу кольцевого счетчика, генерато тактовых импульсов, счетчик периода несущей 4acTpTHj. соединенный с тактрующим блоком и кольцевым счетчиком широтно-импульсные формирователи по числу фаз, подключенные к соответствующим выходам тактирующего блока

и счетчика периода несущей частоты, блоки формирователей для управления вентилями инвертора, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и точности управления, устройство снабжено переключателем работы групп инвертора, двумя регулируемыми делителями частоты модуляторами по числу фаз, каждый из которых соединен выходами с входами соответствующего широтно-импульсного формирователя, а входами подключен к соответствующим выходам блока управления, 1-го и 2-го регулируемых делителей частоты, тактирующего блока и кольцевого счетчика выходы которого через переключатель работы групп инвертора подключены к входам широтно-импульсных формирователей, соединенных с соответствующими блоками формирователей, причем входы.1-го и 2-го делителей частоты подключены к выходам генератора тактовых импульсов и блока управления, а выход 1-го делителя - к входам . счетчика периода и тактирующего блока.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модулятор содержит шифратор, счетчик, блок реверса, реверсивный счетчик и коммутатор, выходы которого подключены к соответствующим входам шифратора, счетчика и блока реверса, соединенного выходами с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, подключенного выходами к входам коммутатора, причем входы шифратора соединены с выходами блока управления и кольцевого счетчика, один из входов коммутатора совместно с входом блока реверса подключен к выходу 1-го регулируемого делител

частоты,а другие входы к выходам 2-г делителя частоты, тактирующей схемы и кольцевого счетчи-ка, установочный вход реверсивного счетчика подключе к тактирующему блоку, а выходы - к промежуточному регистру широтно-импульсного формирователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сандлер А.С. Гусяцкий Ю.М. Тиристорные инверторы с широтноимпульсной модуляцией для управления асинхронными двигателями. М., Энергия, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР 251669, кл. Н 02 Р 13/18, 1970.

3.Патент Великобритании № 1267939, 5 кл. Н 2 F, Н 2, 1964.

Инп

Упр.HI

Им п.

упр. YJ

11нп. цпр. V5

А