Устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью Советский патент 1983 года по МПК H02P13/30 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Изобретение относится к электроtexникe и может быть использовано при построении непосредственных npt образователей частоты, предназначенных, например, для частотного управления электроприводами и для автоном ных систем электроснабжения. Известно устройство для управления непосредственным преобразователем частотв (НПЧ), осуществляющее циклический алгоритм работы ключей переменного тока 1 и 2 и состоящее из.генератора импульсов регулируемой, частоты, выход которого соеди нен с распределителями импульсов, вы ходы которого поступают на логический блок формирования импульсов управления силовой частью преобразователя . . Недостатком этого устройства является неудовлетворительный гармонический состав кривой выходного напряжения. Наиболее близким по технической с ности к предлагаемому является устройство для управления НПЧ, содержащее р)егулируемый по частоте задающий генератор, формирующий импульсы с частотой в 6 раз больше частоты управления преобразователем, распределитель импульсов в виде двух кольцевых cчetчикoв, осуществляющ ихкаждый формирование трех последовательностей импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 120 эл.град. Указанные последовательности импульсов сдвинуты друг относител)ьно друга на 180 эл.град. Выходы кольцевых счетчиков соединены с выходным формирователем импульсов, который фор-1 мирует импульсы длительностью 120 эл.град. Для управления ключей переменного тока силовых фаз преобразователд .П-Недостатком известного устройства является плохой гамонический состав выходного напряжения преобразователя.

Цель изобретения - улучшение гармонического состава кривой выходного напряжения НПЧ.

Поставленная цель достигается тем что устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью, построенным по трех,фазной мостовой или нулевой схеме на полно.стью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, содержащее задающий генератор и последовательно соединенные распределитель импульсов и выхрдной формирователь импульсов, снабжено дополнительно высокочастотным генератором, первым делителем, включенным между выходом гадающего генератора и входом распределителя импульсов, вторым делителем с коэффициентом деления на единицу больше коэффициента деления первого делителя, третьим делителем с управляемым коэффициентом деления, счетчиком, регистром и триггером, причем выход первого делителя под-, ключен к входу установки нуля счетчика, входу управления записи регистра и входу синхронизации третьего делителя, выход высокочастотного генератора подсоединен к счетным входам второго и третьего делителей, выход второго делителя подсоединен к счетному входу счетчика,разрядные выходы счетчика подсоединены к входам записи регистра, выход регистра подсоединен к управляющему входу третьего делителя, выход третьего делителя соединен с единичным входом триггера, нулевой вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а оба выхода - к выходному формирователю импульсов.

На фиг. 1 представлена силовая схма НПЧ мостового типа на полностью управляемых ключах с двухсторонней прводимостью; на фиг. 2 - блок-схема системы управления НПЧ; на фиг. 3 и k - временные диаграммы,поясняющие работу системы управления; на фиг.5 пример выполнения выходного формировтеля импульсов.

НПЧ (фиг. 1) содержит ключи 1-6, образующие мостовую схему преобразователя частоты, на вход которого подключены фазы А, В, С трехфазной питающей сети, а на выход - нагрузка 7

Устройство для управления НПЧ содержит задающий генератор 8, вырабатывающий на выходе 9 последовательность импульсов с регулируемой частотбй. Выход 9 задающего генератора соединен с первым делителем частоты 10 и нулевым входом 11 триггера 12. Выход 13 первого делителя 10 соединен с входом }k распределителя импульсов 15, выходы которого соединены с выходным формирователем импульсов 16. Кроме того, выход 17 первого делителя 10 подсоединен к входу установки нуля 17 счетчика 18, входу управления записи 19 регистра 20 и входу синхронизации 21 третьего делителя 22. Выход 23 высокочастотного генератора 24 соединен со счетными входами 25 и 26 второго 27 и третьего 22 делителей соответственно. Выход 28 второго делителя 27 соединен со счетным входом 29 счетчика 18, разрядные выходы 30 которого подключены к входу записи 31 регистра 2 Выходы 32 регистра 20 соединены с управляющими входами 33 третьего делителя 22, который делит частоту импульсов высокочастотного генератора 2А. На выходе 3 третьего делителя 22 формируются импульсы с частото высокочастотного генератора 2k, деленной на число, определяемое двоичным кодом выхода 32 регистра 20, поступающие на единичный вход 35 триггера 12, прямой 36 и инверсный 37 выходы которого соединены с формирователем 16, формирующим из выходных сигналов 38-43 распределителя импульсов 15 последовательность сигналов управления 1-6 силовой частью преобразователя. На диаграммах ( (фиг. 3) и и (фиг. 4) Приведены формы кривых выходного напряжения преобразователя-прототипа и (без регулирования выходного напряжения) и предлагаемого DZ. На фиг. 2 показаны выходы формирователя 16 выполненного на элементах И-НЕ 50-67Устройство работает следующим образом.

Выходная частота задающего генератора 8 делится первым делителем 10 на некоторое число К, которое определяет количество переключений ключей 1-6 преобразователя в течение одного цикла алгоритма работы (выход 9 на фиг. 3). Импульсы на выходе 13 первого делителя 10 определяют длительность основных циклов формирования кривой выходного напряжения. Число таких циклов в течение периода управления равно шести для мостовой схемы НПЧ. В прототипе в соответствии с порядком следования импульсов SS-iS после распределителя импульсов 15 и формирователя 16 в течение промежутка замкнутыми оказы-баются ключи 1 и 5, в результате чего на нагрузку 7 подключается напряже ние фаз +АВ входной сети, В течение времени t. -t замкнуты ключи 1 и 6 и к нагрузке 7 подключается напряжение фаз -СА, в течение времени замкнуты к/иочи 2 и 6 и на нагрузке 7 действует напряжение фаз -ВС и т.д. В результате на нагрузке 7 формирует ся кривая выходного напряжения по эпюре иi. Формирование импульсов управления ключами 1-5 осуществляется следующим образом. Импульсы с выхода 23 высокочастот ного генератора 2Ц поступают на вход 25 второго делителя 27, коэффициент деления которого равен K+l. На фиг. коэффициент деления первого делителя 10 равен К-. Следовательно, коэффициент деления второго делителя 27 равен Импульсы на выходе 28 второго делителя 27 приведень) на фиг. 4. С момента, определяемого импульсом установки нуля, поступающим с выхода 13 первого делителя ib на вход установки нуля 17 счетчика 18, импульсы с выхода 28 второго делителя 27 суммируются по счетному вх ду 29 в счетчике 18 (диаграмма 30 на фиг. Л). Видно, что для данного коэффициен та деления второго делителя 27 и данной частоты следования импульсов высокочастотного генератора 2 в счетчике 18 записывается число 8 з время длительности одного цикла. Далее код числа 8 по импульсу записи, поступающему на вход управления записью 19 регистра 20 с выхода 13 пер вого делителя 10, записывается в регистр и запоминается в нем. С. выхода 32 регистра 20 код числа 8 поступает на управляющий вход 33 третьего дели теля 22, устанавливая его коэффициент деления равным 8. Импульсы высокочастотного генератора 2 с выхода 23 поступают на счетный вход 2б третьего делителя 22 и делятся в нем на 8. На выходе 3 третьего делителя 22 формируются импульсы, временное положение которых показано на фиг. k Они поступают на единичный вход 35 триггера 12; на нулевой вход 11 этого триггера подаются импульсы по диаграмме 9 на фиг. 4. В результате на выходах Зб и 37 триггера 12 формируются импульсы, приведенные на диаграммах 36 и 37 {фиг. ), длительности которых от импульса к импульсу убывают(диаграмма Зб) или возрастают (диаграмма 37). Под действием сигналов распределителя 15 импульсы Зб и 37 подаются на формирователь. Формирователь 16 формирует выходные сигналы k-kS управления ключами 1-6 преобразователя (фиг. 1 и l) из поступающих на ее вход, импульсов ( на фиг. 3) распределителя 15 и противофазных сигналов 36 и 37 с выхода триггера 12 (фиг. 2 и ). На фиг. 5 дан пример принципиальной схемы блока 16. Формирователь 16 работает следующим образом. Импульсы и 36 и 37 с помощью логических элементов И-НЕ 50-61 образуют последовательности импульсов, удовлетворяющие логическим функциям: 38.36, А2.37, , 39.36, .37, О.Зб, it1.37, , 39.37. 2.36, .37, 3.36, 38.37, появляющиеся на выходах элементов 50-61 соответственно. Далее эти сигналы поступают на входы логических элементов И-НЕ б2-б7, на выходах которых образуют последовательно и J импульсов, соответствующие сигналам управления ключами преобразова-. теля. Причем эти сигналы удовлетворяют следующим логическим функциям: kk 38.36 .37; 5 39-36 .37, 46 40.36..37, 7 1.36.39.37, k8 i.36.АО.37, .36.38.37. Таким образом, каждый из логических элементов И-НЕ 50-67 производит логическое умножение поступающих на его входы сигналов и инвертирование. Рассмотрим цикл . Здесь в течение всего промежутка ключ 1 остается замкнутым, а ключи-5 и 6 попеременно замыкаются и размыкаются. Причем длительность замкнутого состояния ключа 5 от коммутации к коммутации уменьшается, а разомкнутого увеличивается. Для ключа 6 наоборот: длительность замкнутого состояния увеличивается, а разомкнутого уменьшается. При этом длительность замкнутого состояния одного из этих ключей (5 или 6) всегда оказывается равной длительности разомкнутого состояния другого (6 или 5). На нагрузку 7 прикладывается в результате указанного переключения попеременно то напряжение фаз -fAB, то -СА. В период следующего цикла замкнутым ока зывается ключ 6, а переключение осуществляют ключи 1 и 2. К нагрузке 7 попеременно прикладываются напряжения фаз -СА и +ВС и т.д. В результате указанного закона уп равления, осуществляемого данным устройством управления, на нагрузке формируется кривая выходного напряжения НПЧ, приведенная на диаграмме и (фиг. k). . Таким образом., в течение каждого цикла tQ-t;f, и т.д. устройство управления обеспечивает на нагрузке переключение напряжения двух соседних по порядку следования фаз по широтно-импульсному закону. В результате в кривой выходного напряжения амплитуды гармоник, ближайших к основной, существенно (в А-5 раз) уменьшается по сравнению с прототи;пом, что улучшает гармонический состав выходногр напряжения, так как отфильтровать высокочастотные гармонические составляющие значительно проще, чем 1изкочастотные. Формула изобретения Устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью, построенным по трехфазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней провс димостью, содержащее задающий генератор и последовательно

/f

В о С о 9

П соединенные распределитель импульсов и выходной формирователь импульсов, отличающееся тем, что, с целью улучшения -гармонического состава кривой выходного напряжения преобразователя, оно снабжено высокочастотным генератором, первым делителем, включенным между выходом задающего генератора и входом распределителя импульсов, вторым делителем с коэффициентом деления на единицу больше коэффициента деления первого делителя, третьим делителем с управляемым коэффициентом деления, счетчиком, регистром и триггером, причем выход первого делителя подключен к входу установки нуля счетчика, входу управления записи регистра и входу синхронизации третьего делителя, выход высокочастотного генератора подсоединен к счетным входам второго и третьего делителей, выход второго делителя подсоединен к счетному входу счетчика, разрядные выходы счетчика подсоединены к входам записи регистра, выход регистра подсоединен к управляющему входу третьего делителя, выход третьего делителя соединен с единичным входом триггера, нулевой вход которого подсоединен к в(1ходу задающего генератора, а оба выхода - к выходному формирователю импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № З ЭЗвЗВ, кл. 321/7, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР по зявке № 2926898/2 -07, кл. Н 02 Р 13/16, 1980.ВыладЗ

Фиг. 2

fU2. д

llllltll№lllllllllillilffitn °

LLUJ LJ |JJIJLIJJ LL1I Mill I l.l LLLLJIJ IJJ.tilUJ..LUl

-- f

J.Xl-i-L-l-l--i-l I l-LL-i-J I I I I I I II I I /

.,l-i-l--L. I I I I I U

|jIL 1t

гпгшл | 1Г1П . J -n„ДпnJTJl-J lrLГL fL r гт п I плlJnпtJ J JnггLJlJnJт JГlл...,ахтгп-Л1-гипг1-п П-1П i

t Ц Ш--МLJLJin l-fLXUHr 49 tlO-rLJL JLDJIIC :fZlEl LIL i Т-ТПП n J ПП n t .1..П ППГТ n л t L AJinr