Способ цифрового управления непосредственным преобразователем частоты

 

Изобретение относится к электротехнике и.предназначено для управления непосредственным преобразователем частоты с сетевой коммутацией вентилей. Цель изобретения - улучшение формы выходного напряжения преобразователя и линеаризации его регулировочной характеристики - достигается за счет формирования ведущего сигнала по закону К агссов/(Ъ;/ (V(C-)/2M/, где N - код, соответствующий углу открытия вентилей , Ъ; - код управления амплитудой фазных групп вентилей; m - разрядность кода Ъ|; X - разрядность кода V. В устройстве распределитель вырабатьгвает коды N, Nj,, К, и сигналы раздельного управления тройками вентилей В трехканальном генераторе веду щих сигналов из первого элемента памяти извлекаются коды значений эталонной синусоидальной функции соответствующие значениям кодов V, Vj,, Vj, , домножаются на код Ъ , и из второго элемента памяти извлекаются соответствующие коды N, N. Они записываются в счетчик фаз, которые формируют импульсные последовательности для управления вентилями в выпрямительном и инверторном режимах, 5 ил, Sg (Л со СП о о© «

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„< 35C787

А1

{д1! 4 Н 02 М 5/22

ОПИСАНИЙ: НЭОБРЕТЕИЙЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕт:.ЛьСТч у

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3986755/24-07 (22) 09,12.85 (46) 07.11.87. Бюл, tt 4! (71) Вологодский политехнический---институт (72) В.JI.Ãðóçoâ, Н.А.Левашова, Ю.M.Натариус, N.È.Ïoäoëüíûé и В,Н.Сидоров (53) 621.316,727(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 995258, кл. Н 02 P 13/18,. 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1007177, кл. Н 02 Р 13/30, !983. (54) СПОСОБ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

НЕПОСРЕДСТВЕННЬК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

ЧАС ТОТБ! (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления непосредственным преобразователем частоты с сетевой коммутацией вентилей. Цель изобретения — улучше— ние формы выходного напряжения преобразователя и линеаризации его ре° гулировочной характеристики — достигается за счет формирования ведущего сигнала по закону К=агссся/(Ь;/

/2 sin(V()/2 )/, где N — код, соответствующий углу открытия вентилей;

Ъ, — код управления амплитудой фазных групп вентилей; m — разрядность кода Ь,; Х вЂ” разрядность кода V. В устройстве распределитель вырабатывает коды N, N>, Nа и сигналы раз а. дельного управления тройками вентилей. В трехканальчом генераторе ведущих сигналов из первого элемента памяти извлекаются коды значений эталонной синусоидальной функции, соответствующие значениям кодов У, V6, V,, домножаются на код Ъ,, и из второго элемента памяти извлекаются соответствующие коды К, N, N . Они записываются в счетчик фаз, которые формируют импульсные последовательности для управления вентилями в выпрямительном и инверторном режимах.

5 ил, 13

Изобретение относится к эг,ектротехнике, а именно к системам управления непосредственными пресбразонате !ями частоты с сетевой коммутацией вентилей, и может быть исIIo Ibэo>3»нo н ав-томатизированных электроводах с цифровым управлением, особенно тем, где требуется обеспечить работу ча сверхнизких и ползущих oêoðoaòÿõ.

Цел:ь изобретения — улучшение формы выходного напряжения преобразова-теля и линеаризация регулировочной характеристики.

На фиг. 1 приведена диаграмма формирования выходного напряжения преобразователя;--на Лиг, 2 =- цифроное устройство дЛя управления непосредстненным преобразователем часто-. ты, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 3 — схема силовой части преобразователя; на фиг. 4 — функциональная схема распрецелителя импуль; сов; на фиг, 5 — функциональная схема трехканального генератора ведущих сигналов, На фиг. 1 представлены: U, — на— пряжение питающей сети.; 0, U. — им I пульсы синхронизации, .формируемые в точках естественной коммутации вентилей РР— сигналы раздельного

Да ка управления анодными или катоцными тройками фазы а распределителя„ сигналы с датчиков состояния троек вентилей фазы а;. V; -- ступенча" тая функция эталонной Йункции синуса; U — фазное напряжение на выходе преобразователя; а — огибающая тока на выходе фазы а преобразователя:

Устройство управления (фиг,, 3) содержит блок 1 синхронизации... подключенный к блокам 2-4 счетчиков., которые содержат счетчики 5-7 выпрямительных углов сткрытия анодных троек вентилей, счетчики 8-10 инвеpTQp - ных углов открытия а>!одных троек вентилей, счетчики 11-13 ныпрямительных углов открытия катсдных троек вентилей и счетчики 14-lб инверторных углов открытия катсдных троек вентилей, элемент ИЛИ )7, подключенный к генератору 18 такToBbLK импульсов, трехканальнь>й генератор 19 ведущих сигналов, делитель 20 частоты, связанный с делителем 21 частоты уп-равляемый кодом, распределитель 22 импульсов, элементы НЕ 23, блок 24 логики, содержащий шесть идентичных каналов, каждый из которых содержит

50787

2 первый и второй эле.>енты И 25 и 26 и ", >емент l" IИ 27. да а

Р,, Р,, Р,, Є— импульсы раэдель)

H".гс> упгавления тройками ве тилеи.

V, :, V — импульсы раздельного управления группами вентилей:

l,, >.,>Ь, T.„Q,, i — cHI àiib! о (Ц наци:.ии токов в вен".ильных тройках:

iL с>с>г— ка > -АЬ . =— кЬ - >!с > :с налы об отсутс — âèè .. оков в ге-; TH. Iüных тройках, h,: . -h „- код у.".равлепи я амплитудой выходного напряжения, » ..а — код управления частотой выходного напряжения.

Силовая часть преобразователя а

,с>иi 2) содержит анодные 28 и катодные 29 тройки вентилей, к выходам

KoтLipbLx подключены датчики к0 TGKGс>ункциональная с>:ем» ра=пределите:!я представлена и» фиг. 4 и содержит счетчик 3, первый и второй сумматоры 32 и 33 кодов и три элемента

-i, НЕ 14-3б.

Раапределитель работает следующим обр .зом,— J.ункциональная схема трехканально†.o г==Heðàòopà 19 ведущ>;х сигналов афин, 5) содержит т-:и иден..ичных ка30 наля 37-39, каждьгй из которых включает в сеоя первый H второй постоянные за алкающие устройстна 40 и 41 нычит:-.нн.,ий счетчик 42., ";-риггер 43, элемент H 44, линию 45 задержки, первый эн

4 второй pe: Hoòpb! 4б и ч7 и сумматор

4б кодов, Блок 1 синхронизации из трехфазного напряжения сети преобразует аве противофазные импульсные последoâàтельности в точках естественного открытия вентилей Г и U., причем прямая зависимость импульсов синхронизации П. поступает на входы с.инхрсни4= За>-,НН Ск ЕтЧИКОВ 5--10 НЫПряМИтЕЛЬНЫХ троек вентилей, а прстивофазная им з висимость импульсо" синхронизации U лов ступает на входы синхронизаiiии счет5!1 чиков 1!-16 выпрямительных и инверторных углов катодных троек вентилев, По каждому импульсу синхрониза>!ии в соответ=тнующие счетчики записынаются коды . ., Е „, с эквивалент.—

* a

55 иые коду ампл:: туды с выхсцного напряжения фаз преобразователя, На ны:;.îäàõ счетчиков формируются импульсные последовательности -для управц-;е— ния вентилями в выпрямительном пежи1350787

1О

25

40

50 ме Н (Ь,), сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол ;, эквивалентный коду

b, задаваемой амплитуды, и импульсные последовательности )(b; ) для управления вентилями в инверторном режиме, сдвинутые относигельно точек естественного открытия вентилей на угол Р;, эквивалентный инверсии када задаваемой амплитуды b;.

С выходов счетчиков импульсы поступают на первую группу входов блока логики, Кроме того, импульсы синхронизации U » U через элемент ИЛИ 17 поступают на вход автаподстрайки частоты генератора 18 тактовых импульсов и вход синхронизации трехканального генератора 19 ведуцих сигналов, На выходе генератора !7 тактовых импульсов формируется импульсная последовательность f которая поступает на вход делителя 20 частоты, на счетный вход делителя 21 частоты управляемого кодом, куда в моменты обнуления записывается код числа а», эквивалентный частоте выходного напряжения преобразователя. С выхода делителя частоты управляемого кода импульсы поступают на вход распределителя 22, на выходах которого формируется шесть импульсных паследоваРа» Р » РЬ» Pb) Рс- P с раздельного управления тройками вентилей с длительностью импульсов и взаимным сдвигом на ii/3 по частоте выходного напряжения. Эти импульсные последовательности поступают на третью группу входов блока логики.

Кроме того, на выходах раздельного управления группами вентилей фаз а, b и с распределителя формируются коды, которые поступают на входы управления ведушими сигналами каналов фаз трехканального генератора ведуших сигналов, Одновременно датчики 30 состояния троек вентилей формируют сигналы а наличии такОВ ?д ) 1ка) 1pb»

I „В, I ас 9 к,, а через элементы НЕ— аб Отсутствии таков Д ) z ) ХАЬ)

I I т„, 9 которые поступают на вторую группу входов блока логики.

В результате на выходах блока логики, например для фазы а, формируются импульсы управления вентильньжи трой ками в соответствии со следующими логическими выражениями:

I U (О;)+Р-I UÄ (b ) для вентилей анадной тройки и для вентилей катоднай тройки, где индексы А и К соответствуют сигналам управления анодными и катодными тройками вентилей.

Так, например, для формирования импульсов управления анодной тройкой вентилей фазы А на входы первого элемента И 25 блока 24 логики поступают импульсы с выхода распределителя

Р, с выхода счетчиков 5 выпрямительных углов U д„первого блока 2 счетчиков с выхода логической ячейки

HE 23 датчика состояния вентилей сигнал Х„ об отсутствии тока встречно-параллельной тройки. В результате формируются импульсы управления выпрямительным режимом этой тройки.

Для формирования импульсов управления инверторным режимом этой тройки на входы второго элемента И 26 подаются сигналы с выхода распределителя P кч сигнал с выхода датчика состояния вентилей I1, о наличии тока в этой тройке и сигнал UA с выхода счетчиков 8 инверторных углов первого блока

2 счетчиков.

Импульсные последовательности с выходов первого и второго элементов

И 25 и 26 поступают на входы элемента ИЛИ 27, на выходе которого формируется импульсная последовательность для управления вентильной тройкои. Формирование импульсных последовательностей для управления остальными тройками происходит аналогична.

Распределитель работает следующим образом.

На счетный вход счетчика поступает импульсная последовательность с выхода делителя 21 частоты управляемого кодом. В результате на выходах счетчика 31 формируется код V 9 стар-. ший п-й разряд которого определяет знак полуволны выходного напряжения фазы а, формируя импульсную последовательность Р, раздельного управления катодной тройкой вентилей фазы а, а через элемент НЕ 34 формируя импульсную последовательность РА

Аа раздельного управления анодной тройf; i1i не{{типей фазы d. Остапьныг (г-1 р,l 31) !{II<) 13 Ko jla V, <)<)opMffpvf<) T им!! ) JI I! < ну!л последовательность ", „раздp{11 !О— го у{{ра{{пен){я группой вентилей фа— 3bf а9 которая ноступае. на вход vfl равления ведущим сигналом трехканапьного генератора ведущих cH)" валов и на первый вход первого сумматора 32, Первый сумматор З2 кодов суммирует код 7 с кодом ()",9 поступающим с выхода формирователя коцов смещения

gV=V /3 где V — максимальный

«

Р раздельного управления анодной тройкой вентилей фазы <т. Остальные (n-I) разрядов кода у формируют имя пульсную последовательность V раз-. !

9 дельного управления группoff вентилей фазы Ь) поступающую на вхсд управ-. ления веду!Цими сигналами генератора ведущих сигналов и первый вход второго сумматора 3:3. Ана,-{с)ги:но ьторок сумматор 33 кодов формирует код /,, старший разряц которого определяет знак полуволны выходного наг{ряжения фазы с и формирует и{!!{уг!ьсь{ую последовательность Р раздельного управления катодной тройкой вентилек фа-зы с, а через эпемент И Зб формирует импульсную последовательность Р с раздельного управления анодной тройкой вентилей фазы с, Остальные (п-1) V. формируют импульсную последователь-{ость VÄ pasдельного управления гр;ппой вентилей фазы с, поступающую на вход управления ведущим скгналом генератора вец, щкх сигналов.

Работу генератора ведущих сигна-лов рассмотрим на прим ре опного из каналов, например фазы а.

Постоянное запоминающее устройство {ПЗУ ) 1 йО представляет собой матрицу емкостью 2 ячеек., где Х вЂ” разрядность кода Vo. В это ПЗУ записаны коды V с разрядностью у<9 соответствующие значениям эталонной функции арккосинуса с единичной амплитудой на 2 интервалах аппроксимации.

1I ) J. -< I !1 ),<: ;)! Iя< 1 < !7<)и м три ! !!v * .!êО < Hf

1Il: роксимации, ПО каждому импульсу сикх ронкя ацки

1<), Il и Г,, поступающему с )ыn ia эпе.- еьта "I!IH i? в нь 1!{таю<<{ий счетaHr

- 29 )a!IHC{frfaется код ", co

Hl: Са /J „ О, РЕ;IЕ. <Я Е ГГ:Я !IO фОР!{; ПŠ— !

2(-, нагряжения.—.

: О {новременно на зыхо,!е тpaггера

V CTaHaI!JIHHa < ТС = !/РО{3ЕНЬ In! H -: C— к и "i" который разре!1:ает прохсжденке импульсной по=псдоватепьности

2 ..с .вь хо,.;, генератора -.актовых имгупьссв через элемент И йй на сче-.ный

ВХ{)Д C

По каждому к "rупьсу r е-{ера -opa !

< a/òÎâûõ имl!ул ьсОн соде13жимо е c÷aò

/ ч){!<а !. уменьшается на едини.:у) а с ".;.:Oржимое пе; во! О регHc pa -!6 и с.!,атора -8 кодов увепичива=тся на геличину 5 к да задания ак!ппитуды недущегo сиг:-:апа. Таким Образом, к мо<=f{.rv обнуления вычитающег д счет/ !H!!

46 формируется код, с pa=-рацноСТ{!Ю „/,=(;с +IC ранный -,ðOÈa  дЕНКЮ ! 5

;-Ода ; - разрядностью у,, <"эответ— ст . ющего знаяению 1-го интеэва!!а аппроксимации этапо-:Hî÷ функции синуса единкчной амппктуды, н а код с разрядно т ыв Г., cooòве < "тв,!ющий .4 <)< значению ампл и тудь! в едущp: c H ría.{a .

Выхоцы " стар.«Нх 1„)açðÿ!rof3 кота апрецеляет но-ер ступеней ап -рокси— мании этапоннсй функции аркк эсинуса.

ЛОНЧ <{<И Ц IJI БЫ гР ЯМИ P.{IÜНЬ!Х У! )ОН ОT

=;, крь -и=, вентиле= фазы а код /, padeн

Hрсизпеденгп<) ко o13 !: . а д;!я ин !

H-P

:-,-:-:о; <, " +Ь",, <: ., "я / " — <г {я аз

), c ° Хо/l < << !){ !!1{Я ) )! l! !O<

)IЬ<:! !1 3 МЕ Н < fi f if<) {1)

13г0 8;

)тОй (1)" ill(i ill lf H(1 . (3, 3 пО в11хОднОЙ ча

C TO TP..

После обнуле1(ия с (етчик 42 на выходе три1 гера 43 устанавливается (3 уровень л()гического 0, который

5 заире(дает прохождение импульсов с выхода генератора тактовых импуль35 стики

C) о р м у .i H «i з î б ) с т е и и я

j.. i IC)(Ol 1(If(1)3) (> ВО I О (17 1) а ил ЕHHH H Е

3!()(j)(, :с 3 il(IIII(!H 1(р(:()(););1 «О (а l е;)ем (асов до появления следующего импульса синхронизации, С выхо.(ов 7. старших разрядов пер- 10 вого регистра 46 сигналы поступают на входы ПЗУ2 41. На его выходах формируются кодь. 17,, определяющие значения эта 1онной функции арккоси) нуса на 2 интервалах аппроксимации, 15 которые записываются во второй регистр 47. После этого первый регистр

46 и сумматор 48 обнуляются, а на выходах второго регистра 47 формируются код 1,, эквивалентный углу от- 20 крытия вентилей каждой вентильной тройки, Таким образом, код 11 Аормируется

Д на каждом интервале + аппроксимации эталонной функц)и синуса иэ ко- 25 дов ", амплитуд ступеней аппроксимации эталонной Аункции арккосинуса.

Значение кода, соответствую(((его углу открь(тия вентилей Аазы а, определяется по Аормулс: 30 "а а-" " 1 2 - п ()/2J где (, -- период следования имгульсов генератора тактовых импульсов;

m — разрядность кода 7О х — разрядность кода 7 „.

Значения кодов .,6, " ., соответстс 9 вуюцих углам открытия вентилей фаз

b и (, определяются аналогично. На фиг. 1 приведена огибающая фазного напряжения преобразователя

Таким образом, введение в алгоритм способа формирования ведущих сигналов синусоидальной формы, их аппроксимация эквива7(ентными элементами, ступенчатыми Аункциями, кодированиеэтих Аункций на интервалах аппроксимации, умножение полученных кодов на код задаваемой амплитудь1 и взятие функции арккосинуса от каждого результата этого умножения, сохраняя положительные свойства известного способа, обеспечивает Аормирование си1(усоидальной Лормы огибаюшей и линс йнос г1, регулировочной характери—

c ToTbl > э ак- 1Б 11с)1!(ии(я B тО "1, чтО за дают код а;, эквива (ен гный час тоте выхо;п(ого напряжения и преобразуют этот код в шесть прямоугольных импульсных последовательностей Р Р

Р., Р-, Р„-, Р- с частотой, эквивалентной коду а с длительностью им I пульсов 33 и взаимным сдвигом ), /3 по частоте вь(ходного напряжения, задают код b, эквивалентный амплитуде выходного напряжения, и формируют импульсные последовательности для управления вентилями в выпрямительном режиме U (Ь;), сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол ((:,и импульсные последовательности,7(.,(Ь;) для управления вентилями в инверторном режиме, сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол измеряют полуволны токов фаз нагрузки, из положительных полуволн токов формируют три прямоугольных импульсных последовательности IB>

Ib Ic, иэ отрицательных полуволн тока формируют три противоАазные упомянутым импульсные последовательности Та, (h, Ic, o ò ë H H à þ ù H éc я тем, что, с целью улучшения ôîðмы напряжения и тока преобразователя и линеаризации регулировочной характеристики, задают эталонную функцию синуса на интервале 0-((и эталонную функцию арккосинуса на интервале

0-33/2 с единичными амплитудами, аппроксимируют эталонную функцию синуса эквивалентной ступенчатой функцией на двух интервалах, а эталонную функцию арккосинуса аппроксимируют эквивалентной ступенчатой функцией на двух интервалах, амплитуды вышеупомянутых. эквивалентных Лункций преобразуют в коды V; (i=0,1 2 (2 — 1) с разрядностью Z для Аункции синуса и V 13=0,1,2,...,(2 — 1) для функции арккосинуса и запоминают эти коды, на периодах Ааз выходного напряжения формируют три кодовых последовательности циЛровой развертки

Ъ () Ib(.), V (Г:) с разрядностью

X каждая для фаз а, Ь, с соответственно с интервалами модуляции с =

=23(/2 и для каждого значения кода указаннь)х кодовых последовательностей выполняют операцию у=) ; Ь /2 где m h;, в результате чего определяют код номера интервала аппроксимации эквивалсHT— ной Ауnf(llffn Bрккосинуса (; =,7 1, г71е

i «g07Я7 (V

1»

V например дпя фазы а равьо

Б 1 п Ч (1(()) ГДе (пPPI OP (ак1 0 Бои частоты а из кодов Ч, ка«кдой ступени формируют совокупность кодо=- («; ., ЭКВИваЛЕНТНЫХ УГПам ОТК : lb(ТИЯ ВЕНТИ лей на интервалах аппроксимации полу-.

0 ериодов выходно-0 напряжен:-(я =- сответствии с уравнением на. ример ппя фазы а и =аГссов/(ь„ /2 ) s;:.и (1 (. ((. ) на каждоМ интервале аппрскс (1(ац(»и полупериодов выходного напря«кения формируют импульсы для уг;равнения вентилями в выпрямит=.,-п но:; nc«(i» -е

U (и ), сдвинутые отис>сите«:ьно го-чек естес-ве(-:.=Го открытия вентилеи на угол (((,, зквива IPHTHûé fccäó И

:,-.;.-.ульс I для управления вентилями

3 я":(верторном режим(. о, (К ), сдвину= т. е 0T««îсительно точек естественно1 0,1"„ кры 1 ия вентилеи на QГОJI P

3: внHB ентный инвер:ии кода « ;, раcпределяя 3ти нипуль:ы пс вентильным т00..(!13((, например .Тля д«азы а в соответствии с поги-.е=кими уравнениями веня илей а нодно(» троики и

-- P т II f,.; 1.(= — «; 1,1 )

":..7 -«1 — > (:(« О, Q" î "P <

;;:(Я 3ЕНТ1-ПЕй КаТОДНОИ тРОйКИ.

1350787

Риг.2

Я! (! (— - — !! — !((8

jt6

I( ((!

c <( — вв

Сон.танитж;.н О,, .BTjé нона

Редактор A. Воровин Техр д . !(,По:!он -.::-! " )ррект jp 8. Hyv ге

Тиу " 1-- =59 (однисное

BHWGIH Государстненногвj;:; )!!итета "C j,(T (TQ делам изобретений:.! о.."крытий (13035,. Москва, ((-35., Раушскаs; наб, д. L,/5

Заказ 5295/55

Производственно-полиграфическое !.оеоа,.рнs";„<å „г,. Ужгород„ул, Проектная, ч