Устройство для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к преобразовательной технике , и предназначено преимущественно для управления инверторами в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в многофазное переменное напряжение с широтио-импульеной модуляцией по закону , близкому к синусоидальному. Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования сигнала , близкого к синусоидальному. Устройство для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией содержит многоразрядный делитель 1, подсоединенный последовательно к многофазному счетчику 5. Выходы разрядов 2, 3,4 делителя 1 соединены с входами преобразователей 6, 7 кодов и дешифратора 8. 8 устройстве -два формирователя импульсов. Первый формирователь линейно нарастающих импульсов состоит из двух логических преобразователей 9 и 10. Их выходу соединены с входами логического элемента ИЛИ 11. Второй формирователь линейно спадающих импульсов состоит из двух логических преобразователей 12 и 13, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 14, Выходы элементов ИЛИ 11 и 14 соединены соответственно с входом логического блока 15, соединенного также с выходом счетчика 5. Входы фор

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ4ЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (эоэ Н 02 М 7!48

ГОсуд4РстВенный кОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ и ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (23}3733433/63(22) 25,04.84 (46) 07,02,92. Бел. М б (72) В.И;Кочергин ф3) б21,314.27 (088,8) (ЩАвтерекее свидетельство СССР

ФВ 955837, an, Й 02 М 7/48, t979, 54j ЯСТРОЙСТВО:ДДЙ УПРАВЛИНИЯ Ж+

ВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ елОДУЛЙЦИЕИ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к йреобраэоеательной технике, и: предназначено преимущественно фе управления инверторами в системах электропитания и эяектропривода для преобразования аостоякного найряжения в миогефезное переменное напряжение с широтно-импульсной -модуляцией ао зако- ну,."6еиэкому к сйнусоидальиому. Цель изо:бретения — расеирение функцйонельных

„., Ж„, 17И306 А3 возможностей за счет формирования сигнала, близкого к аинусоидальиому. Устройство для управления инвертором с аиротно-импульсной: модуляцией содержит многоразрядный делитель Т, подсоединенный последовательно к многофазному счетчику

6. Выходы разрядов 2, 3, 4 делителя 1-соединены с входами преобразователей 6. 7 кодов и дешифратора 8. B,устройстве — два формирователя импульсов. Первый форюа рователь линейно нарастающих импульсов состоит из двух логических преобразователей 9 и 10. Их выходы соединены с входами логического элемента ИЛИ И. Второй формирователь линейно спадающих импульсов состоит из двух логических преобразователей 32 и 33., выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 14, Выходы элементов ИЛИ И и 34 соединены соответственно с входом логического блока 35. соединенного также с выходом счетчика 5. Входы фор1711306

= азаь:

- а2а ;

= а135, 30 мироввтелей соединены с выходами преобразователей 6, 7 кодов и дешифраторв 8 и входом задания К, Выходы блока 15связаны с управлякицими входами силовых элементов, например транзисторов, инвертора 16.

На выходных шинах инвертора 16 при любом изменении входной частоты формируИзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначено преимущественно для управления. инверторами в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в многофазное переменное напряжение с широтно:-импульсной модуляцией по законуЯлизкому к синусоидальному, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет формирования сигнала, близкого к синусоидальному. .На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для управления инвертором; на фиг. 2 — диаграммы пятифаэных сигналов первого разряда А (а1-as} многоразрядного делителя, эквивалентных им цифр обычного цифрового коде "0" — "9" и сигналов

@, P, y, Л, х, у, z, t на выходах преобразователя кодов, подключенного к выходным шинам этого разряда; нв фиг. 3 — сигналы О (б -бз) на выходах многофазного счетчика, дополнительного сигнала е и потенциалов у4, рь, рс средних тоиек стоек мостового инвертора, а также его выходных напряжений 1,4ь = pa — фь, Ubc = p> — ipc

Оеа = щс — pa, если бы управление силовыми ключами осуществлялосъ непосредственно трехфазными сигналами делителя О (d >-бз); на фиг. 4 — пятифазные сигналы С (с -сз) третьего разряда многоразрядного делителя, выходные сигналы F ("0" — "8") дешифратора.

Функциональная схема устройства следующая, Вход внешней частоты 1т соединен с входом многораэрядногоделителя 1, который состоит из трех последовательно соединенных разрядов 2-4. последовательно с делителем 1 соединен многофазный счетчик 5. Выходы разрядов 2-4 делителя

1 соединены с входами преобразователей

6 и 7 кодов и дешифратора 8. В устройстве имеется первый формирователь линей-. но нарастающих импульсов, который состоит из двух логических преобразователей S и 10, выходы которых соединены с ются регулируемые от внешнего цифрового сигнала напряжения по трапецеидальному закону широтно-импульсного модулирования. В каждой полуволне выходного напряжения содержатся импульсы одной полярности при полнойсимметрии этого напряжения. 4-табл„4 ил, входами. логического элемента ИЛИ 11, и .второй формирователь линейно спадающих импульсов, который состоит из двух логических преобразователей 12 и 13, выходы ко5 торых соединены с входами элемента ИЛИ

14. Выходы элементов ИЛИ 11 и 14 соединены соответственно с входами логического блока 15, второй вход которого соединен с выходами счетчика 5.

10, Входы формирователей. линейно нарастающих и линейно спадающих импульсов соединены с выходами преобразователей 6 и 7 кодов и дешифратора 8 и входом задания К. Выходы блока f5 связаны с управ15 ляющими входами силовых элементов, например, транзисторов инвертора 16.

Выполнение первого и второго разрядов 2 и 3 делителя 1 осуществляется в пятифазном коде. Третий разряд 4делителя 1 также

20 выполняется по этим же принципам в многофазном коде: в пятифазном коде с основанием счисления Р = 9, Преобразователи 6, 7 кодов выполняются одинаковыми в соответствии со следую25 щими логическими зависимостями (на примере преобразователя 6): а= "О" = а ай х = "9" = a

P= "О" V ... Ч "1" = alas; у = "9"V... V" 8"

У= "0" Ч ...Ч "2" = азад; z = "9 V... V" 7"

А= "О "V ... Ч "3". = а4а5л = "9" Ч...Ч"6" где a> — выходные сигналы разрядов делителя 1.

35, Блок 15 для трехфазного инвертора 16 выполняется по следующим логическим заВисимостям. Q =g Q уд с QC Q f

hÚ= С4СОVdücc÷ VeeÎC t 3» 3" Й "" = " 1 4 " Аз Ч йс з" где С, Co — соответственно сигналы на выходах.

Преобразователи узлов формирования линейно изменяющихся импульсов имеет для каждого варианта выполнения устройства различное исполнение.

1711306

25

ЗО

45

Построение преобразователя 9 полностью определяется таблицей (таблица для первого логического преобразователя в формуле изобретения), где на пересечении значений входа задания К строк и цифр F столбцов записаны логические зависимости, определяющие первое слагаемое суюем.

Построение преобразователя 10 полностью определяется таблицей, заданной для второго логического преобразователя в формуле изобретения.

Построение преобразователей 12 и 13 полностью совпадает с рассмотренными, а сигналы на входных шинах этих блоков определяются таблицами для третьего и четвертого логических преобразователей в формуле изобретения.

Устройство для управления инвертором работает следующим образом.

Делитель 1 непрерывно подсчитывает поступающие импульсы входной частоты f<

С приходом каждого импульса его цифровое значение увеличивается на единицу.

При полном заполнении делителя 1 и возвращении в.исходное состояние на его выходе каждый раз формируется импульс частоты fz. который изменяет состояние счетчика 5. Последний проходит последовательно шесть устойчивых состояний, характеризующихся различными значениями выходных трехфазных сигналов 0 (dq-dç), эквивалентных цифрам обычного кода "О"—

"5". При четных цифрах в блоке 15 форми руется сигнал е, а при нечетных е, Если при этом на выходы задания К не подано какого-либо цифрового сигнала, то на выходе элементов ИЛИ 11 и 14 и соответственно на входных шинах (С1, Co) блока 15 также будет нулевой сигнал, При четных

" состояниях счетчика 5 (е = 1) на выходных шинах блока 15 будут выдаваться сигналы

hi =О, hz=1, йз=О. При этом средниеточки стоекмостового инвертора 16 будут иметь положительный потенциал источника -питания, а выХодные напряжения инвертора

16 значения нуля (Uab =О, Ubc =О, Uca=О).

При нечетных состояниях счетчика 5 (е = 1) выходные сигналы блока 15 будут обратными h1- 1. hz - О, hg = 1 и, следовательно, средние точки стоек инвертора 16.будут соединены с отрицательным потенциалом напряжения источника питания Un, что также соответствует нулевым значениям выходно-. го напряжения инвертора 16.

В дальнейшем всякий раэ, когда будут отсутствовать сигналы на выходах элементов ИЛИ 11 и 14, выходные напряжения инвертара 16 будут равны нулю.

При подаче на вход задания К устройст.ва цифрового сигнала, например Ко; которое соответствует минимальному значению выходных напряжений инвертора 16, на выходе элемента ИЛИ 11 будет формироваться за цикл переключения делителя 1 серия

5 линейно нарастающих импульсов. Эти импульсы будут располагаться в начале (конце) цикла переключения первых двух разрядов 2 и 3 делителя 1. С увеличением цифрового значения входа задания К будет пропорционально увеличиваться длительность этих импульсов. Аналогичным образом происходит формирование линейно спадающих импульсов на выходе элемента ИЛИ 14. При любых промежуточl5- ных значениях кода входа задания К между импульсом из линейно нарастающей серии и импульсом из линейно спадающей серии имеется пауза, в момент которой сигналы на выходах элементов ИЛИ 11 и 14 равны нулю. При максимальном значении кода на входе задания К эта пауза между указанными импульсами отсутствует.

При соотношении сигналов счетчика 5

d> - О, бг = О, бз - О, что соответствует эквивалентной цифре "О" (фиг. 3), на выходных шинах инвертора 16 формируются напряжения на угловом отрезке от О до л/3. При этом, когда на входе блока 15 появляется сигнал Со, сигналы счетчика 5 полностью совпадают с выходными сигналами блока 15: h> = d1 = О, hz = dz = О, пз = бз = О, и поэтому соотношения между напряжениями инвертора 16 будут полностью совпадать с фиг. 3 для эквивалентной

35 цифры "0", а именно: Uab = +Оп, Ubc = 0а

Uca=0. Когда на выходе блока 15 появляется сигнал С>, сигналы счетчика 5 передаются на выходы блока 15 увеличенными на единицу и поэтому соотношения между напряжениями инвертора 16 будут полностью совпадать с фиг. 3 для эквивалентной цифры "1". а именно: Оаь = О, Оьс = UÄ. Оса =

=+ U<. Таким образом, на этом отрезке напРЯжение Uab бУДет линейно Убывать, оставаясв положительным по знаку, наПряжЕНИЕ Ubc будЕт ПОСтОяННЫМ И ОтрИца- . тельным по знаку, а напряжение Uca будет . возрастать, оставаясь положительным по знаку, Эти соотношения между напряжени50 ями Uab Ubc Uca Сохраняются для любых значений входного сигнала, вплоть до максимального значения, когда напряжение

Ubc станет пОСтОЯнным.

При соотношении сигналов счетчика 5

55 d1 = 1, б2 = О, бз = 1, что..соответствует эквивалентной цифре ".1" (фиг, 3), на выходных шинах инвертора 16 формируются напряжения на угловом отрезке от x/Здо

2л/3. При этом, когда на входе блока 15

1711306

f н с(2= а„а», хa — а„о»

Ла =™2С«» 4 = ОЗ »

Jа 3 а»«а 2» (l - а 0» Йа= а а»

50 появляется сигнал Со, сигналы счетчика 5 полностью совпадают с выходными сигналами блока 15: h1- d> -1,,hz = о2 = О, Ьз = бз О, и поэтому соотношения, между напряжениями инвертора 16 будут совпадать с фиг. 3 дпя эквивалентной цифры "1"; а ИМЕННО: Uab О, Ubc -Un, Оса +Un КОГДа на входе блока 15 появляется сигнал С1, сигналы счетчика 5 передаются на выходы блока 15 увеличенными на единицу, и поэтому соотношения между напряжениями инвертора 16 будут совпадать с фиг. 3 для

ЭКВИВаЛЕНтНОй ЦИФРЫ "2", а ИМЕННО: Uab =

=Uï Ubc = О Uca = +Un. Таким образом, на этом отрезке напряжение будет линейно возрастать, оставаясь отрицательным по знаку, напряжение Ubc — убывать, оставаясь также отрицательным по знаку, а напряжение Uca будет постоянным и положительным по знаку. Эти соотношения между.напряжеНИяМИ Uab, ОЬс, Uca СОХраНяЮтСя дпя ЛЮбЫХ значений кода входа задания, К, вплоть до максимального значения, когда напряжение

Uca станет постоянным. Из этого очевидна работа инвертора 16 при формировании выходных напряжений на остальных угловых отрезках периода.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для управления инвертором на его выходных шинах при любом изменении входной частоты .формируются регулируемые от внешнего цифрового сигнала напряжения по трапецеидальному закону ШИМ, когда в каждой полуволне выходного напряжения содержатся импульсы только одной полярности при полной симметрий этого напряжения и отсутствии низкочатотных гармонических составляющих, что ведет к повышению КПД, Формула изобретения

Устройство для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, содержащее многоразрядный делитель, вход которого предназначен для подключения к задающему генератору, выход через многофазный счетчик соединен с первыми входами логического блока, вторые выходы которого подключены к выходам блока формирования импульсов с линейно изменяющейся длительностью, первые входы которого соединены со старшим выходом первого разряда многоразрядного делителя и с выходами второго разряда многоразрядного делителя, выходы логического блока являются выходами устройства. о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования сигнала, близкого к синусоидалъному, оно снабжено дешифратором и двумя преобразователями кодов, первые два разряда многоразрядного делителя выполнены в аиде пятифазных счетчиков, третий разряд — в виде делителя на девять, блок формирования импульсов с линейно изменяющейся длительностью снабжен вторыми и третьими входами, четырьмя логическими.преобразователями, входы которых являются входами указанного блока, и двумя элементами ИЛИ, выходы которых являются выходами указанного блока, причем вторые входы блока формирования импупьсов с линейно изменяющейся дли-. тельностью подключены через первый и второй преобразователи кодов к выходам соответственно первого и второго разрядов многоразрядного делителя и через дешифратор — к выходам третьего разряда многоразрядного делителя, третьи входы блока формирования импульсов с линейно изменяющейсяя длительностью предназначены для подачи кода задания величины выходного напряжения, в указанном. блоке выходы первого и второго логических преобразователей соединены с входами первого элемента ИЛ№ выходы третьего и четвертого логических преобразователей — с входами второго элемента ИЛИ, структура преобразователей кодов определяется логическими выражениями: где аь Ь| — выходные сигналы соответственно первого и второго разрядов многоразрядного делителя; «xa ... ta — выходные сигналы преобразователя кодов; аь ... tb— выходные сигналы второго преобразовате-. ля кодов, структура каждого из логических преобразователей блока формирования импульсов с линейно изменяющейся длительность 0 определяется дизъюнкцией всех логичеоких произведений, задаваемых соответствующей таблицей, где аргументами каждого логического произведения являются сигнал задания К«величины выходного напряжения, указанный в соответствующей строке таблицы, выходной сигнал fi дешифратора, указанный в соответствующем столбце таблицы, и указанные на пересечении этих строки и столбца . сигналы или произведения сигналов о ...

ta. аЬ „. tb, ai И Ь«, ПврВЫй ЛОГИЧЕСКИЙ Првобразователь задается таблицей второй логический преобразователь задается таблицей третий логический преобразователь задается таблицей

1711306

11

1 четвертый логический преобразователь задается таблицей

dg а структура логического блока описывается выражениями: и "б С УЫ В УеС С и,-е,сц.с,йСс,.

,-б,С,НЯУЕС С,;

- ДУ4, Уу„ где d> - выходные сигналы многофазноm счетчика; С и C> —.выходные сигналы первого и второго элементов ИЛИ блока формирования импульсов с линейно изме5 няющейся длительностью.

1711306

Л

Редактор H. Яцола

Заказ 347 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/б

Производственно-издательский комбинат ".Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Jf сф! ! 1 !

?5/ jl чЦ 52 I j J

Составитель H. Дьякова

Техред М.Моргентал Корректор И. Муска