Устройство для управления многофазным инвертором

 

Использование: для управления инверторами, предназначенными для питания синхронных гистерезисных и асинхронных двигателей. Сущность изобретения: устройство управления включает в себя задающий генератор 1, формирователь импульсов 2, трехфазный фазорасцепитель 3, IKC-триггеры 4 - 6, D-триггер 7, мажоритарно-мультиплексорные элементы 8 - 10. Триггеры 4 - 6 работают в режиме регистра сдвига по отношению к фазорасщепителю. Угол сдвига определяется формирователем импульсов. Сигналы с фазорасщепителя и триггеров 4 - 6 подаются на информационные входы элементов 8 - 10, выходы которых являются выходами устройства. По сигналам, поступающим на управляющие входы элементов 8 - 10, происходит переключение выходных сигналов с выходов фазорасщепителя на выходы триггеров 4 - 6 и обратно. D-триггер осуществляет привязку момента переключения к импульсам синхронизации генератора 1. При подаче на третий информационный вход "Лог. 0" или "Лог. 1" элементы 8 - 10 преобразуются в схемы 2 ИЛИ или 2 И. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к преобразователям (инверторам) напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока для питания синхронных гистерезисных электродвигателей (СГД) гироскопических устройств. Устройство может использоваться и для питания асинхронных электродвигателей.

Известен преобразователь (инвертор) для питания переменным током СГД гироскопических устройств (1). В данном инверторе необходимый для нормальной работы СГД режим перевозбуждения создается изменением амплитуды напряжения переменного тока на входе СГД, причем при увеличении напряжения устройство управления изменяет фазу питающих СГД напряжений в сторону отставания на заданный угол, а при понижении напряжения на входе СГД устройство управления поворачивает фазу в сторону опережения на тот же угол. Для повышения стабильности режима перевозбуждения СГД и уменьшения качаний ротора (вызванных изменением амплитуды и фазы напряжения) устройство управления данным инвертором содержит синхронизатор, который обеспечивает необходимую "привязку" внешний команды на изменение амплитуды и фазы к тактовой частоте задающего генератора.

Устройство управления инвертором (1) содержит задающий генератор, фазоврасщепитель и синхронизатор. На выходе фазорасщепителя образуется многофазная система напряжений для управления инвертором, синхронизатор по внешней команде осуществляет поворот фазы напряжения синхронизации фазорасщепителя, при этом происходит и поворот фазы многофазной системы напряжений на выходе фазорасщепителя. Выходной сигнал синхронизатора используется также и для управления дискретным регулятором, который изменяет амплитуду напряжений на входе СГД. В инверторе (1) устройство управления осуществляет поворот фазы напряжений на входе СГД на угол , где N - число фаз на выходе фазорасщепителя. Синхронизатор содержит два формирователя коротких импульсов, 4 триггера и 5 комбинационных логических элементов.

Недостатком устройства управления данного инвертора является то, что оно обеспечивает поворот фазы на фиксированный угол, который не является оптимальным для всех типов СГД, а синхронизатор содержит большое количество элементов. При использовании инвертора (1) для питания асинхронных электродвигателей устройство управления не обеспечивает защиту инвертора от "сквозных" токов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для управления инвертором за счет обеспечения возможности изменить (по внешней команде) фазу выходных напряжений на требуемый угол, определяемый типом СГД; обеспечения возможности отключить инвертор от СГД по внешней команде при возникновении перегрузки, при неисправностях и т.д. обеспечения возможности защиты от "сквозных" токов инверторов, работающих на асинхронные двигатели; унификации устройства управления для использования в инверторах, работающих на СГД или асинхронные двигатели.

Цель достигается тем, что в устройство для управления инвертором содержащее задающий генератор, фазорасщепитель, формирователь импульсов заданной длительности и D-триггер, при этом информационный вход D-триггера является входом внешней управляющей команды, вводятся IKC-триггеры, число которых равно числу фаз фазорасщепителя и мажоритарно-мультиплексорные элементы, число которых также равно числу фаз фазорасщепителя. Выход формирователя импульсов соединен со счетными входами IKC-триггеров, выход задающего генератора соединен с входом синхронизации D-триггера, входами формирователя импульсов и фазорасщепителя информационные входы I и К i-го IKC-триггера соединены соответственно с прямым и инверсным выходами i-й фазы фазорасщепителя, первый и третий информационные входы i-го мажоритарно-мультиплексорного элемента соединены с прямым выходом i-й фазы фазорасщепителя, второй информационный вход i-го мажоритарно-мультиплексорного элемента соединен с прямым выходом i-го IKC-триггера, выход D-триггера соединен с одним из управляющих входов мажоритарно-мультиплексорных элементов, второй управляющий вход мажоритарно-мультиплексорных элементов является входом сигналов "Лог. 0" или "Лог. 1", а выходы мажоритарно-мультиплексорных элементов и D-триггера являются выходами устройства. В устройстве имеются две многофазные системы напряжений: основная и дополнительная, фазовый сдвиг между системами напряжений находится в пределах 0<β< π/N, где N число фаз напряжения. Выходы мажоритарно-мультиплексорного элемента (ММЭ) являются выходными шинами устройства. Для управления инвертором, работающим на СГД, по внешней команде, подаваемой на управляющие входы ММЭ, на выходные шины устройства передаются либо сигналы с выходов фазорасщепления, либо с выходов IKC-триггеров. В этом случае осуществляется поворот фазы выходных напряжений устройства. Внешняя команда на один из управляющих входов ММЭ синхронизуется с тактовой частотой задающего генератора с помощью дополнительного D-триггера.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства. Устройство включает в себя задающий генератор 1, формирователь импульсов заданной длительности 2, трехфазный фазорасщепитель 3, IKC-триггеры 4 6, D-триггер 7, мажоритарно-мультиплексорные элементы 8 10. На фиг. 1 для упрощения управляющие входы элементов 8 10 показаны общими для всех элементов 8 10 (входы А1, А2). На вход "Команда" для поворота фазы выходных сигналов подается либо "Лог. 0", либо "Лог. 1", который через D-триггер 7 подается на один из управляющих входов мажоритарно-мультиплексорных элементов 8 10. На вход "Управление" подается постоянный сигнал, уровень которого ("Лог. 0" или "Лог. 1) определяется законом функционирования конкретного типа мажоритарно-мультиплексорного элемента.

На фиг. 2 эпюры напряжений задающего генератора обозначены как U₁, на прямых выходах А, В, С фазорасщепителя обозначены как U_A, U_B, U_C, на выходе формирователя 2 обозначены как U₂, на выходах триггеров 4 6 как U₄ U₆, командный сигнал на поворот фазы как U_K, на выходе дополнительного D-триггера 7 как U₇, на выходах элементов 8 10 как U₈ U₁₀.

Как видно из схемы фиг. 1 и приведенных на фиг. 2 эпюр, триггеры 4 6 переключаются в режиме регистра сдвига по отношению к фазорасщепителю. При изменении фазового сдвига между сигналами с выходов задающего генератора 1 и формирователя 2 изменяется соответственно и фазовый сдвиг между напряжениями на выходах фазорасщепителя (U_A U_C) и триггеров (U₄ - U₆). При наличии "Лог. 0" на входе "Команда" сигнал на выходе Q дополнительного D-триггера 7г равен также "Лог. 0" и в этом случае под действием управляющего сигнала (на общем входе А1 элементов 8 10) выходные сигналы U₈ U₁₀ соответствуют сигналам U_A U_C на выходах фазорасщепителя 3. При поданном на вход "Команда" сигнале с уровнем "Лог. 1" (момент t₁) с изменением сигнала синхронизации на выходе задающего генератора (момент t₂) на выходе Q триггера 7 сигнал изменяется на "Лог. 1". Таким образом, под действием сигнала "Лог. 1" на управляющем входе элементов 8 10 изменяются сигналы на выходах этих элементов и эти сигналы соответствуют сигналам на выходах триггеров 4 6. Изменение сигналов на выходах ММЭ 8 10 соответствует заданному повороту фазы многофазной системы напряжений. Сигнал с выхода Q триггера 7 подается на устройство (дискретный регулятор), с помощью которого по команде изменяется амплитуда напряжения, подаваемого для питания СГД (1).

После снятия внешней команды (в момент t₃) и поступления очередного импульса синхронизации (в момент t₄) устройство возвращается в исходное состояние.

Фазовый сдвиг между напряжениями на выходах фазорасщепителя 3 и триггеров 4 6 задается формирователем 2. Для схемы, представленной на фиг. 1, этот сдвиг находится в пределах . При замене формирователя 2 на элемент НЕ фазовый сдвиг будет равен π/6.

Предложенное устройство может быть использовано для управления инверторов, питающих асинхронные двигатели, при этом оно позволяет исключать "сквозные" токи в выходных транзисторах за счет формирования задержки на их включение.

При подаче на один из информационных входов (например на третий) "Лог. 1" или "Лог. 0" с выхода D-триггера и определенном сочетании сигналов на управляющих входах элементы 8 10 могут выполнять функции элементов 2 ИЛИ или 2 И.

На фиг. 3,а представлены эпюры напряжений для варианта схемы, в котором элементы 8 10 работают как элементы 2 И, на фиг. 3,б как элементы 2 ИЛИ. В этом случае устройство может быть использовано как унифицированное и применяться в инверторах с различными типами транзисторов.

Элементы 8 10 при соответствующем наборе сигналов на входах "Управление" и "Команда" могут выдавать постоянные сигналы с уровнем "Лог. 0" или "Лог. 1", что позволяет использовать элементы 8 10 в качестве исполнительных элементов для схем защиты инвертора при перегрузках, перенапряжениях.

Формула изобретения

1. Устройство для управления многофазным инвертором, содержащее задающий генератор, фазорасщепитель, формирователь импульсов заданной длительности, D-триггер, при этом информационный вход D-триггера является входом внешней управляющей команды, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет введения регулирования угла поворота фазы и изменения закона управления инвертором с помощью внешних команд, введены JКС-триггеры и мажоритарно-мультиплексорные элементы по числу фаз фазорасщепителя, причем выход формирователя импульсов заданной длительности соединен со счетными входами JКС-триггеров, выход задающего генератора с входом синхронизации D-триггера, входом формирователя импульсов заданной длительности и фазорасщепителя, информационные J- и K-входы i-го JКС-триггера соединены с соответствующими прямым и инверсным выходами i-й фазы фазорасщепителя, первый и третий информационные входы i-го мажоритарно-мультиплексорного элемента соединены с прямым выходом i-й фазы фазорасщепителя, второй информационный вход i-го мажоритарно-мультиплексорного элемента соединен с прямым выходом i-го JKC-триггера, выход D-триггера соединен с одним из управляющих входов мажоритарно-мультиплексорных элементов, второй управляющий вход которых является входом сигналов "Лог."0" или "Лог."1", а выходы мажоритарно-мультиплексорных элементов и Д-триггеров являются выходами устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прямой выход Д-триггера соединен с объединенными третьими входами мажоритарно-мультиплексорных элементов, а их управляющие входы являются входами для сигналов "Лог."1" и "Лог."0".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3