Устройство для управления -фазным инвертором

(088,8)свидетельство Р02 М 7/48, 1идетельство С02 М 7(48, 1 ССС974.ССР978,симметр вертора реверса ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯМ - ФАЗНИМ ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электронитания и электропривода. Цель изобретения - улучшение качества выходного напряжения и обеспечение возможности реверса фаз. Устр-во содержит три счетчика Джонсона (СД). Коэф, счета первого СД 2 равен К, =10 второго СД 5 - К =9,5 и третьего СД 7 - К =2 ш, где ш - количество фаэ инвертора 1 О. Устр-во содержит также Коммутатор 9 и блок 8 совпадения. Улучшение качества выходного напряжения обеспечивается введением трех четырехтактных реверсивных распределителей импульсов (два одинаковых 1 и 3), дешифратора 6, преобразователя 4 кодов, Устр-во обеспечивает возможность изменения порядка следования. фаз выходного напряжения, чем существенно повышается качество выходного напряжения за счет увеличения количества импульсов 0 ЙМ в каждой полуволне. Это достигается путем использования цифровых И сигналов с распределителей импульсов, соединяющих между собой счетчики. При этом сохраняется полная ия выходного напряжения ниобеспечивающая возможностьфаз. 16 ил,1252883 Составитель В.МироновТехред Л.Серлокоаа Корректор Е.Сирохман ктор П.Кос Подписноео комитета СССРи открытийущская наб., д. 4/5 э 4628/54 Тираж 631 ВНИИПИ Государственно то делаи изобретени 13035, Иосква, %-35, Ра2528832соединены с первыми входами первого счетчика 2 Джонсона. Тактовыевыходы 0, 4 , 5 ц, 9, счетчика 2 соединены с тактовыми входами второго5 распределителя 3 импульсов, а выходы счетчика 2 и входы й., и ы сое 2 2динены с входами преобразователя 4кодов, Выходы Ы , р, Ы,распре"делителя 3 соединены с входами вто 1 О рого счетчика 5 Джонсона и входамидеиифратора 6, Тактовые выходы 0,4 , 5, 9 второго счетчика 5 соединены с входами третьего распределителя 1, полностью аналогичного первому распределителю 1, а входы счетчика 5 соединены со входами дешифратора 6. Выход 9счетчика 5 соединен с установочными входами счетчика2 и распределителя 3. Выходные шиныо, 4,с 4, , третьего распределителя 1. соедийены с входами третьегосчетчика 7 Джонсона,Выходы К и Я преобразователя 4"идешифратора 6 соединены с первым ивторым входами блока 8 совпадения,выход Р которого соединен с вторымвходом коммутатора 9, первый входкоторого соединен с выходом Я счетчика 7, а выходы Ч , Ч, Ч связаныфЗО с силовыми ключами трехфазйого мостового инвертора 10, сдержащегосиловые ключи 11-16. Сигналы Ч1ьЯ 2, Ч подаются на ключи 11, 13,15, а инверсные сигналы ч44, З 5 на ключи 2, 14, 16.Распределители 1 (Фиг. 2) представляют собой реверсивную схему,которая может быть выполнена, например, на двух КБ-триггерах, сосщ тоящих из трехходовых элементовИ-НЕ 17, 18 и 19, 20, Триггеры связаны между собой элементами 21-28 ИНЕ, один вход которых соединен содним из тактовых входов, а второй1 вход соединен с одним из выходовтриггера. Выходные сигналы распределителя 1 формируются элементами29-32 И, выходы которых соединеныс соответствующими выходами КЯ-тригО герлз, в соответствии с формулами 22 Р 22-Ч 1 Ч 2 1 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в многофазное переменное напряжение, модулированное по синусоидальному законуширотно-импульсной модуляции Г(ШИМ 1 с жестким алгоритмом переключения силовых ключей инвертора.Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения и обеспечение возможности реверса.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема первого и третьего распределителей; на фиг. 3 - диаграммы входных сигналов с Р, Ы ,сигналов триггеров Ч , Ч и выходных сигналов о, Ф 2, е 1 е Р 2 этих распределителей," на фиг. 4 - принципиальная схема первого счет" чика Джонсона, на фиг. 5 - диаграммы его входных сигналов Ы 2, Д , о 22 9, выходных сигналов ш ,ш а . и выходные сигналы преобразователя кода; на фиг. 6 - принципиальная схема преобразователя кода; на фиг.7- принципиальная схема второго счетчика Джонсона; на фиг. 8 - диаграммыО(1 его вхоцных сигналов з, Рз5 Рзвыходи х сигна ов Г 1 ФГЯ915, а также выходных сигналов 8 дешйфратора, на фиг. 9 - принципиальная схема второго распределителя импульсов на фиг. 10 - принципиальная схема дешифратора, иа фиг. 11 - принципиальная схема третьего счетчика Джонсона; иа фиг. 12 " диаграммы еговходных счетчиков с , ф4 ф 4выходных сигналов Ч , Ч , Ч , на фиг, 13 - принципиальная схема блока совпадения; на фиг. 4 - диаграммы выходных сигналов Р блока совпадения и выходные сигналы 1.,1 1 второго счетчика Джонсона; на фиг. 15 - принципиальная схема коммутатора; на фиг. 16 - временнце диаграммы выходных сигналов коммутатора Ч Ч Ч1 2 3 совпадающих по форме с потенциаламиточек а, ,с с мостового ц ь с.инвертора и выходных напряжений 0 Б, Б, для первого варианта блока совпадения. Тактовые входы устройства Ы , 15соединены с входами первого четырехтактного распределителя 1 импульсов, выход которого Ы 2, Р 2, о 2,Счетчик 2 фиг. 4) выполнен посхеме счетчика на десять устойчивыхсостояний, например, иа КЗ -триггерах 33-37, связанных между собой элементами 38-57 И-НЕ. Входы элемен-.1252883 4пятого инверсного выхода счетчика 2,Сигнал Г формируется элементами 69,78, 87, т, - элементом 69, Г, - элементами 69, 70, 79, 89, а Г, - элементом 70, Сигнал Г формируетсяэлементами 70, 71, 80, 89, сигналГ, - элементом 71, сигнал Г - элементами 71, 72, 81, 90, сигнал Г,элементом 72, а сигнал Г, - элеменО тами 72, 82, 91,Счетчик (Фиг.7) состоит иэ пятиКБ-триггеров 92-96, соединенных элементами 97-116 связи, Соединения .триггеров и элементов связи осуще 15 ствляются таким же образом, как всчетчике 2. Тактовые сигналы ОФ4, 5, 9 ,которые подаются на вхоЭды третьего распределителя 1, формируются элементами 117-120 И, Кроме2 О того, счетчик 5 содержит элемент121 И-НЕ, входы которого соединенысо входом р и выходом элемента 120,а выход соединен с К-входом пятоготриггера. На выходах триггеров фор 25 мируется код Ь (117 ф5),Распределитель 3 (Фиг. 9) отличается от распределителя 1 тем, чтона его входы вместо импульсов ы,1р подаются сигналы 0, 4,ЗО 5, 9 со счетчика 2 соответственно, Кроме того, распределитель 3имеет установочный вход, на которыйподается сигнал 9 со второго счетчика 5. Распределитель 3 состоит изКБ-триггеров на элементах 122-125 И 35НЕ, соединенных элементами 126-129,130-133 связи, входы и выходы которых соединены так же, как элементы21-24, 25-28 распределителя 1. Вход4 О 9 соединен с первыми входами элементов 134 и 135, вторые входы которых соединены с входами 5 и 9 соответственно. Выходы элементов134 и 135 соединены с Б-входами5 первого и второго триггеров. Выходные сигналы с(5 В од распре 5 ф З 7 Эделителя 3 Формируются элементами136-139 И. 50 555 Б 5 =254(Б 5-1 12 тов 38, 40, 42, 44, 46 соединены с входом Ы 2, входы вентилей 49, 51, 53, 55, 57 соединены со входом р2 входы элементов 39, 41, 43, 45, 47соединены со входом о , а входы элементов 48, 50, 52, 54, 56 - со входом Ф 2 . Выходы элементов И-НЕ соединены со входами триггеров, каждый из которых имеет по три К и Б входа. Два трехвходовых элемента 58 и 59 И-НЕ, выходы которых соединены со входами элемента 60 ИЛИ, устанавливают пятый триггер в положение "О", когда на установочном входе 9, который соединен с первыми входами элементов 58 и 59, имеется сигнал высокого уровня. Выход элемента 60 соединен с одним из входов триггера 37. С выходных шин триггеров снимаются выходные сигналы счетчика 2 (щ , щ щ ), Тактовые сигналы, которые подаются на вход второго распределителя 3, формируются двухвходовыми элементами 61-64 И в соответствии с выраженияОм=щЩ 61 4 м=щщ 1 5 =щ щ 1М 4 55Преобразователь 4 (Фиг, 6) представляет собой логический блок, который иэ сигналов М и тактовых импульсов с и Ы. Формирует. сигналывспомогательного кодат=щщк5Г =й чщ Ы.1 5т щ щ т-щ щ55тщ4 2 5т =щчщ4 2 5т =щ щбчщ щ 5 ы т,=щ 7 чщ 5 чщ 3 д.5 1 6т, =щ щ 5 чщ щ 5 А т =щ чщ чщ5 5 4Г 8 =щ,щ,8 4 5=й щ чщ ы5 4 5 5Г =Щ ЧЩ.Чс 7.5 4 5Г=ЩПреобразователь 4 может быть выполнен на двухвходовых элементах65-68 И, элементах 69-72 ИЛИ, элементах 73-82 И и элементах 83-91 ИЛИ. Сигнал т, формируется элементом 73, т - элементом 65, тэлементами 65, 66, 74, 83, сигналФормируется элементом 66 тэлементами 66, 67, 75, 84. Сигналт образуется на выходе элемента 67,сигнал Г формируется элементами 67,68, 76, 85. В Формировании сигналаГ участвует элемент 68, т - элементы 68, 77, 86, а т, снимается с Дешифратор 6 (фиг. )0) представляет собой комбинационную логическую схему, состоящую иэ двухвходовых элементов 140-168 И, которая формирует сигналы Б из сигналов Ь и так" товых импульсов в соответствии с ФормуламиБ, =, 25 ф1212 1 5 Рг Яуг Яч Яч " У Яз.1 1 2 2и выполняется по одной схеме, состоящей из двухвходовых элементов 184-202 И и элементов 203 и 204 ИЛИ, входы которых соединены с выходами элементов И, Выход элемента 204 является выходом блока 8.Коммутатор 9 реализует выражения Рчс 1 Р;с 1 =с 1 Рчс 1 Р;1с 1 =с 1 1 Щ Р.Один из возможных вариантов вы" полнения коммутатора, реализованный на двухвходовых элементах 205- 213 И-НЕ представлен,на Фиг, 15.На входы коммутатора подаются сигналы с 11 с 1 с 1 счетчика 7 и сигнал Р с блока 8, Выходные сигналы с 1с 1 используются для управлейия.2 3.трехфазным инвертором 10,Работу устройства для управления многофазным инвертором рассмотрим на примере трехфазного мостового инвертора.Тактовые импульсы а 1 18, сс 1поступая на входы устройства в фВходы и выходы элементов дешифратора 6 соединены между собой,с входами и выходами дешифраторав соответствии с этими формулами.Третий распределитель 1 полностьюаналогичен первому распределителю(фиг. 2). На его входы подаются сигдах Формируются сигналы с)9 К)9,Счетчик 7 выполняется аналогично первому счетчику и отличается отнего только количеством ЕЯ-триггеров. Триггеры 1 б 9-171 соединеныпри помощи элементов 172-183 связи,.Счетчик имеет шесть устойчивых состояний, переключение из одного состояния в другое происходит при подаче тактовых импульсов. Реверссчетчика осуществляется изменением порядка следования тактовых импульсов. С выходных шин триггеровснимаются сигналы кода сс(с 1,с 1 с 1 з)Блок 8 совпадения (фиг. 13 может быть выполнен в соответствии слогическим выражением52883 а 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 порядке, приведенном на фиг. 3, вызывают переключения триггеров в первом распределителе 1, Импульс М устанавливает первый триггер в противоположное положение со вторым, импульс , который должен установить второй триггер в противоположное с первым положение, переключений не вызывает, поскольку триггеры распределителя 1 уже находятся в противоположном положении. Импульс ос устанавливает второй триггер в одинаковое положение с первым, импульс р, переключений не вызывает, следующий импульс М, снова устанавливает первый триггер в противоположное со вторым положение и т.д. На выходах первого распределителя 1 появляются сигналы ЫЯссв полном со2 2 2ответствии с фиг, 3, частота которых в два раза ниже частоты входных импульсов. Эти импульсы поступают на входы счетчика 2, а импульсы сс икроме того на входы преобразователя 4. При изменении порядка следования входных импульсов на обратный11 оС,15, Ы, и т,д.) переключения в первом распределителе 1 будут вызывать импульсы 8 и р, причемустанавливает первый триггер в одинаковое со вторым положениер 1 устанавливает второй триггер в противоположное положение с первым, аимпульсы Ы, и 3, переключений не вызывают. При этом порядок следования выходных импульсов будет противоположным изображенному на Фиг, 3, т.е. Р1.2 Р 2 д 12 и таад1При прямом порядке следования сигналов распределителя 1 переключение триггеров счетчика 2 осуществляется в полном соответствии с Фиг.5 При этом счетчик 2 последовательно принимает все десять рабочих состояний в порядке возрастания (при прямом порядке следования тактовых импульсов) или убывания номеров состояний О=ш,ш ; 11=ш,ш и т.д, Сигналы ш 1 ш 2в 5 с выходов триггеров по даются на вход преобразователя 4. На тактовых выходах счетчика 2 формируются сигналы 0 , 4 , 5 , 9 , которые подаются на второй распреде- . литель 3.Распределитель 3 работает аналогично распределителю 1, Порядок следования выходных сигналов(ЫрДля того, чтобы при этом в распределителях не возникало опасных 25 состязаний элементов, сигнал . подается на установочные входы счетчика 2 и распределителя 3 и устанавливает их триггеры в исходное состояние . При прямом порядке сле дования входных импульсов триггеры счетчика 2 устанавливаются в "0" ,(ш=ш ==ш =0) при помощи элемента 58. При обратном порядке следования пятый триггер устанавливается в положение "0", а остальные триггеры - в положение "1" (ш,=ш = =п 1 =тю =1) при помощи элементов 59 и 60,В распределителе 1 при прямом следовании входных импульсов первый триггер уст анавливает ся в 1 с помощью элемента 1 34 , а при обратном порядке входных импульсов в положение 1 устанавливается вто рой триггер с помощью элемента 135. Сигналы 1. со вторых выходов счетчика 5 подаются на вторые входы дешиФратора 6.Преобразователь 4 и дешиФратор 50 6 Формируют из сигналов М и тактовых сигналов девятнадцать сигналов К и Б соответственно, (Фиг, 5 и 8).С тактового выхода счетчика 5 сигналы 0, 4, 5, 9 поступают на вход третьего распределителя 1, который работает аналогично первому распределителю. Выходные сигналы 40 и т.д. или р , , р , Сзз э . з зи т.д.) определяется порядком следования входных сигналов 0, 4,5, 9, Выходные сигналы распределителя 3 подаются на счетчик 5 и 5на входы дешифратора 6,Счетчик 5 работает аналогичносчетчику 2 до состояния Г, Г 1Р Г (фиг. 8), Импульс о устанавлйвает счетчик 5 в указанное состояние, лри этом на выходе элемента 120 появляется сигнал 9который по переднему Фронту импульсаустанавливает пятый триггер 96зпри помощи элемента 121 в положение 15"О" возвращая тем самым счетчик 5в состояние 1, гГз 31 соответствующее циФре О . Таким образом, всхеме устраняется устойчивое состояние, соответствующее половине так тового интервала, чем обеспечива-,ется К,=95. с , / ,, р подаются на счетчик В,17, который имеет шесть устойчивых рабочих. состоянийФиг. 12), При первом состоянии элементы 184 и 185 в блоке 8 Фиксируют совладения сигналов г, и Б,г и Я соответственно. Поэтому за период прохождения всех устойчивых состояний в счетчике 2 на выходе Р блока 8 будет выдано два импульса; первый импульс, равный 0,05 этого периода и расположенный в начале первого интервала счетчика 5, и второй импульс, равный О,1 этого периода и расположенный в середине "О указанного интервала (фиг. 14 а).Аналогично элементы 179 и 180 фиксируют совпадение сигналов г, и Б г 1 и Я . На шине Р за период изменения сигналов счетчика 2 появляются два импульса длительностью 0,15 и 0,2 периода и т,д. За период изменения сигналов дешифратора 6 на выходной шине блока 8 появляются импульсы с линейно-нарастающей длительностью, количество которых для рассматриваемого примера равно девятнадцати.Для более наглядного пояснения работы устройства на Фиг. 16 приведены временные диаграммы, на которых количество импульсов за период изменения сигналов дешифратора 6 уменьшено до восьми.При Ч,=Ч =Ч =0 и Р=О коммутатор 9 пропускает входные сигналы Ч2без изменения, т.е. Ч =Ч=Ч =0з з (Фиг. 12). При Р=1 на выходе коммутатора 9 появляется комбинация сигналов,=0 Ч 1=1При Ч =1 У Ч 2=0 и Р=О коъщутатор 9 пропускает сигналы без изменения: Ч 1 .Ч =Ч =О, При Р=1 на выходе комд змутатора 9 Формируется кодовая комбинация Ч =Ч =1 э Чз О.Таким же образом Формируются им" пульсные сигналы Ч ,, Ч при других состояниях триггеров счетчика 7. Выходные напряжения инвертора 10 аь с ьф 1 ьс ь чПас у Чс из меняются по трапецейдальному закону ШИМ и в каждой полуволне напряжения содержатся импульсы одной полярности.Изменение порядка следования Фаз выходного напряжения инвертора осуществляется путем изменения порядка следования входных тактовых импульсов. При этом порядок следования всех1252883 30 тактовых сигналов изменяется на противоположный и работа устройства может бьггь проиллюстрирована теми же временными диаграммами (фиг, 1 б), если с момента реверса рассматривать движение импульсов в направлении обратном обозначенному на фиг, 16 (справа налево).Таким образом, устройство обеспечивает возможность изменения порядка О следования фаз выходного напряжения и существенно повьппает качество выходного напряжения за счет увеличения количества импульсов ИИИ в каждой полуволне, Это достигается без уве личения аппаратурных затрат путем использования для формирования импульсов 1 ЦИМ цифровых сигналов с распределителей, соединяющих между собой счетчики. При этом сохраняется полная сим 20 метрия выходного напряженияинвертора. ормула изобретения Устройство для управления щ-фазным инвертором, содержащее три счет чика Джонсона, коэффициент счета первого из которых К,=10, второго - К =9,5, третьего - К =2 ш, выходы третьего счетчика Джонсона соединены через коммутатор с выходом устройства, управляющий вход коммутатора подключен к выходу блока совпадения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упучшения качества выходного ианряжения и обеспечения воэможности реверса фаз, оно снабжено тремя четырехтактными реверсивными распределителями импульсов, дешифратором и преобразователем кодов, счетчики Джонсона выполнены че 40 тырехтактными и реверсивными, а первый и второй счетчики Джонсона снабжены четырьмя тактовыми выходами, причем выводы для подключения тактовых сигналов через первый четырехтактный реверсивный распределительимпульсов соединены с тактовыми входами первого счетчика Джонсона, первый и третий тактовый выходы которого и его выходы соединены с входами преобразователя кодов, структурасигналов Г - которого описываетсявыражениями Г =Я щ, Г =щ Чщ с 4.4 5 12 =Щ, Щ 5 Г, =Щ Ч Щ2 Г 5Г =1,Щ Ч Й оС Г =Щ ЧЩ ЧЩ 12.1 5 2 5 Э 1 54 2 5 4 Щ 2" Щ 55=щ 2 Й 5 ЧР щ 4 Г щ Чщ Чщ Ы3 5 15 2 5 3З 5 Г =ЩЧЩ16 Э 5=щ,щ,чй И з. Г =щчйщм5 4 5 3 5 44 Щ 5 Г =щЧЙ8 4 5Г =Щ 4 Щ 5 ЧЩ Г =щ Чщ ЧЫ.19 4 5где щ 11 щ 2.щ 51 - выходные сигналыЩ 41 Щ 5 счетчика Джонсона,и ы - сигналы на его первом н третьем тактовых входах,тактовые выходы первого счетчикаДжонсона через второй четырехтактный реверсивный распределитель импульсов соединены с тактовыми входамивторого счетчика Джонсона, тактовыевходы и выходы которого соединены свходами дешифратора, тактовые выходы второго счетчика Джонсона соединены через третий четырехтактный реверсивный распределитель импульсовс тактовыми входами третьего счетчика Джонсона, четвертый тактовыйвыход второго счетчика Джонсона подключен к установочным входам первого счетчика Джонсона и второго четырехтактного реверсивного распределителя импульсов, а выходы преобразователя кодов и дешифратора соединеныс входами блока совпадения.252883 Фиг. 3 Он зг зз зч Хм 9 и ЮюЮЪ зфф Юу ю щ1