Устройство для управления автономным регулируемым инвертором

(50 4 Н 02 М 7 48 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ав ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Отдел энергетической кибернетики АН МССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления статическими преобразователями. Целью изобретения является улучшение качества регулирования выходного напряжения инвертора. Изменение частоты генератора 7 тактовых импульсов сопровождается изменением амплитуды напряжения пилообразного генератора 8 напряжения, которая фиксируется датчиком 11 амплитуды пилообразного напряжения. В компа 801272430 раторах 14 - 19 производится последовательное сравнение пилообразного напряжения генератора 8 с сигналами, поступающими на вторые входы компараторов 14 - 19, в моменты равенства которых вырабатываются короткие однополярные импульсы, поступающие через элемент ИЛИ 20 на распределитель 10. Благодаря определенному алгоритму формирования сигналов, поступающих на вторые входы компараторов 14 - 19, обеспечивается плавное изменение количества импульсов в полуволне выходного напряжения. Плавное широкодиапазонное регулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора позволяет улучшить качество пропесса регулирования. Переход от одного поддиапазона регулирования к другому, сопровождаемый изменением количества импульсов в полуволне выходной кривой, осуществляется плавным последовательным изменением крайних на полупериоде выходных импульсов и продолжительностей пауз нулевого уровня практически без скачков в среднем на полупериоде и действующих значениях выходного напряжения. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления статическими преобразователями,Цель изобретения - улучшение качества процесса регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора и повышение надежности его в работе. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы схемы.Источник 1 управляющего напряжения, задающий величину выходного напряжения инвертора, связан с усилителями 2 - 4 с нормированными и разными коэффициентами усиления (число усилителей приведенной схемы равно трем, т.е. в данном случае и = 3). Выходы усилителей 3 и 4 присоединены к входам блоков 5 и 6 сравнения.Генератор 7 тактовых импульсов, задающий частоту выходного напряжения инвертора, связан с генератором 8 пилообразного напряжения и с регистром 9, присоединенным своим выходом к распределителю0 управляющих импульсов. Регистр 9 принимает за период два состояния и определяет смену полярности кривой выходного напряжения инвертора. Генератор 8 связан с датчиком 11 амплитуды пилообразного напряжения, подсоединенным к плюсовому входу сумматора 12, минусовый вход которого связан с источником 3 постоянного напряжения, Кроме того, генератор 8 пилообразного напряжения подключен к компараторам 14 в 19, которые через элемент ИЛИ 20 связаны с распределителем 10, Второй вход компаратора 14 соединен с выходом усилителя 2, вторые входы компараторов 15 - 19 связаны с соответствующими ключами 21-25.Истоцники 26 и 27 постоянного напряжения присоединены соответственно к ключу 21 и сумматору 28 и к ключу 23 и сумматору 29. На другие входы сумматоров 28 и 29 поступает сигнал от источника 13 постоянного напряжения. Выходы сумматоров 28 и 29 подключены к блокам 30 и 3 сравнения. Выход блока 30 сравнения присоединен к управляющей цепи ключа 21 и к схеме И 32, на другой вход которой поступает сигнал с инверсного выхода блока 5 сравнения. Выход блока 31 связан с управляющей цепью ключа 23 и схемой И 33, соединенной по входу также с инверсным выходом блока 6 сравнения.Управляющие цепи ключей 22 и 24 связаны с прямыми выходами блоков 5 и 6 сравнения. Выход сумматора 12 соединен с вторыми входами блоков 5, 6 30 и 31, сравнения, а также через ключ 25 - с компаратором 19. Выходы схем И 32 и 33 присоединены к схеме ИЛИ 34, которая связана с управляющей цепью ключа 25. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Генератор 7 тактовых импульсов периодически запускает генератор 8 линейноизменяюшегося пилообразного напряжения, симметричный выходной сигнал которого, имеющий постоянную крутизну, обозначен на фиг, 2 как Б . Период выходной частоты напряжения генератора 7 соответствует при этом полупериоду частоты выходного напряжения инвертора. Изменение (увеличение) частоты генератора 7 тактовых импульсов, сопровождается пропорциональным изменением (уменьшением) амплитуды пилообразного напряжения 118 генератора 8, которая постоянно фиксируется датчиком 11 амплитуды пилообразного напряжения (его выходной сигнал обозначен на фиг. 2 как 1)).Величины выходных напряжений усилителей 2 - 4 находятся в соотношении 11) з 1-). Величины напряжений .) 6 и Ь-, источников 26 и 27 лежат в диапазонах 1(11 м(1)з, 1)д(171 и наряду с коэффициентами передачи усилителей 2 - 4 выбираются из условия обеспечения близкого к оптимальному гармонического состава выходного напряжения инвертора )выл В процессе регулирования частоты и напряжения.В компараторах 14 - 19 устройства производится последовательное сравнение пи лообразного напряжения развертки 11 в генератора 8 с сигналами, поступающими на вторые входы компараторов 14 - 19. В момент равенства указанных сигналов, которые соответствуют моментам формирования фронтов выходных импульсов, компараторами 14 - 19 вырабатываются короткие однополярные импульсы, поступающие через элемент ИЛИ 20 на распределитель 10.В области пониженных выходных частот инвертора, когда разность между сигналом 1 д датчика 11 амплит;ды пилообразного напряжения и небольшим по величине сигналом .1 о источника постоянного напряжения, превышает величину сигнала 1 усилителя 4, на прямых выходах блоков 5 и 6 сравнения вырабатываются сигналы, замыкающие ключи 22 и 24. При этом сумма напряжений источников 13 и 27 меньше сигнала 1 д сумматора 12. На выходе блока 31 сравнения, а также на выходе блока 30, вырабатываются сигналы, замыкающие соответственно ключи 23 и 31. Кривая выходного напряжения инвертора при этом формируется из максимального количества импульсов на полупериоде (в данном случае из пяти импульсов на полупериоде) длительностями, соответствующими опорному закону формирования (в рассматриваемом варианте закон формирования импульсов близок к алгоритму ШИМ).При увеличении частоты генератора 7 тактовых импульсов пропорционально уменьшается величина пилообразного напряжения генератора 8, амплитуда которого 08 на всем диапазоне регулирования выделяется5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3датчиком 11. Сигнал )1 на выходе сумматора 12 при этом сначала становится меньше напряжения 1 усилителя 4, затем меньше напряжения Ьду источника 27, а затем меньше амплитуды сигнала з усилителя 3 (этому этапу регулирования соответствуют временные диаграммы фиг. 2). В полуволне выходного напряжения здесь формируется три импульса. В рассматриваемый период времени, когда )1(1 ч1 ь а (11171, сигналы с прямых выходов блоков 5 и 6 сравнения размыкают ключи 22 и 24. Поскольку выходное напряжение сумматора 29 больше амплитуды сигнала, выходной сигнал блока 31 сравнения размыкает ключ 23. Командный сигнал с инверсного выхода блока 5 сравнения и с блока 30 при этом передается через элемент И 32 и схему ИЛИ 34 на управляющую цепь ключа 25 и вызывает его замыкание. В компараторе 19 происходит сравнение напряжений Ь и Ц, в моменты равенства которых системой вырабатываются сигналы на формирование первых крайних на полупериоде импульсов.Дальнейшее увеличение выходной частоты инвертора (или величины его выходного напряжения) приводит к дальнейшему плавному уменьшению длительности крайних на полупериоде импульсов. Продолжительность паузы нулевого уровня на границах полупериодов при этом ограничивается на уровне значения 2 двеличинамиявляется минимально допустимым интервалом с позиции обеспечения времени, необходимого для восстановления коммутационными узлами устройства своих запирающих свойств.Величина Ьизависит в первую очередь от частотных свойств силовых цепей инверторов, требуемое значение(для мощных тиристорных схем это время составляет обычно 100 - 200 мкс) обеспечивается соответствующим выбором величины постоянного напряжения1 э источни ка 13.Уменьшение длительности крайних импульсов в системе на рассм атриваемом поддиапазоне регулирования происходит до тех пор, дока амплитуда сигнала (.) не сравняется с суммой напряжений (.)цз и м источников 13 и 26. В этот момент, которому соответствует минимально допустимая величина продолжительности выходных им пул ьсов Енни (м ин им альп о допустим ы й и нтервал времени между двумя соседними коммутациями вентилей силовой схемы), управляющий сигнал блока 30 сравнения размыкает контакты ключа 21, прохождение сигнала через ячейку элемента И 32 прекращается, и в полуволне выходной кривой начинает формироваться лишь по одному импульсу. Дальнейшее увеличение выходной частоты происходит при плавном изменении продолжительности пауз нулевого уровня, вплоть до достижения длительности паузы минимально допустимого значения 6 что является верхней границей диапазона регулирования величины выходного напряжения инвертора, которая прц этом близка к максимальному значению. Прц уменьшении частоты выходного напряжения инвертора, описанные процессы повторяются в обратной последовательности.Дополнительные элементы предлагаемого устройства, осуществляюгцего алгоритмы плавного поэтапного изменения количества импульсов в полуволне выходной кривой в процессе регулирования, в число которых входят сумматоры, ком паратор схемы сравнения, электронные ключи ц логические элементы И и ИЛИ, представляют собой простейшие узлы и могут быть легко реализованы на стандартных полупроводниковых элементах средней степени интеграции. Распределитель 1 О управляющих импульсов системы включает триггерное звено ца входе, попеременно переключаемое цз одного состояния в другое короткими одцополярными импульсами, поступающими от компараторов 14 - 19 через элемент ИЛ 1 20. Входной триггер распределителя 10 связан с первым входом комбинационного логического устройства распределителя, на второй вход которого поступают сигналы от регистра 9 простейшего триггерного звена, принимающего за период два состояния и определяющего моменты смены полярности кривой формируемого выходного напряжения инвертора.Плавное широкодиапазонное регулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора, осуществляемое предлагаемым устройством, позволяет заметно улучшить качество процесса регулирования. Переход от одного поддиапазона регулирования к другому, сопровождаем ый изменением количества импульсов в полуволце выходной кривой, осуществляется плавным последовательным изменением длительности крайних на полупериоде выходных импульсови продолжительностей пауз нулевого уровня, практически без скачков в .среднем на полупериоде и действующем значениях выходного напряжения. Благодаря этому на всем диапазоне регулирования исключается отрицательное воздействие на нагрузку переходных процессов,возникающих в момент перехода от одного поддиапазона регулирования к другому. Особенно существецно указанное улучшение переходных процессов сказывается на нагрузках динамического характера, в частности на двигательных нагрузках различных типов.Обеспечение на всем диапазоне регулирования фиксированных временных интервалов между двумя соседними коммутациями вентилей цнвертора, осуществляемое предлагаемым устройством управления, позволяет исключить режимы перегрузки коц1272430 формула изобретения Ьь Составитель О. Парфенова Техред И Верес Корректор А. Обручар Тираж 63 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Редактор А, Шишкина Заказ 634653 туров коммутации схемы и повысить тем самым надежность функционирования инвертора. Устройство для управления автономным регулируемым инвертором, содержащее источник управляющего напряжения, соединенный с и нормированными усилителями, 1 и) из которых выходами соединены с 1 О первь 1 ми входами основных блоков сравнения, генератор тактовых импульсов, соединенный с регистром, связанным с первым входом распределителя управляюгцих импульсов и с генератором пилообразного15 напряжения, связанным с датчиком амплитуды пилообразного напряжения и с первыми входами (2 п) компараторов с выходными формирователями коротких импуль сов, выходы которых через элемент ИЛИ присоединены к второму входу распреде лителя, второй вход первого компаратора связан с выходом первого усилителя, вторые входы четных компараторов подключены через первую группу ключей к иисточникам постоянного напряжения, вторые входы остальных нечетных компараторов25 подключены через вторую группу ключей к выходам остальных нормированных усилителей, прямые выходы основных блоков сравнения присоединены к управляющим цепям второй группы ключей, отличающееся Зб тем, что, с целью улучшения качества процесса регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора и повышения надежности его в работе, оно снабжено п сумматорами, дополнительным источником постоянного напряжения, (п) дополнительными блоками сравнения, компаратором с выходным формирователем коротких импульсов, ключом, элементом ИЛИ и (п- ) элементами И, причем дополнительный источник постоянного напряжения связан с минусовым входом первого сумматора, плюсовой вход которого подсоединен к датчику амплитуды пилообразного напряжения, и с входами остальных сумматоров, вторые входы которых связаны с соответствующими источниками постоянного напряжения, а выходы подключены к первым входам дополнительных блоков сравнения, выходы дополнительных блоков сравнения связаны с управляющими цепями первой группы ключей и с первыми входами соответствующих элементов И, вторые входы которых соединены с инверсными выходами основных соответствующих блоков сравнения, выходы элементов И связаны с дополнительным элементом ИЛИ, присоединенным выходом к управляюшей цепи дополнительного ключа, выход первого сумматора подсоединен к вторым входам основных блоков сравнения и через дополнительный клоч - к первому входу дополнительного компаратора, второй вход которого связан с генератором пилообразного напряжения, а выход дополнительного компаратора подсоединен к основному элементу ИЛИ.