Цифровая система управления инвертором напряжения

) Заявлено 01,06.76 с присоединением заявки ЛЪ сударственный комитет 23) Приоритет43) Опубликовано 30.06,78. Бюллетень2445) Дата опубликования описания 08.06.78 Совета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий. Зиновьев и Н асиков 1) Заявитель восибирский электротехнический институт(54) ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕН ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления ицверторами напряжения с явным и неявным звеном постоянного тока, предназначенными для частотно регулируемого электропривода переменного тока.Известна система управления инвертором напряжения 1), содержащая блок задатчцка частоты переменного напряжения, блок задатчика частоты модуляции, блок синхронизации частот.Недостатком данной системы является цизкая максимальная выходная частота ц узкий диапазон ее регулирования, а также многоканальность и сложность устройства в аналоговой форме.Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является цифровая система управления ицвертором напряжения 2), содержащая реверсивцый счетчик, преобразователь напряжение - частота, распределитель импульсов и блок формирования тактовых интервалов, при этом преобразователь напряжение - частота соединец с реверсивным счетчиком, выходы дешифратора реверсивного счетчика и выходы блока формирования тактовых интервалов соединены с распределителем импульсов. Блок формирования тактовых интервалов выполнен в виде управляемого задающего генератора, соединенного со сдвцгающцм регистром, Данная система управления позволяет реализовать синусоидальный закон широтно-импульсной модуляции выходного напряжения ицвертора.5 Недостатком данной системы является статическая погрешность формирования выходного напряжения инвертора из-за принципиальной несинхронности частот задающего генератора и преобразователя напряжение - часто О та системы управления, что обуславливает недостаточно высокое качество выходного напряжения, узкий частотный диапазон выходцого напряжения, определяемый регулировкой частоты шцротно-импульсной модуляции 15 при фиксированной кратности частоты широтно-импульсной модуляции с выходной частотой, взаимная зазцсцмость регулируемых параметров выходного напряжения и частоты, требующая согласозанця изменений двух уп равляющцх воздействий во всем диапазоне цхсозмсстцого регулирования.Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения цнвертора, расширение астопого диапазона ц осуществле ние независимого регулирования выходныхпараметров. Поставленная цель достигается тем, что система управления инвертором напряжения снабжена аналого-цифровым преобразователем частоты, переключателем кратноЗ 0 сти, преобразователем код - частота. Ревер 613476сивный счетчик выполнен в виде двух счетчиков, основного и вспомогательного, блок формирования тактовых интервалов выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя напряжения и цифрового элемента совпадения, 5 выход аналого-цифрового преобразователя напряжения соединен с входами цифрового элемента совпадения, с од Им нз Входоз цифрового элемента совпадения соединены Выходы вспомогательного реверсивного счетчика, 10 вход которого соединен с Выходом цифрового элемента совпадения и с одним цз входов распределителя импульсов, другие входы которого соединены с выходамц переключателя крагности, со входами основного реверсивного счетчика и со входами преооразоватсля код -- частота, другцс входы которого соединены с В 1 ходами аналого-цифрового преобразователя напряжения и анало о-цифрового преобразователя частоты, а его выход соедц цсц со Входами аналого-цифрового преобразователя напряжения основного и Вспомогательного ревсрсивцых счетчиков и аналого-цифрового прсобразс)ватсля частоты, выходы которого соединены со входами переключателя 2)5 кратности.На фиг, 1 приведена функциональная блоксхема системы управления; на фцг. 2зависимость частоты тактов от выходной частоты;на фцг. 3 - диаграмма работы системы, зоУстройств) содс ржцт основной рсвсрсивный счетчик 1, выход которого подключен ко Входу распределителя импульсов 2, вспомогательный рсвсрсивный счетчик 3, выход которого подключен ко входу блока формирования так- з 5 товых интервалов 4, состоящего из цифрового элемента совпадения 5 и аналого-цифрового преобразователя напряжения 6, аналого-цифровой преобразователь частоты 7, один выход которого подключен ко входу переключателя 4 О кратности 8, а другой выход - ко входу преобразователя код - частота 9,Устройство работает следующим образом.Период выходного напря)кения состоит цз определенного числа тактовь 1 х интервалов, 45 Устройство вырабатывает на каждом тактовом интервале полный набор импульсов, соответствующих передним и задним фронтам всех выходных импульсов с последующим распределением импульсов по выходам системы управления в зависимости от номера тактового интервала.Каждому из управляющих аналоговых напряжений 7 У 6 и С,7 (фиг. 1), задающих выходное напряжение и выходную частоту, соот ветствуют коды а; па выходе аналого-цифрового преобразователя напряжения и Ь; ца выходах аналого-цифрового преобразователя частоты. Величины этих кодов задают, кроме того, частоту Р,; на выходе преобразователя код - частота. Соответственно коду Ь, переключатель кратности выдает команду д Иа установку определенной кратности отношения частоты широтно-импульсной модуляции )и выходной частоты Рвв., 65 Пусть в какой-то момент времени основной и вспомогательный счетчики установились в положение О. Осцовно 5 счетчик включается на сложение и начинает заполняться (фнг. 3, а). Импульс дсцц 1 фратора Осш)иного рсвс 1)сивноО ска 1 Заполнение счстч 11- ка (фиг. 3,6) удерживает счетчик в заполненном состоянии, одноврсменш) разрешая работу в режиме ело)кения вспомогателшюму счетчику (фиг. 3, а). Б момент равенства кодов а; и с команда р (фнг. З,г) элемента 5 переключит вспомогательный счстч)к наы 1 птаццс. Сигнал О счетчика 3 с дсшцфратора разрешает вычитавс основному счетчику, равнос заполценпому, до появления на выходе дешифратора основного счетчика сигнала О (фиг. 3, д), который реверсирует осцозной счетчик на сложение, и цикл работы устройства ПОВторястся.Величина кода а; преобразова геля б оцрсдсл 51 ст вслиин коэфф 1 нц 1 ста модул 51 н в 1 х)диого напряжения, растягивая нли сжнха 5 па 1 к 1 нхп 1 льсов 1, дсшифратора ОС 1 ОВИОГО счстчи 1 са вцут 1)и 3 стового 1 Итсрвала. При регулировании выходного цапряжснн 51, формирусмог) устройс 1 ВО)1, 1 со, а; преобразователя 6 корректирует частоту Рв так, чтобы вслпчцца тактового интервала, онрсдс- ЛЯЮЩаЯ в 1 аСТОТУ Увввь ОСаВаЛаСЬ НСИЗ)Ецио.Регулирование частоты выходного напряжсцц 51, формнрусмоо устройством, Осущсствлястся следующим Образ 1.Прсдполо)ким вначале, ггпу управляющее воздействие С/ задаст кодом Ь;, максимальную выходную частоту 1 вв ,;,. Переключатель кратности выдает команду 4 (фиг. 3, а) на установку кратности частот=6 в рс выхкиме широтно-импульсного регулировашгя в распределитель импульсов. Выходы дешифратора основного счетчика этои же командой а подключаются к распределителю импульсов согласно режиму широтно-импульсного регулирования, Коды а; и Ь, устанавливают ца выходе преобразователя 9 частоту Гш,.ч, тактпрования счетчиков 1 ц 3 (фнг. 2).Начнем плавно уменьшать частоту ияходного напряжения управляющим воздействием 1,1)-,. Для простоты считаем с)=сонэ. Код Ь; по мере уменьшения С,7 уменьшает частоту 2 ввч, СНИжаЯ тЕМ СаМЫМ ЧаСтОтУ ПОЯВЛСН 1 Я импульсов ца выходах дешцфраторов счетчиков, следовательно, и выходную частоту. При определенном значении кода Ь; произойдет скачкообразное переключение кратности с шести на двенадцать, К этому моменту Рв,. уменьшается в два раза (это число может быть другим). Команда 4 переключателя кратности (фиг. 3, а) подключает к распределитсл 10 импульсоВ ВыхОДы ж ж 3 (фиг. 3) ж) дешифратора счетчика 1, определя 1 ощцеся заданным законом широтно-импульсной модуляции и этой жс командой меняется подключение кода Ь, ко входу преобразователя 9 так, чтобы Гпсч скачком увеличилась до Е ь т. с.10 15 20 30 35 40 45 50 0в два раза, сохранив Рвв,к на определенномвых мвксуровне " (фиг, 2). Переходный п)зо 3цесс переключения длится доли периода следования импульсов Р, поэтому его практически мо 5 кпо считать безынерционным.Теперь к мсньшеиие выходной частоты произВОДИТС 51 УМСИСПИС 1 "ч В ДВЯ Раза ДО СЛЕ- дующего псрсключсипя кратности с двенадцати на двадцать четыре командой Й (фпг. 3, 3) на установя новой кратности и подключснпс выходов У 1 - Уо (фиг. 3, и) дешифратора к распределителю этой же командой. Распределитель ичпульсов в каждом такте из все)о набора импульсов, определяющих передние и задние фронты широтпо-модулируемых импульсов, выбирает для каждой фазы импульсы, соответствующие полуволпс и высоте ступенек формируемого напряжения. Г 1 оскол) к, для формирования всех фаз и полуолп пспользу)отся Одпи и тс же имп льсь с вь) Ода дешифратора счетчика 3, то выходное иапряжспие будет строго симчетричныч по полуволпам, фазам, периодам и без постоянной составляющей, что обеспечивает высокое кячсство выходного папряжепия. Когда выходная частота Р.,.к при дальисйшсм сс уменьшениивыкзксдостигает значения "(фиг. 2), проис 8ходит новое переключение кратности, по ступеньки аппроксим прованого синусопдяльиого закона ШИМ теперь повторяются дважды, а при далш)с)1)псм умсньшении частоты вдвое повторяются чстыре и восемь раз соответственно,При необходимости дальнсйшсго расширсния частотного диапазона в области весьма низких частот Вместо повторения ступспек мо- ДУЛИРУ 10 ЩСГО 3 ЯКОВ Я Можпо УВЕЛпси 1 ТЬ П)СЛО его разных ступенек, при этом усложнится распределитель импульсов и дешифратор основпого счетчика, увелиИтс 51 число пх входов и выходов. При плавном регулировании частоты выходного напряжения переключение кратности происходит в фиксированных точках частотного диапазона, что оосспсчиваст регулирование частоты в широком диапазоне (от 2 до 80 Гц) при изменении частоты модуляции в два раза, но это число может быть другим в зависимости от нагрузки иввсртора и работоспособности узлов коммутации. Нези)вис)мяя От частоты глубокя 5) регулировка выходного напряжения (1:40) позволяет реализовать любой закон частотного регулирования электропрпвода переменного тока. Таким образом, предлагаемая дифровая адаптивная система управления инвертором позволяет формировать выходпое напряжение более высокого качества за счет переключения кратности в расширенном диапазоне частот с независимьг рсглп 1 товкями выходных параметров. Форм ла изобретенияЦифровая система управления инвертором 1 яп 1 зя 5 сипя, содержащая рсвсрспвиый счетпк с дсшифратором, распределитель импульсов, блок формирования тактовых интервалов, грпчем выходы дешпфратора реверсивного счет шка сосд)псны с распределителем импульсов, отличающаяся тем, что, с целью улучшсш)я качества выходного напряжения пш)сртора, расширения частотного диапазона и осуществления независимого регулирования вь ходных параметров, она сыабжсня аналого-цифровым преобразователем частоты, переключателем кратности, преобразователем код - частота, причем счетчик вып,)псп в Вдс дчх сстпОв,вспомогательного, блок формирования тактоВых )п)тсрвалов - вп;1 с аналого-цифрового преобразователя напряжения и цифрового элсмсптя совпядс)1)я, в 1 ход аналого-цифрового преобразователя напряжения сосдппсн с входямп цпфроого элемента совпадсппя, с о;)ипм пзкодо цифрового элемента совпадения сосдпнсны Выходы вспомогательного рсвсрсивного счетчика, ьход которого соединен с выходом цифрового элемента совпадения и с о;)иим пз входов распределителя импульсов, другпс входы которого соединены с выходамп переключателя кратности, со входами основного реверсивного счетчика и со входами преобразователя код - частота, другпс входы которого соедиисиы с выходгмп аналого-цифрового преобразователя пяпряжеп)я и япялого-цифрового преобразователя частоты, а его Выход сосдшеп со входами аиалого-цифрового преобразователя напряжения, основного и вспомогательного ревсрсивных счетчиков и аналого-цифрового преобразователя частоты, выходы которого соединен) со входами персключатсля кратности.Источппкп гп)формации,припятыс во вппмаш)е прп экспертизе1. Патент США ЛЪ 3859585, кл. 321-9 А 1972.2. 3 Оби)1 В. Ф.,),пскретиь)е системы управления автономными инвснторами с широтно- импульсной модуляцией по нелинейному закону. Электротехника 1974,11, с. 10.