Устройство управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией

Союз Советскими Социалистическик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 748790(51)М. Кл Н 02 Р 13/18 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 316. .727 (088,8) Дата опубликования описания 150780(72) Авторы изобретения Р.Т.Ырейнер и В.Н.Поляков Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М,Кирова(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ С ЮИРОТНОИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ30 Изобретение относится к электротехнике и может быть использованов устройствах управления полупроводниковыми преобразователями частоты,которые предназначены для частотногоуправления электродвигателем переменного тока.Известно устройство управленияинвертором с широтно-импульсной модуляцией (ЮИМ) Ц .10Известное устройство имеет тотнедостаток, что для обеспечения работоспособности устройства на выходеблока задающих генераторов установлены фильтры нижних частот, вносящие существенный фазовый сдвиг,при изменении частоты модуляции, кроме того, регулирование амплитудывыходного напряжения инвертора осуществляется по одному каналу.20 Наиболее близким по технической Сущности и достигаемому эффекту яв . ляется устройство, содержащее два независимых геератора и формирователь сигналов управления силовыми вентилями инвертора, Первый генератор состоит из трех регулируемых пс частоте мультивибраторов, управляемых от мультивибратора, на вход которого подается сигнал задания частоты модулирующего напряжения. Второй генератор .включает общий ерегулируемый мультивибратор, фазосдвигающее устройство и регулируемый по фазе мультивибратор. На вход фазосдвигающего устройства подается сигнал задания амплитуды модулирующего напряжения, Выходы генераторов подключены к Формирователи сигналов управления вентилями инвертора, включающим выходные обмотки управления каждым вентилем, соединенные параллельно в две цепочки, одна из которых состоит иэ согласно включенных обмоток регулируемого по частоте мультивибратора данной фазы и регулируемого по фазе мультивибратора, а другая - иэ встречно включенных обмоток того же регулируемого по частоте ,мультивибратора и общего нерегулируемоГо мультивибратора 21 . Недостатками этого устройства являются зависимость фазового сдвига ,.основной. гармоники выходного напряжения инвертора от глубины модуляции. несинусоидальность закона модуляций, что приводит к неравномерности вращения двигателя на низких частотах,наличие одного канала регулированиявыходного напряжения инвертора.Цель изобретения - улучшениеспектра выходного напряжения инвертора.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве управленияиннертором с ШИМ, состоящее из двух " неэанисимыхгенераторов частоты иформирователя сигналов управления .силовыми вентилями инвертора, формирователь сигналов управления силоными вентилями инвертора выполненв виде шести модуляторов, формиро= вателя"сигналов управленйя "этимимодуляторами, двух интеграторов,каждый из которых охвачен через нелинейный элемент обратной связью,двух нуль-органов, двух элементов Ии-"триггера; причем первые входы пер вого "и четвертого модуляторов под-"ключены квыводам для подключениявходного сигнала задания первой составляющей основной гармоники выходного напряжения инвертора, первыевходы второго и пятого модуляторавходного сигнала задания второйсоставляющей основной гармоники выходного напряжения инвертора, первые входы третьего и шестого моду "лятора-постоянного сигнала смещения,второй вход каждого модулятораподключен к соответствующему выходуформирователя сигналов управлениямодуляторами, выходы модуляторов подключены к входам интеграторовтаким образом, что выходы первых" трех модуляторов подключены к входамодйого"интегратора а выхбды"трехдругих модуляторов - к входам вто"рогб интегратора, выход каждого. -интегратора через нуль-орган соединен с первым входом соответствующего элемента И, второй вход первого элемента И соединен со вторымвходом шестого модулятора, второйвход второго элемента И соединен"сб вторым входом третьего модулятора, а выходы обоих элементов И соединены со входами триггера,На фиг.1 представлена структурнаясхема устройства управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией,на фиг 2 и 3 - временные диаграммы,поясняющие работу устройства.еУстройство"содержит модуляторы1-6, генераторы 7 и 8, выходы которыхподключены ко входам формирователя 9 сигйалов управления модуляторами 1-6. Модуляторы 1-3 соединены через интегратор 10, нуль-орган 11 и элемент И 12 с однймиз входон "триггера 13, а модуляторы 4-6 соединены через интегратор 14, нуль-орган 15и .элемент 16 И с другим входом триггера 13, Интеграторы 10 и 14 охвачены через нелинейные элементы 17 и 18 обратными связями. Вторые входы элементов 12 и 16 И соединены с выходами формирователя 9 сигналовуправления модуляторами.Выходом устройства являются выходы триггера 13, по сигналам которыхосуществляются переключения элементоводной фазы инвертора. Иннертор рабо 5 тает в режиме ;Ротко-и, ульсной модуляции с несущей частотой, равнойчастоте генератора 8. Частота основной гармоники выходного напряженияпреобразователя равна разности частот генераторов 7 и 8. Перная и вто рая составляющая основной гармоникизадается входными сигналами О и О,подаваемыми на первые входы модуляторов 1, 4 и 2, 5 соответственно.15 На первые входы модуляторов 3 и 6подается постоянный сигнал смещения 0 с.Принцип действия устройства заключается в следующем.Генератор 7 формирует системущ последовательностей импульсов с постоянной угловой частотой ь)о =ы, Генератор 8 формирует вторую системупоследовательностей импульсов с угловой частотойсИ25 Ш:,) + -оп огде- фазовый сдвиг между сигна/лами генератора 7 и 8.Сигналы с выходов генераторов 7и 8 поступают на входы формирователя 9, в котором формируются сигналыуправления модуляторами 1-6.Преобразование сигналов О, О иО осуществляется по двум идентичнымканалам. Сигналы с выхода модулятосмров 1-3 суммируются и проходят черезпоследовательно включенные интегратор 10, нуль-орган 11 и схему 12,совпадения, а сигналы с выхода модуляторов 4-6 - через интегратор 14,40 нуль-орган 15 и элемент 16 И. В результате преобразования входныхсигналов модуляторами 1-3 на их выходах имеем знакопеременные сигналыпрямоугольно-ступенчатой формы,амплитуда которых определяется соответствующими входными воздействиями(О, О, Ос ). Данные сигналы суммируются на входе интегратора 10.Интегрирование сигналов ведется5 О в пРеделах пеРиода по частоте генератора 8, При этом можно выделитьдва интернала интегриронания - измерительный и рабочий. Результат интегрирования на измерительном интервале зависит от О, Оу и О, . На рабочем интервале осуществляется интегрирование только сигнала смещения.В рабочем интернале фиг.2 при прохождении выходного сигнала интегратора 10 через нуль срабатывает нуль 60 орган 11 и через элемент И 12 пере ключает триггер 13. Нелинейный элемент 17 обеспечивает нулевые начальные условия интегратора для каждогопоследующего измерительного интерва 65 ла. Элемент И 12 предотвращает пе748790 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 реключение триггера в пределах измерительного интервала по каждому каналу при чрезмерно больших входныхвоздействиях О и О, таккак в этом случае выходной сигналинтегратора может проходить через нуль на измерительном интервале.Второй канал, включающий модуляторы 4-6, интегратор 14, нуль-орган 15 и элемент 16 И, построен по аналогичным принципам и отличается лишь тем, что в то время, как в первом канале протекает измерительный интервал, во втором - рабочий и наоборот. Это обеспечивается путем соответствующего формирования сигналов управления модуляторами 1-3 и 4-6. В результате преобразования сигналов по второму каналу срабатываетнуль-орган 15 и триггер 13 переключается в противоположное состояние. Далее процесс периодически повторяется, т,е. триггер 13 переключается с частотой генератора Ю 1В случае, если входные воздействия О = О и О = О, то темп интег- Фриронания в измерительном интервале фиг.2 н два раза ниже, чем в рабочем интервале. Поэтому нуль-органы 11 и 15 срабатывают в середина, соответствующих рабочих интервалов ( и) чему соответствует симметричный закон переключения триггера13 (глубина модуляции равна нуль), Если же входные воздействия не равны нулю, то за счет интегрирования сигнала один из нуль-органов переключается позже, а другой - раньше на величину л й (см.фиг,4). В результате закон переключения триггера 13 становится несимметричным в отношении длительности полупериодон, причем, . как видно из фиг.3, имеет место симметричная двухсторонняя модуляция исходных (при Ок = О и Оу = О) сигналов триггера 13. Управляющие сигналы,модуляторов 1 и 2, а также 4 и 5 Формируются таким образом, что средние значения промодулированных сигналови О в каждом из упомянутых каналов являются периодическими Функциями разности Фаз генераторов 7 и 8 и сдвинуты между собой на 180 эл.град. Поэтому при постоянстве сигналов О ф О и ОО приращения ьй ива являются периодическими, близкими ;к гармоническим, функциями разности фаз генераторов 7 и 8. В результате при неравенстве частот ИШо на выходе устройства имеем симметричную двухстороннюю широтно-импульсную модуляцию практически по гармоническому закону с частотой, равной разности частот И м , и глубиной модуляции, зависящей от О и О .Введение формирователя 9, модуляторов 1-6., интеграторов 10 и 14, не. линейных элементов 17 и 18 нуль 6органов 11 и 15,схем 12 и 16 И совпадения, а также триггера 13 выгодно отличает предлагаемое устройство управления инвертором с ШИМ от известного, так как использование симметричной двухсторонней модуляции выходного сигнала устройства устраняет зависимость Фазоного сдвига основной гармоники выходного напряжения инвертора от глубины и частоты модуляции.Формула изобретения1. Устройство управления инвертОром с широтно-импульсной модуляцией, состоящее из двух независимых генераторов частоты, соединенных с Формирователем сигналов управления силовыми вентилями инвертора, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения спектра выходного напряжения инвертора, формирователь сигна-,лов управления силовыми вентилййиинвертора выполнен н виде шести модуляторов, формирователя сигналовуправления этими модуляторами, двухинтеграторов, двух нуль-органов,двух элементов И и триггера, причемпервые входы первого и четвертогомодуляторов подключены к выводамдля подключения входного сигналазадания первой Составляющей основной гармоники выходного напряжения инвертора, первые входы второго и пятого модулятора-входного сигнала задания второй составляющей основнойгармоники выходного напряжения иннертора, первые входы .третьего ишестого модулятора-постоянного сигнала смещения, второй вход каждого модулятора подключен к соответствующемувыходу Формирователя сигналов управления модуляторами, выходы первыхтрех модуляторов подключены к входампервого интегратора, выходы вторыхтрех модуляторов - к входам второгоинтегратора, ныход каждого интегратора через нуль-орган соединен с первым входом соответствующего элемента И, второй вход первого элемента Исоединен со вторым входом шестогомодулятора, второй вход второго элемента И соединен со вторым входом третьего модулятора, а выходы обоихэлементов И соединены со входамитриггера. я, устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что один изнезависимых генераторов частотыявляется шестифазным, а другой -двухфазным с нерегулируемым угломсдвига цо фазе выходных .сигналов.Источники информации,принятые но внимание при экспертизе1. Сандлер А.С, и Гусяцкий Ю,М.Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией, М.,3.968,с,72-86,2. Авторское свидетельство СССР9197743, кл. Н 02 Р 13/18, 1967.748790 и,Составитель В.КузнецовРедактор С.Лыжова Техред А. КуликовскаяКорректор М.Шароши Тираж 783 ПодпйсноеПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж, Рауюская наб., д. 4/5 Зака 2/2 ЦН 303 тентф Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиа П