Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором

(51)4 Н 02 М 7/О ГО ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ДЕТЕЛЬСТ вторекомм АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(46) 15.03.87. Бюл. В 10 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизирова ных систем управления и радиоэлектро ники(56) Авторское свидетельство СССР У 534843, кл. Н 02 Р 13/18, 1976,Авторское свидетельство СССР У 809470,кл. Н 02 Р 13/18, 1983.Авторское свидетельство СССР В 1032592, кл. Н 02 Р 13/18, 1983.Авторское свидетельство СССР У 613476, кл. Н 02 Р 13/18, 1978.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЬК МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления инвертором с широтно-импульсноймодуляцией. Целью изобретения является повышение помехозап, пценностипри регулировании и расширении области применения. Частота импульсовуправления инвертором определяетсячастотой сигнала на выходе управляемого генератора 3 частоты, а глубина модуляции - сигналом с выхода аналого-цифрового преобразователя (АЦП)2. На выходе кодоуправляемого делителя 5 частоты Формируется семейств-характеристик, изменяющихся по гиперболическому закону, таким образом,чтобы поддерживать постоянной глуби12971 ну модуляции при изменении выходной частоты и неизменном сигнале с выхода АЦП 2. При регулировании частоты вниз от номинальной данное устройство позволяет увеличивать число импульсов в полупериоде. Это достигается с помощью переключателя 4 кратности модуляции, который синхронизирует работу блока 6 формирования закона управления, изменение числа импульсов выходных последовательностей которого достигается за счет увеличения или уменьшения числа тактовых интервалов на полупериоде выходного 94напряжения. Полученные последовательности в элементах И 7,1, 7;2, 7 к и8.1, 8.2, 8 к заполняются частотой сгенератора 11 сетки частот, управляемого от кодоуправляемого делителя 5частоты. Полученные импульсы черезэлементы ИЛИ 9 и 10 поступают на входы модуляторов 12 и 13, на выходе которых формируются импульсы управления, поступающие на выходе рас -пределителя 1 импульсов , который синхронизируется с выхода делителя 14 частоты2 илеИзобретение относится к электро.технике и предназначено для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, работающим в системе преобразователь частоты - двигатель с широким диапазоном регулирования.Цель изобретения - повышение помехозащищенности и расширение областииспользования путем возможности использования в инверторах как с индивидуальной, так и с групповой коммутацией. На фиг.1 представлена схема устройства для управления трехфазным мостовым инвертором; на фиг.2 - диаграмма работы устройства.Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором содержит распределитель 1 импульсов, аналогоцифров 8 й преобразователь 2, управляемый генератор 3 частоты, переключатель 4 кратности модуляции, кодоуп-. равляемый делитель 5 частоты, блок 6 формирования закона управления ШИМ, две группы элементов И 7,1, 7,2,7.К, 8,1, 8.2, 8.К, первые два элемента ИЛИ 9 и 10, генератор 11 сетки частоты, два модулятора 12 и 13. Кроме того, устройство содержит делитель 14 частоты, соединенные последовательно генератор 15 линейноизменяющегося кода и блок 16 компараторов кодов, блок 17 Ы-триггеров, задающий генератор 18, последовательно соединенный с делителем 19 опорной частоты, блок 20 компараторов частоты, ключи 21,третий элемент ИЛИ 22, при этом управляемый генератор 3 подключен к входу делителя 14 частоты и первому входу кодоуправляемого делителя 5 частоты, к второму входу которого присоединен аналого-цифровой преобразователь 2, выходы делителя 14 частоты подключены .соответственно котактовому входу распределителяимпульсов и тактовому входу 23 блока 20 компараторов частоты, а также входу 24 генератора 15 линейно изменяющегося кода, выходы делителя 1915опорной частоты подключены к информационным входам 25 блока 20 компараторов частоты и информационным входам 26 ключей 21, к управляющим вхо- .дам 27 которых присоединены выходыблока 20 комнараторов частоты, а выходы 28 ключей связаны через элементИЛИ 22 с тактовым входом 29 блока17 КБ-триггеров, информационный входкоторого подключен к выходу блока 1625 компараторов кодов., выходы 30 блока17 и выходы генератора 11 сеткичастот .присоединены к входам двухгрупп элементов И 7. 1, 7,2, 7.К и8,1, 8.2, 8.К, выходы которых подключены соответственно к входам двухэлементов ИЛИ 9 и 10, при этом элемент ИЛИ 9 связан с модулятором 12,а элемент ИЛИ 10 - с модулятором13 , выходы 31 и 32 каждого измодуляторов 12 и 13 подключены к входам распределителя 1импульсов с выходами 3338,45 3 12971На Фиг.2 представлена диаграммаработы распределителя 1 импульсов(Фиг.1), который выполнен в видекольцевой пересчетной схемы на триггерах с сигналами на выходах 39-4 15(Фиг.2) и Формирующей трехфазнуюсистему напряжений, элементов И, выделяющих сигналы длительностью60 эл.град, диаграммы элементовИЛИ 42 - 45, формирующих выходную Юпоследовательность импульсов на выходе 33 управления силовыми вентилями инвертора, выходное линейноенапряжение которого имеет вид диаграммы 46. На Фиг.2 моменты времени 15О, 60, 120, 180, 240 эл.град. обозначены, соответственно , С 4,а моменты окончания тактовыхинтервалов в интервале 0-60 эл.град.обозначеныи з - последовательность импульсов инверсному сигналус выхода 31 модулятора 12.Устройство работает следующим образом.При Формировании импульсов управления трехфазным мостовым инвертором их частота определяется частотой сигнала на выходе управляемогогенератора 3 частоты (Фиг.1), а глубина модуляции - сигналом с выхода 30аналого-цифрового преобразователя 2.Постоянство коэффициента передачиустройства управления при регулировании частоты достигается с помощьюкодоуправляемого делителя 5 частоты. Его выходной сигнал определяется соотношением Г = Г/М, где Гвыходная частота кодоуправляемогоделителя 5 частоты; Г - частота навыходе управляемого генератора 3 40частоты; И - двоичный код на выходеаналого-циФрового преобразователя(АЦП) 2.Для различных Г при изменении Ина выходе кодоуправляемого делителя5 частоты Формируется семейство характеристик, изменяющихся по гиперболическому закону, таким образом,чтобы поддерживать постоянной глубину модуляции при изменении выходной 50частоты и неизменном сигнале с выхода АЦП 2. При регулировании частотывниз от номинальной устройство управления позволяет увеличить число импульсов в полупериоде, для улучшения 55гармонического состава выходного на"пряжения, Это достигается с помощьюпереключателя 4 кратности модуляции,94 4который синхронизирует работу блока б формирования закона управления ШИМ. В переключателе 4 кратности модуляции с помощью задающего генератора 18 и делителя 19 опорной частоты вырабатывается ряд кварцованных частот, соответствующих определенным значениям выходкой частоты делителя 14 частоты. В реверсивных счетчиках импульсов блока 20 компараторов частоты происходит сравнение указанных частот, путем подачи опорной частоты с делителя 19 опорной частоты, например, на прямой вход, а с текущей с делителя 14 - на реверсивный, при этом сигналы с выхода реверсивных счетчиков поступают на КБ-триггеры в блоке 20 компараторов частоты, ча выходе которых Формируются логические сигналы "0" или "1", управляющие кпючами 21. При этом сигнал требуемой частоты с выхода делителя 19 опорной частоты через один из включенных логических ключей в блоке ключей 21 и элемент ИЛИ 22 поступает на тактовый вход 29 блока 17. Моменты переключения кратности модуляции выбираются в зависимости от требований к нагрузке мостового инвертора.Сигналы переключателя 4 кратности по входу 29 и делителя 14 по входу 24 управляют работой блока 6 формирования закона управления ШИМ, который реализует требуемый закон широт. но-импульсной модуляций.В предлагаемом устройстве импульсы управления каждым силовым вентилем Формируются следующим образом: на интервале от 0 до 60 эл.град. импульсы управления распределены по синусоидальному закону на этом же интервале, диаграмма 33, интервал й,-С (Фиг.2), при этом изменение длительности осуществляется перемещением переднего Фронта импульсов, задние фронты которых привязаны к моментам окончания тактовых интервалов е -е наинтервале 60-180 эл.град, импульсы управления распределены согласно синусоидальному закону на интервале 60-120 эл.град. диаграмма 33 интервал-са, причем изменениедлительности импульсов осуществляется перемещением переднего фронта тактовых интервалов, на интервале 180-240 эл.град. импульсы управления являются инверсными относительно управляющих сигналов на интервале5 1297194 0-60 эл.град. диаграмма 33, интервалПри этом длительность и-го импульса линейного напряжения определяется следующим выражением: Я = а зп -- (2 п - 1)Г 2 МУ где- глубина модуляции;М - число импульсов в полупериоде; Юп - 1, 2, 3Тактовый интервал имеет длительность7 /в эл.град. р - выражена в относительных единицах, а за базовую величину принята длительность тактовогоинтервала.Работа блока 6 формирования закона управления ШИМ (Фиг.1) происходитследующим образом. При подаче сигнала частоты с делителя 14 частоты на 20вход генератора 15 линейноизменяющегося кода на его выходах формируется линейно нарастающий код, поступающий на входы блока 16 компараторовкодов, работающего в качестве дешифратора закона широтно-импульсноймодуляции, с выхода которого короткие импульсы в моменты совпадениякодов поступают на одни входы КЯтриггеров блока 17, на другие входыкоторых поступают тактовые импульсыпо входу 29, возвращающие КЯ-триггеры в исходное состояние. На выходе каждого КБ-триггера Формируется импульс, соответствующий по длительно сти среднему значению синуса на тактовом интервале. При этом на первуюгруппу элементов И 7.1, 7.2, 7 к с выходов КБ-триггеров блока 17 посту- кают импульсы, соответствующие си- , 40 нусоидальному закону на интервале0-60 эл.град диаграмма 3 1 (фиг.2),а на вторую группу схем И 8.1, 8.2, 8.к - соответствующие синусоидальному закону на интервале 60-120 эл, град 45 диаграмма 32. Изменение числа импульсов выходных последовательностей блока 6 Формирования закона управления ШИМ50 (Фиг.1) достигается путем увеличения или уменьшения числа тактовых интервалов полупериода выходного напряжения, путем изменения соотношения55 частоты следования тактовых импульсов с выхода 29 переключателя 4 кратости модуляции и частоты синхрониации по входу 21 блока 6 Формирования закона управления ШИМ, и далеесоответственно триггера блока 17,В общем случае число КЯ-триггеровв блоке 17 определяется как 2/3 М.Далее при работе устройства полученные последовательности импульсов управления на выходах 31 и 32(Фиг.2) в элементах И 7,1, 7,2, 7.ки 8.1, 8.2, 8.к (Фиг.1) заполняютсясоответствующей высокой частотой сгенератора 11 сетки частот, управляемого от кодоуправляемого делителя 5частоты, таким образом, чтобы выпол -нилось отношение Б, /Т , = соиз,где Т - период и-й частоты на выходе генератора 11 сетки частот; Ядлительность и-го импульса управления при И = 1Полученные пачки импульсов черезэлементы ИЛИ 9 и 10 в виду двух последовательностей с выходов 3 1 и 32(Фиг,2) поступают на входы модуляторов 12 и 13 (Фиг.1), выполненных наоснове двоичных счетчиков, которыепреобразуют указанные пачки в длительность импульсов путем времяимпульсного сравнения модулирующего, с выходовэлементов ИПИ 9 и 10 и тактового, свыхода 29 переключателя 4 кратностимодуляции сигналов, Таким образом,на выходах моцуляторов 12 и 13 формируются последовательности импульсов управления с глубиной модуляции,определяемой для и-го импульса выражением Б = Т, р/Т Р, где Тс - период частоты кодоуправляемого делителя 5 частоты; р - число разрядовдвоичных счетчиков; Вд - коэффициент деления генератора 11 сетки частот для и-го импульса; Т - периодтактовой частоты,Линейность регулирования глубинымодуляции в Функции сигнала управления АЦП 2 (Фиг.1) достигается тем,что при гиперболическом изменениичастоты Гс изменение Тс будет линейным Т = 1 ИПолученные регулируемые последовательности импульсов 31, 32 и 54поступают на входы распределителя 1импульсов, который одновременно синхронизируется с выхода делителя 14частоты Импульсы по входу синхро,низации распределителя 1 импульсов поступают на кольцевую пересчетную схему, диаграммы 39, 40 и 41 которой представлены на Фиг,2. Выходными сигналами1297194 55 кольцевой пересчетной схемы являются также сигналы, инверсные, приведенным на Фиг.2, В распределителе импульсов нормируются шесть последовательностей импульсов, сдвинутых одна относительно другой на 60 эл.град. (на Фиг.2 показаны. четыре таких последовательности, диаграммы 42-45), например, для получения сигнала 44 на один вход схемы И распределителя импульсов подается сигнал с выхода 39, а на другой - сигнал с выхода 41, на выходе которой получается сигнал по диаграмме 44. Аналогично формируются сигналы на выходах 42, 43 и 45 и остальные йз шести сигналов. Последовательности импульсов по диаграммам 31, 32 и 54 (фиг.2) представляют собой выходные сигналы модуляторов 12 и 13 (для примера приведены диаграммы для девяти импульсов в полупериоде выходного линейного напряжения инвертора). Для наименьшей кратности модуляции при трех импульсах в полупериоде линейного напряжения, на интервале 60 эл.град. Формируется только один импульс, регулируемый по длительно - сти.Последовательность импульсов на выходе 31 используется для формирования управляющих сигналов на интервале 0-60 эл.град. периода управления силовым вентилем, последовательность импульсов по диаграмме 54 (инверсная диаграмма 3 1) - для Формирования управляющих сигналов на интервале 180-240 эл.град периода управления, последовательность импульсов по диаграмме 32 для формирования управляющих сигналов на интервале 120-180 эл.град. периода управления. С помощью элементов И и ИЛИ в распределителе 1 Формируются импульсы управления силовыми вентилями инвертора. Например, формирование сигнала управления по диаграмме 33 (фиг.2) осуществляется следующим образом. На входы одного элемента И распределителя 1 подаются сигналы с выходов 31 и 44, на входы другого элемента И подаются сигналы по диаграммам 54 и 55, на входы третьего элемента И подаются сигналы с выходов 32 и 42. Проинвертированные сигналы с элементов И (логические "1" и сигнал с выхода 43) подаются на входы четырехвходового эле 5 Ю 15 20 25 30 35 40 45 8мента ИЛИ, которым формируется сигнал на выходе 33. Аналогичным образом формируются сигналы управления остальными силовыми вентилями инвертора. Повышение помехозащищенности при регулировании осуществляется в предлагаемом устройстве управления следующим образом. В канале регулирования выходного напряжения изменение глубины модуляции осуществляется путем преобразования частоты ,управляющих сигналов в длительность ,(в последовательных кодах), Появление на управляющих сигналах импульса помехи не приводит к искажению закона модуляции.Таким образом, использование предлагаемого устройства расширяет область его применения. Модуляция длительности управляющих сигналов на интервалах 0-60 и 120-180 эл.град. осуществляется перемещением переднего фронта импульсов управления. Задние фронта импульсов управления привязаны к моментам окончания тактовых интерчалов, Это позволяет использовать предлагаемое устройство не только в инверторах с индивидуальной коммутацией (или инверторах на полностью управляемых вентилях), но и в инверторах с групповой коммутацией. Использование предлагаемого устройства, как в инверторах с индивидуальной коммутацией, так и в инверторах с групповой коммутацией, как в инверторах на транзисторах, так и в инверторах на тиристорах позволяет расширить область применения предлагаемого устройства управления трехфазным мостовым инвертором. Устройство управления реализует закон широтно-импульсной модуляции, обеспечивающий высокое качество выходного напряжения инвертора и, следовательно, системы преобразователь частоты - асинхронный двигатель в широком диапазоне регулирования частоты вращения. Формула изобретения Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, содержащее распределитель импульсов, выходы которого предназначены для подключения к управляющим входам трехфазного мостового инвертора, аналого-циф.ровой преобразователь и управляемый1297194 генератор частоты, входы которых предназначены для подключения к источникам задающих сигналов напряжения и частоты, переключатель кратности модуляции, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности и расширения области использования путем возможности использования в инверторах как с индивидуальной, так и с групповой коммута цией, введены кодоуправляемый делитель частоты, блок формирования закона управления ШИИ, две группы элементов И, каждая по числу импульсов в одной шестой части периода выход ного напряжения, первые два элемен,та ИЛИ, генератор сетки частот, два одулятора, делитель частоты, прием блок формирования закона управления ШИМ выполнен на основе после довательно соединенных генераторалинейно изменяющегося кода и блокакомпараторов кодов, блока КБ-триггеров, а переключатель кратности модуляции - в виде последовательно соединенных задающего генератора и делителя опорной частоты, блока компараторов частоты, ключей, третьего элемента ИЛИ, при этом управляемый генератор частоты подключен к входу ЗОделителя частоты и первому входу коф г Ь ф б ь б ВНИИПИ Заказ 792/ ираж 661 Подписное жгород, ул. Проектная,Произв.-полигр. пр-тие доуправляемого делителя частоты, к второму входу которого присоединен аналого-цифровой преобразователь, выходы делителя частоты подключены соответственно к тактовым входам распределителя импульсов и блока компараторов частоты, а также к входу ге - нератора линейно изменяющегося кода; выходы делителя опорной частоты подключены к информационным входам блока компараторов частоты и информационным входам ключей, к управляющим входам которых присоединены выходы блока компараторов частоты, а выходы ключей связаны через элемент ИЛИ с тактовым входом блока КБ-триггеров, информационный вход которого подключен к выходу блока компараторов кодов, выходы блока КБ-триггеров и генератора сетки частот присоединены к входам двух групп элементов И, выходы которых подключены соответственно к входам первых двух элементов ИЛИ, каждый из которых связан с первым входом соответствующего модулятора, а вторые входы каждого из модуляторов соединены с выходом ключей переключателя кратности модуляции, при этом выходы модуляторов подключены к входам распределителя импульов.