Устройство для управления автономным регулируемым инвертором напряжения

(46) 23.01 .88. Бюл. У 3 (71) Отдел энергетическ ки АН МССР кибернети 2) В. И.Олещук 3) 621,316.72 Ф.Ф.Ч 088.р идетельство СССР, 2 М 7/48) 1982, тельство СССР 2 М 7/48 ф 198256) Авторское с1181097, кл. Н Авторское свид 1272430, кл. Н(54) УСТРОЙСТВОНОМНЫМ РЕ ГУЛИРУЕЮЖЕНИЯ ИЯ АВТОМ НАПРЯУПРАВЛЕИНВЕР ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(57) Изобретение относится к электротехнике и мо)кет быть использовано в системах частотно-регулируемого электропривода. Цельюизобретения является обеспечение двухзонного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора. В данном устройстве обеспечивается связанное регулирование частоты и величины выходного напржкения инвертора и осуществляется пропорциональное изменение величины выходного напряюения в зависимости от входной частоп), После достюкения величиной выходного напря)кения максимального значения осуществляется дальнейшее увеличение вы- сФ ходной частоты инвертора. 3 ил,35 40 45 50 55 Изобретение относится к силовойпреобразовательной технике и можетбыть использовано при управлении регулируемыми инверторами напряжения,входящими, в .частности, в состав систем частотно-регулируемого электропривода.Цель изобретения - обеспечениедвухэонного связанного регулированиячастоты и величины выходного напряжения инвертора.На фиг.1 показана функциональнаясхема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принципего работы; на фиг.3 - график зависимости 13 , от Р , .На нижнем частотном диапазоне полуволна выходного напряжения инвертора формируется из пяти импульсов позакону, близкому к алгоритму ШИМ .Устройство включает усилители 1-3с нормированными и разными коэффициентами усиления. Выход усилителя 1подсоединен к минусовому входу сумматора 4, а выходы усилителей 2 и 3 -к входам сумматоров 5.и 6. Генератор7 тактовых импульсов, задающий частоту выходного сигнала инвертора,связанс регистром 8 и с генератором9 пилообразного напряжения, к вьжодукоторого подсоединен датчик 10 амплитуды пилообразного напряжения, Сигнал датчика 10 поступает на входыусилителей 1-3, а также на плюсовойвход сумматора 11, минусовой вход которого связан с вспомогательным источником 12 постоянного напряжения.Выход регистра 8 соединен с перр,мвходом логического распределителя 13управляющих импульсов,Основные источники 14 и 15 постоянного напряжения присоединены 1к входам блоков 16 и 17 сравнения,выходы сумматоров 4-6 связаны соответственно с входами блоков 18-20сравнения. На другие входы блокрв16-20 сравнения поступает сигнал свыхода сумматора 12. Выходы сумматора 4, усилителя 2, источника 14 постоянного напряжения, усилителя 3,источника 15, а также сумматора 12соответственно через ключи 21-26 подсоединены к входам компараторов 2732, содержащих выходные формирователи коротких однополярных импульсов.На другие входы компараторов 27-32поступает сигнал генератора 9 пилообразного напряжения, выходы компарато 5 10 20 25 30 ров 27-32 через элемент ИЛИ 33 связан с вторым входом распределителя13 Источник 14 подсоединен также кплюсовому входу сумматора 4,Входы элемента И 34 соединены синверсным выходом блока 16 сравненияи с выходом блока 19, на входы элемента И 35 поступают сигналы с инверсного выхода блока 17 и с выхода блока 20 сравнения. Выходы узлов 34и 35, как и инверсный выход блока 18сравнения, присоединены к входамэлемента ИЛИ 36, выход которого связан с управляющей цепью ключа 26. Управляющая цепь ключа 21 связана с.прямым выходом блока 18 сравнения,управляющие цепи ключей 22 и 24 присоединены к выходам блоков 19 и 20сравнения, а управляющие цепи ключей23 и 25 связаны с прямыми выходамиблоков 16 и 17 сравнения.В основе работы устройства лежитвертикальный принцип управления.Генератор 7 тактовых импульсовсинхронизирует работу генератора 9пилообразного напряжения, выходнойсимметричный сигнал Б которого име 9ет постоянную крутизну (фиг.2). Изменение частоты следования импульсовгенератора 7 сопровождается пропор -циональным изменением амплитуды сигнала Б , которая постоянно выделяется датчиком 1 О амплитуды пилы (выходной сигнал датчика 10 обозначен как 1.1 ю).Напряжение датчика 1 О поступает на входы усилителей 1-3 с нормированными и разными коэффициентами передачи, абсолютная величина которых меньше единицы, Выходные напряжения усилителей 1-3, сумматора 4 и источ - ников 14 и 5 обозначены соответственно как 11, -Уз, П 4,13 4 и 11 (фиг2). Величины указанных сигналов на поддиапазоне пониженных выходных частот находятся в соотношении Б, 7 Б,11,4Ж,4 -Ц ). Точные значения амплитуд сигналов источников 14 и 15 и коэффициентов передачи усилителей 1-3 выбираются из условия обеспечения близкого к оптимальному гармонического состава выходного напряжения в . процессе пропорционального измененыя величины выходного сигнала инвертора в зависимости от частоты.Функцией компарирующих узлов 27-32 устройства является выработка коротких однополярных импульсов в моментыравенства сигналов, поступающих на ихвходы. Короткие импульсы с выходакомпарирующих блоков 27-32 через элемент ИЛИ 33 поступают на вход логи 5ческого распределителя 13 и определяют собой моменты формирования фронтовсоответствующих импульсов кривой выходного напряжения инвертора Бы.Временные диаграммы (фиг.2 а) соответствуют нижней выходной частоте инвертора, когда полуволна выходногонапряжения формируется иэ максимального количества импульсов (в данномСлучае из пяти). Временные координаты выходных импульсов при этом с достаточной степенью точности соответствуют алгоритму ШИМ, благодаря чемувыходной сигнал инвертора характеризуется улучшенным гармоническим составом. На нижнем этапе регулированиячастоты амплитуда сигнала Б с выхода сумматора 11 превышает напряжение Б, источника 15. На прямых выходах блоков 16-18 сравнения вырабатываются сигналы, замыкающие ключи 23,25 и 21. Одновременно, благодаря тому, что напряжение на выходах сумматоров 5 и 6 меньше амплитуды сигналасумматора 11, на выходах блоков 19 30и 20 сравнения формируется напряжение, замыкающее ключи 22 и. 24, Ключи схемы 21-25 оказываются, такимобразом, в замкнутом состоянии.Ключ 26 разомкнут.35При увеличении частоты генератора 7 тактовых импульсов пропорционально уменьшаются период и амплитуда развертывающего напряжения Б генератора 9, продолжительность начальной паузы нулевого уровня в выходнойкривой инвертора и соответственнораэностный сигнал 0 ц на выходе сумматора 11, который в определенный момент сначала сравнивается, а потом 45делается меньше амплитуды напряженияБ, источника 15. В этот момент напрямом выходе схемы 17 сравнения начинает формироваться команда на размыкание ключа 24 и одновременно с 50инверсного выхода блока 17 через элемент И 35 и схему ИЛИ 36 проходитсигнал на замыкание ключа 26. Первыефронты крайних на полупериоде импульсов выходной кривой на этом этапе регулирования формируются в моментыравенства сигналов П и Бя,Одновременно в ходе роста частотыпропорционально уменьшению сигнала 11 датчика 1 О происходит уменьшение амплитуд сигналов Б и У усилителей 2 и 3 и увеличение разностного сигнала (04 Ц ), сопровождаемое увеличением длительностей импульсо, согтавляющих кривую выходного налряже ния, благодаря чему процесс увецичгния выходной частоты инвертора сопровождается близким к пропорциональному росту величины выходного напряжения еВ процессе дальнейшего повышения выходной частоты инвертора в определенный момент времени величина напряжения Би на выходе сумматора 11 сравнивается с напряжением сумматора 6, равным сумме сигналов 11, и Б источника 12 и усилителя 3, Начиная с этого момента, блок 20 сравнения изменяет свое состояние на противоположное, выходная команда блока 20 размыкает ключ 24, прекращается прохождение сигнала через ячейку И 35 и соответственно через элемент ИЛИ 36, ключ 26 при этом размыкается. Кривая выходного напряжения инвертора формируется на этом поддиапазоне регулирования из трех импульсов на полупериоде увеличенных продолжительностей,При дальнейшем повышении частоты выходного напряжения процессы в схеме протекают аналогично, благодаря чему снова последовательно плавно уменьшаются продолжительности крайних на полупериоде пауз нулевого .уровня выходной кривой, затем опять начинает плавно снижаться длительность крайних выходных импульсов при одновременном увеличении продолжительностей остальных (центральных) импульсов и т дДействующее значение величины выходного напряжения инвертора Бизменяется при этом прямо пропорционально изменению частоты Е(зона 1 фиг,3), что особенно важно для систем частотно-регулируемого электропривода на базе инверторов напряжения .Временные диаграммы (фиг.2 б) поясняют процесс формирования выходного напряжения инвертора на верхнем частотном диапазоне (эона 11, фиг.3), когда на полупериоде выходного сигнала формируется один импульс. На этом этапе напряжения усилителей 2 и 3, источников 14 и 15, а также разностный сигнал (Б, -Б, ) превышают амплитуду сигнала У сумматора 11, клю5 13689 чи 21-25 разомкнуты. Сигнал с инверсного выхода блока 18 сравнения через элемент ИЛИ Зб поступает на управляющую цепь ключа 26 и вызывает эамыка 5 ние, в компараторе 32 осуществляется сравнение напряжений П и Б , Общая продолжительность паузы нулевого уровня на границах полупериода ограничивается на уровне значения 21. Ве личина выходного напряжения инвертора при этом близка к максимальному значению 11 . Абсолютное значение паФраметра о, задаваемое амплитудой сигнала вспомогательного источника 1 2 и определяющее минимальную продолжительность импульсов и пауз между импульсами выходной кривой, должно превосходить время, требуемое коммутационным узлам вентилей силовой схемы для восстановления своих запирающих свойств, Требуемое значение 6 для мощных тиристорных схем составляет величину порядка одной-двух сотен микросекунд, "25 30 Необходимый порядок формирования импульсов и пауз в кривой выходного напряжения мостового инвертора обеспечивает логический распределитель 13 управляющих импульсов, который содержит триггерное звено на входе, попеременно переключаемое иэ одного состояния в другое короткими однополярными импульсами, поступающими из компараторов 27-32 через элемент ИЛИ 33. Входной триггер распределителя 13 связан с первым входом комбинированного логического устройства распределителя, на второй вход котороо поступают сигналы от регистра 8, простейшего триггерного звена, принимающего эа период два состояния и определяющего моменты смены полярности кривой формируемого выходного напряжения инвертора. Если при формировании положительной полуволны выходного напряжения мостового инвертора включены вентили А и С при формировании нулевой паузы А и В, соответственно на отрицательной полуволне при формировании выходных импульсов включены В и О, на нулевой паузе С и Э. Обозначая сигнал на выходе входного триггера распределителя через х, а на выходе регистра 8 через у, по" лучаем логические уравнения, характеризующие комбинационное устройство распределителя 13 35 40 45 50 55 11 - ху + ху у,11 ху + хУ 11 с хУ + хуанху + ху = у,Таким образом, добавление в схему трех элементарных ячеек позволяет обеспечить связанное 1,егулирование частоты и величины выходного напряжения инвертора и осуществить пропорциональное изменение величины выходного напряжения в зависимости от выходной частоты (работа в зоне 1).После достижения величиной выходного напряжения максимального значения предложенное устройство обеспечивает дальнейшее увеличение выходной частоты инвертора (работа инвертора в зоне ТТ). Подобное качественное улучшение процесса регулирования и расширение диапазона регулирования делают особенно перспективным использование предложенного устройства для управления автономными инверторами напряжения, входящими в состав систем широкодиапазонного частотно-регулируемого электропривода.формула изобретенияУстройство для управления автономным регулируемым инвертором напряжения, содержащее и нормированных усилителей, связанных друг с другом по входу, и сумматоров, вспомогательный и (и) основных источников постоянного напряжения, 2(п) блоков сравнения, (и) элементов И, два элемента ИЛИ, генератор тактовых импульсов, соединенный с регистром, связанным с первым входом распределителя управляющих импульсов, и с генератором пилообразного напряжения, связанным с датчиком амплитуды пилообразного напряжения и спервыми входами 2 п компараторов с выходными формирователями коротких импульсов, выходы которых через первый элемент ИЛИ присоединены к второму входу распределителя, выход датчика амплитуды пилообразного напряжения связан с плюсовым входом первого сумматора, вспомогательный источник постоянного напряжения подсоединен к минусовому входу первого сумматора, выход которого связан с первыми входами всех блоков сравнения, а также через первый ключ с вторым входом первого компаратора, 7 13689 и к входам остальных сумматоров, выходы которых присоединены к вторым входам блоков сравнения первой группы, выходы всех усилителей, кроме5 первого, соединены через первую группу ключей с вторыми входами соответствующих компараторов, основные источники постоянного напряжения связаны с вторыми входами соответствующих компараторов через вторую группу ключей, выходы первой группы блоков сравнения и инверсные выходы второй группы блоков сравнения связаны с входами соответствующих элементов И попарно, выходы которых присоединены к входам второго элемента КПИ, выход которого связан с управляющей цепью первого ключа,о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью обеспечения двухэонного связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения инвертора, оно снабжено дополнительными блоком сравнения, сумматором и ключом, причем выход первого 25 усилителя связан с минусовым входом дополнительного сумматора, выходы остальных усилителей присоединены к 49 8входам соответствующих сумматоров,основные источники постоянного напряжения связаны с вторыми входами соответствующих блоков сравнения второйгруппы, первый основной источник постоянного напряжения подсоединен также к плюсовому входу дополнительногосумматора, выход которого связан спервым входом дополнительного блокасравнения и через дополнительныйключ - с вторым входом последнегокомпаратора, второй вход дополнительного блока сравнения соединен с выходом первого сумматора, прямой выходдополнительного блока сравнения присоединен к управляющей цепи дополнительного ключа, инверсный выход дополнительного блока сравнения подключен к входу второго элемента ИЛИ,выходы первой группы основных блоковсравнения связаны с управляющими цепями первой группы ключей, прямые выходы второй группы блоков сравнениясоединены с управляющими цепями второй группы ключей, а выход датчикаамплитуды пилообразного напряжениясвязан с входами всех усилителей.1368949 2 Составитель О.ПарфеновТехред Л.Олийнык Тираж 665 Государственно елам изобретен сква, Ж, Ра аз 312/ сное И 113035 ская Производственно-полигр кое предприя актор А.Козориз итета Сткрытий наб.,Корректор М.Шароши Ужгород, ул. Проектная, 4