Устройство для управления автономным мостовым инвертором

(21) (22) (46) (71) ки А еднего на полупериодеого выходного напряжеСигнал, обратно проначению выходной ины с нейю вел значения линия инверт а.ьй орционал)х то ния по в исим од о ечи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Н Д ВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВ 4274237/24-0701.07.8730.05.89. Бюл. )" 20Отдел энергетической кибернети- МССРВ .И. Ол еиук621.316.727(088.8)Авторское свидетельство СССР 1097, кл. Н 02 М 7/48, 1984. торское свидетельство СССР 2430, кл. Н 02 М 7/48, 1985. УСТРОЙСТВО ДГГ УПРАВЛЕНИЯ АВТО 1 М МОСТОВЫМ ИНВВРТОРОМ Изобретение относится к преобраельной технике. Пелью изобретевляется стабилизация величины ного напряжения трехФазного мосо инвертора в процессе изменеыходной частоты, Принцип работы йства управления, выполненного ртикальному типу, базируется ловии поддержания линейной заости между частотой и суммарной лжительностью выходных импульсов уволне выходной кривой, что обес ает автоматическую стабилизачастоты, с выхода датчика амплитудыразвертывающего пилообразного напряжения 4 через усилитель 5, коэФЬициент передачи которого определяет относительную величину стабилизируемого выходного напряжения, поступаетна вход сумматора 40, На минусовойвход сумматора 40 приходит выход -ной сигнал сумматора 39, пропорциональный суммарной продолжительностиимпульсов в полуволне выходной кривоКонтур внутренней обратной связиустройства, включаю)ций сумматоры39 и 40, обеспечивает постоянствоотношения между суммарной продолительностью выходных импульсов и значением выходной частоты. Средняя частота коммутации вентилей силовойсхемы инвертора при этом близка кпостоянному значению, йорма кривойвыходного напряжения не зависит отпараметров нагрузки. 2 ил.Изо бретение от носится к зле ктростехнике и может быть использовано .для управления стабилизированными преобразователями электрической энергии.Цель изобретения - обеспечение стабилизации величины выходного напряжения трехфазных мостовых инверторов в процессе изменения частоты.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства (для рассматриваемого варианта структуры схемы п=2); на фиг, 2 - временные диаграммы работы устройства.Генератор 1 тактовых импульсов 15 системы соединен с регистром 2 и с генератором 3 пилообразного напряжения, к выходу которого подсоединен датчик 4 амплитуды пилообразного напряжения. Сигнал датчика 4 поступает 20 на вход усилителя 5 постоянного тока и на плюсовой вход сумматора 6,минусовой вход которого связан с вспомогательнь 1 м источником 7 постоянного напряжения. Выходы регистра 2 соеди иены с соответствующими входами. логического распределителя 8 управляющих импульсов.Источник 9 управляющего напряжения подключен к плюсовым входам сум- ЗО маторов 10, 11 и 12 и к минусовым входам сумматоров 13 и 14. Вторые плюсовые входы сумматоров 1 О и 13 соединены с источником 15 постоянно- ГО напряжения а вторые входы сумма торов 11 и 14 связаны с источником 16. Выход сумматора 12 подключен к входу компаратора 17, .выходы сумматоров 14, 11, 13 и 10 связаны со входами компараторов 18-21 соответствен" 40 но через ключи 22-25. Выход сумматора 6 через ключ 26 присоединен ко входу компаратора 27, а также к первым входам блоков сравнения 28-31. На другие входы компараторов 17-21 45 и 27 поступает сигнал от генератора 3 пилообразного напряжения, выходы указанных компараторов через элемент ИЛИ 32 и счетный триггер 33 присоединены к основному входу распредели" теля 8,Вспомогательный источник 7 связан со входами сумматоров 34 и 35, на другие входы которых поступают сигналы соответственно с выходов усили телей 13 и 14. Выходы блоков 34 и 35 присоединены ко вторым входам блоков 30 и 31 сравнения, выходы кото- " рых подключены соответственно к управляющим цепям ключей 24 и 22 и ковходам элементов И 36 и 37, на другие входы которых поступают сигналыс инверсных выходов блоков 28 и 29сравнения, Выходы узлов 36 и 37 через элемент ИЛИ 38 присоединены к управляющей цепи ключа 26. Вторые входы блоков 28 и 29 связаны с выходамисумматоров 10 и 11, прямые выходыблоков 28 и 29 присоединены к управляющим цепям ключей 25 и 33.Первые входы компараторов 17, 19,21 и 22 связаны с плюсовыми входамисумматора 39, первые входы компараторов 18 и 20,подключены к минусовымвходам сумматора 39, а выход сум"матора 39 присоединен к минусовомувходу сумматора 40. Выход сумматора40 через усилитель 41 постоянноготока с переменным коэффициентом передачи присоединен ко второму входусумматора 12 и к третьим плюсовымвходам сумматоров 10, 11, 13 и 14,второй плюсовой вход сумматора 40 иуправляющая цепь усилителя 41 связаны с выходом усилителя 5 постоянноготока.,Сигналы на временных диаграммах(фиг, 2) эквивалентны напряжениямна выходах блоков устройства с соот-ветствующими численными обозначениями, В основе работы системы лежитвертикальный принцип управления.Генератор 1 тактовых импульсов синхронизирует работу генератора 3 пилообразного напряжения, выходной симметричный сигнал ЛЗ которого имеетпостоянную. крутизну, Изменение частоты следования импульсов генератора1, которая на всем диапазоне регулирования в 12 раз больше выходной частоты, сопровождается пропорциональным изменением амплитуды напряженияЦ , которая постоянно выделяетсядатчиком 4 амглитуды пилы.Напряжение Б источника 9 управ 9ляющего напряжения в сумматорах 10 и11 складывается с сигналами У и Уисточников 15 и 16, а в сумматорах13 и 14 вычитается из этих же сигналов. Кроме того, сигнал Б 9 черезсумматор 12 передается на вход компаратора 17. Функцией компарирующихузлов 17 - 21 и 27 с формирователями на выходах является выработка коротких однополярных импульсов в моменты равенства сигнала развертки ссигналами П 12 Б а Л 11 ь0 150 поступающими на их другие входы. При этом Б ) П,Б ,11БКороткие импульсы с выходов компарирующих блоков 17-21 и 27 поочередно посту 5 пают через элемент ИЛИ 32 на счетный триггер 33 и вызывают его периодическое срабатывание. Моменты переключения триггера 33, связанного по выходу с распределителем 8, опре деляют собой моменты формирования фронтов соответствующих импульсов кривой выходного напряжения инвертора.Временные диаграммы,.приведенные 15 на фиг. 2, соответствуют нижней выходной частоте инвертора, когда полу- волна линейного выхоного напряжения трехфазного инвертора Бформируется из максимального количества импульсов (в данном случае из одиннадцати импульсов). При этом амплитуда сигнала Б больше напряжений на выхоздах сумматоров 10, 11, 34 и 35, в соответствии с командами блоков 28- 25 31 сравнения ключи 22-25 замкнуты, а ключ 26 разомкнут. Величина коэффициента передачи усилителя 5 К( 1, численное значение Кхарактеризует величинусреднего на полупериоде 30 значения линейного выходного напряжения инвертора, отнесенную к максимально возможной величине, Амплитуды сигналов х-х основных источников постоянного напряжения П. в общем случае1их определяется из выражения П = -- Бп+1 ф где Б- максимальная амплитуда пилообразного напряжения на выходе датчика 4 амплитуды, наблюдаемая на 40 нижнем частотном диапазоне работы инвертора, Так, для рассматриваемого варианта построения системы управления (п=2) П 16 в - Оз 4 Ба , Б,= 0,80Выбор амплитуды напряжения П источ3ников 9 осуществляется таким образом, чтобы обеспечить близкое к нулю значение разностного. сигнала (У -П ) на выходе сумматора 40 на нижней выходной частоте преобразователя. Коэффициент передачи К ,усилителя 41, определяемый величиной сигнала Пна выходе усилителя 5, в этом случае принимает минимальное значение, напряжение на выходе усилителя 41 близко к нулю (на всем диапазоне работы К, (1).При увеличении частоты генератора 1 тактовых импульсов пропорционально уменьшаются период и амплитуда развертывающего напряжения Б генератора 3, сопровождаемое одновременным уменьшением напряжения Б на выходе усилителя 5, соответствующим увеличением коэффициента передачи усилителя 41 и величины разностного сигна" ла на выходе сумматора 40. Этот отрицательный разностный сигнал, амплитуда которого уменьшается усилителем 41, поступает на входы сумматоров 10-14 и способствует соответствующему пропорциональному росту частоты изменению (уменьшению) продолжительности импульсов, составляющих кривую выходного напряжения, которое будет осуществляться до тех пор, пока напряжение Б не сравняется с Ц иЗзсигнал на выходе сумматора 40 не достигнет близких к нулю значений.В процессе дальнейшего повышения выходной частоты инвертора в опредегжнный момент времени величина напряжения У на выходе сумматора 6 сравнивается с выходным напряжением Б, сумматора 1 О, после чего по команде блока 28 сравнения размыкается ключ 25 и замыкается ключ 26. Рост выходной частоты на этомподддиапазоне регулирования сопровождается последовательным уменьшением длительности выходных импульсов, ближайших к серединам тактовых инверторов 60- градусных продолжительностей, вплоть до того момента, когда выходной сигнал сумматора 6 не сравняется с напряжением сумматора 34.После этого в соответствии с командой блока 30 сравнения размыкаются ключи 24 и 26 и на полу- периоде кривой выходного напряжения инвертора начинает формироваться на четыре импульса меньше.При дальнейшем повышении частоты выходного напряжения процессы в схеме протекают аналогично; снова последовательно уменьшаются продолжительности центральных на 60-градусных интервалах пауз нулевого уровня, затем опять начинает плавно изменяться длительность соответствующих импульсов и т.д. Одновременно при помощи цепи, корректирующей продолжительность выходных импульсов и включающей в свой состав сумматоры 39 и 40 и усилители 5 и 41, в сумматоре 40 производится последовательное сопоставление напряжений П усилителя 5 и Б з сумматора 39 и выработкакорректирующего воздействия (сигналБ = 13- 11 ), которое через усилйтель 41 передается на входы сумматоров 10-14 и способствует стабилизации величины среднего на полупериодезначения выходного напряжения на одном уронне при изменении выходнойчастоты преобразователя (условие стабилизации К П - Н = 0 на всем циа 52пазоне регулирования частоты). С ростом частоты и соответственно с уменьшением сигнала Л= К Н пропорционально и линейно увеличивается коэффициент передачи усилителя 41, Отмеченное повышение значения коэффициента передачи усилителя 41 н диапазоне высоких выходных частот соответствует уменьшенному количеству импульсов в полунолне выходного напряжения, наоборот пониженные значениякоэффициента Кнаблюдаются на низких ныходиых частотах, когда криваявыходного напряжения формируется измаксимального числа импульсов, поэтому описанный алгоритм изменения Кспособствует повышению качества процесса стабилизации ныхоцного напряжения инвертора. Амплитуда сигналавспомогательного источника 7 выбира- З 0ется исходя из условия обеспеченияминимального временного интерваламежду соседними коммутациями венти"лей силовой схемы, протяженность которого для тиристорных схем составляет величину порядка 100 мкс.Необходимый порядок Формированияимпульсони.пауз в кривой выходногонапряжения трехфазного мостового инвертора обеспечивает логический распределитель управляющих импульсон 8,На входы распределителя 8 поступаютсигналы от трехраэрядного регистра2. выполняющего Функции пересчетной схемы, осуществляющего деление 45частоты импульсон, поступающих от генератора 1, и распределение сигналовно времени. В цифровой форме выходной сигнал 0,1 регистра 2 за периодможно последовательно записать как1 00, 001, 000, 1 01, 1 10, 1 1 1,Распределитель 8, осуществляющийрежим 180-градусного управления ключамн трехфазпого мостового инвертора с Фазами А, В, С, представляетсобой логичес,кую схему, н которойосуществляется логическое умножениевходных сигналон с последующим логи-ческим ".уммиронанием, Логические функции,. реализуемые логическим распределителем 8, имеют следующий вщ:2 г 221 2 е 21 3322 2 й 2 ЭЗ фгде 022,112,Ц 2,2, - иряжения соответственно на выходах первого, второго и третьего (старшего) разрядов регистра 2. Импульсы управления на другие силовые ключи инвертора (+А, -В, -С) получаются на выходе распределителя инвертированием соответствующих фазных сигналов. Импульсы управления вентилями соответствующих Фаз иннертора и кривые линейного выходного напряжения инвертора Б Б и Б ся, соответствующие полуйериоду выходной частоты, изображены на фиг. 2.Таким образом, добавление в схему устройства-прототипа дополнительных сумматоров позволяет обеспечить автоматическую стабилизацию величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения иннертора при широкой вариации выходной частоты, сопровождаемом последовательным плавным изменением продолжительностей импульсов и пауз н кривой выходного напряжения при практическом постоянстне средней частоты коммутации вентилей силовой схемы.формула изобретенияУстройство для управления автономным мостовым инвертором, содержащее источник управляющего напряжения, два усилителя постоянного тока, и основных и вспомогательный источники постоянного напряжения, 2 п блоков сравнения, и элементов И, генератор тактовых импульсов, соединенный .с .регистром, связанным с распределителем управляющих импульсов, и с генератором пилообразного напряжения, связанным с датчиком амплитуды пилообразного напряжения и с первыми входами 2 п+2 компараторон с выходными формирователями коротких импульсов, выХоды которых через первый элемент ИЛИ подключены к входу счетного триггера, 1483575выходом подключенного к основномувходу распределителя, к вторымвходам всех компараторов, кроме первого, присоединены ключи, п+1 сумматоров, плюсовой вход первого из которых связан с выходом датчика амплитуды пилообразного напряжения, аминусовой вход - с вспомогательнымисточником постоянного напряжения,связанным также с первыми входамиостальных сумматоров, выходы которыхсоединены с первыми входами блоковсравнения первой группы, выход первого сумматора соединен с .первымивходами блоков сравнения второй группы, с вторыми входами блоков сравнения первой группы и с первым ключом,выходы блоков сравнения первой группы связаны с управляющими цепямивсех нечетных клячей, кроме первого,и с первыми входами соответствующихэлементов И, вторые входы которыхприсоединены к инверсным выходам блоков сравнения второй группы, прямыевыходы которых связаны с управляющими цепями четных клячей, выходы эле"ментов И через второй элемент ИЛИсоединены с управляющей цепью первого ключа, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью стабилизации величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора при изменениивыходной частоты, оно снабжено 2 п+3дополнительными сумматорами, причемв качестве первого усилителя использован усилитель с переменным коэМициентом передачи, источник управляющего напряжения соединен с первымиплюсовыми входами нечетных дополни.тельных сумматоров первой группы, с минусовыми входами четных дополнительных сумматоров .первой группы ис первым входом первого дополнительного сумматора второй группы, вторые 5плюсовые входы дополнительных сумматоров первой группы связаны попарно с соответствующими основнымиисточниками постоянного напряжения,выходы дополнительных сумматоровпервой группы связаны с соответствую-,щими ключами, начиная с второго, выход первого дополнительного сумматора второй группы связан с вторым вхо дом первого компаратора, второй входпоследнего компаратора связан с последним плюсовым входом второго дополнительного сумматора второй группы,вторые входы остальных четных компа раторов подключены к четным минусовым входам второго дополнительногосумматора второй группы, вторые входы всех нечетных компараторов связаны с соответствующими плюсовыми не четными входами второго дополнительного сумматора второй группы, выходкоторого подсоединен к минусовомувходу третьего дополнительного сумматора второй группы, выход датчика 30 амплитуды пилообразного напряжениячерез второй усилитель соединен е управляющей цепью первого усилителя ис плюсовым входом третьего дополнительного сумматора второй группы, выход которого подключен к входу первого усилителя, выход первого усилителя соединен с вторым входом первого дополнительного сумматора второйгруппы и с третьими плюсовыми входа ми дополнительных сумматоров первойгруппы.1483575 Составитель О.Парйеноктор ЛДолинин Техред И, Дидык ректор Н. Король о-издательский комбинат Патент, г. Ужгор Произ Гагарина, 101 стве Заказ 846/52ВНИИПИ Государстве11 Тираж 646ного комитет035, г 1 осква,Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ С