Цифровое устройство для управления трехфазным широтно импульсным инвертором

(54) ЦИФРОВОЕ уСТРОИСТВО ДЛЯ упРАВл НИЯ ТРЕХФАЗНЬ 1 М ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЬ 1 М ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению транстор зобр иров ыми преобразо тения являетс ния при широт и (ШИМ) выход ора. Устройст енератор, два ок инвертируивные счетчиисторным т вателями. Целью обеспечение рег но-импульсной и ного напряжения дуля ци инверт ющий г ов, бл рехоровное о содержит зад счетчика импу ющих элементо ер лектроовано может бы пользнымиинвер технике для упр и транторамией вывления тиристо ми трехфазными о-импульсной м напряжения, изобретени исторнширот ул ходног Целя обеспетно имнапряже я являет при шир выходног егулировай модуляциертора,ние р пульснния ин ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к,ЯО 157 94 гки, вычитающие счетчики, КБ-триггеры, формирователи импульсов управления по числу фаз и узлы управления по числу фаз, в состав каждого из которых входят два элемента ИЛИ-НЕ, элемент И, КБ-триггер и 1 Т-триггер, Применение вычитающих счетчиков совместно с реверсивными в каждой фазе дает возможнссть аппаратным способом организовать прямой синтез ШИМ по синусоидальному закону. Второй счетчик импульсов служит. для установки начальных состояний реверсивных счетчиков. Узлы управления выдают сигналы на входы направления счета и входь разрешения счета реверсивных счетчиков соответствующей Фазы в зависимости от состояния двух .других фаэ. Осуществление прямого синтеза ШИМ по синусоидальному закону позволяет простыми средствами обеспечить регулирование выходного напряжения т фаэных широтно-импульсных инверт и делает возможным централизован управление от ЭВМ. 2 ил. На фиг.1 представлена структурная схема устройства, на Фиг.2 - диаграм мы, поясняющие его работу.Устройство содержит задающий генератор 1, счетчики 2 и 3 импульсов, узлы 4.1 - 4.3 управления по числу фаз, реверсивные счетчики 5.1 - 5.3 по числу фаз, блок 6 инвертирующих элементов, вычитающие счетчики 7. 1 - 7.3, КБ-триггеры 8,1 - 8.3 иформирователи 9,1 - 9.3 импульсов уп" равления по числу фаз.Каждый узел управления содержит элемент И 10, два элемента ИЛИ-НЕи 12, ВБ-триггер 13 и РТ-триггер 14. Счетчики 5.1 - 5.3 и 5.2 подклюЧены соответственно к источникам кода амплитуды 15 и кода установки 16.Выход задающего генератора 1 подключен к входу счетчика 2, к счетным входам реверсивнык счетчиков 5. 1 .3 и вычитающих счетчиков 7.1 - 7.3.ыход счетчика 2 подключен к входучетчика 3, входам установки узлов управления, входам разрешения записи ычитающих счетчиков и К-входукаждого из триггеров 8. 1 - 8,3, выходы ко- Ц.орых соединены с соответствующими Дходами формирователей 9.1 - 9.3, выходы последних предназначены для подключения к инвертору. Выход счетчика . 3 соединен с входами разрешения записи реверсивных счетчиков, информационные входы счетчика 5.1 подключеныисточнику кода амплитуды, информационные входы счетчика 5.2 - к источ-. йику кода установки, информационные ходы счетчика 5.3 - к выходам блока 6, входы которого подключены к источнику кода амплитуды, вход увеличения счета узла 4,1 подключен к выходу начетчика 7.3 второй Фазы, а вход уменьшения счета - к выходу счетчика 7.3 третьей фазы, вход увеличения счета узла 4.2 подключен к выходу вычитающего счетчика 7.3, а вход уменьшения счета - к выходу счетчика 7.1, вход увеличения счета узла 4.3. управления подключен к .выходу счетчика 7.1, а вход уменьшения счета - к выходу счетчика 7.2, причем первый выход узлов 4.1 - 4.3 соединен с соот" ветствующим входом направления сЧета, а второй выход - с соответствующим входом разрешения счета реверсивных счетчиков 5.1 " 5.3, старшие выхоцы реверсивных счетчиков 5,1 - 5.3 соединены с информационными входами со" ответствующих вычитающих счетчиков 7.1 - 7.3, выходы последних - с вторыми входами триггеров 8,1 - 8.3.Входы элемента И 10 и элемента ИЛИ-НЕ представляют собой входы увеличения и уменьшения счета узла управления. Выход элемента И 1 О соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 12, второй вход которого представляет собой вход установки соответствующего узла, а его выход соединенс входом ОТ-триггера 14, тактовыйвход котороГо подключен к выходу эле-,мента ИЛИ-НЕ 11,а выход является вторым выходом узлов управления. ВходыРБ-триггера 13 подключены к входамуменьшения и увеличения счета узлауправления, а выход КБ-триггера 13является первым выходом узлов управления,Устройство работает следующим образом.Обозначим состояние реверсивныхсчетчиков 5.1 - 5.3 соответственноцелыми числами 11 У и Оэ, равнымичислу импульсов задающего генератора1, необходимых для приведения счетчиков в эти состояния иэ начальных(за начальное примем состояние, характеризуемое высоким потенциалом навыходе старшего разряда реверсивногосчетчика и низким на остальных). Эточисло берется положительным или отрицательным в зависимости от направления счета, т.е.( 11 ( 2 кУгде х 1,2,3 - номер Фазы;1 с - разрядность реверсивныхсчетчиков.Счетчик 2 выдает короткие импульсы с частотой следованияГ= 2где Й - частота задающего генератора,1 - разрядность счетчика 2, равная разрядности вычитающихсчетчиков.Каждый импульс с выхода счетчика2 устанавливает КБ-триггеры 8 и РТтриггеры 14 узлов 4 в "О" и производит запись начальных уровнеи в вычи-тающие счетчики.Обозначим текущий номер следования этих импульсов и, тогда в счетчик 7,2 записывается 1 старших разрядов числа 0 (п) и через интервал 50 време и7 (и) = 2+ Н (пЦ/(2)счетчик 7.2 обнуляется и на его выходе,формируется импульс, переключающий КБ-триггер 8.2 в состояние " 1".Этот же импульс переноса поступает на вход увеличения счета узла 4.1 иустанавливает КЯ-триггер 13 и через элемент 11 ВТ-триггер 14 в состояние "1", При этом на входе управления направлением счета счетчика 5.1 устанавливается потенциал У(фиг.2 ж), а на входе разрешения счета счетчика 5.1 присутствует при этом низкий потенциал Р (фиг,2 г), разрешая счет1этого счетчика, в результате чего1 О состояние счетчика 5.1 увеличивается (фиг,2 з), Аналогично на вход умень-.шения счета узла 4.1 через интервал времени15(и) = 2 " +(п)/(2Г) с выхода счетчика 7.3 поступает импульс, переключающий КБ-триггер 8,3 в состояние "1". Этот же импульс поступает на вход уменьшения счета узла 4. 1, устанавливает КБ-триггер 13 в состояние 0, при этом 0 Т-триггер ф 14 опрокидывается в состояние "1"На входе разрешения счета счетчика 5. 1 появляется высокий потенциал У р (фиг.2 г), запрещающий его счет, и до момента времени 1, состояние счетчика остается неизменным. По истечении периода Т импульсом с выхода счетчика 2 КБ-триггеры 8.2 и 8.3 по К-входу устанавливаются в О.В момент времени Т, счетчик 7.3 обнуляется, своим выходным импульсом переноса переключает КБ-триггер 8.3 в состояние "1" и производит сброс по К-входу К 8-триггера 13 узла 4.1, при этом 0 Т-триггер 14 по С- входу через элемент ИЛИ-Е 11 устанавлива-. ется в состояние , Тогла на входе управления направлением счета счетчика 5.1 устанавливается низкий потенциал н (вернее подтверждается, поскольку он был и ранее, фиг.2 ж), а на выходе ПТ-триггера 14 присутству ет низкий потенциал Б (Фиг.2 г),Р 1разрешая вычитающий счет этого счетчика, в результате чего состояние счетчика 5.1 уменьшается (фиг.2 з). В момент прихода импульса Б 7, с выхода вычитающего счетчика 7.2, пере- . ключающегоКБ-триггер 8,2 в состояние "1", этот процесс заканчивается, поскольку ПТ-триггер 14 узлов управления опрокидывается, запрещая счет. По истечении периода Тимпульсом с выхода счетчика 2 КЯ-триггеры 8,2 и 8.3 по К-входу сбрасываются в нулевое состояние. как видно иэ диаграмм работы р ройства, на первом выходе узла 4.1 формируется импульс разрешения счета, длительность которого определя-Ул лется числом з- с . Одновременно на втором выходе узла 4. 1 в течение импульсов разрешения счета формируется сигнал, определяющий направление счета счетчика 5, 1 в зависимости от того, какое из чиселилибольше (кагЭкой иэ импульсов переноса с выходов счетчиков 7,2 и 7.3 пришел раньше).Таким образом, направление и длительность режима счета реверсивного счетчика 5.1 зависят от состояния счетчиков 5.2 и 5.3 двух других фаэ. Следовательно, изменение состояния счетчика 5.1 запишется в следующем видеж (п)=( - л ) Г= (и)-П (п) (21-САналогично изменения состояний реверсивных счетчиков 5.2 и 5.3 запишутся в видеЮ (п)=( - ) Г= (п)-У,(п)/2В счетчики 5.1 - 5.3 и последовательно,7.1-7.3 записываются разные коды один раз за период модулирующей частоты. В дальнейшем в каждом такте несущей частоты в счетчиках 5. 1 - 5.3 вычисляются следующие отсчеты синусоидальной Функции (в результате воздействия на вход управления направлением счета).Для того, чтобы не произошло сбоя в работе устройства в случае равенства временных интервалови 9л: л3 и ,и 7, соответственно, формируется сигнал логического "О", который принудительно производит установку в "О" ВТтриггеров 14 узлов 4, на втором выходе последних при этом формируются сигналы запрещения счета реверсивных счетчиков.Поскольку интервалы временил( 1 Ви з, характеризуемые состоянием КБ-триггеров 8.1 - 8.3, зависят от Ь 1,Б,2 и П э, то их величины оказываются модулированными по синусоидальному закону, а сигналы с выходов КБ-триггеровпосле усиления формирователями подаются на управляющие входы инвертора, работающего с двух1576944 полярной ИМИ с несущей частотой Г= =2 й и выходным синусоидальным напряжением частотойДля того, чтобы погрешность, связанная с усечением при выполнении вычислительных операций в счетчиках с ограниченной разрядностью, не на-, капливалась, а также для управления амплитудой выходного сигнала в уст" ройство введен счетчик 3 с коэффициентом пересчета близким к Б (,/1 .=Ч = агсг.г(2 ЧЗ).Выходные импульсы этого счетчика, следующие с частотой выходного синусоидального напряжения, поступают на входы управления записью реверсивных счетчиков и тем самым устанавливают 1начальные состояния реверсивных счетчиков соответственно П(0), П (0), Пэ(0), после чего в течение периода Т, отрабатывается синусоидальное колебание, по истечении периода операции установки начальных состояний реверсивных счетчиков повторяются, что обеспечивает стабилизацию амплитуды выходных сигналов и возможность управления амплитудой выходных сигналов от источника кода амплитуды.Таким образом, объединение трех широтно-импульсных цифровых модуляторов, т.е, устройств, преобразующих код в длительность импульса, дает возможность одновременно с преобра ованием вычислять следующее значение40 кода, Причем в силу организации воздействия на входы направления счета вычитающих счетчиков значения кода вычисляют по синусоидальному закону с определенной частотой.45Таким образом, в цифровом устройстве достаточно простыми схемо-техническими средствами обеспечивается регулирование выходного напряжения трехфазного широтно"импульсного инвертора путем широтно-импульсной модуляции по синусоидальному закону с помощью цифровых аналогов динамических звеньев, выполненных на счетчиках со стабилизацией амплитуды выходных сигналов путем периодической установ Б ки начальных состояний реверсивных счетчиков, и узлов управления по числу фаз, управляющих состоянием динамических звеньев соответствующих фаэв зависимости от состояния динамических звеньев двух других фаз. Формула изобретения Цифровое устройство для управления трехфазным широтно-импульсным инвертором, содержащее задающий генератор, выход которого подключен к входу первого счетчика импульсов реверсивные счетчики по числу фаз, счетные входы которых подключены к выходу задающего генератора, блок инвертирующих элементов, входы которого подключены к источнику кода амплитуды, КБ-триггеры по числу фаз, К-вход каждого из которых соединен с выходом первого счетчика импульсов, выходы подключены к входам формирователей импульсов управления, выходы которых предназначены для подключения к инвертору, о т,и и ч а ю щ е е с я тем, что с целью обеспечения регулирования широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора, оно снабжено вторым счетчиком импульсов, вычитающими счетчиками по числу фаз, источником кода установки и узлами управленияпо числу фаз, каждый из которых содержит элемент И, два элемента ИЛИ-НЕ,КБ- и ВТ-триггеры, причем в каждомузле управления Б- и К-входы КБ-триггера являются входами увеличения иуменьшения счета соответствующегоузла и соединены с входами элементаИ и первого элемента ИЛИ-НЕ, выходэлемента И соединен с первым входомвторого элемента ИЛИ-НЕ, второй входкоторого является входом установкисоответствующего узла, выходы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соединены соответственно с С- и К-входамиПТ-триггера, выход КБ-триггера и инверсный выход ВТ-триггера являютсяпервым и вторым выходами узла управления, счетные входы вычитающих счетчиков подключены к выходу задающегогенератора, входы разрешения записи -к выходу первого счетчика импульсов,информационные входы - к старшим выходам реверсивньгх счетчиков соответствующей фазы, вход второго счетчикаимпульсов подключен к выходу первогосчетчика импульсов, выход - к входамразрешения записи реверсивных счетчиков, входы установки узлов управления соединены с выходом первого сиЬе-чика импульсов, вход увеличения счетаузла управления первой фазы подключенк выходу вычитающего счетчика второйфазы,. вход уменьшения счета - к выходу вычитающего счетчика третьейфазы, вход увеличения счета узла управления второй фазы подключен к выходу вычитающего счетчика третьей фазы, вход уменьшения счета - к выходувычитающего счетчика первой фазы,вход увеличения счета узла управления третьей фазы подключен к выходувычитающего счетчика первой фазы,вход уменьшения счета - к выходу вычитающего счетчика второй фазы, пер 7694 ч 1 Овый выход каждого узла управления соединен со входом управления направлением счета, второй выход - со входом 5разрешения счета реверсивного счетчика соответствующей фазы, информационные входы реверсивного счетчикапервой фазы подключены к источникукода амплитуды, информационные входыреверсивного сч "тчика второй фазык источнику кода установки, информационные входы реверсивного счетчикатретьей фазы - к выходам блока инвертирующих элементов, выходы вычитающих счетчиков соединены с Б-входамисоответствующих КБ-триггеров.1576944 Составитель В.МироновРедактор И.Булла Техред М,Ходаннч , Корректор С.Шевку бинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,101 иэводственно-иэдательски акаэ 1849 Тираж 501 ПИИПЫ Государственного комитета и 113035, Москва, Ж Подписноеизобретениям и открытиям при ГКН5, Раушская наб., д, 4/5