Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР НИ РЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИ ЬС РОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТО.Ярос в,Е,Ф рское с О, кл.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе,Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, содерЖащее задающий генератор с двумя выходами, соответственно коротких и длинных импульсов, счетчик по модулю шесть, подключенный входом к выходу коротких импульсов задающего генератора, первый преобразователь кодов с шестью выходами, запрограммированный в соответствии с табл,1 и подключенный к выходам счетчика по модулю шесть и к выходу длинных импульсов задающего генератооа, первым, вторым и третьим выходами - к первому элементу ИЛИ, предназначенному для подключения к управляющему входу первого силового элемента анодной группы мостового инвертора, третьим, четвертым и пятым выходами -ко второму элементу ИЛИ, предназначенному для подключения к управляющему входу второго силового элемента анодной группы мостового инвертора, пятым, шестым и первым выходами - к третьему элементу ИЛИ, предназначенному для подключения к управляющему входу третьего силового элемента анодной группы мостового инвертора, три триггера и второй преобразователь кодов на три выхода, запрограммированный в соответствии с табл.2 и подключенный к выходам счетчика по модулю шесть и к выходу коротких импульсов задающего генератора, первым выходом - к входу установки нуля первого триггера, вторым выходом к входу установки нуля второго тоиггера, третьим выходом - к входу установки нуля третьего триггера, первый триггер подключен входом установ.ки единицы к четвертому выходу первого преобразователя кодом, а выходом предназначен для подключения к управляющему входу первого силового элемента катодной группы мостового инвертора, второй триггер подключен входом установки единицы к .шестому выходу первого преобразователя кодов, а выходом предназначен для подключения к управляющему входу второго силового элемента катодной группы мостового инвертора, третий триггер подключен входом установки единицы к второму выходу первого преобразователя кодов, а выходом предназначен для подключения к управляющему входутретьего силового элемента катодной группы мостового инвертора,Выходное напряжение мостового инвертора характеризуется тем, что амплиту 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 В известном устройстве на выходе мостового инвертора вырабатывается трехфазное импульсное напряжение, каждая полуволна которого представляет собой два импульса напряжения, смещенных по фазе на угол л /3. Длительность импульсов постоянна, В зависимости от частоты выходного напрякения мостового инвертора изменяется пауза между импульсами,да его основной гармоники пропорциональна частоте, Известное устройство позволяет управлять скоростью вращения асинхронного двигателя,Недостатком известного устройства является то, что в области малых скоростей вращения падает максимальный момент на валу двигателя и снижается жесткость его механических характеристик.Целью изобретения является улучшение гармонического состава выходного напряжения мостового инвертора,Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для управления трехфазным мостовым инвертором задающий генератор с двумя выходами, соответ-. ственно коротких и длинных импульсов, выполнен в виде последовательно соединенных задатчика скорости вращения, преобразователя напряжение - частота и делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов, формирователя коротких импульсов, подключенного входом к первому выходу делителя частоты, формирователя длинных импульсов, подключенного входом к второму выходу делителя частоты, и триггера, подключенного входом установки единицы к выходу формирователя коротких импульсов, входом установки нуля - к выходу формирователя длинных импульсов, при этом выход формирователя коротких импульсов использован как выход коротких импульсов задающего генератора, а выход триггера как выход длинных импульсов задающего генератора.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом устройстве задающий генератор с двумя выходами выполнен в виде последовательно соединенных задатчика скорости вращения, преобразователя напрякение - частота и делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов, а также содержит формирователи коротких и длинных импульсов и триггер с указанными связями, Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".В заявляемом устройстве длительностьимпульсов не остается постоянной, Приснижении частоты длительность импульсовувеличивается. Амплитуда основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора уменьшается в меньшей степени, чем снижается частота,Относительное увеличение амплитуды основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора позволяет увеличить максимальный момент на валудвигателя и повысить жесткость его механических характеристик в области малых скоростей вращения. Кроме того, сувеличением длительности импульсов напряжения на малых частотах улучшается соотношение между основной и высшимигармониками выходного напряжения мостового инвертора,При изучении других известных технических решений в данной области техники не были выявлены признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".На фиг.1 представлена схема устройства для управления трехфазнымостовым инвертором; на фиг,2 - возможный вариант выполнения делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов; на фиг.2 возможный вариант выполнения делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов; на фиг.З - зависимость амплитуды основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора от частоты,Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором содержит задающий генератор 1, счетчик 2 по модулю шесть, подключенный входом к первОму выходу задающего генератора 1, первый преобразователь кодов 3, запрограммированный в соответствии с табл.1, подключенный первыми тремя входами к соответствующим выходам счетчика 2, а четвертым входом - к второму выходу задающего генератора 1, три схемы ИЛИ 4,5,6, подключенные входами к выходам преобразователя кодов 3, а выходами - к управляющим входам силовых элементов анодной группы мостового инвертора 7., второй преобразователь кодов 8, запрограммированный в соответствии с табл,2, итри триггера 9,10,11, При этом второй преобразователь кодов 8 подключен первыми тремя входами к соответствующим выходам счетчика 2, а четвертым входом - к первому выходу задающего генератора 1, Триггеры 9,10,11 подключены входами установки единицы к выходам преобразователя кодов 3,входами установки нуля - к выходам преобразователя кодов 8, а выходами - к управля 5 ющим входам силовых элементов катоднойгруппы мостового инвертора 7, Трехфазнаянагрузка 12 подключена в диагональ мостового инвертора 7,Задающий генератор 1 выполнен в виде10 последовательно соединенных задатчика13 скорости вращения, преобразователя 14напряжение - частота и делителя частоты 15с двумя выходами 16 и 17, а также содержитформирователь 18 коротких импульсов, под 15 клюценный входом к первому выходу 16 делителя частоты 15, формирователь 19длинных импульсов, подключенный входомк второму выходу 17 делителя частоты 15; итриггер 20, подключенный входом установ 20 ки единицы к выходу формирователя 18, авходом установки нуля к выходу формирователя 19, Выходом коротких импульсов задающего генератооа 1 является выходформирователя 18, а выходом длинных им 25 пульсов задающего генератора 1 - выходтриггера 20,Делитель частоты 15 с двумя выходами16 и 17 содержит схему И 21, задатчик фазы22, счетчики 23 и 24, делитель частоты 25 и30 триггер 26,см. фиг,2), Триггер 2 а подключенвходом Я установки нуля к выходу переносапри вычитании Р 2 счетчика 23, входом Яустановки единицы, объединенным с входом записисчетчика 23, подключен к вы 35 ходу переноса при сложении Р 1 счетчика 24,а выходом к первому входу схемы И 21, Схема И 21 подключена выходом к счетному входу вычитания С 2 счетчика 23, задатчик фазы22 - к входам предустановки АО,А 1,А 2,АЗ40 счетчика 23, а делитель частоты 25 - к счетному входу сложения С 1 счетчика 24, Входом делителя частоты 15 с двумя выходамислужит второй вход схемы И 21, объединенный с входом делителя частоты 25. Первым45 выходом 16 делителя частоты 15 являетсявыход переноса при сложении Р 1 счетчика24, а вторым вь:ходом 17 - выход переносапри вычитании Р 2 счетчика 23.В качестве задатчика 13 скорости вра 50 щения может быть использован любой регулируемый источник напряжения, Впростейшем случае это потенциометр,Устройство работает следующим образом,55 Выходное напряжение И задатчика 13скорости вращения преобразуется с помощью преобразователя 14 напряжение -частота в последовательность импульсов,следующих с регулируемой частотой Ь,Сформированная последовательность импульсов поступает на вход делителя частоты 15 с двумя выходами 16 и 17. С обоих выходов снимаются последовательности импульсов, следующих с частотойи п 1 п 2 где п 1 и п 2 - коэффициенты деления делителя частоты 25 и счетчика импульсов 24. При этом на втором выходе 17 последовательность импульсов смещена по фазе относительно последовательности импульсов на первол выходе 16 на угол2 лП 1 П 2 Чгде п - выходной код задатчика фазы 22, Формирователь импульсов 18, подключенный к первому выходу 16 делителя частоты 15, вырабатывает последовательность коротких импульсов с длительностью г 1, а формирователь импульсов 19, подключенный к второму выходу 17 делителя частоты 15, - последовательность длинных импульсов с длительностью 7 о.Выходные импульсы формирователя 18 поступают на вход установки единицы триггера 20 а выходные импульсы формирователя 19 - на вход установки нуля. Триггер 20 устанавливается в соответствующее состояние по заднему фронту управляющих импульсов.Выход формирователя 18 служит также выходом коротких импульсов задающего генератора 1, а выходом длинных импульсов задающего генератора 1 служит выход триггера 20. В силу этого задающий генератор 1 вырабатывает две последовательности импульсов, следующих с регулируемой частотой т. На первом выходе генератора 1 имеем короткие импульсы с длительностью т 1, а на втором выходеформируются длинные импульсы с длительностьюТ 2 =тО +. пч п 1 пг 1где г =- - период следования выходных импульсов задающего генератора 1,Сформированные последовательности коротких и длинных импульсов распределяются по трем и шести каналам соответственно с помощью счетчиков 2 и преобразователей кодов 3 и 8,На выходах схем ИЛИ 4,5 и б возникает трехфазная последовательность групп им 2 72 Оо ==Ои - ,гЗ30 где Ои - амплитуда импульсов напряжения,Подставив в это выражение значение длительности импульсов гг, получим: 35Оо = - Ои ( 6 то Г + - ), 2 у"3 п 1 пг 140 где Р = -- частота выходного напряжения67мостового инвертора 7.Выходной код п, задатчика фазы 22, атакже длительность то импульсов, вырабатываемых формирователем 19, выбираются с учетом конкретных параметров нагрузки 12, Варьируемый параметр и выбирается таким, чтобы при минимальной частоте Рпл, выходного напряжения мостового инвертора 7 управляемый двигатель мог развивать максимальный момент вращения, близкий к максимальному моменту вращения при номинальной частоте Рном выходного напряжения мостового инвертора 7.55Длительность то задается такой, цтобы при выбранном значении п и номинальной частоте Гном амплитуда основной гармоники Оо выходного напряжения мостового инвертора 7 была номинальной. пульсов, следующих с периодом б -., Каждая группа состоит из трех, следующих друг за другом, импульсов второй последовательности, На выходах триггеров 9,10 и 11 выра батывается вторая трехфазнаяпоследовательность, но уже одиночных и м пульсов с дл ител ьн остью ( 3 ю - т 1 ), следующих с периодом 6 т; Зта трехфазная последовательность импульсов смещена от носительно первой трехфазной последовательности по фазе на угол к.Врем т 1 необходимо для исключениясквозных токов, появление которых возможно в моменты переключения силовых элементов в плечах мостового инвертора 7,При замыкании силовых элементов мостового инвертора 7 на время, равное длительности импульсов, поступающих на их управляющие входы, на трехфазной нагруз ке 12 формируются напряжения с периодом б г. При этом каждая полуволна линейного напряжения представляет собой два импульса напряжения с длительностью тг, смещенных по фазе на угол л/3.Амплитуда основной гармоники линейного импульсного напряжения на выходе мостового инвертора 7 равнаиП 1 П 2 Для иллюстрации на фиг.3 представлена зависимость амплитуды ОО основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора 7 от частоты Р для заявляемого и известного устройств,Здесь, 1-1 и и3 п 1 п 2В заявляемом устройстве с уменьшением частоты Р амплитуда основной гармоники Оо выходного напряжения мостового инвертора 7 уменьшается в меньшей степени, чем в известном устройстве.Делитель частоты 15 с двумя выходами 16 и 17 (см. фиг.2) работает следующим образом,На вход делителя частоты 15 поступает последовательность импульсов, следующих с частотой 1 и. На выходе переноса при слокении Р 1 счетчика 24 формируется последовательность импульсов отрицательной полярности, следующих с частотой где п 1 и п 2 - коэффициенты деления делителя 25 и счетчика 24.Каждый импульс этой последовательности поступает на первый выход 16 блока, а также осуществляет предустановку счетчика 23, записывая в него выходной код задатчика фазы 22, и устанавливает триггер 26 в единичное состояние, Триггер 26 разрешает прохождение входных импульсов блока 15 через схему И 21 на счетный вход вычитания С 2 счетчика 23, После прохождения импульсов, когичество которых соответствует выходному коду задатчика фазы 22, на выходе переноса при вычитании Р 2 счетчика 23 сформируется импульс отрицательной полярности. Зтот импульс поступит на второй выход 17 блока и задним фронтом вернет триггер 26 в нулевое состояние, который заблокирует прохождение имг;ульсов на вход С 2 счетчика 23. На выходах 16 и 17 делителя частоты 15 будут формироваться последовательности импульсов отрицательной полярности, вза 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 имно смещенных по фазе нэ угол, определяемый выходным кодом зэдатчика фазы 22.Таким образом, изменение длительности выходных импульсов задающего генератора 1 в зависимости от выходного напряжения задатчика 13 скорости вращения обеспечлвает увеличение длительности импульсов в выходном напряжении мостового инверторэ 7 при снижении частоты, За счет увеличения длительности импульсов напряжения при снижении частоты возрастает относлтельная амплитуда основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора 7, За счет этого также улучшается соотношение между основной и высшими гармониками выходного напряжения. Увеличение основной гармоники компенсирует падение напряжения в первичных активчых сопротивлениях двигателя, тем самым устраняет уменьшение максимального момента вращения при снижении скооости вра ,ения двигателя.Формула изобретения Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором, по авт. св, К.1700720, о т л и ч а,о щ е е с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного нэпрякения инверторэ, задающий генератор с двумя выходами соответственно коротких и длинных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных задатчикэ скорости вращения, преобразователя напряжение - частота и делителя частоты с двумя выходамл взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов, формирователя коротких импульсов, подключенного входом к первому выходу делителя частоты, фоомирователя длинных импульсов, йодключенного входом к второму выходу делителя частоты, и трлггера, подключенного входом установки единицы к вь,ходу формирователя коротких имгульсов, входом установки нуля - к выходу формирователя длинных импульсов, при этом выход формирователя коротких импульсов использован как выход коротких импульсов зада:ощего генератора, а выход триггера - как выход дллнных импульсов задающего генератора,Фсг. 5 30 35 50 Составитель,М,ЯрославцевТехред М,Моргентал Корректор М.Максимишинец Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3557 Тирак Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5