Устройство для управления автономным инвертором

ЕЛЬСТВУ ческий инс 2 Я ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 995258, кл. Н 02 Р 13/18, 1983,Авторское свидетельство СССРМ 1282290, кл. Н 02 М 7/48, 1987,Авторское свидетельство СССРйв 830631, кл, Н 02 Р 13/18, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ(57) Устройство для управления инвертором содержит блок 1 управления, генератор 2 тактовых импульсов, элементы 3, умножитель 4, счетчик 5 периода несущей частоты, кольцевой счетчик 6, шифратор 7, постоянное запоминающее устройство 8, умножитель 9, блок 10 местного управления, широтно-импул ьсн ые формирователи 11- 13, формирователи 14-15 управляющих импульсов, инвертор 17, двигатель 18, выходной регистр 19, блок 20 сравнения кодов, блок 21 реверса, триггер 22, генератор 3 импульсов, О-триггер 24, элемент И 25, счетчик 26, блок 27 памяти, 5 ил,5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах переменного тока с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения инвертора.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства управления автономными инвертором,На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для управления автономным инвертором; на фиг, 2 - схема инвертора; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления; на фиг. 4 - схема умножителя; на фиг. 5 - диаграммы импульсов управления и напряжений. Устройство содержит блок управления 1, генератор 2 тактовых импульсов, первый элемент ИЗ, первый умнокитель 4, счетчик 5 периода несущей частоты, кольцевой счетчик б, шифратор 7, первое постоянное запоминающее устройство 8, второй умножитель 9, блок 10 местного управления, широтно-импульсные формирователи 11-13, формирователи 14-16 управляющих импульсов, инвертор 17, асинхронный электродвигатель 18,Выход генератора 2 соединен через элемент ИЗ с синхронизирующим входом умножителя 4, выход которого через счетчик 5 подключен к тактирующему входу кольцевого счетчика б,Каждый из широтно-импульсных формирователей 11-13 состоит из входного регистра 19, блока 20 сравнения кодов, блока 21 реверса и триггера 22, выходы которого подключены через соответствующий формирователь 14-16 к управляющим входам инвертора 17, Установочные входы триггера 22 подключены к двум выходам блока 21 реверса, два тактирующих входа которого подключены соответственно к выходу блока 20 сравнения кодов и к выходу переполнения счетчика 5. Управляющий вход блока 21 реверса соединен с информационным выхо.дом кольцевого счетчика б, Информационные входы блока 20 сравнения кодов подключены соответственно к,выходам счетчика 5 периода несущей частоты и входного регистра 19, Блок 10 местного управления содержит генератор 23 импульсов, второй триггер 24, выход которого подключен к второму входу второго элемента И 25, соединенного первым входом с выходом генераторэ 23, а выходом через счетчик 26 с адресными входами второго постоянного запоминающего устройства 27, выход "окончания цикла" которого подключен к входам установки в нуль второго триггера 24 и счетчика 26, выход "кода смещения" эдреса угла модуляции для фаз инвертора" запоминающего устройства 27 подключен к входу выборки значения угла модуляции для соответствующей фазы первого постоянного запоминающего устройства 8, выход данных которого подключен к первому информационному входу второго умножителя 9. Вход управления умножителя 9 соединен с тактовым выходом всех фаз запоминающего устройства 27, тактовые выходы соответствующей фазы которого соединены с синхронизирующими входами соответствующих входных регистров 19 широтно-импульсных формирователей 11-13. Информационные входы регистров 19 подключены к выходу умножителя 9, Тактирующий вход триггера 24 подключен к выходу переполнения счетчика 5,В свою очередь блок 1 управления (фиг, 3), реализованный в виде стандартного магистрального параллельного интерфейса включает в себя последовательно соединенные шинные формирователи 28, селектор адреса 29, регистр адреса 30, дешифратор 31 строба записи, три выхода которого подключены соответственно к синхронизирующим входам регистров задания частоты 32 и амплитуды напряжения 33 инвертора и регистра состояния 34, формирователь 35 синхроимпульса. Интерфейс содержит 16-разрядную совмещенную мультиплексную шину данных адреса ДА,Передача данных или адреса сопровождается управляющими сигналами, формируемых на линиях магистрали; ВУ (признак внешних устройств), подключенной к второму входу селектора адреса 29; СИА(признак адреса), подсоединенной к тактирующему входу регистра 30; Вывод (признак записи информации), подключенной к входу формирователя 35 и второму входу дешифратора 31; Байт (признак байтовой операции), соединенной с третьим входом дешифратора 31. Выход формирователя 35 соединен с линией СИП (синхроимпульс пассивного устройства) магистрали. линии ДА который подключены к формирователям 28, Установочные входы регистров 32-34 подключены к линии сброс.Умножитель 9 (фиг. 4) содержит входные регистры 36, 37, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам матричного умножителя 38, соединенного выходами через сумматор (вычитатель) 39, выходной регистр 40 и буферный тристабильный каскад 41 к двунаправленной выходной шине, э также последовательно соединенные элемент ИЛИ 42 и схему управления 43. Выход регистра 40 подключен к второму информационному входу сумматора 39, установочный вход регистра 40 подключен через буферный каскад 41 к двухнаправленной шине, линии которой подключены совместно с входами регистра 37 к шине данных запоминающего устрой ства 8, знаковый разряд которой подключен к входу "суммирование (вычитание)" схемы управления 43, Синхронизирующие входы регистров 36, 37 совместно с входами элемента ИЛИ 42 подключены к двум линиям 10 тактирующей шины запоминающего устройства 27, остальные линии которой подключены к двум входам регистра 40 икаскада 41, Два первых выхода схемы 43 подключены к входам матричного умножи теля 38. а два вторых к сумматору 39,Устройство (фиг. 1) работает следующим образом, Блок управления 1, реализованный в виде интерфейсного блока (фиг. 3), 20 осуществляет прием данных от управляющей микроЭВМ и фиксирует коды задания выходной частоты и амплитуды напряжения инвертора соответственно в первом и втором регистрах 32, 33 данных, Признаки 25 "Пуск" и пНаправление движения" запоминаются в регистре состояния 34.При выполнении цикла Вывод данные передаются от активного устройства (цент рального процессора микроЭВМ) к пассивному (блоку 1).Порядок выполнения операций следующий:ЦП выставляет на линии ДА (0015) 35 адрес, вырабатывает сигнал ВУ, если адрес находится в диапазоне 160000-177777;после установления адреса активное устройство вырабатывает сигнал СИА, предназначенный для фиксации адреса; 40пассивное устройство с помощью селектора адреса 29 дешифрирует адрес и по переднему фронту СИА фиксирует его в регистре адреса 30;активное устройство заканчивает ад ресную часть цикла и снимает с линий ДА адрес, освобождает их для передачи данных, снимает ВУ и, если пересылает слово, снимает сигнал Байт;ЦП помещает на линии ДА данные, со провождая их сигналом Вывод;пассивное устройство по переднему фронту сигнала Вывод с помощью дешифратора строба записи 31 формирует сигнал записи информации в соответствующий ре гистр 32, 33, 34;на выходе формирователя 35 выставляется синхроимпульс пассивного устройства СИП, информирующий процессор о том. что данные приняты; ЦП, приняв сигнал СИП, переходи) в завершающую часть цикла Вывод снимая сигналы Вывод. Байт и данные с линии ДА;пассивное устройство по заднему фронту сигнала Вывод снимает сигнал СИП, завершая операцию приема данных;затем ЦП снимает сигнал СИА, завершая цикл Вывод.Подобное решение блока управления позволяет осуществлять регулирование скорости асинхронного двигателя как в разомкнутых, так и в замкнутых микропроцессорных системах управления,Сигнал, разрешающий прохождение импульсов тактового генератора 2 через схему совпадения 3 на счетный вход умно- жителя 4 и работу блока 10 местного управления, поступает с разряда "Пуск" регистра состояния блока 1 управления. Код задания выходной частоты инвертора 17 поступает на управляющие входы умножителя 4 (программируемого счетчика). На выходе умно- жителя 4 формируется последовательность импульсов, частота которых пропорциональна коду задания выходной частоты инвертора, При этом с помощью счетчика 5 периода несущей частоты создается опорный интервал, на котором определяется фаза момента переключения ключей, входящих в фазу инвертора, а с помощью кольцевого счетчика 6 задается соотношение между несущей и выходной частотамиинвертора,Фазы моментов переключения работы ключей анодной группы на ключи катодной группы или наоборот для фаз А, В, С на 1 с-том интервале несущей частоты определяются следующим образом: 1+еп 1 -Вдк = - Ц(2 К - 1)+(-1) и хи )х О в 1 п (1 - 1) в Л1+еп -1ОВк = - Г(2 К - 1) +(-1) и хпх О в 1 п 1 х - 1) --- );1- л1+еп -Оск = - 1(2 1 с - 1) + ( - 1) " хи 1г 2 л 2 лх О вв ( - 1) - В - ) ;и 3.1где еп 1 - целочисленное значение; 1 = 2 п) - количество переходов через максимум кривых выходных напряжений на периоде 2 л выходной частоты инвертора: и) .= 3м количество фаз преобразователя; п = .со 1810973отношение между несущей о) и выходнойЙ частотами инвертора; О = 0 - : 1 - относительное значение амплитуды выходного напряжения; М Ф 1. 2, 3,. - номер интерваланесущей частоты,На интервалах, соответствующих четным значениям еп 1 1 - = О, 2, 4 в моментпереключения происходит переход работына ключи Ч 2 - Ч 6 анодной группы, а нечетным значениям епт 1 -- ключи Ч 1 - Ч 5икатодной группы (фиг. 2),Длительность работы ключа аноднойгруппы инвертора в фазе А на 1-том интервале несущей частоты пропорциональна кодуй МЙ 1 А = - (1 + 0 зи фдк) = - ф Айдан,2 2где Й - число возможных состояний счетчикапериода несущей частоты; фд = ф - 1) 2 л/и - .угол модуляции на К-том периоде несущейй - 2 лчастоты; ЛБАМИ = - О 3 и (К - 1) - =йц й2. ихзи фдк приращение длительности работыключа, выраженное в количестве импульсов, йц - код, пропорциональный амплитуде нап ряжения; й зи фдк - код,пропорциональный модулюзи фд ,При этом знак приращения Айда опреЭделяет операциюсуммирования или вычитания,Модуляция длительности работы ключей в фазах В и С осуществляется аналогично. При этом углы явь фс по отношению кфазе А имеют сдвиг - 2 л/3 и 2 д/3.Формирование кода. соответствующегофазе момента переключения ключей на периоде несущей частоты, осуществляетсяследующим образом. При переполнениисчетчика 5 на его выходе формируется импульс "Начало периода", по которому осуществляется переход кольцевого счетчика 6в новое состояние, Одновременно триггер24 блока местного управления переходит вединичное состояние, разрешая прохождение импульсов генератора 23 на вход счетчика 26. На выходах запоминающегоустройства 27 формируется последовательность сигналов, соответствующая циклу модуляции напряжения на периоде несущейчастоты. Каждый цикл состоит из трех подциклов, На первом иэ них осуществляетсяследующие операции:- выдача адреса и сигнала разрешенияна вывод информации с блока 27 на блок 8;- загрузка числа Й/2 из запоминающегоустройства 8 в выходной регистр 40(регистрпроизведения) блока умножения 9 (фиг, 4);- изменение кода адреса, поступающего с блока 27 на три младших разряда запоминающего устройства 8, на единицу;- формирование стробирующих сигна 5 лов на запись чисел й зи фд с блока 8 и й, с регистра данных блока 1 во входные регистры блока 9;- формирование управляющих сигналовдля осуществления умножения с суммиро 10 йванием или вычитанием - й Йц й зи фдк2- съем сигнала разрешения на выводинформации из блока 8 и выдача разрешающего сигнала на выдачу данных с блока 9;15 - формирование стробирующего сигнала для передачи результата с блока 9 навходной регистр 19 широтно-импульсногопреобразователя 11Основное различие второго и третьего20 подциклов связано с выборкой чисел й/2,й зпав и й/2, й зи як из памяти блока 8со смещением адресов соответственно на 2 ина 4 по отношению к первому. При этом стробна запись результата формируется соответст 25,венно на входные регистры 19 блоков 12 и 13.Числа й зи явь й зправь й зпфс пропорциональны модулю синуса угла модуляции в соответствующей фазе, а их знак. определяется дополнительным разрядом30 данных ПЗУ 8, который управляет операцией накопления с суммированием или вычитанием блока 9.В конце цикла на выходе блока 27 формируется сигнал, устанавливающий триггер35 и счетчик 26 блока местного управления висходное состояние,Таким образом, информация, необходимая для модуляции напряжений на периоденесущей частоты, размещается в шести по 40 следовательных ячейках, определяющих одну область памяти блока 8. Число данныхобластей равно соотношению между несущей и основной частотами инвертора,При изменении номера периода несу 45 щей частоты происходит переход на другуюобласть памяти. Это достигается за счет изменения кода адреса, поступающего настаршие адресные коды ПЗУ 8. Код адресаформируется шифратором 7, представляю 50 щим собой преобразователь десятичногокода кольцевого счетчика 6 в двоичный код,Преобразование кода, зафиксированного регистром.19, в широтно-импульсныйсигнал происходит следующим образом, С55 помощью счетчика 5 осуществляется временная развертка кода соответствующегопериоду несущей частоты. В момент равенства его кода и кода, зафиксированного врегистре 19 на выходе блока 20, осуществляющего поразрядное сравнение кодов, вырабатывается сигнал "Равно". Порядок прохождения сигналов Начало периода" и"Равно" на входы триггера 22 определяетсяблоком 21 реверса в зависимости от сигналов с кольцевого счетчика 6. В соответствиис законом модуляции (фиг, 5) первоначальный выбор работающего ключа в фазе инвертора осуществляется по сигналу "Началопериода", а переключение на ключ другойгруппы - по сигналу "Равно",Сигналы с выхода триггера 22 широтно-импульсных формирователей 11, 12, 13поступают на соответствующие формирователи 14-16 управляющих импульсов, каждый иэ которых формирует импульсыуправления ключами одной фазы инвертора. С помощью формирователей 14-16 осуществляется также гальваническаяразвязка между цепями управления и силовой частью инвертора.Импульсы управления (фиг, 5) ключамианодной группы Ч 2-Чб (фиг. 2) дополняютимпульсы управления ключами катоднойгруппы Ч 1-Ч 5 до периода несущей частоты,соответствующие им диаграммы напряжений Од, Ов, Ос на фазах асинхронного двигателя 18 при соединении обмотокдвигателя обмоток двигателя в звезду пока-.заны ниже.Таким образом, при работе инвертора сширотно-импульсной модуляцией ключианодной и катодной группы многократно переключаются на периоде выходной частотыинвертора. Частота переключений определяется несущей частотой, а средние значения напряжений - соотношениемдлительности включения вентилей аноднойи катодной групп.Бесконтактный реверс двигателя осу-.ществляется изменением чередования фазинвертора по сигналу "Направление движения" с выхода регистра состояния блока 1,В зависимости от его уровня кольцевойсчетчик босуществляет сдвиг ",1" вправо иливлево. При этом состояние выходов кольцевого счетчика 6 определяет прямой или обратный порядок работы шифратора 7 иблоков 21 реверса широтно-импульсныхформирователей 11-13.Формула изобретенияУстройство для управления автономным инвертором, содержащее блок управления, генератор. тактовых импульсов,счетчик периода несущей частоты, выход которого подключен к тактирующему входукольцевого счетчика, широтно-импульсныеформирователи по числу фаз инвертора,каждый иэ которых состоит из входного регистра, блока сравнения кодов, блока ревер са и триггера, выходы которого предназначены для подключения через соответствующий формирователь управляющих импульсов к инвертору, а установочные входы - к двум выходам блока реверса, два тактирующих входа которого подключены соответственно к выходу блока сравнения кодов и к выходу переполнения счетчика периода несущей частоты, а управляющий 10 вход - к информационному выходу кольцевого счетчика, информационные входы блока сравнения кодов подключены соответственно к выходам счетчика периода несущей частоты и входного регистра, о т лича ющее с я тем, что, с целью расшида несущей частоты, шифратор, первое постоянное запоминающее устройство. запрограммированное в соответствии с синусоидальным законом модуляции для каж 25 дой фазы инвертора, второй умножитель блок местного управления, содержащий генератор импульсов, подключенный к первому входу второго элемента И, второй вход котороГо соединен с выходом второго триггера, а выход через счетчик подключен к 30 адресным входам второго постоянного запоминающего устройства, выход "Окончание цикла" которого соединен с входами установки в нуль второго триггера и счетчика, второй выход "Код смещения адреса значения угла модуляции для фаз инвертора" - к входу выборки значения угла модуляции для соответствующей фазы первого постоянного,запоминающего устройства, выход 40 данных которого подключен к первому информационному входу второго умножителя, соединенного .входом управления с тактовым выходом всех фаз второго постоянного запоминающего устройства, запрограмми 45 рованного в соответствии с циклом работы умножителя, тактовые выходы соответствующей фазы которОго соединены с синхронизирующими входами соответствующих входных регистров широтно-импульсных формирователей, информационные входы 50 входных регистров подключены к выходу второго умножителя, вход выборки тактового интервала первого постоянного запоминающего устройства подключен через 55 шифратор к информационному выходу кольцевого счетчика, блок управления содержит два регистра данных и регистр состояния, выход первого иэ регистров данных подключен к второму информационному входу второго умножителя, а второго - к упоавля.рения функциональных возможностей, в устройство введены последовательно соединенные первый элемент И и первый умножитель, выход которого подключен к 20 синхронизирующему входу счетчика перио 11 1810973ющему входу первого умножителя, один из разрядов регистра состояния соединен с входом реверса кольцевого счетчика, а второй - с первым входом первого элемента И и информационным входом второго триггера блока местного управления, тактирующий вход которого подключен к выходу переполнения счетчика периода несущей частоты, второй вход первого элемента И подключен к вы ходу генератора тактовых импульсов,1.810973 едактор Т.Иван орректор М,Самборская роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 з 1450 ВНИИПИ Госуд Составитель В,ИваноТехред М,Моргентал Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 45