Устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью

72) Автор Михальский, В.П. Нордаи З,НЧехет зобретени я ститут электродинамики АН Украинской,:бСР"ю,щ а 7) ЗаявителДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ .ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИС НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬ тного устройамонический едостатком из вляется плохо в Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении непосредственных пра. образователей частоты, предназначенных, например, для частотного управления.электроприводами и для автономных систем электроснабжения.Известно устройство для управления непосредственным преобразовате 1 лем частота (НПЧ), осуществляющее циклический алгоритм работы ключей переменного тока1и2и состоящее из генератора импульсов регулируемой. частоты, выход которого соеди нен с распределителями импульсов, выходы которого поступают на логический блок Формирования импульсов управления силовой частью преобразователя. 2Недостатком этого устройства является неудовлетворительный гармонический состав кривой выходного напряжения. 2Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления НПЧ, содержащее регулируемый по частоте задающий генератор, формирующий. импульсы с частотой в 6 раз больше частоты управления преобразователем, распределитель импульсов в виде двух кольцевых счетчиков, осуществляющих- каждый формирование трех последовательностей импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 121 эл.град. Указанные последовательности импульсов, сдвинуты друг относительно друга на 181 эл.град. Выходы кольцевых счетчиков соединены с выходным формирователем импульсов, который фор- мирует импульсы длительностью120 эл.град. Для управления ключей переменного тока силовых фаз преобразовэтеля 1.3 99722 став выходного напряжения преобразователя.Цель изобретения - улучшение гармонического состава кривой выходного напряжения НПЧ.5Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем частоты с непосредственной связью, построенным по треХ- фазной мостовой или нулевой схеме 1 о на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, содержащее задающий генератор и последовательно соединенные распределитель импульсов и выходной формирователь 15 импульсов, снабжено дополнительно высокочастотным генератором, первым делителем, включенным между выходом задающего генератора и входом распределителя импульсов, вторым делителем с коэффициентом деления на единицу больше коэффициента деления первого делителя, третьим делителем с управляемым коэффициентом деления, счетчиком, регистром и триггером, причем выход первого делителя под-. ключен к входу установки нуля счетчика, входу управления записи регистра и входу синхронизации третьего делителя, выход высокочастотного гене- зо ратора подсоединен к счетным входам второго и третьего делителей, выход второго делителя подсоединен к счетному входу счетчика, разрядные выходы счетчика подсоединены к входам запи 35 си регистра, выход регистра подсоединен к управляющему входу третьего делителя, выход третьего делителя соединен с единичным входом триггера, нулевой вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а оба выхода - к выходному Формирователю импульсов.На фиг. 1 представлена силовая схема НПЧ мостового типа на полностью45 управляемых ключах с двухсторонней про водимостью; на фиг. 2 - блок-схема системы управления НПЧ; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие работу системы управления; на фиг.5 -5 О пример выполнения выходного формирователя импульсов.НПЧ (фиг. 1) содержит ключи 1-6, образующие мостовую схему преобразователя частоты, на вход которого подключены фазы А, В, С трехфазной питающей сети, а на выход - нагрузка 7,Устройство для управления НПЧ содержит задающий генератор 8, выраба 7 4тывающий на выходе 9 последовательность импульсов с регулируемой час-.тотой. Выход 9 задающего генераторасоединен с первым делителем частоты10 и нулевым входом 11 триггера 12.Выход 13 первого делителя 10 соединен с входом 14 распределителя импульсов 15, выходы которого соединены с выходньм Формирователем импульсов 16. Кроме того, выход 17 первогоделителя 10 подсоединен к входу установки нуля 17 счетчика 18, входууправления записи 19 регистра 20 ивходу синхронизации 21 третьего делителя 22. Выход 23 высокочастотногогенератора 24 соединен со счетнымивходами 25 и 26 второго 27 и третьего 22 делителей соответственно. Выход 28 второго делителя 27 соединенсо счетным входом 29 счетчика 18,разрядные выходы 30 которого подключены к входу записи 31 регистра 20.Выходы 32 регистра 20 соединены суправляющими входами 33 третьего делителя 22, который делит частотуимпульсов высокочастотного генератора 24. На выходе 34 третьего делителя 22 формируются импульсы с частотойвыс кочастотного генератора 24, деленной на число, определяемое двоичным кодом выхода 32 регистра 20, поступающие на единичный вход 35 триггера 12, прямой 36 и инверсный 37выходы которого соединены с формирователем 16, формирующим из выходных сигналов 38-43 распределителяимпульсов 15 последовательность сигналов управления 1-6 силовой частьюпреобразователя. На диаграммах О(фиг, 3) и О (фиг, 4) приведены формы кривых выходного напряжения преобразователя-прототипа О (без регулирования выходного напряжения)и предлагаемого О. На Фиг. 2 показаны выходы 44-49 формирователя 16,выполненного на элементах И-НЕ 50-67,Устройство работает следующим образом,Выходная частота задающего генератора 8 делится первым делителем 10на некоторое число К, которое определяет количество переключений ключей 1-6 преобразователя в течениеодного цикла алгоритма работы (выход 9 на фиг. 3). Импульсы на выходе13 первого делителя 10 определяютдлительность основных циклов формирования кривой выходного напряжения.Число таких циклов в течение периодауправления равно шести для мостовой схемы НПЧ. В прототипе в соответствии с порядком следования импульсов 38-43 после распределителя импульсов 15 и Формирователя 16 в течение промежутка й -С замкнутыми оказываются ключи 1 и 5, в результате чего на нагрузку 7 подключается напряжение фаз +АВ входной. сети. В течение времени й -с замкнуты ключи 1 и 6 и к нагрузке 7 подключается напряжение фаз -СА; в течение времени й- замкнуты ключи 2 и 6 и на нагрузке 7 действует напряжение фаз -ВС и т.д. В результате на нагрузке 7 формируется кривая выходного напряжения по эпюре О,.Формирование импульсов управления ключами 1-5 осуществляется следующим образом.Импульсы с выхода 23 высокоцастотного генератора 24 поступают на вход 25 второго делителя 27, коэФфициент деления которого равен К+1. На Фиг,4 коэффициейт деления первого делителя 10- равен К. Следовательно, коэффициент деления второго делителя 27 равен К+1 с 5. Импульсы на выходе 28 второго делителя 27 приведены на фиг. 4. С момента, определяемого импульсом установки нуля, поступающим с выхода 13 первого делителя 1 О на вход установки нуля 17 счетчика 18, импульсы с выхода 28 второго делителя 27 суммируются по счетному вхо ду 29 в счетчике 18 (диаграмма 30на фиг. 4).Видно, цто для данного коэффициента деления К+1=5 второго делителя 27 и данной частоты следования импульсов высокочастотного генератора 24 в счетчике 18 записывается число 8 за время длительности одного цикла. Далее код числа 8 по импульсу записи, поступающему на вход управления записью 19 регистра 20 с вйхода 13 первого делителя 10, записывается в регистр и запоминается в нем. С, выхода 32 регистра 20 код числа 8 поступает на управляющий вход 33 третьего делителя 22, устанавливая его коэффициент деления равным 8. Импульсы высокочастотного генератора 24 с выхода 23 поступают на счетный вход 26 третьего делителя 22 и делятся в нем на 8, На выходе 34 третьего делителя 22 Формируются импульсы, временное положение которых показано на фиг. Они поступают на единичный вход 35 триггера 12; на нулевой вход 11 этого триггера подаются импульсы по диаграмме 9 на фиг. 4. В результате навыходах 36 и 37 триггера 12 формируются импульсы, приведенные на диаграммах 36 и 37 (фиг. 4), длительности которых от импульса к импульсуубывают(диаграмма 36) или возрастают(диаграмма 37)1 О Под действием сигналов распределителя 15 .импульсы 36 и 37 подаютсяна Формирователь.Формирователь 16 формирует выходные сигналы 44-49 управления ключами 15 1-6 преобразователя (фиг. 1 и 4) изпоступающих на ее вход, импульсов(38-43 на Фиг. 3) распределителя 15и противофаэных сигналов 36 и 37 свыхода триггера 12 (Фиг. 2 и 4).26 На Фиг, 5 дан пример принципиальной схемы блока 16.Формирователь 16 работает следующим образом, Импульсы 38-43 и 36 и 37с помощью логических элементов и И-НЕ 50-61 образуют последовательности импульсов, удовлетворяющие логическим функциям: 38,36, 42.37,39 36, 43 37, 40.36, 41.37, 41.36,39.37, 42.36, 40.37, 43.36, 38.37, щ появляющиеся на выходах элементов50-61 соответственно. Далее эти сигналы поступают на входы логическихэлементов И-НЕ 62-67, на выходах ко- .торых образуют последовательностиимпульсов, соответствующие сигналамуправления 44-49 ключами преобразова-,теля. Причем эти сигналы удовлетворяют следующим логическим функциям:44 = 38.36 42 37; 45 = 39 36 43,37, ю 46 = 40.36.41.37, 47 = 41.36.39.37,48 = 4136.40.37, 49 = 43.36.38.37Таким образом, каждый из логических элементов И-НЕ 50-67 производит логическое умножение поступающихна его входы сигналов и инвертирование.Рассмотрим цикл йо-й . Здесь в течение всего промежутка й -й ключ 1остается замкнутым, а ключи 5 и 6попеременно замыкаются и размыкаются.Причем длительность замкнутого состояния ключа 5 от коммутации к ком-мутации уменьшается, а разомкнутогоувеличивается. Для ключа 6 наоборот:длительность замкнутого состоянияувеличивается, а разомкнутого уменьшается. При этом длительность замкнутого состояния одного из этих ключей (5 или 6) всегда оказывается равнойдлительности разомкнутого состояния другого (6 или 5). На нагрузку 7 прикладывается в результате указанного переключения попеременно то напряжение фаз +АВ, то -СА. В период следующего цикла Ф-й замкнутым оказывается ключ 6, а переключениеосуществляют ключи 1 и 2. К нагрузке 7 попеременно прикладываются напряжения фаз -СА и +ВС и т.д.В результате указанного закона управления,.осуществляемого данным устройством управления, на нагрузке 7 формируется кривая выходного напряжения НПЧ, приведенная на диаграмме 0 (фиг. 4).Таким образом, в течение каждого цикла-й,1, й -й и т.д. устройство управления обеспечивает на нагрузке 7 переключение напряжения двух соседних по порядку следования фаз по широтно-импульсному закону. В результате в кривой выходного напряжения амплитуды гармоник, ближайших к ос-новной, существенно (в 4-5 раз) уменьшается по сравнению с прототи,пом, что улучшает гармонический со-, став выходного напряжения, так как отфильтровать высокочастотные гармонические составляющие значительно проще, чем низкочастотные.Формула изобретенияУстройство для управления преобразователем частоты с непосредствен-, ной связью, построенным по трехфазной нулевой или мостовой схеме на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, содержащее задающий генератор и последовательно соединенные распределитель импульсови выходной формирователь импульсов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью улучшения гармонического состава кривой выходного напряженияпреобразователя, оно снабжено высокочастотным генератором, первым делителем, включенным между выходомзадающего генератора и входом распределителя импульсов, вторым делителем с коэффициентом деления на единицу больше коэффициента деления первого делителя, третьим делителем суправляемым коэффициентом деления,счетчиком, регистром и триггером,причем выход первого делителя подключен к входу установки нуля счетчика, входу управления записи регистра и входу синхронизации третьегоо делителя, выход высокочастотного генератора подсоединен к счетным входам второго и третьего делителей,выход второго делителя подсоединен ксчетному входу счетчика, разрядныевыходы счетчика подсоединены к входам записи регистра, выход регистраподсоединен к управляющему входутретьего делителя, выход третьегоделителя соединен с единичным входомтриггера, нулевой вход которого подсоединен к выходу задающего генератора, а оба выхода - к выходному формирователю импульсов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Мф 3493838,кл. 32117, 1976.2. Авторское свидетельство СССРпо зявке У 2926898/24-07,кл. Н 02 Р 13/16, 1980.40997227и. Составитель О. парфеноваТехред М.Костик Корректор С . Шекма Редактор К. Вол аказ 956 илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 685 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 3035, Москва, Н, Раушская