Устройство для управления инвертором напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН131920 Н 02 М 7 САНИ БРЕТЕНИЯ ЛЬСТВУ атоал инт инвертора выходнои с ра 2, пропорциональн этого напряжения от ыи отклонениюноминальной велотивоположный У 23лектротехничесчины, имеет знак наку сигнал пов повышении е полярност амплитуды пр питания. Это 8,8) яьлшяоЫ егег Рго р. 1279- сяцкий 10. широтно- Энерги а 1 рц 1 яес. - 1 ЕЕ, 1285.М. Тирис- импулься, 1968,льном ия задающ ного сину В результате первая гармоника выходного напряжения инвертора не изменяется, несмотря на изменения напряжения питания. Таким образом, обеспечивается линеаризация регулировочнойхарактеристики инвертора. Для повышения качества выходного напряжениявеличину сигнала задания амплитудыустанавливают больше некоторого значения, соответствующего глубине модуляции, равной единице при номинальном входном напряжении инвертора,при этом величина выходного напряжения функционального преобразователя3 резко увеличивается. Линейностьрегулировочной характеристики в этомрежиме сохраняется. 7 ил,НВЕР(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть е спол ьсн а отои. ышени модул Целью качес ризац лин еристого напряжения овочной характ устройства. Пр я питания на в ва выхо я регулиупрощение напряжени еи иении од ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Новосибирский экий институт(56) Вогез Б.К. БеатчЫгЬ-шос 1 п 1 а 1 ей гл1975, ч. 122, Ф 11,Сандлер А,С Гуторные инверторы сной модуляцией. - М зовано для управления и апряжения с широтно-имп цией и регулируемой час изобретения является по адания амплитуды пр яжения питания, и ту что и сигнал задани уменьшении напряженияриводит к пропорциоению выходного напряо генератора 4 трехидального напряжения.1 131Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления инверторами. напряжения с регулируемым широтно-импульсным способом значением выходного напряжения и регулируемой частотой, используемых,в частности,в частотном электроприводе.Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения, линеаризация регулировочной характеристики и упрощение устройства.На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства для управления одной фазой инвертора; на фиг. 2 - схема одной Фазы инвертора; на фиг. 3 структура блока распределения импульсов; на фиг, 4 - кривые зависимости выходного напряжения функционального преобразователя и первой гармоники выходного напряжения инвертора от входного напряжения функционального преобразователя (в относительных единицах); на Фиг. 5 - эпюры напряжений, поясняющие принцип работы устройства в режиме неполной модуляции; на фиг. 6 - эпюры напряжений в режиме перемодуляции; на фиг. 7 - функциональный преобразователь.Устройство для управления одной фазой инвертора (фиг. 1) содержит сумматор 1, один вход которого является входом задания амплитуды выходного напряжения, второй вход соединен с выходом интегратора 2,на вход которого подается напряжение питания инвертора; функциональный преобразователь 3, вход которого соединен с выходом сумматора 1, а выход - с входом задающего генератора 4 трехфазного синусоидального напряжения, соответствующий выход которого соединен с одним из входов блока 5, запоминания данной фазы, второй вход которого соединен с выходом формируемых в моменты максимумов треугольного напряжения коротких импульсов генератора 6 треугольного напряжения, вход которого является входом задания частоты, а выход треугольного напряжения связан с одним из входов широтно-импульсного модулятора 7, второй вход модулятора соединен с выходом блока 5 запоминания; блок 8 распределения импульсов, одна пара входов которого подключена к выходам, модулятора 7, а другая пара входов - к выходам дат 9207 2 35 40 45 50 5 10 15 20 25 30 чика 9 направления тока, на который подается ток нагрузки инвертора.Одна Фаза инвертора (Фиг. 2) содержит вентильный полумост на основных тиристорах 10 и 11 и обратных диодах 12 и 13, узел 14 искусственной коммутации, фазу нагрузки 15, последовательно с которой включен датчик 16 тока нагрузки; датчик 17 напряжения питания инвертора, выходы датчиков 16 и 17 связаны с входами датчика 9 и интегратора 2 соответственно, а управляющие входы основных тиристоров 10 и 11 и узла 14 искусственной коммутации соединены с соответствующими выходами блока распределения импульсов. Блок распределения импульсов (фиг. 3) состоит из двух элементов И 18 и 19, первые входы которых соединены с выходами модулятора, а вторые входы - с выходами датчика направления тока. Прямые выходы элементов И соединены с управляющими электродами основных тиристоров непосредственно, а инверсные с управляющими входами узла 14 - через дифференцирующие конденсаторы 20 и 21. Задающий генератор трехфазного синусоидального напряжения имеет нерегулируемую частоту и регулируемую амплитуду. Такой генератор может быть выполнен, например, на базе. автогенератора с КС-связями и множительнымиустройствами на выходе для регулирования амплитуды выходного напряженияв функции напряжения задания. Однофазный генератор треугольного напряжения имеет постоянную амплитуду напряжения и регулируемую частоту. Подобный генератор получается при соединении в кольцо интегратора и релей-.ного элемента с симметричной двухпозиционной характеристикой (например, на основе триггера Шмидта)Причем его частота регулируется вверх и вниз относительно частоты задающего генератора синусоидального напряжения, разность этих частот определяет частоту и порядок следования фаз выходного напряжения инвертора.Блоки 1-4 и 6 являются общими для всех трех каналов устройства для управления трехфазным инвертором напряжения, на фиг. 1 изображен толькоодин канал для управления одной фазой инвертора.Фуцкииоцдльцьсй преобрдзоцдтель выполнен в виде диодцо-резистивцой цепи, в которой положение движков потенциоме гров 22 и величина сопротивлений резисторов 23-25 определяют соответствующие точки излома при кусочно-линейной аппроксимации зависимости .(фиг. 4), а величина сопротивлений резисторов 26-31, определяет угол наклона участков аппроксимации О указанной зависимости. Диоды 32-34 нелинейные элементы, изменяющие конфигурацию цепи в зависимости от величины напряжения задания. На операционном усилителе 35 выполнен сумми рующий усилитель, а на операционном усилителе 36 и резисторах 37-39инвертор,Работу устройства для управления20рассмотрим с помощью временных диаграмм напряжений и токов (фиг, 5), где а - напряжение одной фазы задающего генератора 4, - строб-сигналы первого выхода генератора 6, предназ наченные для управления ключом блока 5 запоминания. На короткое время действия строб-сигнала ключ замыкается и конденсатор блока запоминания заряжается до напряжения, равного напря- ЗО жению генератора 4 в этот момент, Таким образом, стробируя синусоиду, получаем ступенчато-аппроксимированное синусоидальное напряжение (фиг, 5 в), амплитуда которого равна амплитуде синусоиды генератора 4,а частота - разности частот синусоиды и стробирования, Это ступенчатое напряжение подается на один вход широтно-импульсного модулятора, на второй 4 О вход которого поступает напряжение треугольной формы (фиг. 5 в) с генератора 6. На двух выходах модулятора 7 получаются при этом две широтно-модулированные последовательности им пульсов (фиг. 5 г,д). Импульсное напряжение на нагрузке, соответствующее этим импульсам модулятора, имеет вид, изображенный на фиг. 5 е, где одновременно показана кривая тока при о предположении активно индуктивного характера нагрузки. От тока нагрузки в датчике 9 направления тока формируются два единичных сигнала (фиг.5 ж,з), соответствующие положительной и отрицательной полуволнам тока. Под действием первого единичного сигнала (фиг. 5 ж) селектируются импульсы " первого выхода модулятора (фиг, 5 г),в речу, и гите цоссуч;нптся имиульсьс ус -равлеция ( фиг. 5 исн.цс.ццьгтиристором 1 О фдчы ицверторд. По заднимфроцтдс этих импульсову соответствуюших момецтдм выключения основного тиристора 10, в блоке 8 путем диффереццировдция формируются (фиг. 5 к) короткие импульсы уцрдвлеция тиристоромтой части узда 14 искусственнойкоммутации, которая обеспечивает выключение основного тиристора 1 О. Аналогично под действием второго единичного сигнала ддтчикд 9 (фиг, 5 ч)селектируются импульсы второго выхода модулятора (фиг. 5 д), в результате получдются импульсы (фиг. 5 л) управления вторым основным тиристором11 фазы инвертора. По заданным фронтам этих импульсов, соответствующихмоментам выключения основного тиристора 11,в блоке 8 формируются(фиг, 5 м) короткие импульсы управления тиристором той части узла 14 искусственной коммутации, которая обеспечивает выключение основного тиристора 11. Регулирование величины первой гармоники выходного напряжения инвертора осуществляется сигналом задания амплитуды Б, который через сумматор 1 и функциональный преобразователь 3 задает амплитуду выходного напряжения генератора 4 (фиг.5 а), а значит и амплитуду ступенчато-аппроксимированной синусоиды (фиг. 5 в), поступающей на модулятор 7. Этим самым регулируется ее относительная (по отношению к нерегулируемой амплитуде пилообразного напряжения генератора 6) величина, т.е, изменяется глубина модуляции, а значит и величина первой гармоники выходного напряжения инвертора. Последняя зависит и от величины среднего значения напряжения питания инвертора. Если это напряжение равно номинальной величине, то сигнал на второй вход сумматора 1 от интегратора 2, следующего за средним значением напряжения питания инвертора, не поступает. При повьппении напряжения питания на выходе инвертора выходной сигнал интегратора 2, пропорциональный приросту этого напряжения над номинальной величиной, имеет знак, противоположный сигналу задания У на втором входе сумматора, что приводит к пропорциональному уменьшению вьгходного напряжения гене5 13192 ратора 4, а значит и глубины модуляции, В результате первая гармоникавыходного напряжения инвертора не увеличивается несмотря на увеличениенапряжения питания. При уменьшении напряжения питания инвертора выходнои сигнал интегратора 2 имеет уже инуюполярность и через сумматор 1 воздействует в направлении увеличения глубины модуляции, что не позволяет пер вой гармонике выходного напряженияинвертора уменьшиться в этой ситуации. Таким образом, обеспечиваетсялинеаризация регулировочной характевыходного напряжения инвертора от колебаний его напряжейия питания. Функциональный преобразователь 3 при этом 1ведет себя как пропорциональное звено, пока величина сигнала задания Бне превышает некоторой величины Б(фиг.4), соответствует глубине моду 20 ляции, равной единице при номинальном входном напряжении инвертора.Частота выходного напряжения инвертора регулируется сигналом задания частоты, воздействующим на частоту треугольного напряжения генератора 6. При ее изменении меняется ичастота строб-импульсов (фиг. 5 б),30 а значит и частота ступенчато-аппроксимированной синусоиды (фиг. 5 в) на входе модулятора 7, При линейной зависимости частоты генератора 6 от напряжения на его входе выходная час ристики инвертора, т.е. независимость 15 О 7 6увеличивается (фиг. 4, кривая У, ),а значит также увеличивается и амплитуда синусоиды генератора 4 дотакой величины, чтобы сохраниласьлинейная зависимость первой гармоники выходного напряжения инвертораот напряжения Б (фиг. 4, кривая Б).Возникает режим перемодуляции, эпюры напряжений для этого режима показаны на фиг. 6, причем разверткиа-м последней идентичны соответствующим разверткам а-м фиг. 5,Для обеспечения и в этом режимелинейной регулировочной характеристики (зависимости величины первойгармоники выходного напряжения от напряжения Б) характеристика функционального преобразователя при У 7 Б(фиг, 4) должна определяться следующим образом,Сначала находим зависимость первой гармоники выходного напряженияинвертора Б(,1 (при допущении бесконечной большой кратности частотыкоммутации и выходной частоты) от величины перемодуляции, численно Равной относительной величине выходногонапряжения Уфункционального преобразователя4 1Б= = з 1 п(агссоз )+1 -40 50 55 тота инвертора также является линейной функцией сигнала задания.1 Импульсы управления тиристорамиузла 14 искусственной коммутации инвертора разделены не менее, чем полупериодом треугольного напряжения генератора 6, независимо от глубинымодуляции частоты выходного напряжения инвертора (фиг. 5 к,м). Это означает, что в предлагаемом устройстве нет ограничений на глубину модуляции, присущих известным системам,что позволяет увеличить выход первой гармоники в напряжении инвертора и этим самым повысить использование напряжения источника питания инвертора вплоть до теоретически предельно возможного.Для достижения этого напряжение задания амплитуды П устанавливается больше, чем Б (фиг.4). При этом величина выходного напряжения функционального преобразователя 3 резко Если потребовать линейной зависимости У(,1 от напряжения Б, то в этой формуле вместо У(1 надо подставить напряжение У. Кривая Бф, связи напряжения Б, являющегося входным напряжением функционального преобразователя (при номинальном напряжении на входе инвертора), с выходным напряжением функционального преобразователя построена на фиг, 4.В предельном случае, т.е. при Б =.4- 1 27 выходное напряжение одноЭ фазного инвертора становится прямоугольным, а трехфазного инверторапрямоугольно-ступенчатым (фиг. 6 н).,Первая гармоника выходного напряженияинвертора при этом увеличиваетсятакже в 1,27 раза по сравнению сослучаем полной модуляции (при Б =1).Практически уже при глубине модуляции равной трем, что соответствует0=1,215, выход первой гармоники бли7 13 зок к прсце иному отличается на 0,055 от прецельного значения 1,27).Таким образом, введение функционального преобразоватепя 3 и блока 8 распределения импульсов 8, управляемого указанным образом от датчика 9 направления тока, позволяет увеличить глубину модуляции, а значит и величину первой гармоники выходного напряжения и этим улучшить качество выходного напряжения и обеспечить практически полное использование напряжения источника питания инвертора. Добавление в систему управления сумматора 1 и интегратора 2 линеаризует регулировочную характеристику и в режиме нормальной модуляции, и в режиме перемодуляции. Выполнение задающего генератора высокочастотным нерегулируемым по частоте существенно упрощает систему управления, упрощается и блок логики за счет исключения из него элементов задержки на время коммутации. Дополнительные преимущества предлагаемой системы управления связаны с уменьшением в цва раза частоты следования импульсов управления узлом 14 (фиг. 5 к,м), что снижает в два раза частоту коммутации в инверторе, а значит уменьшает потери активной мощности на коммутацию, что повышает КПД. Формула изобретения,устройство для управления инвертором напряжения, содержащее общие для всех фаз задающий генератор трехфазного синусоидального напряжения, генератор треугольного напряжения с входом задания частоты, выходы задающего генератора трехфазного синусоидального напряжения соединены с первыми входами блоков запоминания для соответствующих фаз, к вторым входам которых подключен выход формируемых в моменты максимумов треугольного напряжения коротких импульсов генератора треугольного напряжения, выход блока запоминания в каждой фазе 9207 Я подключен к первому входу широтноимпульсного модулятора, второй входкоторого соединен с вьходом треугольного напряжения генератора треугольного напряжения, и распределительимпульсов в кадй фазе,ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения качества выходного напряжения, линеаризации регулировочной ха 10 рактеристики и упрощения устройства,оно снабжено последовательно соединенными интегратором, сумматором ифункциональным преобразователем, укоторого15 Б, =08, при Б- (П = = яп(агссоя )+1 -р Цв,.2- = агссояЙ Бвнх20: я 1 п (2 агссоя ), при 3 Бврчгде Б, - выходное напряжение функционапьного преобразователя;25 Б - сигнал задания амплитуды;П, - величина П, соответствую -щая глубине модуляции, равной единице при номинальном входном напряжении 30 инверторавход интегратора соединен с выходом датчика напряжения питания инвертора, второй вход сумматора является входом задания амплитуды выходного напряжения инвертора, а выход функционального преобразователя соединен с входом задающего генератора трехфазного синусоидального напряжения, задающий генератор трехфазного синусоидального 40 напряжения выполнен высокочастотнымс регулируемой амплитудой выходного напряжения, а блок распределения импульсов содержит два элемента И, первые входы которых соединены с прямым 45 и инверсным выходами широтно-импульсного модулятора, вторые входы подключены к выходу датчика направления тока нагрузки, выходы элементов И предназначены для подключения к вентилям 50 инвертора, прямые - непосредственно,а инвертирующие - через дифференцирующие конденсаторы.д, ул. Проектная, 4 Произ твенно-полиграфическое предприятие, г. Уж Тираж ббО ИИПИ Государств по делам изобр 035, Москва, Ж нноготений35, Ра Подписное омитета СССР открытий ушская наб., д. 4/