Способ цифрового управления непосредственным преобразователем частоты

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИлРЕСПУБЛИН ЯО 135 о 787 А 1 а 1 а Н 02 М 5/22 ОПИСАНО: НЭОБРЕТЕИЙЯК АВТОРСКОМУ СВМДЕтЖьСТчу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР М 995258, кл, Н 02 Р 13/18, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1007177, кп. Н 02 Р 13/30, 983,(5 ч) СПОСОБ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯНЕПОСРЕДСТВЕННЬ 1 М ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМЧАС ТОТБ(57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления непосредственным преобразователем частоты с сетевой коммутациейвентилей. Цель изобретения - улучше -ние формы выходного напряжения преобразователя и линеаризации его ре гулировочной характеристики - достигается за счет формирования ведущего сигнала по закону Ь=агсссв/(Ь;/ /2 зп(/2")/, где 1 - код, соответствующий углу открытия вентилей; Ь, - код управления амплитудой фазных групп вентилей; ш - разрядность кода Ь,; Х - разрядность кода 7, В устройстве распределитель выоабатывает коды 11 , И, 11 и сигналы разодельного управления тройками вентилей, В трехканальчом генераторе ведущих сигналов из первого элемента памяти извлекаются коды значений эталонной синусоидальной функции, соответствующие значениям кодов 7 д, 71 7 домножаются на код Ь и из второго элемента памяти извлекаются соответствующие коды К , 11, И . Они записываются в счетчик фаз, которые формируют импульсные последовательности для управления вентилями в выпрямительном и инверторном режимах.5 иле13ИзобретЕние относится к эгектротехнике, а именно к системам управлениянепосредственными пресбразоватечямичастоты с сетевой коммутацией Венттллей, и может быть использовано В ав.томатизированных электроводах с цифровым управлением, особенно тем,где требуется обеспечить работу часверхнизких и ползущих скоростях.Цел:ь изобретения - улучшение формы выходного напряжения преобразова-.теля и линеаризация регулировочнойхарактеристики.На фиг, 1 приведена диаграммаформирования выходного напряженияпреобразователя; на фиг, 2 " цифроВое устройство дЛя управления непосредственным преобразователем частоты, реализующее предлагаемьгй способ;на Лиг. 3 - схема силовой части преобразователя; на фиг, 4 - функциональная схема распрецелителя импуль;сов; на фиг, 5 - функциональная схема трехканального генератора ведущихсигналов,На фиг. 1 представлены: 11, - напряжение питающей сети.; П , 0. - Импульсы синхронизации, ,формируемые вточках естественной коммутации Вентилей Р Р - сигналы раздельногоф Гта кауправления анодными нли катоцньтмитройками фазы а распределителя;, 11 - сигналы с датчиков состояниятроек вентилей фазы а; г; - ступенча"тая функция эталонной Йункции синуса; 11,Р - Лазное напряжение на выходепреобразователя; 1 а - огибающая токана выходе фазы а преобразователя,Устройство управления (фиг 3) содержит блок 1 синхронизации. подключенный к блокам 2-4 счетчиков которые содержат счетчики 5-7 выпрямительных углов сткрытия анодных троек вентилей, счетчики 8-10 инверторных углов открытия анодных троек вентилей, счетчики 11-13 вьгпрямительных углов открытия катсдных троек вентилей и счетчики 14-1 б инверторных углов открытия катсдных троек вентилей, элемент ИЛИ 17, г,одключенный к генератору 18 тактовьгх импульсов, трехканальный генератор 19 веду щих сигналов, делитель 20 ч:астоты, связанный с делителем 21 частоты уп"- равляемый кодом, распределитель 22 импульсов, элементы НЕ 23, блок 24 логики, содержащий шесть идентичных каналов, каждый из которьгх содержит 507872пе;Вый и Второй эле.тенты И 25 и 2 би "темнит т 1 И 7/На фиг, 3 Обозначены: Рд , Р1 -т, ;. Р Р - импульсы раздень,Гного управления тройками вектилеи,ттГ - импульсы раздепьногоутравления группами вентилей:соотг -алтттсналичии токов В Вен"ильных тройках:исиг -таа: -Ь Ь Ас 5 тсналы Об ОтсутстВии ОКОВ В ВентильНЬХ тРОйКаХ, Ь,:,.Ь- КОД УПРаВЛЕния амплитудой выходного напряжения,а , ,а - код управления частотойВыходного напряжения.Силовая часть преобразователя,стиг, 2) содержит анодные 28 и катодные 29 тройки Вентилей, к Выходам70 которых подключены датчики 30 така.стункциональная схема распределитегтя представлена и фиг. тт и содержит счетчик 3:., первый и второй сумматсры 32 и 33 кодов и три элемента7 г, НЕ 34-3 б.Распределитель работает следующимобрезам, -аункцианальная сзема трехканального .; енерато;а ;9 Ведущих сигналовтфиг, 5) содержит т-и иден;ичных ка 0нала 37-39, каждьгй из которых включаЕт В СЕОЯ ПЕРВЬй и ВтаРОй ПостОЯННЫЕзамь кающие УстРойства 40 и 41 Вычит:ттш.,ий счетчик 42 триггер 3 элемент И 4 Й, линию А 5 задержки, первыйЭГ:,т,Второй регистры тб и ч 7 и сумматорт 8 кодов,Блок 1 синхронизации из трехфазного напряжения сети преобразует аве 4" гтротивоЛазные импульсные последовательности в точках естественного открытия вентилей Гс и Ц причем прямая зависимость импульсов синхронизации П, поступает на входы синхрсни- зации счетчиков 5.-10 Выпрямительныхинверторных углов анодных гроекВентилей, а постивофазная им зависимость импульсов синхронизации . пав ступает на входы синхронизации счет чиков 11-16 выпрямительных и инверторных углов катодных троек ВентиЛЕН, Па Каждому ИМГуПЪСу СИН.Сраииэат;ии в соответ:твующие счетчики записываются коды " Е , 1 с зкзивалентаные коду амплитуды с Выхсцного напряжения фаз преобразователя, На выходах счетчиков формируются нмпугьсные последовательности -для у;травпе -ния Вентилями в выпрямигельном оежи 13507871 О 20 25 30 40 50 ме Н (Ь,) сдвинутые относительноточек естественного открытия вентилей на угол ;эквивалентный кодуЬ, задаваемой амплитуды, и импульсные последовательности .1(Ь; ) дляуправления вентилями в инверторномрежиме, сдвинутые относигельно точекестественного открытия вентилей наугол ;эквивалентный инверсии када задаваемой амплитуды Ь;,С выходов счетчиков импульсь 1 поступают на первую группу входов блока логики,Кроме того, импульсы синхронизации Ь, 1 через элемент ИЛИ 17 поступают на вход автаподстрайки частоты генератора 18 тактовых импульсов и вход синхронизации трехканального генератора 19 ведущих сигналов, На выходе генератора 7 тактовых импульсов формируется импульсная последовательностькоторая поступает на вход делителя 20 частоты, на счетный вход делителя 21 частоты управляемого кодом, куда в моменты обнуления записывается код числа а эквивалентный частоте выходного напряжения преобразователя. С выхода делителя частоты управляемого кода импульсы поступают на вход распределителя 22, на выходах которого формируется шесть импульсных последовательностей Р Р-, Рь Рь Рс Рс раздельного управления тройками вентилей с длительностью импульсов Й и взаимным сдвигом на Т /3 по частоте выходного напряжения. Эти импульсные последовательности поступают на третью группу входов блока логики.Кроме того, на выходах раздельного управления группами вентилей фаз а, Ь и с распределителя формируются коды, которые поступают на входы управления ведушими сигналами каналов фаз трехканального генератора ведущих сигналов,Одновременно датчики 30 состояния троек вентилей формируют сигналы О наличии токов 1 д )(р 1 Аьчерез элементы НЕаб отсутствии таков.,АЬкоторые поступают навторую группу входов блока логики.В результате на выходах блока логики, например для фазы а, формируютсяимпульсы управления вентильньщи трой ками в соответствии со следующимилогическими выражениями:=Р 1 Ь (Ь;)+Р-Т Н (Ь,) для вентилей анадной тройки идля вентилей катоднай тройки, гдеиндексы А и К соответствуют сигналамуправления анодными и катодными тройками вентилей.Так например, для формированияимпульсов управления анодной тройкойвентилей фазы А на входы первого элемента И 25 блока 24 логики поступают импульсы с выхода распределителяР , с выхода счетчиков 5 выпрямительных углов 1.д первого блока 2счетчиков с выхода логической ячейкиНЕ 23 датчика состояния вентилейсигнал т об отсутствии тока встречно-параллельной тройки. В результатеформируются импульсы управления выпрямительным режимом этой тройки,Для формирования импульсов управленияинверторным режимом этой тройки навходы второго элемента И 26 подаютсясигналы с выхода распределителя Ркчсигнал с выхода датчика состояниявентилей У 1, о наличии тока в этойтройке и сигнал Ь 11 с выхода счетччкав 8 инверторных углов первого блока2 счетчиков,Импульсные последовательности свыходов первого и второго элементовИ 25 и 26 поступают на входы элемента ИЛИ 27, на выходе которого формируется импульсная последовательность для управления вентильной тройкои. Формирование импульсных последовательностей для управления остальными тройками происходит аналогична,Распределитель работает следующим образом,На счетный вход счетчика поступает импульсная последовательность с выхода делителя 21 частоты управляемого кодом. В результате на выходах счетчика 31 формируется код Ч,стар-. ший п-й разряд которого определяет знак полуволны выходного напряжения фазы а, формируя импульсную последовательность Р, раздельного управления катодной тройкой вентилей фазы а, а через элемент НЕ 34 формируя импульсную последовательность РААа раздельного управления анодной трой"В 0 1)ей фс) эы с), Огтаьны (,- 1 1) Э 1) 510 Ксдсэ , ф 01)МИРУХ)Т ИМПУ) Ь ( нуп Последовательность ", раздельного управления группой вентилей сЪаи а, которая ноступае; на вход управления ведущим сигналом трехканальнога генератора Ведущих си нала и на первый вхац первого сумматора 32, Первый сумматор 32 кодов суммирует код ) с кодом у,) поступающим с Выхода формирователя коцав смещения 1 г=( /3 где " - максимальныймокс 5 - мо кскод счетчика фазы соа гветствующий периоду выходного напрлжения, В результате на выходах перьога сумматора 32 кодов формируетсл код 1/,), старший и-й разряд которого апредеЛяЕт ЗиаК ПОЛунаЛНЫ ВЫ:садНОГО НаГряжения фазы а, формируя импуг(ьсную послеДовательность Р Ь РазДельнсгскуправления катоднай тройкой вентилей фазы Ь, а через :)леменг 11 Е Зй фармируя имгульсную последовате тьность РЙс раздельного управления анадной тройкой вентилей фазы а. Остальные гп) разрядов кода 7 формируют имгпульсную последовательность ,г раз 1)дельного управления группой вентилей фазы Ь,. поступающую на вхсд управления ведуцими сигналами генератора ведущих сигналов и перый вход второго суммат 01)а 33. Ана,10 гичнс Второй сумматор 33 кодов формрует кодстарший разряц которого Определяет знак полуволны выходного на.пряжения фазы с и формирует импульсную последовательность Р раздльнота управления катодной тройкой вентилек фа-. зы с, а через элемент И Зб формирует импульсную последовательность Р с раздельного управления аодной тройкой вентилей фазы ;., Остальные (п) разрядов кода 7, формируют импульсную последователь-ость Чс раэдельного управления Группой вентилей фазы с,. поступающую на вход управления ведущим скгналом генератора Вецу. щих сигналов,Работу генератора ведущих сигна лов рассмотрим на примере спного из каналов, например фазы а.Постоянное запоминающее устройство ПЗУ) 1 йО представляет собой матрицу емкостью 2 ячеек где Х - разрядность кода г,). В эта ПЗУ записаны коды (Г с разрядностью у состветствующие значениям эталонной 4)ункции арккосинуса с единичной амплитудой на 2 интервалах аппроксимации. 11 ) г ) ) 1 П,;"(Г" сЯС ЙИ Метр(сП/ с о,. (Кюя;(ек, . ( - р.- ря пн О(: (Оца,:1 с. ,)0 0 р ( ис р а,В ПЗУ 2 эапи( аны кадг раэряд -)сОГТЬЮ У, С;)ствсЕТСТУЮГЕ Э:ачпни -ям эталонной функсии арккагину(.а сединичной амп:.)тупай (а 2 и.терна/лахаппроксимации,1.о каждому импульсу сиранкцки П ,. и ,., , Псс упаюшему с 0 а эле)е та 1.с 1 И 1/ В)1 итаюи 1 счет ик)ЧКСИ 1 Этс 1 ЛОННСЙсНКЦ 15 С 1 Н Са Наинтервале аппраксимаШ 1, а;)зес ксто 15 0:с определяется кодом У ,:".:ри этом не;книна временнойаэверткк интерваЛа сПсс)ОКСИМа 1 КИ -;Та)01 ай фУНКНИИс.ипса ьОп 1)е;еэя е гс:я пс фэрму е. Одновременна на эыхаде триггераУГтанаЛИасТСЯ /РОНЕНЬ П"ГИЧЭС -к й "1 который эаэрешает прахсжденке импульсной последовательности Сс С Ь Хс);а ГЕНЕРаТОРа ТаКтОВЫХ ИМГУЛЬссн через эгемент И йй на счетныйХОД СЧСс 1;1 Ка )ХОД ЭанкскаРапЛЕ/ЬНОа Ко-,а НгРВСГО ОЕ".,1 С:ГРа /)Г)сПо каждому имг: /1 ьсу ге-ера. ара э( ) актовых инуг ьсо) С одержима е счет/)с(а кк УМЕНЬ.ЦВЕтСЯ На ЕДИКИ;У, аГ СДЕ)жик 0) ПЕРВО 0 РЕГИСТР йа КСс ,сТОРа -8 КСДС УЕЛИЧИа: ТСЯ НаВе ичину с :сэда зацания а Н.1 тудь :р-, недугега сигнала. Таким образом, кмс; енту обнуления Вычитающег э счет/чика ч 2:а Выходах первого регистрасдгс формируется кад " с раэряцнсСТсю ,/,=/)С +Гэ . раНЫй ПрОИЭВ дЕНИЮ)нада ) с раэ ряднсстью у, ("эотВет -ст ющего зна)ениэ з.-га интеэвалааппроксимации эталаннаи функ:ии синуса едиИчной амплкту;ы, на кодС РаЭРЯЦНОГТЫО Г., СООТБЕ(СТВсс(:Щий.4 ЗНВЧЕНИЮ аМПЛсТУ/Ы ВЕДссЕ С .И Нада,Выхсцы " .старяих 1)азрядсв кота( апрецеляет но: ег) ступеней ып".роксимапии эталоннсй функции арксэсинуса, прич )ч цля Бы ср 5 мите пьньх у 1 0 ат - КРЬ(ТИЯ ВЕНТИЛзй фаЭЫ а КОД ц с Ра,)ЕН рсиэведенп кодов",:, а д;я 5 ив)той (" пкпн ц 2 и3 Го в ходцой члстоте. После обнуления счетчик 42 нл выходе три гера 43 устанавливается т уровень логического 0 , который 5 запрещает прохождение импульсов с выхода генератора тактовых импульсов до появления следующего импульсасинхронизации,С выходов У старших разрядов первого регистра 46 сигналы поступаютна входы 1 ЗУ 2 41, На его выходахформируются кодь. ", определяющиезначения эта:онной функции арккосинуса на 2 интервалах аппроксимации, 15которые записываются во второй регистр 47, Госле этого первый регистр46 и сумматор 48 обнуляются, а навыходах второго регистра 47 Аормируются код 1; , эквивалентный углу открытия вентилей каждой вентильнойтройкиТаким образом, код 11 Аормируетсяйна каждом интервале + аппроксимации эталонной функции синуса иэ кодов , амплитуд ступеней аппроксимации эталонной Аункпии арккосицуса.Значение кода, соответствующего углу открьтия вентилей Аазы а, определяется по Аормуле: 30т лгссо1 з; 7 (ь)/2где Г . - период следования имгульсовгенератора тактовых импульсов;ш - разрядность кода35х - разрядность кодаЗначения кодов Ь, , , соответстСвующих углам открытия вентилей фазЬ и с, определяются аналогично. НаЛиг. 1 приведена огибающая Алзногонапряжения преобразователяТаким образом, введение в алгоритмспособа Аормирования ведущих сигналов сицусоидальцой формы, их аппроксимация эквиваетыми элементами, 45ступенчатыми Аункциями, кодированиеэтих Лункций нл интервалах аппроксимации, умножение полученных кодов накод задаваемой лмплитудь и взятиефункции арккосинуса от каждого результата этого умножения, сохраняяположительные свойства известногоспособа, обесценивает Аормированиесицусоидлльцой Лормы огибающей и лицсицос гь регулировочцой характери -55стикц,Форму.лз обретения Ь.цс) об ци)роо упявления це -ц ргсрсоср; сцле.ем члГ тотыэ лк.ВчсЗюийся в томчто зад- аютт код а;, эквива:ецгцый частоте выхо;иого цапряжеция и преобразуютэтот код в шесть прямоугольных импульсных последовательностей Р РЬР Р-, Р-, Р- с частотой, эквивалентной коду а с длительностью импульсов Т и взаимным сдвигом /3 почастоте вьходного напряжения, задают код Ь , эквивалентный амплитуде выходного напряжения, и формируют импульсные последовательности для управления вентилями в выпрямительном режиме (Ь;), сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол С;,и импульсные последовательности ,3(Ь;) для управления вентилями в инверторном режиме, сдвинутые относительно точек естественного открытия вентилей на угол 1 Ъ измеряют полуволны токов фаз нагрузки, из положительных полуволн токов формируют три прямоугольных импульсных последовательности 1 а, 1 Ь, 1 с, из отрицательных полуволн тока формируют три противоАазные упомянутым импульсные последовательности 1 Й, 1 Ь, 1 с, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения Аормы напряжения и тока преобразователя и линеаризации регулировочной характеристики, задают эталонную функцию синуса на интервале 0-и эталонную функцию арккосинуса на интервале 0-/2 с единичными амплитудами, аппроксимируют эталонную функцию синуса эквивалентной ступенчатой Аункцией на двух интервалах, а эталонную Лункцию арккосинуса аппроксимируют эквивалентной ступенчатой функцией на двух интервалах, амплитуды вьппеупомянутых эквивалентных Лункций преобразуют в коды /; (э.=0,1,2 (2 - 1) с разрядностью 2 для Аункции синуса и / 1=0,1,2(2 - 1) для Лункции арккосинуса и запоминают эти коды, на периодах Ааз выходного напряжения формируют три кодовых последовательности циЛровой развертки 7(ь), Ь( Г), / ( Г) с разрядностью Х каждая для фаз а, Ь, с соответственно с интервалами модуляции с = =2 ь/2 и для каждого значения кода указанных кодовых последовательностей выполняют операцию у=; Ь ,/2, где и -разрядность кода Ь;, в результате чего определяют код цомера интервллл аппроксимации эквцвллсцт - цой Ауцкциц лрккосицусл ( =,),гдеЧ, например дпя Вазы а равьо9вхпЧ) где ь - периодак 1 овоь цастоты а и кодов Ч ,ка 7 кдой с.,упени формируют совокупность кодов )М; ., Эквивалентных углам С 1 ткрытия Вентилей на интервалах аппрокснмацн 1 полус ериодов выходного напряжения з сответствии с уравнением например для фавы арД =агссов/Ь О ) 5 и. ( "на каждоМ интервале аппроксамац.иполупериодов вьгкодного напряженияФОРМИРУЮТ ИМПУЛЬСЫ ДЛЯ УппаВПЕНИЯвентилями в выпрямите,яьно: рс.1 пме3(Б ), сдвинутые относительно та -чек естес"венго открытия вентилеи на угол е эквивалентный коду И-;. Ульс, для управления вентилямивео одном е д ц 7сдвинутые относительно точек естественно- ГО 0"крыгия вентилей на уголгвквапентный инвсрии кода 7;, распределяя Эти импуль"ы пс веитильным тоойкам, например для джазы а в соответствии с полине:кими уравнениями й 1 я веняилей ано 1 ной тройки ир 1 1 , 1 -; )- -о"ооТ. :ое ИМ гдар етн ецио г о о;ои зобретенич: о."крН, .Рауш( ка Н Гетя тий аб,.