Устройство для управления трехфазным вентильным инвертором

С 01 ОЭ СОВЕ ТСНИХСОЦИА ЛИСТИК ЕСН ИХРЕСПУБ ЛИК г 1 н 4 и О 2 Н 78 ОПИСАНИЕ ИЗ(:) БРЕ 7 ЕНМР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЧПРИ ГКНТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬ " НУ(46) 30,11,89. Вюл.4 ч (71) Отдел энергетической кибернетики АН МССР(56) Авторское свидетельство СССР Нф 18 1097, кл . Н 02 М 7/48, 1985.Авторское свидетельство СССР1432699, хл, Н 02 М 7/48, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДП У 1 РЛВ:ЕНИЯ ТРЕХФАЗЕЬВ ЗЕНТИЛЫЫ 1 ИНВЕРТОРОГ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями входящими в состав систем асинхронного электропривода, елью изобретения является улучшение энерге -тических показателей преобра:ователяза счет уменыпения исла переключений силовых вентилей и повыыения точности процесса связанного регулирования частоты и величж ы выходного напряжения, Введение в составустроиства интегратора 2 1 с двумявходами, на которые поступают сигналы блока 1 задан я частоты и датчика 20 среднего на полупериоде значения выходного напряжения, обеспе- .чивает астатический характер процесса связанного регулирогания чаСтоты и величины выходного напряженняинвертора с учетом искажения Формывьгходного напряжения, возникающегов ходе инвертирования. Добавление1525845 15 20 25 30 35 40 50 55 дополнительного сумматора 8, формирующего сигнал, пропорциональныйразности амплитуд напряжений блоков14 и 6, и ключа 32, включенного между сумматором 8 и входом сумматора13 и управляемого командами с инверсного выхода блока сравнения 29,приИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления автономными мостовыми инверторами напряжения, входящими в состав систем асинхронного электропривода,Целью изобретения является улучшение энергетических показателей преобразователя за счет уменьшения количества переключений силовых вентилей и повышение точности процесса связанного регулирования частоты и величины выходного напряжения. На фиг. изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы его работы; на фиг,4 - функциональная схема блока формирования длительностей импульсов.Для определенности принято, что количество основных источников схемы равно двум (п=2) . Диапазон связанного регулирования частоты и величины напряжения преобразователя при этом определяется по соотношению М = 2 п + 1. Таким образом для приведенного варианта структуры, когда и = 2, устройство обеспечивает постоянство отношения величины напряжения инвертора к частоте при пятикратном изменении частоты вьжодного сигнала.Устройство, выполненное по вертикальному принципу, содержит блок 1 задания частоты, аналоговый сигнал, с выхода которого определяет частоту следования импульсов задающего генератора 2. 11 оследний соединен с трехразрядным регистром 3 и генератором 4 пилообразного напряжения, Выходы регистра 3 подключены к тактовым входам логического распределителя 5 управляющих импульсов. Сигнал генератора 4 пилообразного напряжения поступает на датчик 6 амплитуды пилообразного напряжения, связанный своим выходом с плюсовым входомумматора 7 и с миводит к форсированному перемещениюфронтов выходных импульсов в диапа"зоне повышенных близких к номинальной, выходных частот инвертора иуменьшает тем самым количество коммутаций силовых вентилей преобразователя. 4 ил. нусовым входом сумматора 8. Основной источник 9 постоянного напряжения присоединен к первым входам сумматоров 10 и 11,а основной источник 12 подключен к первым входам сумматоров 13 и 14, Выходы указанных сумматоров через ключи 15-18 присоединены к сооТветствующим вхо" дам блока 19 Формирования длительностей импульсов, выход которого присоединен к основному входу распределителя 5 управляющих импульсов.Выходное напряжение преобразователя цб, поступает на датчик 20 среднего на полупериоде значения выходного напряжения, Нормированный сигнал с выхода датчика 20 поступает на минусовой вход двухвходового интегратора 21, плюсовой вход которого связан с блоком 1 задания частоты. Выход интегратора 21 присоединен к плюсовым входам сумматора 11, 14 и 22 и к минусовым входам сумматоров 10 и 13. Выход сумматора 22 через ключ 23, а выход генератора 4 непосредственно связаны с соответствующими входами блока 19.Минусовой вход сумматора 7 связан с выходом вспомогательного источника 24 постоянного напряжения, подключенным также к входам вспомогательных сумматоров 25 и 26. Выход сумматора 7 присоединен к входам блоков 27-31 сравнения. Вьмод сумматора 14 присоединен к плюсовому входу сумматора 8.Другие входы вспомогательных сумматоров 25 и 26 подключены соответственно к выходам сумматоров 10 и 13, другие входы блоков 27-31 сравнения связаны соответственно с выходами сумматоров 11, 25, 14, 26 и 22. Выходы блоков 27-30 присоединены соответственно к управляющим цепям ключей 15-18, выход блока 31 сравнения соединен с управляющей цепью ключа 23. Инверсный выход блока 295 1сравнения связан с управляющей цепьключа 32, включенного между выходомсумматора 8 и плюсовым входом сумматора 13.На фиг.2 приведены временные диаграммы (циклограммы), иллюстрирующие принцип работы устройства в течение одного полупериода выходногонапряжения. Сигналы на выходах узлови блоков системы обозначены на фиг,2индексами, соответствующими их цифровым обозначениям на фиг.1.Аналоговый выходной сигнал блока1 задания частоты, пропорциональныйвыходной частоте преобразователя, определяет частоту следования импульсов задающего генератора 2, котораяна всем диапазоне регулирования в 12раз превышает выхоДную частоту инвертора. Генератор 2 периодическизапускает генератор 4 развертывающего пилообразного напряжения, выходной сигнал 04 котоРого имеет постоянную в обе стороны крутизну и пеРеменную в зависимости От частотысигналов генератора 2 амплитуду которая постоянно фиксируется датчиком 6 амплитуды пилообразного напряжения,Временные диаграммы, построенныена Фиг,2 соответствуют пониженнойвыходной частоте преобразователя,близкой к начальной (минимальной)выходной частоте. Величина напряжения источников 9 и 12 опорного напряжения определяет при этом временное положение середин выходных импульсов, величина сигналов О и Бднаходится при этом в общем случаеиз соотношения 525845 ю чине сигналов, поступающих на другие входы сумматоров 10, 11, 13 и14 позволяет получить на выходе5указанных сумматоров сигналы 13ю3, 0, и 1 ве.внчинл которых Определяет временное положение фронтовимпульсов кривой выходного напряжения преобразователя. Соответственно на вьгходе сумматора 22 формируется напряжение Б, , величинакоторого задает длительность центрального на полупериопе импульсавыходной кривой, а также крайных выходных импульсов. Сигнал на выходеинтегратора 2 1 на начальной частотеравен нулю. Упомянутые суммарные сигналы через ключи 15-18 и 23 поступают на соответствующие входы блока19 формирования длительностей импульсов, в котором сопоставляютсяс сигналом 04 генератора 4 развертывающего напряжения,Результирующее напряжение О,з свыхода блока 19, определяющее длительность импульсов кривой выходного напряжения, поступает на основнои вход логического распределителя 19 управляющих импульсов, на тактовые входы которого поступают сигналы 1 э с выхода трехразрядногорегистра 3 (обозначенные соответственно, начиная с младшего разрядакак Од 131, и 0,п, Кривые линейного выходного напряжения инверто 35 ра П в, и Б,4 формируются приэтом из максимального количестваимпульсов (из 11 импульсов на полупериоде),21Б - Б2 п+ 1 ГДЕ Б 4 в=2,2 1040 % 22+ 1 максимальная амплитудасигнала генератора 4,наблюдаемая на начальной выходной частоте инвертора,Так для рассматриваемого случая 2 2 -- Б =0809 2 2 +4 м 4 м Суммирование и вычитание из указанных сигналов одинаковых по велиДО Увеличение амплитуды выходногосигнала блока 1 задания частоты сопровождается пропорциональным ростом частоты следования импульсов генератора 2. Растет также длитель ность выходных имггульсов, определяемая величиной разностных сигналово 0 ю1314 - У,э и амплитудойсигналачто приводит к пропорциональному увеличению величины 50 среднего на полупериоде значениявыходного напряжения, выделяемой датчиком 20, Интегрируемый разностный сигнал 0, - 1 (на Рассматриваемом начальном этапе процесса РегулированияО ) поступает на входы сумматоров 1 О, 11, 13, 14 и 22 и способствует поддержанию постоянства отношения между величиной среднего на полупериоде выходногонапряжения и выходной частотой инвертора на всем диапазоне регулирования.Количество импульсов в кривой вы 5 ходного напряжения инвертора с ростом частоты последовательно уменьшается, причем переход от одного поддиапаэона регулирования к другому осуществляется плавным, практически безудар ным способом при сохранении коммутационной устойчивости инвертора за счет работы логической части системы, включающей опорный и вспомогательные сумматоры 7, 25 и 26, источ-, ник 24, блоки 27-31 сравнения и ключи 15-18 и 23. При равенстве амплитуд сигналов Н ,и Нт (этому соответствует мини мальная продолжительность межкоммутационной паузы между выходными импульсами на центральных участках тактовых интервалов) блок 27 сравнения размыкает ключ 15, и на указан ных центральных участках тактовых импульсов будет формироваться по одному выходному импульсу удвоенной длительности, передний и задний фронты которого определяются величиной 30 сигнала У, . Дальнейшее повышение выходной частоты инвертора сопровождается последовательным уменьшением длительности укаэанного выходного импульса, при минимально допустимой продолжительности которого, наблюдаемой в момент равенства сигналов на входе блока 28 сравнения, осущест/вляется размыкание ключа 16, после чего в кривой выходного напряжения 40 в центрах тактовых интервалов снова формируется пауза,Описанный алгоритм функционирования системы несколько видоизменяется в диапазоне повышенных выходных 45 частот преобразователя после срабатывания блока 29 сравнения, фиксирующего момент равенства сигналов сумматора 7 и сумматора 14, формирующего фронты вторых по счету от начала и конца тактовых интервалов выходных импульсов. На этом этапе регулирования по команде с инверсного выхода схемы 29 сравнения ключ 32 оказывается замкнутым и на пчю 55 совой вход сумматора 13 поступает дополнительный разностный сигнал 13- Нь, величина которого близка к нулю в момент замикания ключа 32 и затем постепенно увеличивается вместе с ростом выходной частоты преобразователя.На Фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие процесс формирования полуволны выходного напряжения на упомянутом подинтервале регулирования, соответствующем диапазону повышенных выходных частот инвертора. На этом этапе наблюдается отмеченный стрелками рост значений напряжений У, и Н , что приводит, как показано стрелками на кривой Н 4 ь, к форсированному сдвигу к центру тактовых интервалов фронтов выходных импульсов, в результате чего длительность выходных импульсов, формируемых в центрах тактовых интервалов, достаточно быстро уменьшается до нуля с соо ветствующим увеличением продолжительности крайних и центрального на полу- периоде импульсов. Количество коммутаций вентиля каждой фазы силовой схемы на полупериоде при этом уменьшается на четыре (исключается формирование двух выходных, импульсов с двумя фронтами) с соответствующим уменьшением величины потерь на коммутацию.Дальнейшее повышение выходной частоты инвертора сопровождается последовательным уменьшением продолжительностей пауз между выходными импульсами при неизменной величинесигнала Н с выхода сумматора 22,которая стабилизируется эа счет фор- .мирования сигнала отрицательной полярности на выходе интегратора 21,компенсирующего возрастание амплитуды напряжения на выходе блока 1.Пбсле того, как длительность паузымежду выходным импульсом уменьшитсядо минимально допустимой величины,что соответствует номинальной выходной частоте преобразователя, командный сигнал с выхода схемы 31сравнения размыкает ключ 23, послечего на полупериоде кривой линейного выходного напряжения начинает формироваться по одному выходному импульсу протяженностью 120 эл.градвеличина выходного напряжения инвертора при этом максимальна и придальнейшем увеличении частоты остается на этом уровне,Блок 19 формирования длительностей импульсов наиболее просто ре9ализуется (фиг.4) при помощи системы компарирующих блоков 33-37 с выходными формирователями коротких импульсов, которые через элемент ИЛИ 38 связаны с входом счетного триггера 39, выход которого является выходом блока 19, На один иэ входов компарирующих блоков 33-37 поступает развертывающее пилообразное напря жение П генератора 4, другие входы компараторов связаны с выходными клеммами ключей 15-18 и 23Импульсы управления силовыми ключами трехфазного иннертора в процессе регулирования величины и частоты напряжения вырабатываются логическим распределителем 5 управляющих импульсов в соответствии с сигналами1 поступающими от блока 19 (напряжение 1) ), и трехразрядного регистра 3. Выходные сигналы Урегистра 3 с выходами Б, 1),п, Б э,ц, выполняющего функции пересчетной схемы, обозначены на фиг.2 в цифровой и в импульсной форме и последовательно принимают на периоде выходной частоты значения 100, 001, 000, 101, 110, 111, 100, Распределитель 5 осу- . щестнляет режим 180-градусного управления вентилями трехфазного инвертора с фазами А, В, С.с дополнительными коммутациями на средних 60-градусных участках и представляет собой логическую схему, в которой осуществляется логическое умножение входных сигналов с последующим логическим суммированием. Логические функции, реализуемые распределителем 5 и соответствующие управляющим импульсам вентилей соответствующих фаз, имеют следующий вид 1525845 10этом на всем диапазоне регулированияне зависит от параметров нагрузки.Таким образом, дополнительное5включение и состав структуры устройства управления небол.шого числа элементарных узлов и блоков позволяетсущественно уменьшить количествопереключений силовых вентилей как напониженных выходных частотах, наподдиапазонах регулирования, на которых в серединах тактовых интервалов формируются выходные импульсы,так и в диапазоне повышенных выходных частот преобразователя, на котором за счет форсированного целенаправленного сдвига фронтов выходныхимпульсов, производимого при помощиустройства управления, исключается2 О формирование выходных импульсов всерединах тактовых интервалон. Этоприводит к уменьшению количествадополнительных коммутаций вентилякаждой фазы на верхнем частотном25 диапазоне на 40/ (шесть коммутацийкаждого вентиля на полупериодевместо десяти) с соответствующимснижением суммарной величины коммутационных потерь и улучшением энергетических показателей инвертора.Введение в цепь канала регулирования величины выходного напряжениясигнала обратной связи с выхода преобразователя и включение в указанный канал интегратора позволяет по 35высить точность процесса связанного регулирования частоты и величины напряжения как путем обеспечения астатического характера процесса регулирования, так и за счетучета реальной величины выходногонапряжения, выделяемой датчиком цепи обратной связи.+ 1.1 ъд и ыд 9 1Импульсы управления другими ключами инвертора (+А, -В, -С) получаются логическим инвертированием соответствующих фаэных сигналов. Полная система линейных выходных напряжений инвертора Ряб У БАб ЯС СЯ изображена на фиг,2. Форма кривой выходного напряжения инвертора при45 формула из обре тения Устройство для управления трехфазным нентильным инвертором, содержащее блок задания частоты,соединенный с задающим генератором,сня О эанным выходом с входом трехраэрядного регистра, выходы которого присоединены к тактовым входам распределителя управляющих импульсов и1с генератором пилообразного напряжения, выход котоРого подключен к первому входу блока форюрования длительностей импульсов, связанного своим выходом с входом распределителя управляющих импульсов, п ос 15258 А 5 12го регулирования частоты и величины выходного напряжения, оно сцабжено датчиком среднего на полупериоде значения выходного напряжения, интегратором с двумя суммирующими входами, дополнительным блоком 40 цовцих источников постоянного цапряжения, подключенных к первым связанным попарно входам основных сумматоров выходы которых через уи 5 равляемые ключи присоедицецы к соответствующим входам блока формирования длительностей импульсов, прц этом выходы нечетных основных сумматоров присоединены к первым входам блоков сравнения первой группы, выходы четных основных сумматоров подключены к первым входам вспомогательных сумматоров, выходы которых связаны с пеРвыми входами бло ков сравнения второй группы, выходы блокон сравнения первой группы соединены с управляющими цепями четных управляемых ключей, выходы блоков сравнения второй группы присо О единецы к управляющим цепям нечетных управляемых ключей, вторые, входы всех блоков сравнения связаны с выходом опорного сумматора, плюсовой вход которого соединен с выходом дат чика амплитуды пилообразного напряжения, минусовой вход опорного сумматора связан с источником опорного напряжения, который присоединен также к вторым входам вспомогательных сумматоров, о т л. и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей преобразователя за счет уменьшения числа переключений силовых вентилей и повышения точности процесса связаццосранцеция, двумя дополнительными сумматорами и двумя дополнительными управляемыми ключами, причем выходблока задания частоты присоединенк нторым плюсовым входам нечетныхосновных сумматоров, к вторым минусовым входам четных основных сумматоров, к первому входу первогодополнительного сумматора и к плюсовому входу интегратора, второй минусовой вход которого свяэан с выходом датчика среднего значения выходного напряжения, выход интегратораподключен к третьим плюсовым входамнечетных основных сумматоров, ктретьим минусовым входам четныхосновных сумматоров и к нторому входу первого дополнительного сумматора, выход которого через пер ыйдополнительный ключ присоединен к(2 п+2)-му входу блока формированиядлительностей импульсов, выход последнего нечетного основного сумматора связан с плюсовым входом второго дополнительного сумматора, минусовой вход которого присоединен квыходу датчика амплитуды пилообразного напряжения выход нторогодополнительного сумматора через второй дополнительный ключ подключенк четнертому плюсовому входу последнего четного основного сумматора,входы дополнительного блока сравнениясоединены с выходами опорного сумматора и первого дополнительного сумяатора, выход дополнительного блока сравнения связан с управляющей цепью первогодополнительного ключа, управляющаяцепь второго дополнительного ключа присоединена к инверсному ныходу и- го основного блока сравнения первой группы.-. с;т ьс кии комдив т г, Ужго 7239/52 Тираж Госуда 1, тцаннсго к 1130Подписноезобрс тсииям и открытиям при ГКНТ СГС ра,1 к кая иаб д, 4/5