Устройство для управления регулируемым мостовым инвертором

(56 9 1 меняющего. 5 ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫМ МОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к электронике и может быть использовано дляуправления автономными трехфаэнымиинверторами. Цель изобретения - линеаризация закона изменения первой гармоники выходного напряжения инвертора в процессе связанного регулированиячастоты и величины выходного сигнала,Устройство содержит основной интегратор 1, напряжение на выходе которого, являющееся развертывающим сигналом, формируется при помощи пороговых узлов 3 и 4, триггера 6, двухпоэиционного ключа 7 и источников 8 и 9 и сопоставляется в компараторе 2 с выходным напряжением сумматора 10, задающим величину выходного напряжения инвертора. Канал задания выходной частоты инвертора включает блок 11 задания частоты, связанный с генератором 12 тактовых импульсов, который присоединен к четырехраэрядному регистру 13, Введение в состав устройства датчика 16 среднего на полупериоде значения выходного напряжения и интегратора 17, обеспечивает близкое к линейному изменение величины среднего на полупериоде значения выходного напряжения инвертора при регулировании частоты, Пороговыйузел 25, диэъюнктор 26, триггер 19, дифференцирующая цепь 18, интегратор 22, блок 29 хранения и преобразования информации, ключи 20, 23, 24 и 27 на всем диапазоне регулирования осуществляют формирование корректирующего сигнала, пропорционального величине отклонения амплитуды первой гармоники выходного напряжения инвертора от номинального значенияИзобретение относится к электро-технике и может быть использованопри управлении автономными инверторами напряжения, входящими в составсистем частотно-регулируемого элек-5тропривода,Целью изобретения является линеаризация закона изменения первой гармоники выходного напряжения трехфазного мостового инвертора в процессесвязанного регулирования частоты ивеличины выходного сигнала.На фиг.1 представлена функциональная схема системы управления трехфазным инвертором; на фиг, 2 - временные диаграммы работы устройства в течение одного полупериода; на фиг. 3 временные диаграммы, соответствующиецентральным участкам тактовых 60-градусных интервалов, поясняющие принциплинеаризации закона регулированияпервой гармоники выходного напряжения в ходе изменения выходной частотыпреобразователя; на фиг. 4 - кривые, ,25иллюстрирующие процесс осуществлениякоррекции первой гармоники выходногосигнала; на фиг. 5 - вариант выполнения логического узла.Устройство, выполненное по вертикальному принципу, включает в свойсостав основной интегратор 1, соединенный с компаратором 2 и пороговымиузлами 3 и 4, фиксирующими соответственно минимальное и максимальное значения выходного напряжения интегратора 1, Выходы узла 4 непосредственно, а узла 3 через дизъюнктор 5 связаны соответственно с К- и Б-входамисчетного КЯ-триггера 6, выход которого присоединен ,к управляющей цепи двухпозиционного ключа 7, выводыкоторого в свою очередь присоединенысоответственно к источникам положительного 8 и отрицательного 9 напряжений и к входу интегратора 1. Второйвход компаратора 2 связан с выходомсумматора 10, амплитуда сигнала навыходе которого определяет текущуювеличину выходного напряжения инвер-,тора.Аналоговый сигнал с выхода блоказадания выходной частоты инвертора11, пропорциональный выходной частотепреобразователя, поступает на входгенератора 12 тактовых импульсов иопределяет частоту следования тактовыхимпульсов, Генератор 12 подключен квходу четырехразрядного регистра 13,прямой выход младшего разряда которого связан сустановочным входом триггера 6, а инверсный выход младшего разряда подключен к дизъюнктору 5, Прямые и инверсные выходы остальных разрядов регистра 13 связаны с соответствующими тактовыми входами логического распределителя управляющих импульсов 14. Между выходом компаратора 2 и основным входом распределителя 14 включен логический блок 15. Датчик 16 среднего на полу- периоде значения выходного напряжения инвертора присоединен к минусовому входу двухвходового интегратора 17, другой плюсовой вход которого связан с блоком задания частоты 11. Прямой выход младшего разряда регистра 13 через дифференцирующую цепь 18 присоединен к Я-входу триггера 19 и управляющей цепи ключа 20, шунтирующего накопительный элемент (конденсатор) 21 интегратора 22, Две клеммы двухпозиционного ключа 23 связаны соответственно с источниками 8 и 9, а средний вывод ключа 23 через ключ 24 соединен с интегратором 22, Третий пороговый узел 25 связан по входу с выходом интегратора 1, а своим выходом - с управляющей цепью ключа 23Величина порогового напряжения узла 25 при этом равна полусумме пороговых напряжений узлов 3 и 4. Входы пороговых узлов 3 и 4 через дизъюнктор 26 подключены к К-входу триггера 19, Прямой выход триггера 19 соединен с управляющей цепью ключа 24, а его инверсный выход связан с управляющей цепью ключа 27, включенного между интегратором 22 и блоком хранения и преобразования сигнала 28, включающего в свой состав в качестве основных узлов усилитель 29 постоянного тока с переменным коэффициентом передачи с емкостным накопителем 30 на входе. Выход усилителя 28 связан с входом сумматора 10, а управляющая цепь усилителя 28 присоединена к выходу блока 11 задания частоты.Выходное напряжение Ц интеграто 1ра 1 является развертывающим напряжением в системе и сравнивается в компараторе 2 с напряжением Б,о сумматора 10. Сигналы пороговых узлов 3 и 4, срабатывающих при достижении напряжением 11 соответственно максимального и минимального пороговых5 1 значений, периодически переключают триггер 6, сигнал которого в свою очередь перебрасывает из одного состояния в другое двухпозиционный ключ 7, связанный с источниками 8 и 9 постоянного напряжения, равные по амплитуде и разнополярные напряжения на выходе которых являются зарядными напряжениями накопительного элемента основного интегратора 1. При этом единичный сигнал на выходе триггера 6 вызывает подключение к входу интегратора 1 положительного напряжения источника 8, при нулевом сигнале на выходе триггера 6 на интеграторпоступает напряжение источника 9 отрицательной полярности. Команды на формирование фронтов импульсов кривой выходного напряжения инвертора вырабатываются компаратором 2 в моменты равенства текущего значения симметричного пилообразного напряжения 0 интегратора 1 амплитуде сигнала Б о сумматора 10, При этом рост величины выходного напряжения инвертора наблюдается при увеличении сигнала "о Частота следования тактовых импульсов генератора 12, определяемая величиной сигнала блока 11 задания, в двенадцать раз превышает частоту выходного сигнала инвертора. Указанные импульсы, обозначенные на верхней временной диаграмме фиг. 2 каквызывают поочередное изменение состояния младшего разряда регистра13, сигналы с выхода которого периодически изменяют состояние триггера 6, что приводит к изменению направ-ления заряда накопительного элемента интегратора 1 в моменты формирования импульсов генератора 12 (кривая Б 1 на фиг. 21. Четырехразрядный регистр 13, выполняющий функции пересчетной схемы, осуществляет деление частоты импульсов, поступающих от тактового . генератора 12, и распределение сигналов во времени (фазовый сдвиг сигналов), Временные диаграммы сигналов на выходах трех старших разрядов регистра 13, обозначенных как Ц, 0, Й, приведены на фиг, 2. Соответственно в цифровой форме выходные состояния регистра 13 за период выходного напряжения можно последовательно записать как 1000, 1001, 0010, 0011, 0000, 0001, 1010, 1011, 1100,548830 61101, 1110, 1111 (сигнал Б на нижней временной диаграмме фиг. 2)Логический распределитель управ 5ляющих импульсов 14 формирует трехфазную систему импульсов, соответствующую требуемому порядку переключения вентилей силовой схемы инвертора, обеспечивающему инвариантностьформы выходного напряжения к параметрам нагрузки. Распределитель 14, осуществляющий режим 180-градусного управления ключами трехфазного мостового инвертора с фазами А, В, С сдополнительными коммутациями насредних 60-градусных участках, представляет собой логическую схему, вкоторой осуществляется логическоеумножение входных сигналов с последу 20 ющим логическим суммированием. Логические функции, реализуемые логическим распределителем 14, имеютследующий вид:А=ЦЯ 4+ЯА +Ь"125 +В=ЪО+(Ь 0+4,Ц +ОгЪО+0+С=0,0,+СУ +Ч,ц ,где Ц, - напряжение на выходе связанного с распределителем 14 логического блока 15, тождественное в большин 30 стве режимов работы сигналу на выходекомпаратора 2,Импульсы управления на другиеключи инвертора (+А, -В, -С) получаются инвертированием соответствующих фазных сигналов. Импульсы управления вентилями соответствующих фазинвертора и кривые линейного напряжения инвертора БА, Б и БсА изображены на фиг. 2. 40Регулирование частоты выходногонапряжения трехфазного инвертора спредложенной системой управления осуществляется, как следует из кривых,приведенных на фиг. 2, последовательным плавным изменением продолжительности выходных импульсов и пауз между импульсами на центральных участкахтактовых 60-градусных интервалов при 50 практическом постоянстве средней частоты коммутации вентилей силовойсхемы. Длительность выходных импуль-сов и величина выходного напряженияинвертора определяются в первуюочередь амплитудой управляющего сигнала, вырабатываемого на выходе сумматора 10. Остановимся поэтому напроцессе формирования напряжения Цоболее подробно..ле момента 1, после которого Б411,начинается перезаряд накопительного элемента интегратора 22 и,так как продолжительность временного1 5интервала Т -С з больше в еличины интервала С -С, полярность результирующего сигнала П в моментбудет отрицательной, что приводит ксоответствующему пропорциональномузначению этого сигнала уменьшениюувеличения выходного напряжения преобразователя и его первой гармоники.Величина как положительного, таки отрицательного сигнала, корректирующего амплитуду первой гармоники,увеличивается, когда амплитуда напряжения 11 в моменты, соответствующиесерединам тактовых интервалов, приближается к значению порогового напряжения Б , Наоборот, если величина сигнала Б в укаэанные моментыблизка к значениям пороговых сигналовузлов 3 и 4, амплитуда корректирующего сигнала приближается к нулю, 25Коэффициент передачи усилителя 29блока 28 хранения и преобразованиясигнала линейно увеличивается с ростом выходной частоты по сигналу, поступающему на управляющую цепь усилителя от блока 11 задания частоты,что способствует качественному улучшению процесса коррекции амплитудыпервой гармоники (на пониженных выходных частотах, когда амплитуда первой гармонической выходного напряжения невелика, соответственно небольшим должен быть и корректирующийсигнал, и наоборот). Выбор параметров и характеристик перечисленных 40выше узлов, входящих в состав схемкоррекции, а также интегратора 17должен Осуществляться в первую очередь исходя из требований к динамике процессов в системе управления 45и силовой схеме инвертора,На фиг. 4 изображены кривые, иллюстрирующие процесс осуществлениякоррекции первой гармоники выходногосигнала в инверторе, регулируемом 50по описанному алгоритму, при пятикратном диапазоне изменения выходной частоты Р количество импульсов вполуволне линейного выходного напряжения при этом последовательно плавно 55уменьшается с ростом частоты от одиннадцати до одного . Пунктирной линией обозначен ход изменения относительной величины первой гармонической составляющей Б при линейном изменении величины среднего на полу- периоде значения выходного напряжения инвертора без схемы коррекции сплошная линия - изменение 11, при коррекции), Здесь же показано изменение относительной продолжительностивыходных импульсов, равной отношению текущей продолжительности импульсов выходной кривой к ее максимальному значению, равному половине длительности выходного импульса на верхнем частотном диапазоне, соответствующее закону линейного свя- . эанного регулирования среднего на полупериоде значения выходного напряжения инвертора. При этом постоянные значения ф сохраняются на подинтервалах регулирования, на которых в серединах тактовых интервалов в кривой линейного выходного напряжения инвертора формируются паузы регулируемых длительностей, гиперболической ростпри увеличении частоты соответствует этапам регулирования, при которых в серединах тактовых интервалов формируются импульсы кривой выходного напряжения, Периодически наблюдаемые моменты совпадения значений скорректированных и не- скорректированных амплитуд Б соответствуют, таким образом, формам выходной кривой, при которых продолжительности сигналов (импульсов) управления, и, что эквивалентно, продолжительности всех .пауз между выходными импульсами внутри тактовых интервалов 60-градусных продолжительностей равны между собой,Логический узел 15 системы управления, включенный между выходом компаратора 2 и основным входом распределителя 14 импульсов, обеспечивает гарантированную минимальную продолжительность временных интерва" лов между двумя соседними коммутациями вентилей силовой схемы инвертора на всем диапазоне регулирования. Один из возможных вариантов структуры логического узла 15 представлен нафиг, 5, Приведенная схема включает в свой состав последовательно соединенные формирователь 31 коротких импульсов и одновибратор 32, выход которого связан с первыми входами конъюнкторов 33 и 34, Выходы элементов 33 и 34 присоединены к входам 1 К-триггера 35, связанного повыходу с распределителем 14. На вто- рой вход элемента 33 поступает сигнал непосредственно с выхода компаратора 2, а поступающий на второй вход коньюнктора 34 этот же сигнал предвари -5 тельно инвертируется логическим инвертором 36Величина минимально допустимого временного интервала между коммутациями при этом определяется длительностью выходных импульсов одновибратора 13.Таким образом введение в состав системы управления инвертором небольшого числа дополнительных несложных узлов позволяет обеспечить линейный характер изменения первой гармоники кривой выходного напряжения трехфазного инвертора в процессе регулирования выходной частоты. В частности, датчик среднего на полу- периоде значения выходного напряжения системы может быть построен на базе выпрямительных мостовых схем со сглаживающим пульсации конденсатором 25 и с согласующим усилителем на выходе, Плавное квазилинейное изменение ос - новной гармоники напряжения на выходе инвертора, Ь свою очередь, способствует улучшению энергетических и ди намических характеристик асинхронного электродвигателя, питающегося от инвертора, работающего в режиме постоянства отношения величины напряжения к частоте (в режиме постоянства момента применительно к частотно-регулируемому электроприводу переменного тока) .Формула изобретенияУстройство для управления регулируемым мостовым инвертором, содержащее интегратор, выход которого связан с входами двух пороговых уз лов и с первым входом компаратора, выход первого порогового узла соединен с К-входом счетного триггера, выход второго порогового узла связанс Я-входом счетного триггера через первый вход дизъюнктора, выход триггера подключен к управляющей цепи двухпозиционного ключа, две клеммы которого связаны с источниками положительного и отрицательного постоянного напряжения, а общий вывод двух- позиционного ключа подсоединен к входу интегратора, блок задания частоты, связанный с генератором тактовых импульсов, соединенным с регистром, прямой выход младшего разряда которого связан с установочным входом счетного триггера, инверсный выход младшего разряда регистра присоединен к второму входу дизъюнктора, вы- ходы старших разрядов регистра подключены к соответствующим тактовым входам распределителя управляющих импульсов, основной вход которого через логический блок связан с выходом компаратора, при этом логический блок состоит из последовательно соединенных формирователя коротких импульсов и одновибратора, выход которого связан с первыми входами двух конъюнкторов выходы которых подклю - чены к входам 1 К-триггера, вход формирователя коротких импульсов и второй вход первого конъюнктора объединены между собой и через логический инвертор связаны с вторым входом второго конъюнктора, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью линеаризации закона изменения первой гармоники выходного напряжения трехфазного инвертора в процессе связанного регулирования частоты и величины выходного сигнала, оно снабжено сумматором, датчиком среднего на полупериоде значения выходного напряжения инвертора, третьим пороговым узлом, дополнительным дизъюнктором, тремя управляемыми ключами, двумя интеграторами, дополнительным двухпозиционным ключом, дифференцирующей цепью, КБ-триггером и блоком хранения и преобразования сигнала, включающим усилитель постоянного тока с емкостным элементом на входе, причем регистр выполнен четырехразрядным, усилитель выполнен с управляемым коэффициентом передачи, его управляющая цепь связана с выходом блока задания частоты, первый дополнительный интег - ратор выполнен двухвходовым, его минусовый вход соединен с выходом датчика среднего на полупериоде значения выходного напряжения, плюсовой вход первого дополнительного интегратора связан с выходом блока задания частоты, подключенного также к первому входу сумматора, второй вход сумматора соединен с выходом первого дополнительного интегратора, третий вход сумматора подключен к выходу усилителя блока хранения и преобразования сигнала, а выход сумматорасвязан с вторым входом компаратора, вход третьего порогового узла соединен с выходом основного интегратора, выходы основных пороговых блоков через дизъюнктор подключены к К-входу КБ-триггера, две клеммы дополнительного двухпозиционного ключа соединены соответственно с выходами источниковположительного и отрицательного напряжений, его общий вывод через первый управляемый ключ связан с входом второго дополнительного интегратора, выход которого через второй управляемый ключ подсоединен к входу усилителя блока хранения и преобразования 1 сигнала, выход тр етьего пора гово гоузла соединен с управляющей цепьюдополнительного двухпоэиционного ключа, прямой выход КБ-триггера связанс управляющей цепью первого управляемого ключа, инверсный выход этоготриггера присоединен к управляющейцепи второго управляемого ключа,1 О прямой выход младшего разряда регистра через дифференцирующую цепь подключен к Б-входу КБ-триггера и к управляющей цепи третьего управляемогоключа, шунтирующего накопительныйэлемент второго дополнительного интегратора,1548830 Составитель О. Парфеноор Н. Лазаренко Техред Л.Олийнык ектор О. Кравцов Заказ 144 Тираж КНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарин осударственного комит 113035, Москв6 Подписное по изобретениям и открыти -35, Раушская наб., д, 4/