Устройство для управления 3-фазным инвертором

СОЮЗ СОВЕТСКИХСИИГЛа некнииРЕСПУБЛИК 3 Ш .Ы 2 ПО ЕЛ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ ЛЬСТВУ сТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР ф 752750, .кл Н 02 Р 13/18 ф 1980,2. Авторское свидетельство СССР Р 621090, клН 03 К 13/20, 1978, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИИ ,ТРЕХфАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ, содержащее. первый счетчик, где старший разряд выполнен, например, по пересчетной схеме, обеспечивающей Формирование трехфазного кода, эквивалентного цифрам обычного цифрового кода от 0 до 5, вход этого счетчика соединен с шиной внешней переменной частоты, блок умножения, вход которого соеди нен с внешними машинами изменения напряжения инвертора, второй счетчик, вход которого. соединен с шиной моду,ляции, Два блока сравнения и логичесс;О,1 О 39 О 14 кий блок Формирования управляющих сигналов переключения силовых ключей трехфазного мостового инвертора, где цифровые шины младших разрядов первого счетчика соединены с вторым входом блока умножения, цифровые . выходные шины которого соответственно для прямого и обратного кодов соединены с первыми входами блоков сравнения, а выходы блоков сравнения и выходные шины старшего разряда первого счетчика соединены с пятью входами логического блока, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения искажений выходного напряжения инвертора, во втором счетчике установлены шины для Ей прямого и обратного кодов, которые соединены с вторыми входами первого и второго блоков сравнения, а выходы этих блоков через введенную логичес- ( кую двухвходовую схему ИЛИ соединены с шестым входом логического блока. Я10 Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначенопреимущественно для применения всистемах электропитания и электро, привода для преобразования постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение с широтно-импульсноймодуляцией (ШИМ) по закону, близкомук синусоидальному.Известны трехфазные инверторынапряжения, используемые в системахэлектропитания и электропривода дляпреобразования постоянного напряженияв трехфазное переменное напряженкес системой управления, реализующейШИМ по закону, близкому к синусоидаль.5ному Е 11,К недостатку устройства следуетотнести отсутствие широтно-импульсного регулирования выходного напряжения, Поэтому для сохранения ФОрмывыходного напряжения, близкой к синусоидальному закону, здесь возможноиспольэовать только амплитудное регулирование, что неизбежно приведетк увеличению установленной мощностисилового оборудования.25Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее первый счетчик, состоящий из последовательносоединенных младших и старшего раз- З 0ряда, вход которого соединен с шинойвнешней переменной частоты. Старшийразряд этого счетчика выполнен вмногофазном коде, эквивалентном цифрам от 0 до 5. Цифровой выход младше 35го разряда счетчика соединен с входом блока умножения, второй вход которого соединен с шинами изменениянапряжения инвертора. Инвертор содержит также второй счетчик, вход 40которого соединен с шиной стабильнойчастОты, и три блока сравнения, первые входы которых соединены с цифровым выходом второго счетчика; первыевходы двух блоков сравнения соединены соответственно с выходами прямо 45го и обратного кодов блока умноженияа второй вход третьего блока сравнения соединен с шинами изменения напряжения инвертора. Выходные шиныстаршего разряда первого счетчикаи выходы блоков сравнения соединеныс входами блока формирования напряжений инвертора Г 2 3К недостаткам такой системы управления инвертором следует отнестисложность, неравное количество импульсов, получаемых при Формировании нарастающего и спадающего, фронтов полуволн выходного напряжения,в особенности при малых соотношениях 60.частот, и недостаточно высокое качество выходного напряжения (всмысле его коэффициента гармоник). Этоприводит к нежелательному ухудшениюхарактеристик электропривода. Цель изобретения - упрощение и уменьшение искажений выходного напряжения,.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления трехфазным инвертором, содержащем первый счетчик, где старший разряд выполнен например, по пересчетной схеме, обеспечивающей формирование трехфазного кода, эквивалентного цифрам обычного цифрового кода от 0 до 5, вход этого счетчика соединенс шиной внешней переменной частоты, блок умножения, вход которого соединен с внешними шинами изменения напряжения инвертора, второй счетчик, вход которого соединен с шиной частоты модуляции, два блока сравнения и логический блок Формирования управ. ляющих сигналов переключения силовыхключей трехфазного мостового инвертоРа, где цифровые шины младших разрядов первого счетчика соединены с вторым входом блока умножения, цифровые выходные шины которого соответственно для прямого и обратногокодов соединены с первыми входамиблоков сравнения, а выходы блоковсравнения и выходные шины старшегоразряда первого счетчика соединеныс пятью входами логического блока,во втором счетчике установлены шиныдля прямого и обратного кодов, которые, соецинены с вторыми входамипервого и второго блоков сравнения,а выходы этих блоков через введен.ную логическую двухвходовую схемуИЛИ соединены с шестым входом логического блока.Принцип работы устройства управления инвертором поясняется на при"мере, где младшие разряды первогосчетчика, блок умножения, второйсчетчик и блоки сравнения выполиеныв общеизвестном двоичном виде,На фиг, 1 представлены блок-схемы устройства управления инвертороми собственно инвертор; на фиг. 2 -принципиальная схема логическогоблока; на фиг, 3 - сигналы трехфаэ"ного кода А (а а 2, а 3) и соответствующие им сигналй обычного цифрового кода 0 = а,аЗ, 1 = аа 2, 2 агаз, 3 = ааз, 4 = аа 2, 5 = а 2 ана Фиг. 4 - цифровые сигналы прямоЭго А и обратного В кодов второгоечетчика, цифровые сигналы прямогоС и С 2 и обратного О , 02 кодовблока умножения соответственно длямаксимального и промежуточного значений выходного напряжения инвертора, сигналов М, Кна выходе первого и второго блоков сравнения исигнала Е. на выходе логическойсхемы ИЛИ для максимального значениявыходного напряжения инвертора и соответственно этих же сигналов К М2 2 ф,2 для промежуточного знаЧейия вы60 ходного напряжения,инвертора, нафиг. 5 а, б, в - эквивалентные трехфазному коду цифровые сигналы обычного цифрового кода на входных шинахстаршего разряда первого счетчика А,на выходе блоков сравнения М 1, К.на выходе логической схемы ИЛЙ 1.,а также максимальные выходные найряжения 0,1 0, Ос инвертора:на Фиг,. 5 а - выходные напряжеНияформируются на интервале от 0 до10/3,фиг. 5 б, когда выходные напряжения формируются на интервале отгЛ/3 до К/3,фиг, 5 в, когда выходные напряжения Формируются на интервале от2 У/3 до 231,на фиг. ба, б, в - аналогичныефиг. 5 сигналы, .но для промежуточного значения выходного напряженияинвертора.Шина внешней переменной частотысоединена с входом 1 первого счетчика, который содержит последовательно соединенные младшие разряды 2и старшяй разряд 3 в трехфаэном коде.Счетчик содержит цифровые выходныешины младшего разряда и выходные шины трехфазного кода старшего разряда.соответственно для сигналов а, а 2,аз . Шивы младших разрядов соединенй с первым входом блока 4 умножения,второй вход которого соединен с внешними шинами 5 изменения выходногонапряжения инвертора. Блок умножения содержит выходные шины сигналов, З 5С прямого кода и выходные шины сигналов О обратного кода. Для принятоговарианта выполнения блоков в двоич-ном коде сигналы обратного кода.; являются инверсными к сигналам прямого 40кода.3Внешняя шина б частоты модуляцийвыходного напряжения инвертора соеди.иена с входом второго счетчика 7,который содержит выХодные шины сигналов А прямого кода и выходные шины сигналов В обратного кода, Выход-,ные шины сигналов прямого кода счетчика 7 и блока 4 умножения соединены, например, с двумя входами блока8 сравнения, а выходные шины сигна-:лов обратного кода этих приборов соедйиены с двумя входами блока 9 сравнения. Выходы блоков 8 и 9 сравненияи выходные шины сигналов трехфазногокода блока 3 соединены с пятью входами логического блока 10. Выходыблоков 8 и 9 сравнения также, соединены через логическую схему ИЛИ сшесть входом логической схемы 10.Выходные шины прямых Н 1, Н 2, Н 3 Иинверсных Й,1, й, Й сигналов логи.ческого блока 10 соединены с управляющими цепями силовых ключей мостового инвертора 11. Шины прямых сигналов соединены с одной группой клю. чей, а шины инверсных сигналовс другой.Выполнение счетчиков 2 и 7 в двоичном коде широко известно и также общеизвестно выполнеиие старшего разряда 3 первого начетчика в многоФазном коде.Блоки 8, 9 сравнения, которые преднаэначейы для определения равен ства и неравенства двух сравниваемых разрядных чисел (блок 8 определяет М = АС, блок 9 - К = ВР) вы полняются по общеизвестным принципам и схемам.Блок 4 умножения выполняется по общеизвестным принципам и схемам.При этом емкость счетчика 7 определяется произведением емкости счетчика 2 и максимального коэффициента умножения блока 4. Пусть счет. чик 2 выполняется десятиразрядным (и10) тогда емкость счетчика 2 равна (2 ф) = 1023. Пусть блок умножения имеет максимальный коэффициент умножения 15. Емкость счетчика 7 при этом должна быть 1023 1515345. Следовательно, цифровой сиг нал на первом входе блока 4 будет десятиразрядным, на втором входе блока 4 - четырехразрядным, а на выходных шинах блока 4, счетчика 7 и соответственно входных шин блоков 8 и 9 - четырнадцатиразрядными. а 1 а 21 аз на выходных шинах старшего разряда первого счетчика, которые соответствуют цифрам 0-5.При цифре 0 (а= О, а 2= 0, аЗ= О) в соответствии с (1) сигнал Н 1 повторяет сигнал М , в соответствий с (2) сигнал Н = О, а в соответствии с (3) сигнал .Н 3 повторяет сигнал Е= 1,При циФре 1 (а = 1, а = .О, аз= 0) сигнал Н 1 повторяет сигнал Е = 1, сигнал НО, асйгнал Н 3 повторяет2 фсигнал КПри цифре 2 (а = 1, а = 1, а = О) сигнал Нповторяет сигнал 1.= 1, сигнал Й повторяет сигнал .Н 1, а сигнал Нз 0 и т.д.форма сигналов Н, Н 2,. Н 3 соответствует Форме потенциалов напряжения Чв точках , и мо" стового инвертора 11. Поэтому на отрезке от О до Г/3 напряжение О 1,щ(М,- Ч) возрастает по линейному закову, имея положительный знак, напряжение, 01 = (Ч- Ус) остается постоянным и отрицательным по знаку, а напряжение О д- (Ч -ц) убывает по линейному закону, имея отрицательный знак. На отрезке от л/3 до 2 У /3 напряжение Ос, остается неизменным и положительйым по знаку, напряжение 0 убывает по линейному закону, имея ,отрицательный знак, а напряжение О возрастает по линейному закону, имея положительный Знак и т.д.который определяет частоту выходного напряжения инвертора, периодически переключает мпадшие разряды счетчика, начиная с нулевого значения до 1023. При каждом возвращении счетчика 2 в нулевое положение происходит переключение в старшем разряде счетчика 3. За время одного цикла переключения счетчика 2 счетчик 7, котою,60 Следовательно, при входном сигнале на шине 5, соответствующем максимальному напряжению инвертора, на его выходе формируются напряжениепо трапецеидальному закону ШИМ, когда в каждой полуволне выходного напряжения содержатся импульсы только одной. полярности,Теперь рассмотрим работу устройства, когда на входных шинах 5 блока 4 установлено меньшее число. Пусть 10это число 10, При этом счетчик 7будет работать беэ изменения и наего выходных шинах прямого кода будет изменяться цифровые сигналы от0 до 15345, а на выходных шинах инверсного кода от 15345 до О,Для каждого цикла счетчика 2цифровые сигналы на выходных шинахпрямого кода блока 4 будут изменяться от 0 до 10230, а на выходных шинах инверсного кода соответственно20от 10230 до О. Это изменение будетпроисходить шагами по 10 единиц.Блоки 8 и 9 определяют соответственно, когда сигнал А станет равным и меньше сигнала С (М - 1). и сигнал В станет равным и меньше сигнала 0(К 1). За цикл переключениясчетчика 2 сигнал М будет импульсно изменяться по линейно возраста"ющему закону, а сигнал к - по линейно убывающему закону. При этом сигнал 1. будет состоять иэ равномерно. распределенных импульсов постояннойдлительности. Дальнейшая работа уст"Логический блок 10 может быть 35нредставленс следующими логическимивыражениямиН.1 К аэзЧМаазЧаа (1)Н 2 е Каа ЧМаа зЧ 1.аа з . (2)Н з Ка 1 а 1 ЧМа аЧад З ( ) 40В соответствии с этими выражениями выполнена принципиальная схемаэтого блока, которая состоит из трех. одинаковых логических схем 12-14.каждая из этих схем содержит три 45трехвходовые логические схемы И,объединенные на выходе логическойсхемы ИЛИ. Входы схем И соединеныс шинами входных сигналов в соответствии с выражениями (1) - (3), а 50прямые и инверсные шины входов схемИЛИ соединены с управляющими цепямисиловых ключей мостового инвертора11Устройство работает следующимобразом.Сигнал частоты на входной шине 1,рый переключается от сигнала частотына входной шине 6, успевает совершить несколько циклов переключения,периодически изменяя свое состояниеот нуля до 15345. Пусть соотношениечастот на входных шинах 1 и б будеттаким, что за один цикл счетчика 2счетчик 7 сове-шит шесть циклов.Пусть на входных шинах 5 блока 4установлено максимальное двоичноечисло (2 ф) = 15Тогда в каждомцикле счетчика 7 цифровые сигналына его выходных шинах прямого кодабудут изменяться от 0 до 15345, ана выходных шинах инверсного кодасоответственно от 15345 до О. Приэтом цифровые сигналы на выходныхшинах прямого кода блока 4 для каждого цикла счетчика 2 будут изменять.ся от 0 до 15345, а на выходных шинах инверсного кода соответственноот 15345 до О. Это изменение цифровыхсигналов на выходе счетчика 7 будетпроисходить через единицу, а на выходе блока 4 через 15 единиц, Блоки8 и 9 определяют соответственно:когда сигнал А станет равным и меньше сигнала С(М 1) и сигнал В станет равным и мейьще сигнала 0 (К 1)За цикл переключения счетчика 2 сигнал Мбудет импульсно изменятьсяпо линейно возрастающему закону,а сигнал К- по линейно убывающемузакону. При этом сигнал 1. будетвсегда рвным 1. При принятом соотношении.частот таких импульсов за циклпереключения счетчика 2 будет шесть.Все эти соотношения будут повторяться при кодовых комбинациях сигналовройства полностью повторяет описанную выше.Следовательно, при любом входномсигнале на шине 5 на выходных шинахинвертора Формируются напряжения потрапецеидальному эакоцу ШИМ, когдав каждой полуволне выходного наgряжения содержатся импульсы толькоодной полярности,При этом предлагаемое устройство проще известного: в нем вместотрех блоков сравнения используетсятолько два, а вместо третьего блокаустановлена элементарная двухвходовая логическая схема ИЛИ в остальной части устройства одинаковые блоки.Устройство обеспечивает полную симметрию выходного напряжения инвертора. При равных соотношениях частот на выходных шинах в известной схеме инвертора содержится 7 импульсов на нарастающем Фронте полу- волны выхоцного напряжения и 6 импульсов на спадающем фронте полувол. ны этого напряжения, что приводит к искажению выходного напряжения и . появлению в его составе четных гармоник.1039014 2 Проведенное сравнение предлагаемого устройства с известным показывает, что первая гармоническая составляющая напряжения в устройстве заявки больше, а относительные значения высших гармонических составляющих меньше ри любых соотношенияхчастот сигналов на входных шинахинвертора, что приводит к повышениюКПД.1039014 и оставитель Г. Мыцыкехред Т.Фанта. Редакто Лушникова рректор И, Ватрушкина,Заказ 6240/59 Тираж 687 ВНИИПИ Государственного комн по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж-З 5, Раушска