Способ управления трехфазным мостовым инвертором, работающим на двигатель переменного тока, и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 9) (11) А 2 М 7/48 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИОПИСАНИЕ ИЗ ОБРЕТЕНИЯ 1522) 46) 71) ическии интит 72) оворов,ханов ский А.П(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫММОСТОВЫМ ИНВЕРТОРОМ, РАБОТАЮЩИМ НАДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и можетбыть использовано в частотно-управля"емых электроприводах с широким диапазоном регулирования, Цель - расширение функциональных возможностей. Этацель достигается тем, что управляемыйгенератор 1 формирует на выходе пос1270850 тей со взаимным сдвигом 60 эл. градн длительностью каждой импульсной последовательности ИП 240 эл. град.В моменты перехода тока каждой фазычерез ноль из ИП формируют вспомогательные ИП, модулированные по определенным законам, Эффект достигаетсятем, что формируют дополнительную ИПс частотой, в целое число раз большейчастоты модуляции шести указанных ИП,с помощью которых на первом, второми третьем шестидесятиградусных интервалах формируют ИП таким образом, чтов зависимости от режима нагрузки обеспечивается неизменность Формы огибающей напряженности итока на выходе инвертора, 2с.п. Ф-лы, 6 ил. Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией, и может быть использовано в частотно-управля емых электроприводах с широким диапазоном регулирования.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей,На фиг.1 приведены диаграммы Фор О мирования квазисинусоидальной формы выходного напряжения трехфазного мостового инвертора без учета регулирования его амплитуды при сдвиге тока относительно напряжения на 90 эл, град 1 на фиг.2 - диаграммы формирования величины напряжения при широтно-импульсном регулировании на участке 120- 180 эл. град; на фиг.З - схема инвертора; на фиг.4 - схема устройства уп равления инвертором; на фиг,5 - схема формирователя импульсов управления вентилями одной полуфаэы; на фиг.6 схема одного канала коммутатора.25 С помощью блока регулирования начальной фазы формируются шесть импульсов управления 11 длительностью 60 эл, град, при этом передние фронты укаэанных импульсов совпадают по времени с моментом прохождения кривых тока фаэ инвертора через нулевое значение (на Фиг. 1 представлены импульсы управления 11 у ф 11 уг"уз ф Пч 11 удля теоретически предельного случая, когда ток отстает от напряжения на угол 7 = 90 эл. град).Из укаэанных импульсных модулированных последовательностей (А 1, А, В, В С С ) с помощью импульсовБ, ) Формируют импульсные последовательности 01, Б, 13, УЗ, У Б) ледоаательность импульсоа заданнойчастоты, кратной величине и частотенапряжения на выходе инвертора, и запускает этими импульсами делитель 2частоты, который запускает счетчик 3.Импульсы с последнего разряда счетчика 3 управляют распределителем, выполненным на счетчике 4,1 н линейномдешифраторе 4,2, Импульсы с распределителя и синусногр дешифратора 5подаются на входы коммутатора 6. Этипоследовательности в каждом из шестиканалов коммутатора распределяются наэлементах И, группируются на элементеИЛИ и формируются на триггерах, В результате на выходе коммутатора 6 фор"мируются шесть вспомогательных широтчо-модулированных последовательносСогласно предлагаемому способу синусоидальная Форма линейного напряжения на выходе инвертора с регулириуемой амплитудой формируется следующим образом,Для заданных частоты и величины выходного напряжения трехфазного мостового инвертора на интервалах пепио 2да задаваемой частоты формируют шестьодинаковых сдвинутых одна относи-тельно другой на 60 эл. град импульсных последовательностей, на участках0-120 эл. град модулируют эти последовательности по заданному закону,соответствующему значению синусоидальной функции на участке 0-120 эл.град, а на участках 120-240 эл,град -значению синусоидальной функции научастке 60-180 эл. град (на фиг,1 показаны модулированные последовательности А 1 и А для двух полуфаз однойФазы),з 12708 для управления соответствующими вентилями инвертора.При этом, например, для вентилей фазы А (фиг,З) условие .открытия опре - деляется следующими логическими урав нениями:Па А Пу + АгПуг + А 1 ПзБд = Аг Бу 4 + А 1 Б + Аг цс где А и Аг - инверсии импульсных последовательностей А 1 О. Аг соответственно.Последовательности ЦПь Цс Пс получают аналогичным образом. На фиг.1 показаны последовательности БА и Ца также соответствующая им кри вая линейного напряжения Бширотно-модулированная по закону синуса и построенная на основании учета последовательностей Пя ЦПь Ц цсПе и состояния вентилей инвертора," 20 (фиг.З). 50 Устройство работает следующим о. разом.Управляемый генератор(Фиг,4) формирует на выходе последовательность импульсов заданной частоты, кратной величине и частоте напряжения на выходе инвертора, и запускает этими импульсами делитель 2 частоты, выполняющий функции переключателя кратности частот ШИР, и модуляции по закону синуса, Делитель 2 частоты запускает счетчик 3, импульсы с последнего разряда которого используются как тактовые для формирователя частоты и управляют распределителем, выполненным на счетчике 4. 1 и линейном дешифраторе 4.2, На выходе распреде" лителя (фиг.4) формируются импульсы, определяющие длительность интервалов возможного формирования последовательностей импульсов управления вентилями инвертора. Одновременно с выходов счетчика 3 синусным дешифратором считываются коды чисел, определяющих длительности модулированных импульсов, и формируется импульсная последовательность промодулированная 50 Для регулирования амплитуды выходного напряжения при формировании первых и третьих шестидесятиградусных интервалов (например, 90-150 и 21025 270 эл. град для полуфазы А 1, фиг.1) создается дополнительная последовательность Бс частотой, в целое число раз превышающей частоту модуляции по законам синусоидальных функций З 0 импульсных последовательностей управления вентилями инвертора, разрешающая открывание вентиля фазы А только при совпадении импульсов Бр и Ц, При формировании второго шестидесяти градусного интервала управляющей импульсной последовательности для каждого вентиля (например, 150-210 эл.град для вентиля фазы А) инвертируется вторая дополнительная последова тельность изменяющая состояние соответствующего вентиля, если в этот интервал времени он закрыт, и не изменяющая его состояния, если вентиль открыт. Ю 5 Таким образом, на базы транзисторов инвертора (фиг.З) подаются управляющие последовательности рБ-рПрр Бвр "ср "ср Последовагельности Прр Бр Пвр Пср5 ср .получают аналогичным образом, 55Для регулирования длительности открытого состояния вентиля, а следовательно, и величины выходного напряжения изменяется скважность импульсов П цр и НмчрНа фиг.2 представлена кривая выкодного напряжения Б на участке1 Ъ120-180 эл. град с амплитудой, равной 4/5 максимальной.Устройство управления трехфазным мостовым инвертором с квазисинусоидальным регулируемым напряжением (фиг,4) содержит управляемый генератор 1 импульсов, выполненный на генераторе тактовых импульсов и управляемом кодом делителе частоты, делитель 2 частоты, счетчик 3, распределитель 4, построенный на счетчике 4,1 и линейном дешифраторе 4,2, синусный дешифратор 5, коммутатор 6, блок 7 регулирования начальной Фазы последовательностей импульсов управления вен тилями инвертора, содержащий датчики 8 нуля тока, триггеры 9 и элементы И 10, формирователь 11 импульсов управления и широтно-импульсный регулятор (ШИР) 12Каждый канал формирователя 11 (фиг.5) выполнен на элементах И 13, элементах НЕ 14, элементах И 15 и и элементе ИЛИ 16. Коммутатор (Фиг.6) состоит из элементов И 17, элемента ИЛИ 18 и триггера 19, Инвертор (фиг.З) содержит вентили 20-25 и диоды 26-31.3 12708 по синусоидальному закону, Импульсы с распределителя и синусного дешифратора подаются на входы коммутатора 6 (фиг.4), Эти последовательности в каждом из шести каналов коммутатора распределяются на элементах И 17 (фиг.6), группируются на элементе ИЛИ 18 (фиг.б) и формируются на триггерах 19 (фиг,б), где одновременно импульсы тактируются частотой, пропорцио О нальной частоте импульсов на выходе генератора импульсов. В результате на выходе коммутатора 6 (фиг.4) формируются шесть вспомогательных широтно- модулированных последовательностей 5 (А А Г В, С 1, С ) с взаимным сдвигом 60 эл, град и длительностью каждой последовательности 240 эл.град. На фиг,1 показаны вспомогательные последовательности А и А для вентилей 20 20 и 23 (фиг.3). Одновременно блок 7 регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инвертора определяет разрешенные шестидесятиградусные интервалы для формирования импульсов управления инвертором, В этом блоке датчики 8 нуля тока вырабатывают сигнал о прохождении30 кривой тока фазы через нуль, а триггеры 9 (фиг,4) формируют импульсы длительностью 100 эл, град, В результате сравнения троек этих импульсов на выходах элементов И 10 (фиг.4) формируется последовательность импульсов Б - П,. длительностью 60 эл, град с взаимным сдвигом 60 эл, град.На фиг.1 эти импульсы показаны для угла сдвига тока относительно напряжения Т= 90 эл, град.40 На формирователь 11 (фиг,4) с соответствующих выходов коммутатора 6 подаются последовательности импульсоввыходов блока 7 регулирования начальнои фазы- последовательности импульсов У широтно-импульсного регулятора 12 последовательность Н. С помощью импульсов И , на шестидесятиградус ных интервалах элементами И 13, НЕ 14, И 15 ИЛИ 16 (фиг,5) выбираются нужные участки вспомогательных последовательностей (фиг. 1) и объединяются на элементах ИЛИ в последовательности 5 импульсов управления вентилями инвертора Плр, П р, Бц, Бр Н ф Ъ (фиг,1). Одновременно эти последова 50 бтельности с помощью элементов И 13 и 15, модулируются последовательностями А и АВ результате на выходе инвертора при любых нагрузках формируется напряжение, широтно-модулированное по закону синуса с регулируемой амплитудой, определяемой скважностью сигнала Б (например, напряжение Бр для фазы А, фиг,1 и 2).ШИР 12 (фиг.4) выполнен на двух одинаковых счетчиках и триггере, Емкости счетчиков выбирают такими, чтобы время их заполнения соответствовало периоду модуляции импульсов на выходе ШИРи а коэффициент деления делителя частоты, включенного на выходе генератора 1 импульсов, устанавливаются таким, чтобы ир /,ниК, где К - целое число; , - минимальная длительность импульсов последовательностей В, А, С (фиг.2), В данном случае К = 1. На первый счетчик ШИР записываются коды чисел, эквивалентных требуемой скважности (амплитуде напряжения на выхоце инвертора), а исходное состояние триггера соответствует сигналу логического нуля на его используемом выходе. Под действием импульсов с выхода генератора импульсов счетчики ШИР считают один от записанного числа до переполнения, а. другой - от нуля до переполнения. Импульсом переполнения первого счетчика триггер переключается в состояние, соответствующее сигналу логической единицы на его используемом выоде, а сигналом переполнения второго счетчика триггер переводится в исходное состояние, происходит перезапись кода числа в первый счетчик. Таким образом, устройство автоматически изменяет последовательности широтно-модулированных импульсов управления вентилями инвертора, которые модулируются последовательностью ШИР в зависимости от режима нагрузки, обеспечивая неизменность формы огибающей напряжения и тока на выходе инвертора с амплитудой огибающей, определяемой кодом, подаваемым на ШИР, Поскольку импульсы на каждом выходе блока регулирования начальной фазы формируются по сигналам с трех датчиков, а выходные импульсы каждого нанала этого блока управления - формированием трех последовательностей им 1270850 8пульсов управления вентилями инвертора, то при изменении нагрузки одновременно изменяются последовательности импульсов управления всех работающих на этом интервале вентилей, что обеспечиваетминимальное время переходного процесса в системе управления инвертором. Соотношение между частотой выходного напряжения и его амплитудой при этом определяется соотно шением между кодами управления канала формирователя частоты и канала формирователя амплитуды напряженияФормула из обретения 151. Способ управления трехфазным мостовым инвертором, работающим на двигатель переменного тока, заключающийся в том, что задают частоту на пряжения на выходе инвертора, на интервалах периода задаваемой частоты формируют шесть сдвинутых одна относительно другой на 60 эл. град импульсных последовательностей, на уча стках 0-120 эл. град модулируют эти последовательности по заданному закону, соответствующему значению синусоидальной функции на участке 0- 120 эл. град, а на участках 120- 240 эл. град - значению синусоидальной функции на участке 60-180 эл.град, определяют моменты перехода тока каждой фазы через ноль и из указанных импульсных последовательностей формируют вспомогательные импульсные последовательности, причем на первых шестидесятиградусных интервалах формируют первые вспомогательные импульсные последовательности, модулирован- д ные по заданным законам, начиная с момента перехода токов соответствующих фаз через нуль, на вторых шестидесятиградусных интервалах формируют вторыеинверсные импульсные последо вательности, модулированные по законам, определяемым заданными функциями, сдвинутыми на 180 эл, град, начиная с конца первых интервалов, а на третьих шестидесятиградусных интерваб лах формируют третьи импульсные последовательности, модулированные по заданным законам, начиная с концов вторых интервалов, о т л и ч а ю -и Й с я тем что с целью расшире 55 ния функциональных возможностей формируют дополнительную импульсную последовательность с частотой, в целое число раз большей частоты модуляциишести указанных импульсных последовательностей, на первых и третьих шестидесятиградусных интервалах формируют импульсные последовательности дляуправления вентилями инвертора путемлогического умножения первых и третьих вспомогательных последовательностей с дополнительной импульсной последовательностью, инвертируют дополнительную импульсную последовательность и формируют на втором шестидесятиградусном интервале импульсныепоследовательности для управлениявентилями инвертора путем логическогосложения вторых вспомогательных импульсных последовательностей с инвертированной дополнительной импульснойпоследовательностью и, регулируя длительность импульсов дополнительнойимпульсной последовательности, управляют амплитудой напряжения на выходеинвертора,2, Устройство управления трехфазным мостовым инвертором, работающимна двигатель переменного тока, содержащее генератор импульсов, счетчик,параллельные выходы которого связаныс входами синусного дешифратора, авыход старшего разряда соединен свходом распределителя импульсов, выходы синусного дешифратора соединеныс первой группой входов коммутатора,к второй группе входов которого подключены выходы распределителя импульсов и выход старшего разряда счетчика, формирователь импульсов управления вентилями инвертора, первые входыкоторого соединены с выходами коммутатора, блок регулирования начальнойфазы последовательностей импульсовуправления вентилями инвертора, входкоторого соединен с выходом старшегоразряда счетчика, а выходысвязаны свторыми входами формирователя импульсов управления вентилями инвертора, причем блок регулирования начальной фазы последовательностей импульсов управления вентилями инверторавыполнен из шести каналов, каждый изкоторых содержит датчик нуля тока соответствующей полуфазы на выходе инвертора, триггера и элемента И, выходдатчика тока соединен с входом записитриггера, к синхронизирующему входукоторого присоединен вход старшегоразряда счетчика, а к установочномувходу подключен выход триггера проти.9 1 гю вофазного канала блока, выход тригге- ра связан с одним из входов элемента И, к другим входам которого присоединены выходы двух триггеров - противофазного и прямого каналов двух других фаз, выходы элементов И являются вьг-. ходами блокарегулирования, коммутатор состоит из шести каналов, каждый из которых содержит элементы И по числу выходов распределителя, элемент ИЛИ и триггер, причем один из входов каждого элемента И соединен с одним из выходов распределителя, а другой вход присоединен к соответствующему выходу дешифратора, выходы элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, ,выход которого подключен к входу записи триггера, установочный вход которого связан с выходом старшего разряда счетчика, выходы триггеров явля- щ ются выходами коммутатора, формирователь импульсов управления вентилями инвертора выполнен в виде шести каналов, каждый из которых содержит логические элементы и ключ, выход которо го является выходом канала устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, оно снабжено делителем частоты, управляемым кодом, и широтно-импульсным регулятором, выход делителя частоты соединен с входом счетчика, а входы делителя частоты и широтно-импульсного регулятора подключены к выходу генератора импульсов, широтно-импульсный регулятор содержИт два одинаковых счетчика и триггер, счетные входы счетчиков соединены с выходом генератора импульсов, выход старшего разряда первого счетчика широтно-импульсного регулятора подключен к первому входу триггера,850 1 Оа выход старшего разряда второго счесчетчика соединен с вторым входомтриггера и с установочным входомпервого счетчика, к параллельным входам которого присоединены выходы задатчика кодов чисел заданной амплитуды напряжения на выходе инвертора,инверсный выход триггера является выходом широтна-импульсного регулятораи соединен с третьими входами всехшести каналов формирователя импульсовуправления вентилями инвертора, каждый канал которого содержит четыреэлемента И, два элемента ИЛИ-НЕ, элемент ИЛИ и ключ, причем первые выходыпервого и второго элементов И соединены с выходом коммутатора, соответствующим данному каналу, а первыйвход третьего элемента И соединен свыходом противофазного Канала коммутатора через первый элемент ИЛИ-НЕ,второй вход первого элемента И соединен с выходом прямого канала даннойфазы блока регулирования начальнойфазы последовательностей импульсовуправления вентилямИ инвертора, второй вход второго элемента И связанс выходом прямого канала следующейфазы, а вторые входы третьего и четвертого элементов И подключены к вьгходу противофазного канала даннойфазы указанного блока, третьи входыпервого и второго элементов И соединены непосредственно с выходом широтно-импульсного регулятора, а первыйвход четвертого элемента И связан свыходом широтно-импульсного регулятора через второй элемент ИЛИ-НЕ, выходы всех элементов И присоединены квходам элемента ИЛИ, выход которогоподключен к входу ключа,1270850 Аг йд, иуг Уу Ь 7 У 5 иуб Ьр Яр Ри г.1 башираъ а 60 ЦВ Йир Оиир Улр илр и Орр Рр ОСр 0 30 й 7 И 120 50 г 80 20 2 б 0 220 0 ЛУ 0 ЗЮ гГ1270850 Рч асиргРпитеюставитель О.Парфенхред Л.Олейник Корректор В.Бутяг Редактор А.Огар каз 6250 3035 олиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,роизводстве Тираж 631ственного комиобретений и оЖ, Раушска Госуда делам и Москва,Подписноета СССРытийаб., д. 4/5