Устройство для управления электродвигателем переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является упрощение за счет исключения аналоговых преобразователей и обеспечения возможности параллельного преобразования информа ъ ции и повышение точности. Указанная цель достигается введением в устройство управления электродвигателем переменного тока трехфазного генератора 10 импульсов и выполнением формирователя 3 гармонического сигнала в виде соединенных между собой цифрового генератора 11 пилы, (т+1)-разрядного сумматора 12, инвертора кода 13, формирователя 14 кода синусоидальных сигналов . Формирователь импульсов составлен из соединенных между собой схемы сравнения 15, оперативно-запоминающих устройств 16 и двухвходовых схем И 17. В результате уменьщается количество блоков, объем постоянно-программируемого запоминающего устройства, гарантируется равная величина частот и амплитуд выходных фазных напряжений преобразователя частоты 5, увеличивается помехоустойчивость. Уменьшается зависимость работы устройства от температуры и колебаний питающего напряжения. 7 ил. S (Л 00 оо 05 00 оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц 4 Н 02 Р 7/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3639779/24-07 (22) 01.09.83 (46) 07.09.87. Бюл. № 33 (72) В. С. Протопопов и А. Г. Мурач (53) 62-83:621.313.33.072.9 (088.8) (56) Обухов С. Г., Рагулин А. M. Цифровая система управления инвертором с широтно-импульсным модулятором.— Применение тиристорных преобразователей в электротехнике: Труды Совещаний 1972, вып.

1.М.

Авторское свидетельство СССР № 813653, кл. H 02 P 7/42, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является упрощение за счет исключения аналоговых преобразователей и обеспечения возможности параллельного преобразования информа„„Я0„„1336188 А 1 ции и повышение точности. Указанная цель достигается введением в устройство управления электродвигателем переменного тока трехфазного генератора 10 импульсов и выполнением формирователя 3 гармонического сигнала в виде соединенных между собой цифрового генератора 1 пилы, (т+1) -разрядного сумматора 12, инвертора кода 13, формирователя 14 кода синусоидальных сигналов. Формирователь импульсов составлен из соединенных между собой схемы сравнения 15, оперативно-запоминающих устройств

16 и двухвходовых схем И 17. В результате уменьшается количество блоков, объем постоянно-программируемого запоминающего устройства, гарантируется равная величина частот и амплитуд выходных фазных напряжений преобразователя частоты 5, увеличивается помехоустойчивость. Уменьшается фф зависимость работы устройства от температуры и колебаний питающего напряжения.

7 ил.

1336188

foal-4

2 = Х 2"+2.

1l--4

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателем, преимущественно с частотным управлением.

Целью изобретения является упрощение конструкции за счет исключения аналоговых преобразователей и обеспечения возможности параллельного преобразования информации и повышение точности.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для управления электродвигателем переменного тока; на фиг. 2— структурная схема генератора пилы; на фиг. 3 — диаграммы процесса формирования кода углов трех фаз; на фиг. 4 диаграммы процесса формирования кода синусоидального сигнала; на фиг. 5 диаграммы процесса формирования кода амплитуды; на фиг. 6 и 7 — диаграммы процесса формирования импульсов силовых ключей.

Устройство для управления электродвигателем переменного тока содержит блок 1 рассогласования, блок 2 аналого-цифрового преобразования, формирователь 3 гармонических сигналов, формирователь 4 импульсов, управляемый преобразователь 5 частоты, подключенный выходом к электродвигателю 6 переменного тока, датчик 7 измеряемого параметра, генератор 8 пилы, распределитель 9 импульсов и трехфазный генератор 10 импульсов. Формирователь 3 гармонических сигналов состоит из цифрового генератора 11 пилы, (т+1) -разрядного сумматора 12, инвертора 13 кода и формирователя кода синусоидальных сигналов, выполненного в виде постоянно-программируемого запоминающего устройства 14. Первые входы четных разрядов сумматора 12 соединены с третьей фазой С трехфазного генератора 10 импульсов, первые входы нечетных разрядов сумматора 12 — с второй фазой В трехфазного генератора 10 импульсов, вторые входы (m+1) -разрядного сумматора 12 подключены к выходу цифрового генератора 11 пилы, вход которого подключен к выходу блока 2 аналого-цифрового преобразования. Выходы т — 1 разрядов сумматора 12 соединены с первыми входами инвертора 13 кода, вторые входы которого соединены с выходом т-ro разряда сумматора 12. Выход (т+1) -го разряда сумматора 12 подключен к первым входам распределителя 9 импульсов, вторые входы которого соединены с соответствующей фазой трехфазового генератора 10 импульсов. Выходы инвертора 13 кода подключены к входам постоянно-программируемого запоминающего устройства 14. Формирователь 4 импульсов состоит из схемы 15 сравнения, трех оперативно-запоминающих устройств 16 и шести двухвходовых схем И 17. Первые входы схемы 15 сравнения подключены к выходам постоянно-программируемого запоминающего устройства 14, а вторые— к выходам генератора 8 пилы. Выход схе5

35 мы 15 сравнения связан с первыми входами оперативно-запоминающих устройств

16, вторые входы которых связаны с соответствующими фазами трехфазного генератора 10 импульсов. Выходы оперативнозапоминающих устройств 16 связаны с соответствующими входами схемы И 17, вторые входы которых соединены с соответствуюшими выходами распределителя 9 импульсов. Выходы оперативно-запоминающих устройств 16 связаны с соответствующими входами схемы И 17, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами распределителя 9 импульсов. Выходы схем

И 17 образуют выходы формирователя импульсов, которые соединены с управляющими входами преобразователя 5 частоты, выходы которого соединены с входом электродвигателя 6 переменного тока. Датчик 7 измеряемого параметра входом соединен с выходом электродвигателя 6 переменного тока, а выходом — с блоком 1 рассогласования, на другой вход которого приходит сигнал Uç задания. Выход блока 1 рассогласования соединен с входом блока 2 аналого-цифрового преобразователя и первым входом преобразователя 18 напряжение— частота генератора 8 пилы (фиг. 2). Второй вход преобразователя 18 напряжение — частота соединен с выходом генератора 19 импульсов, а выход — с первым входом (m — 1)разрядного счетчика 20, выходы которого являются выходами генератора 8 пилы, соединенными с выходами формирователя 21 запрета счета. Выход генератора 19 импульсов соединен с входом делителя 22 частоты, выход которого соединен с вторым входом счетчика 20, третий вход которого соединен с выходом формирователя 21 запрета счета.

Устройство работает следующим образом.

Блок 1 рассогласования сравнивает сигнал задания (Uç) от внешнего задающего устройства и сигнал с выхода датчика 7 измеряемого параметра. Сигнал рассогласования (Ь подается на вход блока 2 аналогоцифровго преобразования. На выходе последнего получается последовательность импульсов (фиг. 3), частота которых прямо пропорциональна амплитуде входного сигнала. Последовательность импульсов f (фиг. 3) приходит на вход цифрового генератора 11 пилы, представляющего собой двоичный (т+1)-разрядный счетчик с самосбросом.

С выхода цифрового генератора 11 пилы идет (т+1) -разрядный параллельный двоичный код (фиг. 3). Пусть 2 — модуль пересчета двоичного счетчика генератора 11 пилы, тогда углу 2л соответствует число

2 . Выход счетчика является однофазным, для преобразования его в трехфазный сигнал служит сумматор 12.

Можно доказать, что!

336!8ь ее

Раскрывают формулу (! ) и преобразуют

1Tl-$

2" = 2" +2=2 +2 - +2 +...+2 " +2=

=(2 +2 )+ (2 +2") +... (2" +

+2" )+2 " +2=2 (1+2)+

+2" (1+2) +...2 " (1+2) +2" +

+2=3 2 +3 2»+ +3 2 — з+

+2 " +2=31 2" +2 " +2, (2)

e-i где т -- четное число.

Итак, углу 2п соответствует число 2, тогда углу 4л соответствует число 2 2 .

Используя формулу (2), получают

22 =ЗЕ 2" +2" +2 +2=

r i м-з Ill-!

=3 Х 2 +32 +2=3 Х 2" +2.

e=1 e=i (3)

Используя формулу (3), находят число, соответствующее углу 4л/3, Используя формулу (4), находят число, соответствующее углу 2л/3, (5)

Аналогично можно найти числа, соответствующие углам 2л, 2л/3, 4л/3 для т нечетных.

Пусть в момент времени на выходе двоичного счетчика генератора ll пилы код имеет числовое значение, равное N. Ему соответствует угол синусоидального сигнала

Х, пусть это будет углом синусоиды фазы А.

Тогда фазе В соответствует угол (Х+2л/3), что в цифровых градусах имеет вид (N+Y 2"), а фазе С вЂ” угол (X+4R/3), что в цйфровых градусах имеет вид (N+

tlf&

+ 2 — )

c-i

В данном устройстве такое преобразование осуществляется следующим образом.

Пусть число разрядов выхода цифрового генератора 11 пилы равно т+1, где т четное число. Трехфазный генератор 10 импульсов выдает при последовательности импульсов Аь Bi u Ci (фиг. 3). Так как код на выходе цифрового генератора 11 пилы соответствует углу синусоиды фазы А, то в момент опроса фазы А первое слагаемое сумматора 12 должно равняться нулю, иначе выходы трехфазного генератора 10 импульсов В и Ci должны подавать на вход сумматора 12 сигнал логического «0» (фиг. 3). При опросе фазы В первое слагаемое сумматора 12 должно равняться числу, соответствующему углу синусоиды, равному 2л/3, которое в цифровых градусах равно выражению (5). Это число в двоичном

55 коде содержит во всех четных разрядах «0», а в нечетных — «!». В устройстве в момент опроса фазы В выход В генератора 10 импульсов имеет значение логической «1», которая подается на каждый первый вход нечетного разряда сумматора !2, а на первый вход четного разряда сумматора 12 подается сигнал С выхода трехфазного генератора 12 импульсов, имеющий значение логического «О» (фиг. 3) . В момент опроса фазы С, как видно из выражения (4), первое слагаемое сумматора 12 должно содержать в нечетных разрядах «О», а в четных — «1».

На фиг. 4 показана синусоидальная кривая (sinn). Если записать в постояннопрограммируемом запоминающем устройстве

14 значения синусоиды в промежутке от 0 до л/2, то можно формировать синусоидальный сигнал исходя из следующих соображений. В промежутке от 0 до л/2 или в соответствующем ему цифровом промежутке от 0 до 2 при возрастании кода на входе постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 на его выходе имеется код восходящей ветви синусоиды. Если в промежутке от л/2 до л или соответствующем ему в цифровом промежутке от 2 " до 2 сделать код на входе постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 убывающим, то на его выходе будет код синусоиды падающей ветви. Это равнозначно тому, что входной код проинвертирован. В промежутке от л до Зл/2, что соответствует цифровому промежутку от 2 до (2" +2" ), начинается восходящая ветвь отрицательной полуволны синусоиды. При подаче на вход постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 прямого кода на его выходе имеют код восходящей ветви синусоиды, а в промежутке от Зл/2 до 2л, соответствующем цифровому промежутку от (2 " +

+2 ) до 2, при подаче на вход постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 инвертированного кода с его выхода имеют код падающей ветви синусоиды, причем в промежутке от л до 2л, в цифровом значении от 2 до 2", код синусоиды выпрямлен, т. е. знак пока не учитывают (фиг. 4, э!псс„ ).

Функцию управляемого инвертора выполняет инвертор 13 кода, состоящий из m — 1 логических элементов и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. На первые входы инвертора 13 и кода подаются сигналы с т — 1 младших разрядов выхода сумматора 12, и на вторые входы подается сигнал с выхода разцяда сумматора 12. Как видно из фиг. 4 (а„, сс„ и з!па«, где а„— выход т го с разряда сумматора 12; a„ — код на выходе инвертора 13 кода), при значениях т-го разряда выхода сумматора 12, равных логическому «О», код угла синусоиды инвертировать не надо, а при значениях логической «1» код нужно прои нверти ровать.

1336188

Знак синусоиды определяется (т+1)-м разрядом выхода сумматора 12 (фиг. 4, а„" и sinn). При его значении «О» знак синусоиды положительный, а при значении

«1» — отрицательный. Работа устройства рассмотрена без учета разделения по времени, однако на выходе постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 образуется трехфазная совокупность кодов выпрямленного синусоидального сигнала с разделением по времени в соответствии с управляющими импульсами трехфазного генератора 10 импульсов. Для получения знаков синусоиды каждой фазы служит распределитель 9 импульсов, представляющий собой три ячейки оперативно-запоминающего устройства, на информационный вход каждой ячейки поступает сигнал с (т+1) -ro разряда выхода сумматора 12, а на управляющие входы подаются сигналы А1, В и

С1 (фиг. 3).

Генератор 8 пилы работает следующим образом. Сигнал с выхода блока 1 рассогласования поступает на вход преобразователя 18 напряжение — частота, на выходе которого имеют последовательность импульсов, синхронизированных с импульсами с выхода генератора 19 импульсов. Работа блока 2 аналого-цифрового преобразования и трехфазного генератора 10 импульсов также синхронизирована с работой генератора 19 импульсов. Частота 1„выходных импульсов преобразователя 18 напряжение — частота изменяется в зависимости от амплитуды управляющего сигнала Uy и имеет вид, показанный на фиг. 5. На счетный вход счетчика 20 поступают импульсы с выхода преобразователя 18 напряжение — частота. Выход счетчика 20 представляет собой (m — 1) -разрядный параллельный двоичный код. Выход каждого разряда поступает на вход формирователя 21 запрета счета, представляющего собой (т — 1)-входной логический элемент И-НЕ. При переполнении регистра счетчика 20 с выхода формирователя 21 запрета счета на вход запрета счетчика 20 поступает сигнал логического «О» и счет останавливается. При приходе на вход обнуления счетчика 20 тактового импульса -- с выхода делителя 22 происходит обнуление всех разрядов счетчика 20, формирователь 21 запрета подает на вход запрета счетчика 20 сигнал логической «1» и счет возобновляется. Таким образом, на выходе счетчика 20 имеют код, числовое значение

Ац которого меняется во времени (фиг. 5)— цифровая пила, угол наклона которой меняется в зависимости от частоты импульсов на выходе преобразователя 18 напряжение — частота. При значениях амплитуды управляющего сигнала (Ь на входе преобразователя 18 напряжение — частота, попадающих в промежуток от О до Ui, цифровая пила имеет постоянный самый большой угол наклона, а при значениях управляющего сигнала, попадающих в промежу5

55 ток от U> до Уз, угол наклона линейно уменьшается до определенного минимального значения и при Uv)U> остается постоянным, причем между моментом достижения цифровой пилой максимума и приходом следующего тактового импульса (акт имеется определенный промежуток времени т, необходимый для разделения импульсов при минимальном угле наклона цифровой пилы. Эти ограничения необходимы для обеспечения устойчивой и надежной работы силовых транзисторных ключей, имеющих задержки во включении и выключении.

Таким образом, (m — 1) -разрядный код синусоиды с выхода постоянно-программируемого запоминающего устройства 14 и (m — 1)-разрядный код амплитуды с выхода счетчика 20 поступают на входы схемы 15 сравнения, представляющую собой (m — 1)разрядную схему сравнения двух двоичных чисел. Выход схемы 15 сравнения имеет значение логической «1», если числовое значение кода гармонического сигнала больше числового значения кода амплитуды, и логического «О», если числовое значение кода гармонического сигнала меньше значений кода амплитуды. На фиг. 6 (sinn.q,Ai, Bi и С ) показан код синусоид фаз А, В и С, разделенный по времени в соответствии с импульсами Ан Bi u Ci трехфазного генератора 10 импульсов, А — числовое значение цифровой пилы, изменяющееся во времени, Q — выход схемы 15 сравнения. Для разделения по трем каналам выходных импульсов схемы 15 сравнения служит оперативно-запоминающее устройство 16, состоящее из трех ячеек, на информационные входы которых подается сигнал с выхода схемы 15 сравнения, а на управляющие входы — импульсы опроса Ан Bi u Ci с выхода трехфазного генератора 10 импульсов (фиг. 6). Импульсы на выходе оперативно-запоминающего устройства 16 А4, В4 и С4 (фиг. 6) имеют частоту, равную частоте тактовых импульсов с выхода делителя 22 частоты. Ширина импульсов пропорциональна коду синусоидального сигнала и обратно пропорциональна углу наклона цифровой пилы. Для разделения по полуволнам синусоид всех трех фаз используется коммутатор полупериодов, состоящий из шести логических двухвходовых схем

И 17, первая пара которых разделяет по полуволнам управляющий сигнал в виде импульсов А4 фазы А в соответствии с управляющими сигналами Аз и Аз с выхода первой ячейки оперативно-запоминающего устройства 16. Аналогично разделяются no поауволнам управляющие сигналы В и С, фаз

Ви С (фиг.7,Аз,Вз, Сз,А;,Ae,B„,Вс, С,, Сг„ где Аг„В и C6 — импульсы управления силовыми ключами положительной полуволны фаз А, В и С; Аз, Вз и C; — импульсы управления силовыми ключами отрицательной полуволны фаз А, В, С, причем на диаграмме з1пм„, для наглядности не

1336188 указано разделение по времени, а показан вид огибающих синусоид фаз А, В и C).

Сигналы As, А, Bs, Bs, С и Сб управляют силовыми ключами, которые подают импульсы высокого напряжения к статорным обмоткам электродвигателя переменного тока.

Изобретение позволяет упростить схему устройства, так как в три раза уменьшается количество блоков формирования гармонических сигналов, в которых исключается преобразователь код — аналог, и уменьшается объем постоянно-программируемого запоминающего устройства (наиболее дорогостоящие блоки). Так как формирование амплитуды и частоты управляющего сигнала производится в цифровом виде и на одних и тех же элементах, гарантируется равная величина частот и амплитуд выходных фаз преобразователя частоты, увеличивается помехоустойчивость, уменьшается зависимость работы устройства от температуры и колебаний питаюшего напряжения.

Этим повышается точность работы устройства для управления электродвигателем переменного тока. Цифровое преобразование управляющих сигналов, применяемое в схеме устройства для управления электродвигателем переменного тока, позволяет применить большую интеграцию элементов и всю схему разместить в одной большой интегральной схеме, что приводит к удешевлению и удобству в эксплуатации устройства для управления электродвигателем переменного тока.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем переменного тока, содержащее управляемый преобразователь частоты, предназначенный для подключения к электродвигателю переменного тока, формирователь импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам преобразователя частоты, а входы — к генератору пилы, распределитель импульсов и формирователь гармонических сигналов, блок аналого-цифрового преобразования, вход которого соеди8 нен с выходом блока рассогласования, а выход — с входом формирователя гармонических сигналов, входы блока рассогласования соединены с задатчиком и датчиком измеряемого параметра электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью упрощения путем исключения аналоговых преобразователей и обеспечения возможности параллельного преобразования информации и повышения точности, введен трехфазный генера10 тор импульсов, формирователь гармонических сигналов составлен из цифрового генератора пилы, (т+1) -разрядного сумматора, инвертора кода, формирователя кода синусоидальных сигналов, формирователь импульсов составлен из схемы сравнения, оперативно-запоминающего узла, шести двухвходовых схем И, причем первые входы четных разрядов указанного сумматора соединены с третьей, а нечетных разрядов — с второй фазой трехфазного генератора им20 пульсов, вторые входы разрядов сумматора связаны с выходами цифрового генератора пилы, входы rn — 1 разрядов сумматора подключены к первым входам инвертора кода, вторые входы которого соединены с т-м разрядом суматора, выходом (т+1)-го раз2> ряда связанного с первым входом распределителя импульсов, вторые входы которого соединены с соответствующей фазой трехфазного генератора импульсов, выходы инвертора кода подключены к входам формирователя кода синусоидальных сигналов, выЗО ходами связанного с одними входами схемы сравнения, другие входы которого подключены к выходам генератора пилы, входом связанного с выходом блока рассогласования, выход схемы сравнения подключен к первым входам оперативно-запоминающего

З5 узла, вторые входы которого связаны с соответствующими фазами трехфазного генератора импульсов, выходы оперативно-запоминающего узла связаны с соответствующими первыми входами схем И, вторые входы

4р которых соединены с выходами распределителя импульсов соответственно, а выходы схем И образуют выходы формирователя импульсов.

1336188

1336188

Фиг.4

/макс мин!

336188! !,: фиг. б! I ! (!1

|!! ),! ! ) I ! !!1 ! !!!! !! !! !! !

t !! ! (!

t! l! I Il !! !! (! 1 1!! !!! !!! !! !

Фиг. 7 ап сь2 и п и п

Г ! !! (Л Гч Г Г-1 !-(! Г-1 ! ! !!!!!!!!! !!

С оста ви тель А. Голо вче нко

Редактор О. Юрковецкая ТехредИ. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 3812/53 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1

/ !

1