Устройство для управления трехфазным инвертором

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является улучшение энергетических показателей . Устр-во содержит формирователь тактовых импульсов 13 и распределитель импульсов 14. К входу первого шестиканального логического узла 21 подключен вьЕход широтно-импульсного модулятора 24. Выходы логического узла 21 через второй шестиканальный логический узел 37 соединены с цепями управления ключевых элементов 1-6 инвертора. В устр-ве осуществляется слежение за изменением параметров нагрузки, в зависимости от которых осуществляется минимально необходимое количество коммутаций ключей. 4 ил. GO СП « ОО О5 сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1354365 А 1 (511 4 Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3684782/24-07 (22) 02.01.84 (46) 23.11.87. Бюл. Ф 43 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро геофизической техники (72) В.А. Добрускин и В.В.Чепков (53) 621.3)4.572(088.8) (56) Авторское свидетельство CCCP

Ф 254638, кл. H 02 P 13/18, 1967. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ HHBEPTOPOM (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является улучшение энергетических показателей. Устр-во содержит формирователь тактовых импульсов 13 и распределитель импульсов 14. К входу первого шестиканального логического узла 21 подключен выход широтно-импульсного модулятора 24. Выходы логического узла 21 через второй шестиканальный логический узел 37 соединены с цепями управления ключевых элементов 1-6 инвертора. В устр-ве осуществляется слежение за изменением параметров нагрузки, в зависимости от которых осуществляется минимально необходимое количество коммутаций ключей.

4 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

54365

1 13

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в вентильных преобразователях частоты, в том числе и в автоматизированном электроприводе для регулирования выходного напряжения.

Цель изобретения — улучшение энергетических показателей.

На фиг, 1 показа блок-схема устройства для управления трехфазным инвертором; на фиг. 2 — схема первого шестиканального логического узла; на фиг, 3 и 4 — временные диаграммы, поясняющие работу схемы.

Устройство для управления трехфазным инвертором, выполненным на ключевых элементах 1-6, образующих три стойки, на диодах 7-12 обратного тока, содержит последовательно соединенные между собой формирователь 13 тактовых импульсов и распределитель

14 импульсов, выходы 15-20 последнего соединены с соответствующими входами первого шестиканального логического узла 21, к входу 22 которого подключен формирователь 13 тактовых импульсов, а к входу 23 — выход широтно-импульсного модулятора 24. Выходы 25-36 первого шестиканального логического узла 21 через второй шестиканальный логический узел 37 . соединены с соответствующими входными цепями управления ключевых элементов 1-6 трехфазного мостового ин-. вертора и с первыми входами блока 38 памяти. В цепь каждого ключевого элемента 1-6 инвертора включены датчики

39-44 тока, выходы которых подключены к соответствующим входам второго шестиканального логического узла 37, а также через блок 38 памяти — к соответствующим входам первого шестиканального логического узла 21.

Инвертор включен на симметричную трехфазную нагрузку 45 соединенную в звезду. Каждый канал 46-51 второго шестиканального логического узла 37 содержит два D-триггера 52 (53) и

54 (55),двухвходовый и трехвходовый логические элементы 2И 56 (57) и ЗИ

58 (59) соответственно, двухвходовый логический элемент 2ИЛИ 60 (61), выходом соединенный с ключевым элементом 1 (2) соответствующей стойки, и логический элемент HE 62 (63). Причем первый вход логического элемента

2И 56, счетный вход первого D-триггера 52 и вход логического элемента

HE 62 объединены и подключены к выходу 26 формирования напряжения управления соответствующего канала первого шестиканального логического узла 21, тактовый выход 25.которого подключен к первому входу логического элемента

ЗИ 58.

Второй и третий входы логического элемента ЗИ 58 подсоединены к точке объединения выхода логического элемента НЕ 63 и счетного входа второго

D-триггера 55, которые принадлежат соседнему каналу 47 логического узла

37, управляющему вторым ключевым элементом 2 данной стойки, и соответственно к выходу этого D-триггера 55.

Второй вход логического элемента 2И

56 подключен к выходу первого О-триггера 52. Выходы логического элемента

2И 56 и логического элемента ЗИ 58 подсоединены к входам логического элемента 2ИЛИ 60, D-входы второго 54 и первого 53 D-триггеров соответственно данного 46 и соседнего 47 каналов связаны с выходом датчика 39 тока первого ключевого элемента l.

Каждый канал первого шестиканального логического узла 21 (фиг. 2) выполнен на двух двухвходовых логи/ ческих элементах 2ИЛИ 64 и 65, на двухвходовом логическом элементе

2И-НЕ 66, трехвходовом логическом элементе ЗИ 67 и логическом элементе

НЕ 68. Причем один из входов логического элемента 2И-НЕ 66 соединен с входом логического элемента ЗИ 67 и подключен к соответствующему выходу

15 распределителя 14 импульсов. Выход логического элемента 2И-HE 66 соединен с вторым входом логического элемента 2ИЛИ 64, с входом логического элемента HE 68 соседнего канала данной стойки инвертора и с первым входом логического элемента 2ИЛИ 65 канала противоположного ключевого элемента опережающей на 120 эл.град. фазы. Первый вход логического элемента 2ИЛИ 64 соединен с выходом 23 широтно-импульсного модулятора 24, а выход с первым входом логического элемента ЗИ 67, второй вход которого соединен с выходом логического элемента 2ИЛИ 65. Второй вход логического элемента 2ИЛИ 65 соединен с соответствующим выходом блока 38 памяти.

Первый вход логического элемента 2И-.

НЕ 66 каждого канала подключен к выходу 22 формирователя 13 тактовых

1354365 импульсов, причем вход логического элемента 2И-НЕ 66 каналов ключевых элементов катодной группы инвертора подключен через логический элемент

НЕ 69.

В предлагаемом устройстве для управления трехфазным инвертором осуществляется слежение за изменением параметров нагрузки. (контролируется ток в цепи ключей инвертора) и в зависимости от параметров нагрузки (от числа ключей, проводящих ток нагрузки) осуществляется минимально .необходимое количество коммутаций ключей, обеспечивающее при регулировании наилучшие энергетические показатели инвертора и качество выходного напряжения. Устройство обеспечивает включение на интервале импульса только тех ключей, которые действительно создают необходимые цепи для протекания токов нагрузки, и закорачивание фаз нагрузки для формирова— ния паузы в выходном напряжении только включением одного ключа фазы полного тока или только включением, одного ключа фазы полного тока в зависимости от параметров (cos(g„) нагрузки.

В результате этого уменьшено число коммутаций силовых ключей инвертора (исключен режим коммутации ключей фазы полного тока с двойной частотой), устранен режим протекания сквозных токов и уменьшены потери в цепи управления ключевых элементов, что позволяет повысить энергетические показатели инвертора.

На временных диаграммах (фиг. 3 и 4) показаны управляющие импульсы

U -U ключевыми элементами 1-6 в случае чисто индуктивной нагрузки, а также приведены фазные UA,U>,U и линейное U„> напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Импульсы U с выхода формирователя 13 тактовых импульсов управления поступают на вход распределителя

14 импульсов. Промодулированные по заданному закону импульсы U с выхода 23 широтно-импульсного модулятора

24 поступают на один из входов формирователя 21 импульсов, на второй вход которого поступают тактовые импульсы с выхода формирователя 13 тактовых импульсов управления. Распределитель 14 импульсов, на вход которого поступает однофазная последователь-.

10 ность импульсов, осуществляет формирование трехфазной последовательности напряжений U 4 -U, сдвинутых друг относительно друга на 120 эл. град., и подает полученную .систему напряжений на входы формирователя 21 импульсов, который вырабатывает напряжение управление вентилями трехфазного мостового инвертора (фиг. 4, импульсы

U«,Ц ), управления ключевЫми элементами l и 2 фазы А, а также формирует тактовые импульсы управления

U<(и U < для каждого вентиля инвер15 тора: для элемента 1 тактовый импульс U,<,1, для элемента 2 П,< .

Напряжение уровня логической единицы с датчиков 39-44 тока поступает на соответствующие входы блока 38 памяти в котором записывается интерt вал протекания тока через вентили инвертора. Выход блока 38 памяти соединен с выходными каскадами формирователя 14 импульсов, в которых

25 осуществляется операция логического суммирования напряжения, вырабатываемого формирователем импульсов и йапряжения, соответствующего интервалу протекания тока в вентиле на предыдО дущем периоде. В результате напряжение управления подается только на те вентили, которые необходимо включать при данных параметрах нагрузки (со$Чн) ..

Логический узле 37 работает следующим образом. Предположим, что инвертор работает на активно-индуктивную нагрузку с соsp„=0,05 (фиг. 4).

С инверсного выхода D-триггера 52

4р напряжение У уровня логической еди ницы поступает на второй вход логического элемента 2И 56. Напряжение управления с выхода формирователя

21 через логические элементы 56 и 60

45 поступает на вход элемента 1. Так как ток через элемент 1 не протекает, то с выхода датчика 39 тока напряже-. ние U уровня логического нуля поступает на вход D-триггера 54. Ключевой

5О элемент 2 закрыт, так как напряжение управления его равно нулю, напряжение .U уровня логического нуля с выхода датчика 40 тока поступает Hà Dвход D-.òðèããåðà 52.

По окончании импульса управления элементом 1 на вход синхронизации D-триггера 54 поступает импульс

U< и уровень логического нуля с

D-входа D-триггера 54 переписывается

1354365 на его выход. На инверсном выходе

D-триггера 54 формируется напряжение

U уРовня логической единицы, которое поступает на третий вход элемента ЗИ 59, на второй вход которого поступает напряжение U6 с выхода элемента НЕ 62, а на первый вход— тактовое напряжение U <,1 управления ключевым элементом 2. При наличии . на всех входах элемента И 59 уровня логической единицы, на выходе последнего формируется напряжение U управ- ления„ которое через элемент ИЛИ 61 поступает на вход управления ключевым элементом 2. Последний открывается и обеспечивает формирование паузы в кривой выходного напряжения

U<. В этом случае все три фазы нагрузки оказываются закороченными относительно положительной шины ис15

55 точника литания через два ключевых элемента 2 и 4 и диод обратного то ка 12„ D-вход D-триггера 52 подается напряжение U40 уровня логичес- 25 кой единицы.

По окончании импульса П„ управле.ния ключевым элементом 2 на вход синхронизации D-триггера 52 поступает импульс напряжения Uz< и уровень логической единицы с D-входа переписывается на выход D-триггера 52. С инверсного выхода D-триггера 52 уро вень логического нуля Uz поступает на второй вход элемента 2И 56 и запрещает прохождение напряжения управления ключевым элементом 1. Он закрыт и трехфазная нагрузка подключена к источнику питания через ключеь вой элемент 4 и два диода 7 и 12 об- 40 ратного тока. На выходе инвертора формируется импульс напряжений. По окончании импульса управления U на вход синхронизации D-триггера 54 поступает импульс синхронизации Uz

45 и подтверждает предыдущее состояние

D-триггера 54. Уровень логической .единицы U на инверсном выходе Dтриггера 54 обеспечивает прохождение импульса напряжения Uz через логический элемент 59, и ключевой элемент 2 открывается.

В выходном напряжении UA инвертора формируется пауза длительностью сС.

Все три фазы нагрузки закорочены относительно отрицательной шины источника питания. Если ток нагрузки в фазе А спадает до нуля, то на выходе датчика 40 тока формируется уро-, вень логического нуля U, который поступает íà D-вход D-триггера 52, и при поступлении импульса напряжения U на вход синхронизации D òðèãгера 52 на инверсном выходе последнего формируется логическая единица

U, обеспечивающая прохождение напряжния управления ключевым элементом 1 через логический элемент 2И 56.

Ключевой элемент l открывается, и уровень логической единицы U>< с выхода датчика 39 тока поступает на

Э-вход D-триггера 54.

При поступлении импульса Uz, на вход синхронизации D-триггера 54 на инверсном выходе последнего формируется уровень логического нуля U запрещающий прохождение напряжения управления Uqq через логический элемент ЗИ 59. Пауза в этом случае формируется выключением ключевого элемента l, и нагрузка закорачивается относительно отрицательной шины источника питания через ключевой элемент 4 и два,циода 8 и 12 обратного тока. Поступление следующего импульса напряжения U на вход синхронизации D-триггера 52 подтверждает предыдущее (нулевое) состояние Dтриггера, и напряжение управления

U2 через логический элемент 2И 56 поступает в цепь управления ключевого элемента 1.

Таким образом, на выходе логического блока 37 формируются напряжения управления U< и.U ключевыми элементами 1 и 2 фазы А. На интервале от Т/3 до q„ ïàóçà в выходном напряжении инвертора формируется включением ключевого элемента 2, а на интервале от <р„ до 2 й/3 выключением вентиля ключевого элемента 1. Аналогичным образом формируется напряжение управления вентилями других фаз инвертора.

Формула изобретения

Устройство для управления трехфазным инвертором, включающим в себя три стойки ключевых элементов, содержащее последовательно соединенные между собой формирователь тактовых импульсов управления и распределитель импульсов, причем выходы последнего соединены с первыми входами первого шестиканального логического узла, к второму входу которого под 35ч ключен выход широтно-импульсного модулятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, оно снабжено датчиками тока, включаемыми последо5 вательно в цепи каждого ключевого элемента инвертора, блоком памяти и вторим шестиканальным логическим узлом, каждый канал которого выполнен в виде двух D-триггеров, двухвходового и трехвходового логических элементов 2И и соответственно ЗИ, двухвходового логического элемента

2ИЛИ, выходом связанного с первым ключевым элементом соответствующей стойки, и логического элемента НЕ, причем первый вход логического элемента 2И, счетный вход первого Втриггера и вход логического элемента НЕ объединены и подключены к оцному из двух выходов соответствующего канала первого шестиканального логического узла, второй выход которого подключен к первому вхоцу логи- 25

365 8 ческого элемента ЗИ, второй и третий входы этого логического элемента подсоединены к точке объединения выхода логического элемента НЕ и счетного входа второго D-триггера, которые принадлежат соседнему каналу логического узла, управляющему вторым ключевым элементом данной стойки, и соответственно к выходу этого D-триггера, второй вхэд логического элемента 2И подключен -к выходу первого D òðèããåðà, выходы этого логического элемента и логического элемента ЗИ подсоединены к входам логического элемента 2ИЛИ, D-входы второго и первого D-триггеров соответственно данного и соседнего каналов связаны с выходом датчика тока первого ключевого элемента данной стайки, а выходы всех шести дат чиков тока связаны с соответствующими входами первого шестиканального узла через упомянутый блок памя ти.!

354365

Que. У

e Ugy ит

Vip

ups

ugz

uur) Usg

uq>

ui и2

Составитель Г. Мыцык

Редактор В. Петраш Техред Я.Попович

Корректор Г. Решетник

Заказ 5710/52 Тираж б59 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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