Устройство для управления инвертором напряжения

 

Устройство для управления инвертором напряжения, выполненное на четырех ключах и питающееся от источника со средней точкой, содержит два компаратора 22, 23, два D-триггера 25, генератор 24 тактовых импульсов, три сумматора 19, 20, 21. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях для систем электропривода переменного тока.

Известно устройство для управления инвертором напряжения, выполненным на четырех силовых ключах, включенных по мостовой схеме [1]. Недостатком такого устройства является ограниченная область применения, так как оно предназначено для управления инвертором напряжения, нагруженным на однофазную нагрузку.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству управления инвертором напряжения является устройство состоящее из компаратора, двух D-триггеров, генератора тактовых импульсов, блока задания тока и датчика мгновенных значений тока нагрузки. Один из входов компаратора подключен к датчику мгновенного значения тока нагрузки, а другой - к блоку задания тока. Выход компаратора соединен с входами двух D-триггеров, общий вход синхронизации которых подключен к выходу генератора тактовых импульсов. Инвертирующие и прямые выходы D-триггеры подключены к управляющим входам четырех силовых ключей инвертора, включенных по однофазной мостовой схеме и подключающих нагрузку к положительному и отрицательному полюсам источника питания [2].

Недостатком устройства управления инвертором напряжения является ограниченная область применения, так как его возможное использование ограничивается случаем работы инвертора на однофазную нагрузку. При трехфазной нагрузке каждая фаза должна запитываться от отдельного однофазного инвертора, имеющего собственное устройство управления. При этом ухудшаются надежностные и стоимостные характеристики инвертора в целом за счет увеличения числа силовых ключей и устройств управления однофазными инверторами.

Целью изобретения является расширение области использования.

Цель достигается тем, что в предлагаемое устройство для управления инвертором напряжения на четырех ключах, питающимся от источника со средней точкой, содержащее первый компаратор, два D-триггера, первый датчик тока и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к общему входу синхронизации D-триггеров, причем информационный вход первого D-триггера подключен к выходу компаратора, а прямые и инвертирующие выходы D-триггеров предназначены для подключения к управляющим входам ключей инвертора, введены второй компаратор, три сумматора, второй и третий датчики мгновенных значений тока нагрузки, второй и третий блоки задания тока, при этом прямой вход каждого из сумматоров подключен к выходу соответствующего датчика мгновенных значений тока нагрузки, инвертирующий вход каждого из сумматоров подключен к выходу соответствующего блока задания тока, выход первого сумматора подключен к прямому входу первого и инвертирующему входу второго компараторов, выход второго сумматора подключен к инвертирующему входу первого компаратора, выход третьего сумматора - к прямому входу второго компаратора, а выход второго компаратора - к входу второго D-триггера.

На фиг.1 изображена структурная схема системы управления выходными токами инвертора; на фиг.2 - функциональная схема устройства управления инвертором, где 1-2 - силовые ключи инвертора, 5-7 - датчики мгновенных значений фазных токов нагрузки, 8-10 - блоки задания токов, 11 - устройство управления инвертором, 12-14 - фазы нагрузки, 15-18 - выходы устройства управления, 19-21 - сумматоры, 22, 23 - компараторы, 24 - генератор тактовых импульсов, 25 - два D-триггера с общим входом синхронизации, 26-28 - инвертирующие входы сумматоров, 29-31 - прямые входы сумматоров, 32-34 - выходы сумматоров, 36,38 - прямые входы компараторов, 35-37 - инвертирующие входы компараторов, 39,40 - выходы компараторов, 41 - выход генератора тактовых импульсов, 42, 43 - входы D-триггеров, 44 - общий вход синхронизации D-триггеров, 15,17 - прямые выходы D-триггеров, 16,18 - инвертирующие выходы D-триггеров.

Инвертирующие входы 26,27,28 сумматоров 19,20,21 подключены к выходам соответствующих блоков 8,9,10 задания тока, прямые входы 29,30,31 - к выходам соответствующих датчиков 5,6,7 мгновенных значений токов нагрузки. Выход 32 первого сумматора подключен к прямому входу 35 первого компаратора 22 и к инвертирующему входу 37 второго компаратора 23. Выход 33 второго сумматора 20 подключен к инвертирующему входу 36 первого компаратора 22. Выход 34 третьего сумматора 21 подключен к прямому входу 38 второго компаратора 23. Выходы 39, 40 компараторов 22, 23 соединены с входами 42, 43 соответствующих D-триггеров 25. Выход 41 генератора тактовых импульсов 24 подключен к общему входу 44 синхронизации D-триггеров 25. Прямые выходы 15,17 D-триггеров предназначены для подключения к управляющим входам соответственно силовых ключей 1,3 инвертора, а инвертирующие выходы 16,18 - к управляющим входам ключей 2, 4 инвертора.

Устройство для управления инвертором напряжения работает следующим образом.

Сумматоры 19, 20, 21 по входным аналоговым сигналам задания i₂₁, i₂₂, i₂₃ и cигналам обратной связи по мгновенным значениям фазных токов нагрузки i₁, i₂, i₃ вырабатывают сигналы ошибок регулирования фазных токов: i_j = ij - i_zj, j = 1,2,3. Эти сигналы поступают на компараторы: сигнал i₁ - с выхода 32 первого сумматора 19 на прямой вход 35 первого компаратора 22 и на инвертирующий вход 37 второго компаратора 23, сигнал i₂ - с выхода 33 второго сумматора 20 на инвертирующий вход 36 первого компаратора 22, сигнал i₃ - с выхода 34 третьего сумматора 21 на прямой вход 38 второго компаратора 23. Сигнал на выходе 39 компаратора 22 равен логической "1", если i₁-i₂ 0, и равен логическому "0", если i₁ - i₂ < 0. Сигнал на выходе 40 компаратора 23 равен логической "1", если i₃ - i₁ 0, и равен логическому "0", если i₃ - i₁ < 0. Цифровые сигналы с выхода 39 компаратор 22 поступают на вход 42 первого D-триггера 25, а с выхода 40 компаратора 23 - на вход 43 второго D-триггера 25. Состояние прямых 15, 17 и инвертирующих 16, 18 выходов D-триггеров 25 меняется лишь в моменты прихода на общий вход 44 синхронизации тактовых импульсов, поступающих с генератора 24, при условии, что на предыдущем периоде следования тактовых импульсов произошло изменение состояния выхода соответствующего компаратора. Сигналы с прямых выходов 15,16 D-триггеров поступают на управляющие входы силовых ключей 1,3, а с инвертирующих выходов 16,18 - на управляющие входы силовых ключей 2,4 инвертора.

При работе инвертора на однофазную нагрузку, подключенную по диагонали мостовой схемы инвертора, блоки 20, 21, 23 и второй D-триггер в работе устройства не участвуют. Прямой выход 15 первого D-триггера предназначен для подключения к управляющим входам силовых ключей 2 и 3 инвертора, а инвертирующий выход 16 - для подключения к управляющим входам силовых ключей 1 и 4.

Устройство управления инвертором может быть реализовано на современной элементной базе. Сумматоры 19, 20, 21 могут быть построены на базе операционных усилителей серии К140 (см. Цифровые и аналоговые интегральные микросхем. Справочник под ред. С.В.Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989, с. 338-352). В качестве компараторов 22, 23 могут использоваться микросхемыК554САЗ (там же, с. 53). Генератор 24 тактовых импульсов может быть собран по схеме, приведенной в кн. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г. И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985, с. 165, рис. 4. 10, на базе таймера 1006 ВИ1. В качестве двух D-триггеров с общим счетным входом может использоваться микросхема К155ТМ8.

Технико-экономические преимущества заявляемого устройства в сравнении с прототипом заключаются в расширении области использования путем обеспечения работы инвертора на трехфазную нагрузку, соединенную по схеме треугольник.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, выполненным на четырех ключах, питающимся от источника со средней точкой, содержащее первый компаратор, два D-триггера, первый датчик мгновенных значений тока нагрузки, первый блок задания тока и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к общему входу синхронизации D-триггеров, информационный вход первого D-триггера подключен к выходу первого компаратора, а прямые и инвертирующие выходы D-триггеров предназначены для подключения к входам ключей инвертора, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования введены второй компаратор, три сумматора, второй и третий датчики мгновенных значений тока нагрузки, второй и третий блоки задания тока, причем прямой вход каждого сумматора подключен к выходу соответствующего датчика мгновенных значений тока нагрузки, инвертирующий вход каждого сумматора подключен к выходу соответствующего блока задания токов, выход первого сумматора подключен к прямому входу первого и инвертирующему входу второго компараторов, выход второго сумматора - к инвертирующему входу первого компаратора, выход третьего сумматора - к прямому входу второго компаратора, а выход второго компаратора - к входу второго D-триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2