Пристрій для керування трифазним мостовим інвертором

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для управления трехфазным мостовым инвертором [1], содержащее задающий генератор с двумя выходами, соответственно коротких и длинных импульсов, счетчик по модулю шесть, подключенный входом к выходу коротких импульсов задающего генератора, первый преобразователь кодов с шестью выходами, запрограммированный в соответствии с табл. 1 и подключенный входами к выходам счетчика по модулю шесть и к выходу длинных импульсов задающего генератора, первым, вторым и третьим выходами - к первому элементу ИЛИ, имеющему выход для подключения к управляющему входу первого силового элемента анодной группы мостового инвертора, третьим, четвертым и пятым выходами - ко второму элементу ИЛИ, имеющему выход для подключения к управляющему входу второго силового элемента анодной группы мостового инвертора, пятым, шестым и первым выходами - к третьему элементу ИЛИ, предназначенному для подключения к управляющему входу третьего силового элемента анодной группы мостового инвертора, три триггера и второй преобразователь кодов на три выхода, запрограммированный в соответствии с табл. 2 и подключенный входами к выходам счетчика по модулю шесть и к выходу коротких импульсов задающего генератора, первым выходом - ко входу установки нуля первого триггера, вторым выходом - ко входу установки нуля второго триггера, третьим выходом - ко входу установки нуля третьего триггера, первый триггер подключен входом установки единицы к четвертому выходу первого преобразователя кодов и имеет выход для подключения к управляющему входу первого силового элемента катодной группы мостового инвертора, второй триггер подключен входом установки единицы к шестому выходу первого преобразователя кодов, и имеет выход для подключения к управляющему входу второго силового элемента катодной группы мостового инвертора, третий триггер подключен входом установки единицы ко второму выходу первого преобразователя кодов, и имеет выход к управляющему входу третьего силового элемента катодной группы мостового инвертора, а табл. 1 и табл. 2 имеют следующий вид: Выходное напряжение мостового инвертора характеризуется тем, что амплитуда его основной гармоники пропорциональна частоте. Известное устройство позволяет управлять скоростью вращения асинхронного двигателя. Недостатком известного устройства является то, что в области малых скоростей вращения падает максимальный момент на валу двигателя и снижается жесткость его механических характеристик. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для управления трехфазным мостовым инвертором посредством обеспечения увеличения амплитуды основной гармоники выходного напряжения увеличиввается максимальный момент по валу двигателя и повышает жесткость его механических характеристик в области малых скоростей вращения и за счет этого улучшается гармонический состав выходного напряжения мостового инвертора. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для управления трехфазным мостовым инвертором задающий генератор с двумя выходами, соответственно коротких и длинных импульсов, выполнен в виде последовательно соединенных задатчика скорости вращения, преобразователя напряжение-частота и делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов, формирователя коротких импульсов, подключенного входом к первому выходу делителя частоты, формирователя длинных импульсов, подключенного входом к второму выходу делителя частоты, и триггера, подключенного входом установки единицы к выходу формирователя коротких импульсов, входом установки нуля - к выходу формирователя длинных импульсов, при этом выход формирователя коротких импульсов использован как выход коротких импульсов задающего генератора, а выход триггера как выход длинных импульсов задающего генератора. В известном устройстве на вы ходе мостового инвертора вырабатывается трехфазное импульсное напряжение, каждая полуволна которого представляет собой два импульса напряжения, смещенных по фазе на угол p / 3 . Длительность импульсов постоянна. В зависимости от частоты вы ходного напряжения мостового инвертора изменяется только пауза между импульсами. В заявляемом устройстве длительность импульсов не остается постоянной. При снижении частоты длительность импульсов увеличивается. Амплитуда основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора уменьшается в меньшей степени, чем снижается частота. Относительное увеличение амплитуды основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора позволяет увеличить максимальный момент на валу двигателя и повысить жесткость его механических характеристик в области малых скоростей вращения. Кроме того, с увеличением длительности импульсов напряжения на малых частотах улучшается соотношение между основной и высшими гармониками выходного напряжения мостового инвертора. На фиг. 1 представлена схема устройства для управления трехфазным мостовым инвертором, на фиг. 2 возможный вариант выполнения делителя частоты с двумя выходами взаимно смещенных по фазе последовательностей импульсов; на фиг. 3 - зависимость амплитуды основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора от частоты. Устройство для управления трехфазным мостовым инвертором содержит задающий генератор I, счетчик 2 по модулю шесть, подключенный входом к первому выходу задающего генератора I, первый преобразователь кодов 3, запрограммированный в соответствии с табл. 1 подключенный первыми тремя входами к соответствующим выходам счетчика 2, а четвертым входом – ко второму выходу задающего генератора I, три схемы ИЛИ 4, 5, 6, подключенные входами к выходам преобразователя кодов 3, а выходами - к управляющим входам силовых элементов анодной группы мостового инвертора 7, второй преобразователь кодов 8, запрограммированный в соответствии с табл. 2, и три триггера 9, 10, 11. При этом второй преобразователь кодов 8 подключен первыми тремя входами к соответствующим выходам счетчика 2, а четвертым входом - к первому выходу задающего генератора І. Тригеры 9, 10, 11 подключены входами установки единицы к выходам преобразователя кодов 3, входами установки нуля - к выходам преобразователя кодов 8, а выходами - к управляющим входам силовых элементов катодной группы мостового инвертора 7. Трехфазная нагрузка 12 подключена в диагональ мостового инвертора 7. Задающий генератор 1 выполнен в виде последовательно соединенных задатчика 13 скорости вращения, преобразователя 14 напряжение - частота и делителя частоты 15 с двумя выходами 16 и 17, а также содержит формирователь 18 коротких импульсов, подключенный входом к первому выходу 16 делителя частоты15, формирователь 19 длинных импульсов, подключенный входом к второму выходу 17 делителя частоты: и триггер 20, подключенный входом установки единицы к выходу формирователя 18, а входом установки нуля к выходу формирователя 19. Выходом коротких импульсов задающего генератора 1 является выход формирователя 18, а выходом длинных импульсов задающего генератора I - выход триггера 20. Делитель частоты 15 с двумя вы ходами 16 и 17 содержит схему И 21, задатчик фазы 22, счетчики 23 и 24, делитель частоты 25 и триггер 26 (см. фиг. 2). Триггер 26 подключен входом с установки нуля к выходу переноса при вычитании Р2 счетчика 23, входом, установки единицы, объединенным с входом записи L счетчика 23, подключен к выходу переноса при сложении Р1 счетчика 24, а выходом к первому входу схемы И21. Схема И21 подключена выходом к счетному входу вычитания C2 счетчика 23, задатчик фазы 22 - к входам предуcтановки АО, А1, А2, А3 счетчика 23, а делитель частоты 25 - к счетному входу сложения 01 счетчика 24. Входом делителя частоты 15 с двумя выходами служит второй вход схемы И21, объединенный с входов делителя частоты 25. Первым выходом 16 делителя частоты 15 является выход переноса при сложении Р1 счетчика 24, а вторым выходом 17 - выход переноса при вычитании Р2 счетчика 23. В качестве задатчика 13 скорости вращения может быть использован любой регулируемый источник напряжения. В простейшем случае это потенцнометр. Устройство работает следующим образом. Выходное напряжение И задатчика 13 скорости вращения преобразуется с помощью преобразователя 14 напряжения - частота в последовательность импульсов, следующи х с регулируемой частотой fn . Сформированная последовательность импульсов поступает на вход делителя частоты 15 с двумя выходами 16 и 17. С обоих выходов снимаются последовательности импульсов, следующи х с частотой fn f= n1 × n 2 где n1 и n2 - коэффициенты деления делителя частоты 25 и счетчика импульсов 24. При этом на втором выходе 17 последовательность импульсов смещена по фазе относительно последовательности импульсов на первом выходе 16 на угол 2p j= n n1 × n2 j где n j - выходной код задатчика фазы 22. Формирователь импульсов 18, подключенный к первому вы ходу 16 делителя частоты 15, вырабатывает последовательность коротких импульсов с длительностью t1 , а формирователь импульсов 19, подключенный к второму выходу 17 делителя частоты 15, - последовательность длинных импульсов с длительностью t 0 . Выходные импульсы формирователя 18 поступают на вход установки единицы триггера 20, а выходные импульсы формирователя 19 - на выход установки нуля. Триггер 20 устанавливается в соответствующее состояние по заднему фронту управляющих импульсов. Выход формирователя 18 служит также выходом коротких импульсов задающего генератора I, а выходом длинных импульсов задающего генератора 1 служит выход триггера 20. В силу этого задающий генератор 1 вырабатывает две последовательности импульсов, следующи х с регулируемой частотой f. На первом выходе генератора 1 имеем короткие импульсы с длительностью t1 , а на втором выходе формируются длинные импульсы с длительностью nj t2 = t0 + ×t n1 × n2 I - период следования выходных импульсов задающего генератора I. f Сформированные последовательности коротких и длинных импульсов распределяются по трем и шести каналам соответственно с помощью счетчика 2 и преобразователей кодов 3 и 8. На выходах схем ИЛИ 4, 5 и 6 возникает первая трехфазная последовательность групп импульсов, следующих с периодом 6t . Каждая группа состоит из трех, следующи х друг за другом, длинных импульсов. На выходах триггеров 9, 10 и 11 вырабатываете вторая трехфазная последовательность, но уже одиночных импульсов с длительностью (3t - t 1 ) . Эта трехфазная последовательность импульсов смещена относительно где t = первой трехфазной последовательности по фазе на угол p . Время t1 необходимо для исключения сквозных токов, появление которых возможно в моменты переключения силовых элементов в плечах мостового инвертора 7. При замыкании силовых элементов мостового инвертора 7 на время, равное длительности импульсов, поступающих на их управляющие входы, на трехфазной нагрузке 12 формируются напряжения с периодом 6t . При этом каждая полуволна линейных напряжение представляет собой два импульса напряжения с длительностью t 2 , смещенных по фазе на угол p / 3 . Амплитуда основной гармоники линейного импульсного напряжения на выходе мостового инвертора 7 равна t 2 Uo » Un 2 t 3 где Un - амплитуда импульсов напряжения. Подставив в это выражение значение длительности импульсов t 2 , получим: æ nj ö ÷, Un ç 6t 0 F + ç n1 × n2 ÷ 3 è ø 1 где F = - частота вы ходного напряжения мостового инвертора 7. 6t Выходной код n j задатчика фазы 22, а также длительность U0 » 2 t0 импульсов, вырабатываемых формирователем 19, выбираются с учетом конкретных параметров нагрузки 12. Варьируемый параметр n j выбирается таким, чтобы при минимальной частоте Fmin выходного напряжения мостового инвертора 7 управляемый двигатель мог развивать максимальный момент вращения, близкий к максимальному моменту вращения при номинальной частоте Fном выходного напряжения мостового инвертора 7. Длительность t 0 задается такой, чтобы при выбранном значении n j номинальной частоте Fном амплитуда основной гармоники U0 выходного напряжения мостового инвертора 7 была номинальной. Для иллюстрации на фиг. З представлена зависимость амплитуды U 0 основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора 7 от частоты F для заявляемого и известного устройств. Здесь 2 Un × nj Uж = 3 n1 × n 2 В заявляемом устройстве с уменьшением частоты F амплитуда основной гармоники U0 выходного напряжения мостового инвертора 7 уменьшается в меньшей степени, чем в известном устройстве. Делитель частоты 15 с двумя выходами 16 и 17 (см. фиг. 2), работает следующим образом. На вход делителя частоты 15 поступает последовательность импульсов, следующи х с частотой fn . На вы ходе переноса при сложении Р1 счетчика 24 формируется последовательность импульсов отрицательной полярности, следующих с часто той f. Каждый импульс этой последовательности поступает на первый выход 16 блока, а также осуществляет предустановку счетчика 23, записывая в него выходной код задатчика фазы 22, и устанавливает триггер 26 в единичное состояние. Триггер 26 разрешает прохождение входных импульсов блока 15 через схему И21 на счетный вход вычитания С2 счетчика 23. После прохождения импульсов, количество которых соответствует выходному коду задатчика фазы 22, на выходе переноса при вычитании Р2 счетчика 23 сформируется импульс отрицательной полярности. Этот импульс поступит на второй выход 17 блока и задним фронтом вернет триггер 26 в нулевое состояние, который заблокирует прохождение импульсов на вход С2 счетчика 23. На выходах 16 и 17 делителя частоты 15 будут формироваться последовательности импульсовотрицательной полярности, взаимно смещенных по фазе на угол, определяемый выходным кодом задатчика фазы 22. Таким образом, изменение длительности выходных импульсов задающего генератора 1 в зависимости от выходного напряжения задатчика 13 скорости вращения обеспечивает увеличение длительности импульсов в выходном напряжении мостового инвертора 7 при снижении частоты. За счет увеличения длительности импульсов напряжения при снижении частоты возрастает относительная амплитуда основной гармоники выходного напряжения мостового инвертора 7. За счет этого также улучшается соотношение между основной и высшими гармониками выходного напряжения. Увеличение основной гармоники компенсирует падение напряжения в первичных активных сопротивлениях двигателя, тем самым устраняет уменьшение максимального момента вращении при снижении скорости вращения двигателя.