Цифровое многоканальное устройство для управления инвертором

Цифровое многоканальное устройство для управления инвертором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3цр Н 02 Р 1.3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н ето сном свидеткл твм

ГОСУДАРС.ПЭЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3439482/24-07 (22) 20.05.82 (46) 23.08.83, Бюл..И 31 (72) A.Г. Азаров, С.И. Королев, В.В. Полонский и Г.И. Цветков (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизиро- ванных систем управления и радиоэлектроники (53) 621.316.727(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Н 811485, кл.,Н 02 Р 13/16, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

И 813669, кл. H 02 Р 13/18, 1.979. (54) (57) 1. ЦИФРОВОЕ МНОГОКАНАЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ, содержащее последовательно соединен ные задающий генератор и кольцевую пересчетную схему íà 2п триггерах (п=1,2,3,...) и каналы управления, каждый из которых содержит формирователь счетных импульсов и реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к выходам формирователя счетных импульсов, управляющие входы которого соединены с выходами i-го .и j-ro триггеров .кольцевой- пересчетной схемы, причем ! +.и, а вход синхронизации подключен к выходу задающего генератора, о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, 1 с целью повышения качества выходного напряжения инвертора в установивших" ся и переходных режимах, оно допол..80„„ 7415:, Aнительно снабжено аналого-цифровым преобразователем, а в каждый канал управления введены формирователь .ко-, ротких импульсов, блок сравнения ко" дов, элемент НЕ и два О-триггера, тактовый вход одного из которых подключен к выходу элемента НЕ, а управляющий вход соединен с прямым выходом другого О-триггера, управляющий вход которого объединен с входом формирователя коротких импульсов и подключен к выходу 1-го триггера кольцевой пересчетной схемы, а- тактовый вход упомянутого О-триггера объединен с входом элемента НЕ и подсоединен к выходу блока сравнения кодов, одни входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, а другие входы " к выходам реверсивного счетчика импульсов, вход уста" новки нуля которого соединен с выходом формирователя коротких импульсов.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь счетных импульсов содержит элемент ИСКПОЧА10ЩЕЕ ИЛИ, входы которого являются управляющими входами формирователя счетных импульсов и два двухвходовых элемента И, объединенные входы которых служат входом синхронизации, а выходы - выходами формирователя счетных импульсов, другие входы упомянутых элементов И подклю" чены к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, причем один непосредственно, а другой через элемент НЕ.! 1037

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно - к системам управления статическими преобразователями, и может быть использовано для управления многофазными автономными инверторами.

Известно устройство для управления инвертором, содержащее в каждом . канале счетчик импульсов, блок совпа« дения и универсальный JK-триггер, благодаря чему формируются управляющие импульсе со скважностью два. Регулирование угла осуществляется изменением частоты общего для всех ка" налов гейератора, выход которого под" 15 ключен к входам счетчиков импульсов (1 J.

Недостатком устройства является изменение фазы выходного напряжения инвертора, которое при изменении yr- 20 ла регулирования в пределах 0180 эл.град. составляет 0-90 эл.град, Наиболее близким к изобретению является устройство для управления инвертором, которое содержит задающий 25 генератор, кольцевую пересчетную схему, источник управляющего напряжения и идентичные каналы управления, каждый из которых содержит фазосдвигающий блок, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, последовательно соединенные реверсивный счетчик импульсов, элемент ИЛИ-НЕ, тактируемый RS-триггер и формирователь счетных импульсов, Входы формиро" вателя счетных импульсов подключены

35 к выходам кольцевой пересчетной схемы.. а выходы - к входам реверсивного счетчика импульсов, который измеряет угол. регулирования 4, в первой половине каждого полупериода синхронизирующего сигнала и формирует сигнал на переключение тактируемого В5«триггера Во второй половине кандого полупериода синхронизирующего сигнала в момент времени И;-0 323 °

Таким образом, каждый канал управления формирует две последовательности управляющих импульсов, одна из ко" торых сдвинута относительно синхронизирующего сигнала на угол сЕ в сторону отставания, а другая - на тот же угол в сторону опережения. Достоинство устройства - высокая степень симметрии управляющих импульсов в каждом канале относительно синхронизирующего сигнала.

5S

Недостаток устройства - невысокое быстродействие и несимметрия между каналами, что приводит к низкому качеству выходного, напряжения инвертора, в установившихся и переходных режимах.

Объясняется это следующим.

Момент переключения трактируемого

RS"òðèããåðà, формирующего вторую последовательность управляющих импульcos определяется напряжением управления только в момент формирования первой последовательности управляющих импульсов и не зависит от текущих значений напряжения управления. Это вносит запаздывание в процесс регулиро" вания, равное в пределе половине периода. Кроме того, известные аналоговые фазосдвигающие блоки (генераторы пилообразного напряжения с компараторами, ждущие мультивибраторы, магнитные усилители и т.д.) неидентичны между собой по характеристикам, что вызывает асимметрию управляющих импульсов между каналами в 36 эл.град.

Это приводит к отклонению фазы выходного напряжения инвертора относительно синхронизирующего сигнала и искажению формы. Известные цифровые фазосдвигающие блоки, построенные на счетчиках, заполняемых импульсами от общего генератора регулируемой частоты, вносит запаздывание и имеют ограниченный диапазон регулирования угла, так как генераторы регулируемой частоты инерционны и имеют конечное значение верхней частоты. Это приводит к низкому качеству регулирования в переходных режимах.

Цель изобретения - повышение качества выходного напряжения инвертора в установившихСя и переходных режимах путем повышения стабильности фазы управляющих импульсов и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем,. что цифровое многоканальное устройство для управления инвертором, содержащее последовательно соединенные задающий генератор и кольцевую пересчетную схему на 2п триггерах (n

1,2,3,...), а также каналы управления, каждый из которых содержит формирователь счетных импульсов и реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к выходам формирователя счетных импульсов, управляющие входы которого соединены с выходами i-го и j-го триггеров кольцевой пересчетной схемы, причем j i t и, а вход синхронизации подключен к выходу задающего

1037415

3 генератора, дополнительно снабжено I аналого-цифровым преобразователем, а в каждый канал управления введены формирователь коротких импульсов, блок сравнения кодов, логический инвертор и два О-триггера, тактовый вход одного из которых подключен к выходу логического инвертора, а управляющий=вход соединен с прямым выходом другого D-триггера, управляю- 10 щий вход которого объединен с входом формирователя коротких импульсов и подключен к выходу i-ro триггера кольцевой пересчетной схемы, а тактовый вход упомянутого 0-триггера объе- 15 динен с входом логического инвертора и подсоединен к выходу блока сравнения кодов, одни входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, а другие входык выходам реверсивного счетчика импульсов, вход установки нуля которого соединен с выходом формирователя коротких импульсов. . При этом формирователь счетных 25 импульсов содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого являются управляющими входами формирователя счетных импульсов, и два двухвходовых блока совпадения, объединенные входы которых служат входом синхронизации, а выходы " выходами формирователя счетных импульсов, а другие входы упомянутых блоков совпадения подключена к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, причем один непосредственно, а другой - через логический инвертор.

На фиг. 1 представлена. схема предлагаемого устройства, содержащая толь.

40 ко. один канал управления, т.е. пригодная для управления однофазным инвертором; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие . работу устройства.

Устройство содержит задающий генератор 1 с встроенным делителем часто"

45 ты, кольцевую пересчетную схему 2 на двух триггерах (n = 1}, канал 3 управления и аналого-цифровой преобразователь 4. Канал 3 управления содержит формирователь 5 счетных импульсов,50 реверсивный счетчик 6, блок 7 сравнения кодов, логический инвертор 8, 0-триггеры 9 и 10 и формирователь 11 коротких импульсов. Формирователь 5 счетных импульсов состоит из элемен" 55 та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, логического инвертора 13 и двух двухвходовых блоков 14 и 15 совпадения.

Низкочастотный выход задающего генератора 1 подключен к входу кольцевой пересчетной схемы 2, высокочастотный выход -к одним из.входов двухвходовых блоков 14 и 15 совпадения. Другой вход блока 15 совпадения соединен с выходом логического инвертова 13,. вход которого объединен с другим входом блока 14 .совпадения и подключен к выходу элемента ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12. Входы этого элемента являются входами формирователя 5 счетных импульсов и гюдключены к выходам триггеров кольцевой пересчетной схемы 2, Выход блока 14 совпадения гюдключен к суммирующему входу, а вы" ход блока 15 совпадения - к вычитающему входу реверсивного счетчика 6 им" пульсов, вход установки которого соединен с выходом формирователя 11 ко" рот ких импульсов. Вход формирователя

11 коротких импульсов объединен с информационным входом триггера 9 и под" ключен к выходу первого (i-го) триггера кольцевой пересчетной схемы 2.

Выходы счетчика 6 соединены с одними входами блока сравнения кодов 7, другие входы которого подключены к выхо" дам аналого-цифрового преобразователя

4 напряжение-код. Выход блока 7 сравнения кодов подсоединен к тактовому входу триггера 9 и к входу логического инвертора 8, а выход логического инвертора 8 гюдключен к тактовому входу триггера 10, управляющий вход которого соединен с прямым выходом триггера 9.

На фиг. 2 приняты обозначения: 16 сигнал на высокочастотном выходе задающего генератора 1;.17 и 18сигналы на выходе первого (1-ro) и второго (j-го} триггеров кольцевой пересчетной схемы 2 соответственно;

19 - сигнал на выходе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, а 20 - сигнал на выходе логического инвертора 13; 21 и 22 - сигналы на суммирующем и вычитающем входах счетчика 6 соответственно; 23 - сигнал на выходе формирователя ll коротких импульсов. г

Сигнал 24 изображает код А на выходах реверсивного счетчика 6, а. сигнал

25 - код В на выходах аналого-цифрового преобразователя 4; 26 - сигнал на выходе блока 7 сравнения кодов;

27 - сигнал на прямом выходе триггера 9; 28 - сигнал на тактовом входе триггера 10, а 29 - сигнал на его прямом выходе.. только число А станет больше числа В, на выходе блока 7 сравнения кодов появится сигнал 26 логической единицы. По переднему фронту этого сигнала переключится триггер 9, на прямом выходе которого формируется первая последовательность управляющих импульсов 27. Триггер 10, формирующий вторую последовательность управляющих импульсов 29, переключается по переднему фронту сигнала 28, поступающего с выхода логического инвертора 8, на вход которого поступают импульсы 26 с блока 7 сравнения кодов, При изменении числа В от 0 до максимально возможного, определяемого значением числа А в момент времени, соответствующий половине полупериода синхронизирующего сигнала 17, первая последовательность управляющих импульсов 27 сдвигается относительно синхронизирующего сигнала 17 на угол

0-90 эл. град. в сторону отставания, а вторая последовательность 29на тот же самый угол в сторону опережения.

Таким образом, каждый канал управления формирует две последовательности управляющих импульсов со скважностью два, строго симметричных относительно синхронизирующего сигнала.

Количество разрядов счетчика определяет точность и плавность регулирования выходного напряжения инвертора, В то же время для нормального функционирования устройства управления необходимо, чтобы число высокочастотных импульсов за четверть периода выходной частоты не превышало емкости счетчика.

Для управления m-фазным инвертором необходимо иметь m каналов управления, аналогичные каналу 3 управления (фиг. 1).. Так как на вход формирователя счетных импульсов 6 каждого канала управления необходимо подавать два ортогональных сигнала, то кольцевая пересчетная схема должна состоять из четного количества триггеров 2п, где и = 1,2,3,... Сдвиг по фазе между выходными сигналами двух соседних триггеров в такой пересчетной схеме равен 180/2 эл.град., что всегда позволяет получить необходимое количество пар ортогональных сигналов. В общем случае входы любого канала управления подключаются к выходам i-ro u j-го триггеров кольцевой пересчетной схемы, причбм

S 1037 15

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 формирует высокочастотные импульсы 16, которые поступают на объединенные входы блоков 14 и 15 совпадения, и импульсы с частотой в 2 раза выше выходной частоты инвертора, которые поступают на вход кольцевой пересчетной схемы

2. На выходе первого триггера кольцевой пересчетной схемы 2 формируется сигнал 17, на выходе второго триггера - сигнал 18, сдвинутый относительно сигнала 17 на 90 эл. град.

Эти сигналы поступают на вход we- 15 мента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, на выходе которого формируется сигнал 19. Этот сигнал поступает на вход логического инеертора 13 и на.вход блока 14 совпадения. Сигнал 20 с выхода логичес- 20 кого инвертора 13 поступает на вход блока 15 совпадения. В результате на выходе блока 14 совпадения формируется сигнал 21, поступающий на суммирующий вход реверсивного счетчика 25

6, а на выходе блока 15 совпадения формируется сигнал 22, поступающий на вычитающий вход счетчика 6. Таким образом, формирователь 5 счетных им" пульсов распределяет высокочастотные З0 импульсы так„ что в первой половине каждого полупериода сигнала 17, определяющего фазу выходного напряжения инвертора, они поступают на суммирующий вход, а Во второй nofloBHHe 35 каждого полупериода - на вычитающий вход счетчика 6. В результате число .А на выходах счетчика 6 возрастает в первой половине и уменьшается во второи половине каждого полупериода 4р сигнала 17, т.е. Реверсивный счетчик

6 в данном случае выполняет роль формирователя треугольного напряжения 24, На вход установки счетчика 6 поступают импульсы 23 с выхода 45 формирователя 11 коротких импульсов, которые сбрасывают счетчик в нулевое состояние в конце каждого полупериода. Тем самым начало работы счетчика жестко привязывается к началу каждого полупериода и повышается надежность устройства в целом путем исключения сбоев, возникающих в предыдущем полупериоде. Число А с выхода счетчика 6 поступает. на одни входы блока 7 сравнения кодов, на другие

55 входы которого поступает число В (сигнал 25) с аналого-цифрового преобразователя 5 напряжение-код. Как

1037415

7 3 + n, так как именно эта пара триггеров формирует две однофазные последовательности импульсов, сдвинутые относительно один дру oro на 90 эл.град. 5

Характерные особенности цифрового многоканального устройства для управления инвертором: предельно возможная степень симметрии управляющих импульсов как в каждом отдельном ка- 1О нале управления, так и между каналами,. потому .что степень несимметрии определяется только разницей во времени переключения элементов, входящих в каналы управления; высокое 15 быстродействие, так как гю принципу действия предложенное устройство аналогично вертикальному принципу управления; максимально возможный диапазон регулирования угла, составляю- 20 щий 0-180 эл.град.; .возможность управления транзисторными и тиристорными преобразователями, так как импульсы управления имеют форму меандра; высокая помехоустой чи вост ь кан ала передачи управляющего напряжения, так как аналоговый сигнал управления преобразуется в код и может передаваться в каналы управления по высокопотенциальным, гал ьванически развязанным цепям; высокая стабильность параметров управляющих импульсов при воздействии дестабилизирующих факторов, так как вся информация передается, обрабатывается и хранится в цифровой форме.

Предлагаемое устройство целесообразно исгюльзовать для управления многофазными преобразователями постоянного тока в постоянный, выполненными, например, по вольтодобавочной схеме, выпрямителями с принудительной коммутацией вентилей и, в особенности, автономными инверторами напряжения, предназначенными для систем гарантированного электропитания, где требуются малые колебания модуля и фазы выходного напряжения инвертора как в установившихся, так и в переходных режимах.

1037415

Заказ 6034/58

Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель О. Парфенова

Редактор А. Козориз Техред H.Tenep Корректор Л. Бокшан