УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ M-ФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ M-ФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ


RU (11) 2013851 (13) C1

(51) 5 H02M7/48 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4887405/07 
(22) Дата подачи заявки: 1990.10.30 
(45) Опубликовано: 1994.05.30 
(71) Заявитель(и): Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники 
(72) Автор(ы): Михневич Н.А.; Рождественский А.Ю.; Федоров А.В.; Черемисин В.Н.; Столбов А.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ M-ФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ 

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, компаратор 2, 2m усилителей 3 мощности, 2m силовых ключей инвертора 4 m датчиков 5 тока, D-триггер 6, m-фазный выпрямитель 7, n-разрядный счетчик 8, постоянное запоминающее устройство 9 с n-1 адресным входом и m + 1 выходом. Устройство позволяет уменьшить потери в силовых ключах инвертора при нагрузке, равной номинальной и меньше номинальной, за счет реализации режима однократных за период выходного напряжения переключений, повысить надежность инвертора в переходных режимах путем ограничения токов через силовые ключи инвертора по мгновенным значениям и упростить схемную реализацию. 1 з. п. ф-лы, 4 ил. , 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в многофазное переменное.

Известно устройство, реализующее способ управления инвертором, содержащее силовые элементы, датчики токов, задатчики токов, сумматоры, преобразователи аналоговых сигналов в логические, генератор логического периодического сигнала, элементы ИЛИ-НЕ, D-триггеры [1] .

Устройство предназначено для повышения точности отработки заданных значений токов в трехфазном мостовом инверторе. Генератор логического периодического сигнала вырабатывает сигнал с длительностью импульсов, равными длительностям пауз.

Недостатком известного устройства является сложность его схемной реализации при увеличении числа фаз инвертора, поскольку для управления каждой фазой необходим датчик тока, задатчик тока, элемент ИЛИ-НЕ, D-триггер, сумматор, преобразователь аналоговых сигналов в логические.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является устройство, реализующее способ управления инвертором напряжения [2] .

Устройство предназначено для увеличения точности регулирования выходного тока однофазного мостового инвертора.

Устройство содержит компаратор, датчик тока, задатчик синусоидального тока, 4 усилителя мощности, два D-триггера, генератор тактовых импульсов, 4 силовых ключей инвертора.

Выход компаратора подключен к С-входам двух D-триггеров. D-вход D-триггеров подключен к выходу генератора тактовых импульсов. Сигнал задания, определяющий форму тока в нагрузке инвертора, подается на один из входов компаратора, на другой вход которого подается сигнал, пропорциональный току нагрузки. Для реализации известного устройства в m-фазном инверторе необходимо кроме общего генератора тактовых импульсов, m датчиков тока, m устройств задания синусоидального тока, m компараторов, 2 D-триггеров. Следовательно, реализация известного устройства в m-фазном инверторе значительно усложняет устройство.

Известное устройство работает в режиме многократного переключения силовых ключей в течение полупериода. При этом имеются значительные потери в силовых ключах, поскольку потери на переключение прямо пропорциональны частоте генератора тактовых импульсов, задающего переключения силовых ключей инвертора.

Следовательно, в известном устройстве имеются значительные потери в силовых ключах инвертора.

В известном устройстве при возникновении переходных режимов, ток нагрузки определяется величиной (Iз I), а ошибка между задающим сигналом тока и фактической его величиной I отрабатывается на следующем тактовом интервале. При этом снижается надежность инвертора при его работе в неноминальных режимах работы и внезапной перегрузки или коротком замыкании в цепи нагрузки.

Следовательно, в известном устройстве надежность инвертора снижена.

Недостатками известного устройства являются большие потери в силовых ключах инвертора при нагрузке, равной номинальной и меньше номинальной, низкая надежность инвертора в переходных режимах, сложность реализации устройства в m-фазном инверторе.

Целью предлагаемого устройства является уменьшение потерь в силовых ключах инвертора при нагрузке, равной номинальной и меньше номинальной за счет реализации режима однократных за период выходного напряжения переключений, повышение надежности инвертора в переходных режимах путем ограничения токов через силовые ключи инвертора по мгновенным значениям и упрощение, а также повышение равномерности потребления тока в m-фазном инверторе для четного числа m.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2, 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - алгоритм программирования постоянного запоминающего устройства.

Устройство для управления m-фазным инвертором содержит (фиг. 1) генератор 1 тактовых импульсов, компаратор 2, 2m усилителей 3 мощности (3.1. . . 3.2m), 2m силовых ключей 4 инвертора (4.1. . . 4.2m), m датчиков 5 тока (5.1. . . 5m). m-триггер 6, m-фазные выпрямители 7, счетчики 8 и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 9 с n+1 адресным входом и m+1 выходом, причем выходы усилителей 3 мощности соединены с управляющими входами силовых ключей 4 инвертора, m выходов которого через m датчиков 5 тока предназначены для подключения к нагрузке, а один из входов компаратора 2 предназначен для подключения к источнику опорного напряжения. Выход генератора 1 тактовых импульсов соединен со счетным входом n-разрядного счетчика 8, выходы разрядов которого связаны с соответствующими n адресными входами ПЗУ 9, а (n+1)-й адресный вход ПЗУ 9 подключен к прямому выходу D-триггера 6, С-вход которого соединен с (m+1)-м выходом ПЗУ 9, а D-вход D-триггера подключен к выходу компаратора 2, другой вход которого соединен с выходом m-фазного выпрямителя 7, m входов которого связаны с соответствующими выходами m датчиков 5 тока. При этом для четных m i-й выход постоянного запоминающего устройства 9 i = 1,2. . . m связан с управляющим входом (2i-1)-го усилителя мощности (3.2i-1) и с управляющим входом 2 (i m/2) i-го усилителя мощности (3.2 (i m/2)), где знак "+" берется при i m/2, а знак "-" при i > m/2, фрагмент состояния выходов постоянного запоминающего устройства 9 в зависимости от сигналов на его адресных входах имеет вид, представленный в табл. 1.

В устройстве для управления m-фазным инвертором для четного числа m также введен D-триггер 10, D-вход которого подключен к выходу компаратора 2, ПЗУ 9 в этом случае имеет n+2 адресных входа и m+2 выхода, С-вход D-триггера 10 подключен к (m+2)-му выходу ПЗУ 9, прямой выход D-триггера 10 соединен с (n+2)-м адресным входом ПЗУ 9, а фрагмент состояния (m+2)-го выхода ПЗУ в зависимости от сигналов на его входах имеет вид, представленный в табл. 2.

На фиг. 2 обозначены:

11 - сигнал с выхода m-фазного выпрямителя 7, 12 - сигнал с выхода компаратора 2, 13 - сигнал на С-входе D-триггера 6, 14 - сигнал на выходе D-триггера 6, 15 - сигнал на входе усилителя 3.1 мощности.

На фиг. 3 обозначены: 16-27 сигналы на выходах усилителей 3.1. . . 3.3, 3.12.

Генератор 1 тактовых импульсов может быть выполнен на базе преобразователя напряжение-частота, компаратор 2 - на элементе К 554 САЗ, усилители мощности 3 - на оптронах типа АОТ 136 и транзисторах типа КТ 853 и КТ 829; датчики тока 5 - на транcформаторах тока, D-триггер 6 - на элементе К 155 ТМ 2, m-фазный выпрямитель 7 - по мостовой схеме на диодах типа КД 212, счетчик 8 - на элементах типа К 155 ИЕ5, К 155 ИЕ7, ПЗУ 9 - на элементах типа К 573 РФ2.

Устройство для управления m-фазным инвертором работает следующим образом (на примере двенадцатифазного инвертора, m = 12).

Импульсы генератора 1 тактовых импульсов поступают на счетный вход счетчика 8, являющегося счетчиком временных интервалов, на которые разбивается период выходного напряжения 2 = 2n-1, где n - число разрядов счетчика. Сигналы с разрядов счетчика 8 поступают на соответствующие адресные входы ПЗУ 9.

В соответствии с алгоритмом (фиг. 4) программирования ПЗУ, на его выходах формируются сигналы 16-27 управления инвертором, которые поступают на входы усилителей мощности и далее - на силовые ключи 4 инвертора. При этом сигнал с i-го выхода ПЗУ 9 (i = 1,2. . . m) поступает на вход (2i-1)-го усилителя мощности, а также на вход 2 (i m/2)-го усилителя мощности, где "+" соответствует условию i m/2, а "-" соответствует условию i > m/2, m - четное число. Применительно к m = 12 сигнал с первого выхода ПЗУ 9 поступает на вход ключа 4.1 (анодной группы первой фазы инвертора) и на вход ключа 4.14 (катодной группы седьмой фазы инвертора).

Необходимо отметить, что длительность основных сигналов 16-27 меньше полупериода на величину двух шагов счетчика 8 (см. фрагмент состояния выходов ПЗУ 9 с - R).

Таким образом, выключение силового ключа, например, 4.1 происходит ранее (см. фиг. 3, диаграмма 16), чем включение силового ключа 4.2 (см. фиг. 3, диаграмма 22) той же фазы инвертора (аналогично и для всех m фаз). Это предотвращает возможность протекания тока короткого замыкания по стойке инвертора.

В случае, когда сигнал с m-фазного выпрямителя 7 не превышает опорный сигнал Ion на входе компаратора 2D-триггер 6 не влияет на работу ПЗУ 9 и силовые ключи 4 инвертора работают в режиме однократных, за период выходного напряжения переключений (см. фиг. 3, диаграммы 16-27). В случае превышения амплитуды тока, нагрузка заданной уставки (см. фиг. 2, диаграмма 11) срабатывает компаратор 2 и его выходной сигнал 12 поступает на D-вход D-триггера 6. На С-вход D-триггера поступают строб-сигналы 13 с (m+1)-го выхода ПЗУ 9. В результате на выходе D-триггера 6 формируются сигналы 14, запрещающие в течение их длительности прохождение основных сигналов (см. фиг. 3, диаграммы 16-27) на входы усилителей 3. Таким образом, на выходе ПЗУ 9 формируются модулированные сигналы 15 (фиг. 2). При снижении амплитуды тока с датчиков 5 ниже опорного уровня Ion процессы происходят аналогично вышеописанному.

Для повышения равномерности потребления тока инвертора в устройство для управления m-фазным инвертором (для четного числа m) введен D-триггер 10, а ПЗУ 9 имеет дополнительный (n+2)-й адресный вход и (m+2)-й выход.

Работа устройства в этом случае происходит следующим образом.

Выходной сигнал компаратора 2 поступает на D-входы D-триггеров 6 и 10. На С-вход D-триггеров 6 поступает строб-сигналы с (m+1)-го выхода ПЗУ 9, а на С-вход D-триггера 10 - строб-сигналы с (m+2)-го выхода ПЗУ 9. При этом строб-сигналы на выходах (m+1) и (m+2) сдвинуты относительно друг друга на /30 (см. фрагмент состояния (m+1)-го и (m+2)-го выходов ПЗУ.

В результате на выходе D-триггера 6 формируются сигналы, модулирующие сигнал нечетных выходов 1,3. . . m-1 ПЗУ 9, а на выходе D-триггера 10 - сигналы, модулирующие сигналы четных выходов 2.4. . . m ПЗУ 9. При этом подключение фаз нагрузки к источнику питания через силовые ключи 4 происходит поочередно (чередование четных и нечетных фаз), что способствует более равномерному потреблению тока инвертора в переходных режимах.

Уменьшение потерь в силовых ключах инвертора при нагрузке, равной номинальной и меньше номинальной в предлагаемом устройстве происходит следующим образом.

Уровень тока Ion на один из входов компаратора 2 устанавливается больше амплитудного значения номинальной нагрузки фазы инвертора. При такой нагрузке выходной сигнал m-фазного выпрямителя 7, поступающий на другой вход компаратора 2 не превышает уровень опорного сигнала Ion и компаратор 2 не срабатывает, D-триггер 6 не переключается, запрета на происхождение основных сигналов с выходов ПЗУ 9 не происходит и силовые ключи 4 работают в режиме однократных за период выходного напряжения переключений и динамические потери, прямо пропорциональные числу переключений минимальны.

Следовательно, в заявляемом устройстве происходит уменьшение потерь в силовых ключах 4 инвертора при нагрузке, равной номинальной и меньшей номинальной за счет реализации режима однократных за период выходного напряжения переключений.

Повышение надежности инвертора в переходных режимах путем ограничения токов через силовые ключи инвертора по мгновенным значениям в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом.

На вход m-фазного выпрямителя 7 поступают сигналы с датчика 5, пропорциональные мгновенному значению тока нагрузки. Выпрямленные сигналы m-фазного диодного мостового выпрямителя 7 поступают на один вход компаратора 2. На другой вход компаратора 2 поступает опорный сигнал Ion, при этом опорный сигнал устанавливается меньше допустимого значения тока силового ключа 4.

При достижении амплитудной величины тока в любой фазе нагрузки величины опорного cигнала Ion компаратор 2 срабатывает, D-триггер 6 переключается и с этого момента времени выключаются все силовые ключи 4 до прихода строб-сигнала на С-вход D-триггера 6, который может вернуть D-триггер 6 в исходное состояние только при возврате компаратора 2 в первоначальное состояние, т. е. при снижении амплитуды тока нагрузки ниже заданного опорного сигнала Ion. При этом силовые ключи 4 инвертора работают в переходных режимах при заданном ограничении тока, что приводит к повышению надежности инвертора. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ M-ФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ, содержащее генератор тактовых импульсов, компаратор, 2m усилителей мощности, 2m силовых ключей инвертора, m датчиков тока, D-триггер, причем выходы усилителей мощности предназначены для соединения с управляющими входами соответствующих силовых ключей инвертора, m выходов которого через m датчиков тока предназначены для подключения к нагрузке, а один из входов компаратора предназначен для подключения к источнику опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь в силовых ключах инвертора при нагрузке, равной номинальной и меньшей номинальной, за счет реализации и режима однократных за период выходного напряжения переключений, повышения надежности инвертора в переходных режимах путем ограничения токов через силовые ключи инвертора по мгновенным значениям и упрощения, оно снабжено m-фазным выпрямителем, n-разрядным счетчиком и постоянным запоминающим устройством с n + 1-м адресным входом и m + 1-м выходом для четных m и 2m + 1-м выходом для нечетных m, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом n-разрядного счетчика, выходы разрядов которого связаны с соответствующими адресными входами постоянного запоминающего устройства, а (n + 1)-й адресный вход подключен к прямому выходу триггера, C-вход которого соединен с (m + 1)-м выходом для четных m и (2m + 1)-м выходом для нечетных m постоянного запоминающего устройства, а D-вход D-триггера подключен к выходу компаратора, другой вход которого соединен с выходом m-фазного выпрямителя, m входов которого связаны с соответствующими выходами m датчиков тока, при этом для четных m i-й выход постоянного запоминающего устройства (i = 1,2 . . . m) связан с управляющим входом (2i - 1)-го усилителя мощности и с управляющим входом 2(i m/2)-го усилителя мощности, где знак "+" берется при i m/2, знак "-" -- при i m/2 для нечетных m, i-й выход i = 1,2 . . . m постоянного запоминающего устройства связан с управляющим входом (2i - 1)-го усилителя мощности, а последующие m + 1, . . . 2m-е выходы постоянного запоминающего устройства связаны с управляющими входами соответственно 2, . . . 2m-го усилителя мощности, а состояние выходов постоянного запоминающего устройства в зависимости от сигналов на его адресных входах определяется по табл.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения равномерности потребления тока в m-м фазном инверторе, в него введен D-триггер, D-вход которого подключен к выходу компаратора, постоянное запоминающее устройство снабжено дополнительным адресным входом n + 2 и дополнительным выходом m + 2, C-вход D-триггера подключен к дополнительному выходу постоянного запоминающего устройства, прямой выход D-триггера соединен с дополнительным адресным входом постоянного запоминающего устройства, состояние дополнительного выхода постоянного запоминающего устройства в зависимости от сигналов на его входах определяется по таблице.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru