УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ


RU (11) 2159002 (13) C1

(51) 7 H02M5/42, H02M7/539 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 99122194/09 
(22) Дата подачи заявки: 1999.10.22 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.10.22 
(45) Опубликовано: 2000.11.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1121769 A, 30.10.1984. SU 1121770 A, 30.10.1984. SU 1830523 A, 30.07.1993. US 4876635 A, 24.10.1989. 
(71) Заявитель(и): Уфимский государственный авиационный технический университет 
(72) Автор(ы): Рогинская Л.Э.; Стыскин А.В.; Уразбахтина Н.Г.; Горбунов Д.А.; Садыков И.З. 
(73) Патентообладатель(и): Уфимский государственный авиационный технический университет 
Адрес для переписки: 450000, г.Уфа, ул. Карла Маркса 12, УГАТУ, патентный отдел 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления источников питания с квазисинусоидальным выходным напряжением. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства при повышении качества выходного напряжения и увеличении точности воспроизведения управляющего воздействия путем периодической коррекции коэффициента глубины модуляции, повышение надежности устройства. Сущность изобретения: устройство для управления инвертором содержит инвертор, блок выделения пульсаций и модулятор. Кроме того, оно содержит датчик амплитудного значения входного напряжения, датчик амплитудного значения выходного напряжения инвертора и блок обнаружения перегрузки, причем модулятор содержит задатчик, блок аналого-цифрового преобразования, микропроцессорный блок и формирователь сигналов управления, при этом входы блока выделения пульсаций и датчика амплитудного значения входного напряжения подключены к силовому входу инвертора, выход блока выделения пульсаций подключен к первому информационному входу блока аналого-цифрового преобразования, выход датчика амплитудного значения входного напряжения подключен ко второму информационному входу блока аналого-цифрового преобразования, третий информационный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с выходом датчика амплитудного значения выходного напряжения инвертора, вход которого подключен к выходу инвертора, четвертый информационный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с выходом задатчика, пятый вход "Чтение данных" блока аналого-цифрового преобразования подключен к выходу "Чтение данных" микропроцессорного блока, шестой адресный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с адресным выходом микропроцессорного блока, первый выход "Готовность данных" блока аналого-цифрового преобразования подключен к входу микропроцессорного блока "Готовность данных", а второй выход блока аналого-цифрового преобразования "Выход данных" соединен с входом данных микропроцессорного блока, информационный выход микропроцессорного блока подключен к информационному входу формирователя сигналов управления, многоканальный выход которого соединен с управляющими входами инвертора, выход блока обнаружения перегрузки подключен к входу прерываний микропроцессорного блока, а вход блока обнаружения перегрузки соединен с выходом инвертора. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления источников питания с квазисинусоидальным выходным напряжением.

Известно устройство (авторское свидетельство СССР N 1830523, кл. G 05 F 1/66, 30.07.93. БИ N 28), система управления которого содержит микропроцессорный модуль, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор аналоговых сигналов, систему датчиков и защитных устройств. Устройство предназначено для регулирования и стабилизации электрической мощности в нагрузке с помощью тиристорного исполнительного органа, однако выходное напряжение изменяет форму, амплитуду и гармонический состав в зависимости от угла открывания тиристора и характера нагрузки.

Известно устройство, поясняющее способ преобразования постоянного напряжения в квазисинусоидальное с широтно-импульсной модуляцией (aвторское свидетельство СССР N 94030295, кл. МПК H 02 M 7/48, 20.08.96. БИ N 23), содержащее задатчик частоты, четыре делителя частоты, генератор пилообразного напряжения, генератор задающего напряжения, компаратор, шесть логических элементов НЕ, четыре двухвходовых элемента 2ИЛИ, четыре двухвходовых логических элемента 2И. К недостаткам такого устройства следует отнести сложность аппаратной части, выполненной на дискретных элементах, понижающих надежность, и отсутствие обратной связи, учитывающей влияние нагрузки, что ухудшает качество выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее задающий многофазный генератор синусоидальных колебаний, блок выделения пульсаций, двухвходовый сумматор и модулятор, состоящий из ведущего мультивибратора, генератора пилообразных напряжений, фазосдвигающих блоков по числу фаз, ведомых мультивибраторов по числу фаз и блоков задержки по два на каждую фазу, а также фильтра низких частот и трехвходового сумматора в каждой фазе (авторское свидетельство СССР N 1121769 A, кл. МКИ H 02 M 5/42, 30.10.84. БИ N 8).

К недостаткам прототипа следует отнести снижение функциональных возможностей устройства за счет введения фильтра низких частот, т.е. невозможность использования данного устройства в источниках питания частотно-регулируемых приводов; отсутствие защиты от перегрузок; увеличенную громоздкость устройства из-за схемной реализации управления по фазам.

Задача предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей устройства при повышении качества выходного напряжения и увеличении точности воспроизведения управляющего воздействия путем периодической коррекции коэффициента глубины модуляции, повышение надежности устройства.

Задача достигается тем, что устройство для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, содержащее инвертор, блок выделения пульсаций и модулятор, в отличие от прототипа дополнительно содержит датчик амплитудного значения входного напряжения, датчик амплитудного значения выходного напряжения инвертора и блок обнаружения перегрузки, кроме того, модулятор содержит задатчик, блок аналого-цифрового преобразования, микропроцессорный блок и формирователь сигналов управления, причем входы блока выделения пульсаций и датчика амплитудного значения входного напряжения подключены к силовому входу инвертора, выход блока выделения пульсаций подключен к первому информационному входу блока аналого-цифрового преобразования, выход датчика амплитудного значения входного напряжения подключен ко второму информационному входу блока аналого-цифрового преобразования, третий информационный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с выходом датчика амплитудного значения выходного напряжения инвертора, вход которого подключен к выходу инвертора, четвертый информационный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с выходом задатчика, пятый вход "Чтение данных" блока аналого-цифрового преобразования подключен к выходу "Чтение данных" микропроцессорного блока, шестой адресный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с адресным выходом микропроцессорного блока, первый выход "Готовность данных" блока аналого-цифрового преобразования подключен к входу микропроцессорного блока "Готовность данных", а второй выход блока аналого-цифрового преобразования "Выход данных" соединен с входом данных микропроцессорного блока, информационный выход микропроцессорного блока подключен к информационному входу формирователя сигналов управления, многоканальный выход которого соединен с управляющими входами инвертора, выход блока обнаружения перегрузки подключен к входу прерываний микропроцессорного блока, а вход блока обнаружения перегрузки соединен с выходом инвертора.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого изобретения; на фиг. 2 - последовательность операций при коррекции коэффициента глубины модуляции инвертора с широтно-импульсным управлением.

Устройство для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией содержит инвертор 1, блок выделения пульсаций 2 и модулятор 3. Кроме того, содержит датчик амплитудного значения входного напряжения 4, датчик амплитудного значения выходного напряжения инвертора 5 и блок обнаружения перегрузки 6, причем модулятор 3 содержит задатчик 7, блок аналого-цифрового преобразования 8, микропроцессорный блок 9 и формирователь сигналов управления 10. При этом входы блока выделения пульсаций 2 и датчика амплитудного значения входного напряжения 4 подключены к силовому входу инвертора 1, выход блока выделения пульсаций 2 подключен к первому информационному входу блока аналого-цифрового преобразования 8, выход датчика амплитудного значения входного напряжения 4 подключен ко второму информационному входу блока аналого-цифрового преобразования 8, третий информационный вход блока аналого-цифрового преобразования 8 соединен с выходом датчика амплитудного значения выходного напряжения инвертора 5, вход которого подключен к выходу инвертора 1, четвертый информационный вход блока аналого-цифрового преобразования 8 соединен с выходом задатчика 7, пятый вход "Чтение данных" блока аналого-цифрового преобразования 8 подключен к выходу "Чтение данных" микропроцессорного блока 9, шестой адресный вход блока аналого-цифрового преобразования 8 соединен с адресным выходом микропроцессорного блока 9, первый выход "Готовность данных" блока аналого-цифрового преобразования 8 подключен к входу микропроцессорного блока "Готовность данных" 9, а второй выход блока аналого-цифрового преобразования 8 "Выход данных" соединен с входом данных микропроцессорного блока 9, информационный выход микропроцессорного блока 9 подключен к информационному входу формирователя сигналов управления 10, многоканальный выход которого соединен с управляющими входами инвертора 1, выход блока обнаружения перегрузки 6 подключен к входу прерываний микропроцессорного блока 9, а вход блока обнаружения перегрузки 6 соединен с выходом инвертора 1.

Сигналы с блока выделения пульсаций 2, датчика амплитудного значения входного напряжения 4, датчика амплитудного значения выходного напряжения инвертора 5 и задатчика 7, поступающие на вход блока аналого-цифрового преобразования 8, по запросу микропроцессорного блока 9 передаются на информационный вход микропроцессорного блока 9, причем сигнал блока обнаружения перегрузки 6 подается непосредственно на вход прерываний, при этом микропроцессорный блок 9 запрещает работу инвертора 1. Контур, состоящий из инвертора 1, датчика амплитудного значения выходного напряжения инвертора 5 и модулятора 3, образует замкнутую систему регулирования по отклонению выходного напряжения от заданного и повышает точность формирования управляющих импульсов, а контур, состоящий из датчика амплитудного значения входного напряжения 4, блока выделения пульсаций 2, модулятора 3 и инвертора 1, представляет собой разомкнутую систему компенсации возмущающих воздействий, исключающую влияние изменения пульсаций входного напряжения на выходное напряжение инвертора 1 и уменьшающую в нем низкочастотную модуляцию. Введение второй системы компенсации улучшает качество регулирования первой системы и повышает качество энергии (гармонический состав) выходного напряжения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. С помощью задатчика 7 осуществляется ввод исходных данных о выходном напряжении инвертора 1. По запросу микропроцессорного блока 9 данные о заданной амплитуде выходного напряжения A2(задан) и сигналы с датчика амплитудного значения входного напряжения 4 U1 и датчика амплитудного значения выходного напряжения инвертора 5 A2 поступают в микропроцессорный блок 9 для периодической коррекции коэффициента глубины модуляции, в соответствии с которым формирователь сигналов управления 10 посылает сигналы управления на управляющие входы инвертора 1. Сущность периодической коррекции модулятора 3 состоит в следующем: на основании поступивших значений входного напряжения рассчитывается его среднее за несколько периодов значение U1ср, вычисляется начальный коэффициент глубины модуляции 0 =A2(задан)/U1ср, в соответствии с которым модулятор 3 формирует начальный код управления и преобразует его в импульсы управления инвертором 1 определенной длительности, в результате чего на выходе инвертора 1 должно быть напряжение, соответствующее заданному закону широтно-импульсной модуляции

U2задан = U1cp0cost,

где U1cp0 = A2задан - заданная амплитуда выходного напряжения инвертора 1.

В случае если текущее значение амплитуды выходного напряжения A2 не соответствует заданному, микропроцессорный блок 9 переходит к подпрограмме регулирования и стабилизации выходного напряжения. Поскольку величина напряжения питания инвертора 1 не является строго постоянной, а зависит от параметров сети, то блок выделения пульсаций 2 фиксирует абсолютную погрешность входного выпрямленного напряжения (t), равную

(t) =U1мнг-U1ср,

где U1мнг - текущее значение входного напряжения, периодически снимаемое с датчика амплитудного значения входного напряжения 4, причем (t) << U1мнг. Чтобы поддерживать выходное напряжение на заданном уровне и исключить низкочастотную модуляцию, коэффициент глубины модуляции также должен меняться во времени в соответствии с изменением амплитуды входного сигнала по закону, который может быть получен из следующих зависимостей:

если U2задан = U1cp0cost = (t)U1мгнcost,

где U1мнг=U1ср+ (t),

то (t) = 0U1cp/(U1cp+<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/949.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>(t)) = 0/(1+(t)/U1cp), и после разложения в ряд получаем первое значение скорректированной глубины модуляции

(t) = 1(t) 0(1-(t)/U1cp). (1)

Далее микропроцессорный блок 9 вычисляет поправочный множитель K как отношение текущей амплитуды выходного напряжения A2 к заданному значению амплитуды выходного напряжения A2здн

K=A2/A2здн, (2)

если выходное напряжение равно заданному, то K=1 и коэффициент глубины модуляции остается равным (t) = 1(t), при включении нагрузки, когда выходное напряжение может понизиться скачком, K<1, коэффициент глубины модуляции согласно фиг. 2 будет увеличиваться дискретно по закону (t) = 1(t)K, где K = K+ при малом , исключающем возникновение автоколебаний. При отключении нагрузки множитель станет K>1 и после пересчета его K=K- коэффициент глубины модуляции уменьшится, снижая повысившееся выходное напряжение.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства исключением фильтра, рассчитанного на строго определенную частоту, при повышении качества выходного напряжения и увеличении точности воспроизведения управляющего воздействия путем периодической коррекции коэффициента глубины модуляции и введением поправочного множителя, учитывающего мгновенные изменения входного и выходного напряжения; повышение надежности устройства за счет введения быстродействующей защиты от перегрузок. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для управления инвертором с широтно-импульсной модуляцией, содержащее инвертор, блок выделения пульсаций и модулятор, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчик амплитудного значения входного напряжения, датчик амплитудного значения выходного напряжения инвертора и блок обнаружения перегрузки, кроме того, модулятор содержит задатчик, блок аналого-цифрового преобразования, микропроцессорный блок и формирователь сигналов управления, причем входы блока выделения пульсаций и датчика амплитудного значения входного напряжения подключены к силовому входу инвертора, выход блока выделения пульсаций подключен к первому информационному входу блока аналого-цифрового преобразования, выход датчика амплитудного значения входного напряжения подключен ко второму информационному входу блока аналого-цифрового преобразования, третий информационный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с выходом датчика амплитудного значения выходного напряжения инвертора, вход которого подключен к выходу инвертора, четвертый информационный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с выходом задатчика, пятый вход "Чтение данных" блока аналого-цифрового преобразования подключен к выходу "Чтение данных" микропроцессорного блока, шестой адресный вход блока аналого-цифрового преобразования соединен с адресным выходом микропроцессорного блока, первый выход "Готовность данных" блока аналого-цифрового преобразования подключен ко входу микропроцессорного блока "Готовность данных", а второй выход блока аналого-цифрового преобразования "Выход данных" соединен со входом данных микропроцессорного блока, информационный выход микропроцессорного блока подключен к информационному входу формирователя сигналов управления, многоканальный выход которого соединен с управляющими входами инвертора, выход блока обнаружения перегрузки подключен ко входу прерываний микропроцессорного блока, а вход блока обнаружения перегрузки соединен с выходом инвертора.




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