Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Цифровые модуляторы для систем управления электроприводов. Учебное пособие по дисциплине «Системы управления электроприводов»
.pdf
21
зом, на выходе цифрового широтно-импульсного модулятора получены четыре
1
1
1
1
22
nN
1
2
n
N
попарно противоположные последовательности импульсов с раздвижкой фронтов, сдвинутых попарно на 180 электрических градусов и имеющих скважность
(без учета раздвижки фронтов)
.
Это позволяет управлять с помощью цифрового широтно-импульсного модулятора силовым транзисторным мостом в несимметричном режиме, причем
скважность импульсов на нагрузке транзисторного моста будет равна
.
22
2 ЦИФРОВЫЕ МОДУЛЯТОРЫ ДЛЯ ЧАСТОТНЫХ
U
з
f
з
Автономный
инвертор
Ud=const
M
U=var
f=var
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
2.1 Силовая схема и принцип работы автономного инвертора
с широтно-импульсной модуляцией
Одним из способов построения частотного преобразователя для управления скоростью асинхронного двигателя является применение автономного инвертора с широтно-импульсной модуляцией. Такой частотный преобразователь
(рис. 2.1) содержит неуправляемый выпрямитель, линию постоянного тока и
собственно инвертор [10]. В таких преобразователях напряжение сети сначала
выпрямляется, а затем инвертируется в переменное напряжение необходимой
частоты и амплитуды, т. е. происходит двухступенчатое преобразование энергии: переменный ток – постоянный ток – переменный ток.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема автономного инвертора
с широтно-импульсной модуляцией
23
В автономных инверторах, как правило, применяют транзисторные ключи.
VD1
VD2
VD3
VD4
VD5
VD6
VD7
VD8
VD9
VD10
VD11
VD12
VT1
VT4
VT2
VT3
VT5
VT6
VT7
RТ C
C B A
M
d
U
Автономный инвертор в простейшем случае представляет собой трехфазный
коммутатор, преобразующий выпрямленное напряжение в периодические прямоугольные разнополярные импульсы, аппроксимирующие синусоиду напряжения.
Принципиальная схема силовой части преобразователя частоты приведена
на рис. 2.2.
Рисунок 2.2 – Принципиальная схема силовой части
Преобразователя частоты
Здесь силовые диоды VD1 – VD6 представляют собой трехфазный неуправляемый выпрямитель, преобразующий переменное напряжение промышленной частоты в постоянное напряжение
. Линия постоянного тока представлена кон-
24
денсатором C, который необходим, прежде всего, как фильтр, а также для создания условий коммутаций транзисторов VT1 – VT6 трехфазного транзисторного
моста. Трехфазный транзисторный мост выполняет функции автономного инвертора. Диоды VD7 – VD12 называют обратным диодным мостом, предназначенным для рекуперации энергии, запасенной в электродвигателе в линию постоянного тока. В случаях, когда необходимо эффективное торможение с большим ускорением, преобразователи частоты снабжают дополнительным транзистором
VT7 и тормозным сопротивлением RТ. Управление транзистором VT7 осуществляют таким образом, чтобы при превышении ЭДС двигателя величины подаваемого напряжения на статорные обмотки он был открыт и энергия, выделяемая при
торможении в виде тепла рассеивалась на тормозном сопротивлении RТ. В настоящее время в качестве силовых транзисторов используются IGBT- модули (биполярные транзисторы с изолированным затвором), содержащие в своем составе
обратные диоды.
Существуют различные простейшие способы коммутации силовых транзисторов автономного инвертора: с 2/3-коммутацией транзисторов и с -
коммутацией. В первом случае в рабочем (открытом) состоянии одновременно
находятся два транзистора, а продолжительность работы каждого транзистора со-
ставляет 120 электрических градусов. Во втором случае одновременно работают
три транзистора, и продолжительность работы каждого транзистора составляет
180 электрических градусов. Недостаток преобразователей частоты с 2/3- коммутацией транзисторов заключается в том, что форма напряжения на выходе инвертора зависит от нагрузки.
Рассмотрим принцип работы автономного инвертора с - коммутацией
транзисторов. Диаграмма порядка включения транзисторов VT1 – VT6 при одном
направлении вращения вала двигателя M приведена на рис. 2.3.
25
U
У
t
ttttt
VT1
VT2
VT3
VT4
VT5
VT6
VT1, VT3
VT5
VT5, VT6
VT1 VT1, VT2
VT6
VT2
VT4
VT3
VT4, VT6
VT2, VT3
VT4, VT5
0
2
Таблица рабочего состояния транзисторов
Рисунок 2.3 – Диаграмма включения и таблица рабочего состояния
транзисторов преобразователя частоты с - коммутацией
при одном направлении вращения
Период выходного напряжения разделен на такты длительностью /3. В
первый такт работают транзисторы VT1, VT3 и VT5. Следовательно, обмотки фаз
А и С двигателя подключены к положительному полюсу источника постоянного
напряжения, а обмотка фазы В – к отрицательному. Напряжение делится на обмотках таким образом, что на фазу В приходится 2/3 выпрямленного напряжения
из линии постоянного тока, а на фазы А и С – 1/3 напряжения. Прослеживая работу силовых транзисторов по диаграмме шаг за шагом, построим графики фазных
напряжений (рис. 2.4).
26
U
А
ttt
t
U
В
U
С
U
АВ
0
0 0 0
AB A B
U U U
Рисунок 2.4 – Графики фазных и линейного напряжений на выходе
преобразователя частоты
Графики фазных напряжений ступенчатые периодические функции, сдвинутые по фазе на 120 электрических градусов. Чтобы определить форму линейного
напряжения, необходимо найти разность двух фазных напряжений, например,
(см. рис. 2.4).
Для смены направления вращения в частотном преобразователе необходимо
поменять порядок включения транзисторов (рис. 2.5).
27
1
f
t
VT1, VT3
VT5 VT5, VT6
VT1 VT1, VT2
VT6 VT2 VT4
VT3 VT4, VT6
VT2, VT3
VT4, VT5
0
2
Таблица рабочего состояния транзисторов
Рисунок 2.5 – Порядок включения транзисторов преобразователя частоты
с - коммутацией при обратном направлении вращения
Выходная частота
преобразователя изменяется путем вариации частоты
смены рабочих состояний транзисторов. Амплитуда выходного напряжения регулируется скважностью широтно-импульсной модуляции открытого состояния
транзисторов на их рабочем участке. Для приближения формы выходного напряжения к синусоиде применяется синусоидальная или квазисинусоидальная широтно-импульсная модуляция. Цифровой модулятор, осуществляющий частотноширотно-импульсную модуляцию, может выполняться на микроконтроллере,
СБИС или ПЛИС, включенных в состав преобразователя частоты.
2.2 Цифровой модулятор для преобразователя частоты с -коммутацией
транзисторов
Рассмотрим функциональную схему цифрового модулятора для преобразо-
вателя частоты с -коммутации. Такой цифровой модулятор (рис. 2.6) содержит
генератор 1 прямоугольных импульсов, счетчики 2 и 3, триггер 4 знака, триггер 5,
элементы ИЛИ 6, 7, 8 и 9, инвертор 10, элемент И 11, элементы И-НЕ 12, 13, 14,
15, 16 и 17, дешифратор 18, формирователи 19 и 20 импульсов, сумматор 21, регистр 22, двоично-шестеричный счетчик 23, схему 24 ограничения и схему 25
сброса, выходные шины 26, 27, 28, 29, 30 и 31, шину 32 входного сигнала, шину
33 знака входного сигнала [6].
28
29
Новым элементом в этом модуляторе является двоично-шестеричный
D0
D1
D2
D3 C R
+1
-1
CT2
Q0
Q1
Q2
Q3
15 0
К первому,
второму и
третьему входам
дешифратора 18
К логической
«1»
&
G1
К второму
(инверсному) выходу
триггера 4
К выходу
элемента 8 ИЛИ
34
35
36
К выходу
элемента 9 ИЛИ
К выходу
схемы 25 сброса
&
37
счетчик 23, который может быть реализован следующим образом (рис. 2.7).
Рисунок 2.7 – Техническая реализация двоично-шестеричного счетчика
В состав двоично-шестеричного счетчика входит обычный двоичный счетчик 34,
элементы 35 И, формирователь 36 импульсов и элемент 37 И-НЕ. Первый, второй
и третий разряды выхода счетчика 34 являются соответственно первым, вторым и
третьим выходами двоично-шестеричного счетчика 23. Второй и третий выходные разряды счетчика 46 соединены соответственно с первым и вторым входами
элемента 35 И, выход которого соединен с входом формирователя 36 импульсов.
Выход формирователя 36 импульсов соединен с первым входом элемента 37 ИНЕ, выход которого соединен с входом сброса счетчика 34. Выход переноса (при
счете на уменьшение) счетчика 34 соединен с входом стробирования названного
счетчика. Первый и четвертый разряды информационного входа счетчика 34 соединен с общей шиной, а на второй и третий разряды подается сигнал логической
единицы. Третий вход элемента 35 И является первым входом двоичношестеричного счетчика. Входы прямого и обратного счета счетчика 46 являются
соответственно вторым и третьим входами двоично-шестеричного счетчика 23.
Второй вход элемента 37 И-НЕ является четвертым входом двоичношестеричного счетчика 23.
30
Управление скоростью асинхронного двигателя осуществляется одновре-
1
f
1
U
Правое вращение поля статора
Код
0 1 2 3 4
5
Работающие
(открытые)
транзисторы
VT1, VT3
VT1
VT1, VT2
VT2
VT2, VT3
VT3
VT5
VT5, VT6
VT6
VT4, VT6
VT4
VT4, VT5
Левое вращение поля статора
Код
5 4 3 2 1
0
Работающие
(открытые)
транзисторы
VT3
VT2, VT3
VT2
VT1, VT2
VT1
VT1, VT3
VT4, VT5
VT4
VT4, VT6
VT6
VT5, VT6
VT5
1
f
1
f
менным изменением частоты
и амплитуды напряжения
, подаваемого на об-
мотки статора, что достигается путем соответствующего переключения силовых
транзисторных ключей, соединенных в трехфазный мост и подключенных к источнику постоянного напряжения. При этом порядок последовательности работы
силовых ключей [16], образующий правое или левое направление вращающегося
поля статора, приведен в таблице 1. Данные таблицы полностью совпадают с информацией, представленной на рис. 2.3 и 2.5. Однако, здесь для упрощения устройства при одновременном обеспечении наглядности его описания введен кодификатор схем включения ключей.
Таблица 1
Таблица выбора работающих (открытых) транзисторов в зависимости
от направления вращения поля статора асинхронного двигателя и кода
на входе дешифратора 28
Включение транзисторных ключей осуществляется с частотно-широтноимпульсной модуляцией. При этом частота
смены работающих силовых тран-
зисторов определяет угловую скорость вращения магнитного поля и ротора двигателя, а скважность – среднее значение амплитуды питающего напряжения.
Автоматическое изменение
угловой скорости двигателя.
и выполняется в функции требуемого значения
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]