RU117747U1 - DEVICE FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AUTONOMOUS INVERTER USING A VECTOR PWM - Google Patents

DEVICE FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AUTONOMOUS INVERTER USING A VECTOR PWM Download PDF

Info

Publication number
RU117747U1
RU117747U1 RU2011152344/07U RU2011152344U RU117747U1 RU 117747 U1 RU117747 U1 RU 117747U1 RU 2011152344/07 U RU2011152344/07 U RU 2011152344/07U RU 2011152344 U RU2011152344 U RU 2011152344U RU 117747 U1 RU117747 U1 RU 117747U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
pwm
inverter
digital
inputs
Prior art date
Application number
RU2011152344/07U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Николаевич Мишин
Виктор Алексеевич Пчельников
Виктор Михайлович Рулевский
Антон Геннадьевич Юдинцев
Валентин Львович Иванов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Priority to RU2011152344/07U priority Critical patent/RU117747U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU117747U1 publication Critical patent/RU117747U1/en

Links

Abstract

Устройство для управления трехфазным автономным инвертором с помощью векторной ШИМ относится к преобразовательной технике и может быть использована для управления автономными инверторами напряжения посредством «векторной» ШИМ, которая реализуется с использованием цифровых технологий.A device for controlling a three-phase autonomous inverter using a vector PWM relates to a converter technique and can be used to control autonomous voltage inverters by means of a "vector" PWM, which is implemented using digital technologies.

Задача полезной модели - создание устройства цифрового управления с помощью векторной ШИМ, не использующего микропроцессор или цифровой сигнальный процессор с программными инструкциями, и вследствие этого, повышение производительности, гибкости и надежности устройства с одновременным снижением габаритов и стоимости.The objective of the utility model is to create a digital control device using a vector PWM that does not use a microprocessor or digital signal processor with software instructions, and as a result, increase the productivity, flexibility and reliability of the device while reducing size and cost.

Заявляемое устройство для цифрового управления трехфазным автономным инвертором с помощью векторной ШИМ, при которой формируются коэффициенты модуляции, а также цифровые задающие коэффициенты фазных разверток ШИМ на интервалах включенного состояния верхних ключей пассивных фаз и задающие коэффициенты фазных разверток ШИМ на интервалах включенного состояния нижних ключей пассивных фаз, содержит аналого-цифровой преобразователь 8, выполненный с возможностью преобразования напряжения ошибки в m-разрядный цифровой код управления выходными линейными напряжениями инвертора (код коэффициента модуляции), устройство для подачи управляющих сигналов к ключам инвертора, цифровой генератор пилообразной развертки (ЦГПР) 13, компаратор и программируемые логические схемы, формирующие управляющие сигналы, реализуемые посредством программируемых логических устройств. Компаратор выполнен в виде 2n цифровых схем сравнения (ЦСС) 111-11n, и 121-12n уставками для которых являются коды 2n задающих коэффициентов разверток ШИМ активных фаз, сформированных двумя группами логических матриц, из которых первая группа из n логических матриц (по числу ШИМ-интервалов разбиения интервала основной частоты) 91-9n содержит заранее вычисленные значения коэффициентов АB фазных разверток активных фаз ШИМ на интервалах - выходной частоты включенного состояния верхних ключей пассивных фаз инвертора, соответствующие каждому значению m-разрядного кода АЦП, а вторая группа из n логических матриц 101-10n содержит заранее вычисленные значения коэффициентов АН фазных разверток ШИМ активных фаз на интервалах (выходной частоты) включенного состояния нижних ключей пассивных фаз инвертора, соответствующих каждому значению m-разрядного кода АЦП. При этом в устройство введены последовательно соединенные высокочастотный (ВЧ) 17 и низкочастотный (НЧ) 19 регистры сдвига, распределитель импульсов 18 и два логических устройства 15 и 16, коммутирующие результирующие импульсы указанных ЦСС на соответствующие входы распределителя импульсов по команде ВЧ регистра сдвига, автономный задающий генератор 14 и устройство внешней синхронизации 20, подключенное к ЦГПР, а также к ВЧ и НЧ регистрам сдвига. Выходы указанных двух групп логических матриц соединены с первыми входами ЦСС, на вторые входы которых поступают сигналы с ЦГПР, а выходы ЦСС связаны с первыми входами двух логических устройств, на вторые входы которых поступает последовательность импульсов с ВЧ регистра сдвига, выходы указанных двух логических устройств соединены с соответствующими входами распределителя импульсов, другие входы которого связаны с выходами НЧ регистра сдвига, и через группу 21 схем И-НЕ - с ключами трехфазного инвертор 1а, а выход автономного задающего генератора подключен к ЦГПР, выход которого соединен с ВЧ регистром сдвига.The inventive device for digital control of a three-phase autonomous inverter using a vector PWM, in which modulation coefficients are generated, as well as digital PWM phase sweep coefficients at the on-state intervals of the upper passive phase keys and the PWM phase sweep coefficients at the on-state intervals of the lower passive phase keys, contains an analog-to-digital Converter 8, configured to convert the error voltage into an m-bit digital control code output by the inverter linear voltages (modulation coefficient code), a device for supplying control signals to the inverter keys, a digital sawtooth sweep generator (TsGPR) 13, a comparator and programmable logic circuits generating control signals implemented by programmable logic devices. The comparator is made in the form of 2n digital comparison circuits (DSS) 11 1 -11n, and 12 1 -12n settings for which are codes 2n of the PWM sweep coefficients of the active phases formed by two groups of logical matrices, of which the first group of n logical matrices (by the number of PWM intervals fundamental frequency) 9 1 -9n contains the pre-calculated values of the coefficients А B of the phase scans of the active PWM phases at intervals - the output frequency of the on state of the upper keys of the passive phases of the inverter, corresponding to each value of the m-bit ADC code, and the second group of n logical matrices 10 1 -10n contains pre-calculated values of the coefficients A N of the phase sweeps of the PWM active phases at intervals (output frequency) of the on state of the lower keys of the passive phases of the inverter, corresponding to each value of the m-bit ADC code. At the same time, shift registers, a pulse distributor 18 and two logic devices 15 and 16, commuting the resulting pulses of these DSSs to the corresponding inputs of the pulse distributor by the command of the RF shift register, are autonomously set in series-connected high-frequency (HF) 17 and low-frequency (LF) 19 a generator 14 and an external synchronization device 20 connected to the DCH, as well as to the high and low frequency shift registers. The outputs of these two groups of logical matrices are connected to the first inputs of the DSS, the second inputs of which receive signals from the DCHC, and the outputs of the DSS are connected to the first inputs of two logical devices, the second inputs of which receive a sequence of pulses from the RF shift register, the outputs of these two logical devices are connected with the corresponding inputs of the pulse distributor, the other inputs of which are connected to the outputs of the low-frequency shift register, and through a group of 21 AND-NOT circuits, with the keys of a three-phase inverter 1a, and the output of an autonomous master the nerator is connected to the DCHP, the output of which is connected to the RF shift register.

Техническим результатом указанного решения является возможность реализовать функции всех указанных устройств, за исключением устройства внешней синхронизации и автономного задающего генератора, в одной программируемой логической интегральной схеме, при этом, формирование для ШИМ преобразования коэффициентов фазных разверток производится не вычислением в функции от задающего коэффициента модуляции, а использованием предварительно запрограммированных логических матриц, в результате чего увеличивается быстродействие в условиях высокочастотного ШИМ-преобразования, а следовательно, адекватное и быстрое реагирование замкнутых систем на возмущающее воздействие, уменьшаются искажения выходного напряжения автономного инвертора. The technical result of this solution is the ability to implement the functions of all these devices, with the exception of an external synchronization device and an autonomous master oscillator, in one programmable logic integrated circuit; moreover, the formation of PWM phase scan coefficients for conversion is not performed as a function of the modulation coefficient, but using pre-programmed logic matrices, resulting in increased performance under conditions in sokochastotnogo PWM conversion, and hence an adequate and quick reaction to closed systems disturbance, reduced distortion autonomous inverter output voltage.

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована для управления автономными инверторами напряжения посредством «векторной» ШИМ, которая реализуется с использованием цифровых технологий.The utility model relates to a conversion technique and can be used to control stand-alone voltage inverters by means of a “vector” PWM, which is implemented using digital technologies.

Векторная ШИМ является наиболее распространенной в современных системах с инверторами в силу повсеместного применения цифровых микропроцессорных систем управления. Суть метода векторной ШИМ состоит в отказе от одновременной коммутации ключами инвертора и в переходе к коммутации между несколькими, заранее выбранными состояниями инвертора, каждое из которых соответствует определенному пространственному положению базового вектора напряжения. Изменение состояния ключей приводит к скачкообразному переходу от одного базового вектора к другому. При этом в качестве управляющего сигнала используется вектор фазного напряжения нагрузки, задаваемый модулем Um и углом поворота вектора θ относительно неподвижных координатных осей. Реальный вектор фазного напряжения является линейной комбинацией двух неподвижных соседних ненулевых базовых векторов и одного или двух нулевых базовых векторов, относительные длительности включения которых γk на периоде Т несущего пилообразного сигнала определяются как синусоидальные функции угла θ и модуля Um.Vector PWM is the most common in modern systems with inverters due to the widespread use of digital microprocessor control systems. The essence of the vector PWM method is the rejection of simultaneous switching with the inverter keys and the transition to switching between several pre-selected inverter states, each of which corresponds to a specific spatial position of the base voltage vector. Changing the state of the keys leads to an abrupt transition from one base vector to another. In this case, the vector of the phase voltage of the load specified by the module U m and the angle of rotation of the vector θ relative to the fixed coordinate axes is used as a control signal. The real phase voltage vector is a linear combination of two fixed adjacent non-zero base vectors and one or two zero base vectors, the relative duration of which γ k on the period T of the carrier sawtooth signal are defined as sinusoidal functions of the angle θ and the module U m .

При реализации этой разновидности ШИМ дважды за период выходной частоты каждая фаза инвертора становится пассивной, т.е. коммутация силовых ключей в ней не происходит [Изосимов Д.Б., Рывкин С.Е., Шевцов С.В. Симплексные алгоритмы управления трехфазным автономным инвертором напряжения с ШИМ // Электротехника, №12, 1993.]. При этом также осуществляется предмодуляция управляющих сигналов фаз дополнительным сигналом нулевой последовательности, содержащим только нечетные гармоники, кратные трем.When this type of PWM is implemented twice during the output frequency period, each phase of the inverter becomes passive, i.e. switching of power keys does not occur in it [Izosimov DB, Ryvkin S.E., Shevtsov SV Simplex control algorithms for a three-phase autonomous voltage inverter with PWM // Electrical Engineering, No. 12, 1993.]. In addition, the control signals of the phases are premodulated by an additional signal of the zero sequence containing only odd harmonics that are multiples of three.

При реализации «векторной» ШИМ каждая из фаз является пассивной в течение 1/3 периода выходной частоты, когда коммутации в пассивной фазе не осуществляются. Поэтому средняя частота коммутации каждого из силовых ключей при «векторной» ШИМ оказывается в 1,5 раза ниже, чем в других видах ШИМ при том же числе импульсов на периоде выходной частоты (Е. Е. Чаплыгин «Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией» Учебное пособие по курсу «Моделирование электронных устройств и систем» для студентов специальности «Промышленная электроника», М, 2009).When implementing a "vector" PWM, each of the phases is passive during 1/3 of the output frequency period when switching in the passive phase is not carried out. Therefore, the average switching frequency of each of the power switches with a “vector” PWM turns out to be 1.5 times lower than in other types of PWM with the same number of pulses in the output frequency period (E. E. Chaplygin “Spectral modeling of converters with pulse-width modulation "Textbook for the course" Modeling of electronic devices and systems "for students of the specialty" Industrial Electronics ", M, 2009).

Известна структурная схема трехфазного АИН с векторным алгоритмом ШИМ для данного способа показанная на рис.3 в работе (Чубуков К.А. «Исследование и разработка вариантов ШИМ в трехфазных автономных инверторах напряжения с двигательной нагрузкой» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Чебоксары, 2010). В этой схеме блок преобразования включает в себя ряд арифметических и логических операций для формирования требуемых заданий фазных напряжений, выполнение которых требует существенного времени и включает в себя дорогостоящее процессорное оборудование.A known block diagram of a three-phase AIN with a vector PWM algorithm for this method is shown in Fig. 3 in the work (K. Chubukov “Research and development of PWM options in three-phase autonomous voltage inverters with motor load”. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences, Cheboksary, 2010). In this scheme, the conversion unit includes a number of arithmetic and logical operations for generating the required phase voltage tasks, the implementation of which requires significant time and includes expensive processor equipment.

Известно устройство для управления автономным инвертором, реализующее векторную ШИМ (Горячев О.В., Ерошкин Е.А., Векторное управление асинхронными трехфазными двигателями. - Электроника: НТБ, 1999, №4, с.32), которое содержит тактовый генератор, программируемый таймер, генератор «цифрового треугольника», содержащий три счетчика и постоянное запоминающее устройство, регистр управления, блок регистров ШИМ и цифровых компараторов по числу фаз, блок коммутаторов ШИМ-сигнала по числу фаз. Недостатком данного устройства является наличие управляющего регистра, а также наличие схемной реализации управления по фазам, что увеличивает громоздкость устройства, усложняет схему управления, уменьшая быстродействие в целом.A device for controlling an autonomous inverter that implements vector PWM (Goryachev OV, Eroshkin EA, Vector control of asynchronous three-phase motors. - Electronics: NTB, 1999, No. 4, p.32), which contains a programmable clock timer, digital triangle generator, containing three counters and read-only memory, control register, block of PWM registers and digital comparators according to the number of phases, block of commutators of the PWM signal according to the number of phases. The disadvantage of this device is the presence of a control register, as well as the presence of a circuit implementation of phase control, which increases the bulkiness of the device, complicates the control circuit, reducing overall performance.

Также из зарубежных источников информации известны устройства управления инверторами, основанные на использовании векторной ШИМ с использованием цифровых процессоров, микроконтроллеров и дискретных элементов (см., например, патенты США №5182701, №5428283, №6069808). Реализация таких методов с помощью программного обеспечения и цифрового процессора требует выполнения большого числа инструкций. Разрядность кода, и, особенно, время выполнения программных инструкций не удовлетворяют требованиям и ограничениям высокопроизводительных систем управления для большинства применений. В современных управляющих системах используются частоты от 25 кГц и выше для генерирования ШИМ сигнала. Использование векторной ШИМ требует многократных переключений мощных транзисторов в каждом периоде ШИМ, который, например, для частоты 25 кГц составляет 40 мксек. Кроме того, переключение обычно управляется по сигналам прерывания. В микропроцессорах, микроконтроллерах и цифровых сигнальных процессорах имеется определенная задержка для того, чтобы процессор распознал появление сигнала прерывания и запустил программу для начала выполнения инструкции, соответствующей этому сигналу. Обработка прерываний и выполнение многих программных кодов в каждый период ШИМ менее 40 мксек делает эту задачу трудной, а иногда невыполнимой для микропроцессоров и даже для высокопроизводительных цифровых сигнальных процессоров. Кроме того, для реализации методов цифрового управления с помощью векторной ШИМ желательно обеспечить гибкость программирования, чтобы пользователь мог оптимизировать генерацию управляющих сигналов в соответствии с выбранными характеристиками инвертора с минимальными потерями из-за шума и коммутаций. Поэтому существует необходимость устранения этих трудностей, обеспечения сниженной стоимости, и, в то же время, увеличения надежности и производительности таких управляющих систем без дорогой процессорной техники, за счет использования программируемых логических схем.Also known from foreign sources of information are inverter control devices based on the use of vector PWM using digital processors, microcontrollers and discrete elements (see, for example, US patents No. 5182701, No. 5428283, No. 6069808). The implementation of such methods using software and a digital processor requires a large number of instructions. The bit depth of the code, and especially the execution time of program instructions, does not satisfy the requirements and limitations of high-performance control systems for most applications. Modern control systems use frequencies from 25 kHz and higher to generate a PWM signal. The use of vector PWM requires multiple switching of powerful transistors in each PWM period, which, for example, for a frequency of 25 kHz is 40 μs. In addition, switching is usually controlled by interrupt signals. Microprocessors, microcontrollers, and digital signal processors have a certain delay for the processor to recognize the occurrence of an interrupt signal and run a program to start executing the instruction corresponding to this signal. Processing interrupts and executing many program codes in each PWM period of less than 40 μs makes this task difficult and sometimes impossible for microprocessors and even for high-performance digital signal processors. In addition, to implement digital control methods using vector PWM, it is desirable to provide programming flexibility so that the user can optimize the generation of control signals in accordance with the selected characteristics of the inverter with minimal losses due to noise and switching. Therefore, there is a need to eliminate these difficulties, provide a reduced cost, and, at the same time, increase the reliability and performance of such control systems without expensive processor technology, through the use of programmable logic circuits.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Контроллер симметричной векторной ШИМ для управления инвертором» описанный в патенте США №6069808, в котором хотя и используется процессор, но используются и множество регистров для хранения величин счета переходов, соответствующих моментам перехода между активациями первых транзисторов в соответствии с заранее определенными векторами. Устройство по данному изобретению включает инвертор, имеющий три пары транзисторов. Каждая такая пара транзисторов соединяется последовательно между клеммами источника напряжения. Активация первого транзистора в каждой паре выполняется прикладыванием к нему первого активирующего напряжения, второго и третьего активирующих напряжений, соответственно. Выбор и длительность воздействия (активации) транзисторов во время каждого из последовательных равных периодов Тр симметричны относительно средней точки каждого из периодов, и представляется шестью ненулевыми векторами и двумя нулевыми векторами. Управляющее устройство включает процессор и шину, соединенную с процессором для передачи данных между процессором и другими элементами управляющего устройства. Управляющее устройство также включает счетчик, присоединенный к шине для обеспечения счета от нуля до величины половины периода Тр, и затем счета обратно до нуля, для каждого из равных периодов Тр. Блок сравнения соединен с шиной и имеет множество регистров для хранения величин счета переходов, соответствующих моментам перехода между активациями первых транзисторов в соответствии с заранее определенными векторами, и предназначен для сравнения значения в счетчике с величиной счета переходов и обеспечения соответствующих сигналов перехода, когда значение счетчика то же самое, что и подсчитанная величина. Устройство содержит выходные логические схемы, формирующие выходные управляющие сигналы. Наконец, в устройство введен конечный автомат, соединенный с шиной и с блоком сравнения для генерации первого активирующего напряжения, второго активирующего напряжения и третьего активирующего напряжения, и подачи их на ключи инвертора в ответ на соответствующие сигналы переходов.Closest to the claimed device is a "Symmetric vector PWM controller for controlling the inverter" described in US patent No. 6069808, which although the processor is used, but also uses many registers to store the values of the transition counts corresponding to the transition moments between the activations of the first transistors in accordance with predefined vectors. The device of this invention includes an inverter having three pairs of transistors. Each such pair of transistors is connected in series between the terminals of the voltage source. The activation of the first transistor in each pair is performed by applying to it the first activating voltage, the second and third activating voltages, respectively. The choice and duration of the effect (activation) of transistors during each of the successive equal periods T p are symmetric with respect to the midpoint of each of the periods, and is represented by six non-zero vectors and two zero vectors. The control device includes a processor and a bus connected to the processor for transmitting data between the processor and other elements of the control device. The control device also includes a counter connected to the bus to ensure counting from zero to half the period T p , and then counting back to zero, for each of the equal periods T p . The comparison unit is connected to the bus and has many registers for storing the values of the transition counts corresponding to the transition moments between the activations of the first transistors in accordance with predefined vectors, and is designed to compare the values in the counter with the value of the transition counts and provide the corresponding transition signals when the counter value is the same as the calculated value. The device contains output logic circuits forming output control signals. Finally, a state machine connected to the bus and to the comparison unit is introduced into the device to generate the first activating voltage, the second activating voltage and the third activating voltage, and supplying them to the inverter keys in response to the corresponding transition signals.

Устройство имеет вышеуказанные недостатки, связанные с использованием процессора, выполняющего программные инструкции по вычислению задающих коэффициентов фазных разверток, установлению одного из шести секторов векторной диаграммы и соответствующих основных векторов, используя уравнения векторной ШИМ и фазовые переменные, а также вычислению моментов переключений. Нормированные значения этих моментов затем загружаются в два регистра сравнения.The device has the above disadvantages associated with the use of a processor that executes program instructions for calculating the reference phase sweep coefficients, establishing one of the six sectors of the vector diagram and the corresponding main vectors using vector PWM equations and phase variables, as well as calculating switching times. The normalized values of these moments are then loaded into two comparison registers.

Задача полезной модели - создание устройства цифрового управления с помощью векторной ШИМ, не использующего микропроцессор или цифровой сигнальный процессор с программными инструкциями, и вследствие этого, повышение производительности, гибкости и надежности устройства с одновременным снижением габаритов и стоимости.The objective of the utility model is to create a digital control device using a vector PWM that does not use a microprocessor or digital signal processor with software instructions, and as a result, increase the productivity, flexibility and reliability of the device while reducing size and cost.

Заявляемое устройство для цифрового управления трехфазным автономным инвертором с помощью векторной ШИМ, при которой формируются коэффициенты модуляции, а также цифровые задающие коэффициенты фазных разверток ШИМ на интервалах включенного состояния верхних ключей пассивных фаз и задающие коэффициенты фазных разверток ШИМ на интервалах включенного состояния нижних ключей пассивных фаз, также как и прототип, содержит аналого-цифровой преобразователь, устройство для подачи управляющих сигналов к ключам инвертора, цифровой генератор пилообразной развертки (ЦГПР), компаратор и программируемые логические схемы, формирующие управляющие сигналы, реализуемые посредством программируемых логических устройств. В отличие от прототипа, аналого-цифровой преобразователь выполнен с возможностью преобразования напряжения ошибки в m-разрядный цифровой код управления выходными линейными напряжениями инвертора (код коэффициента модуляции), компаратор выполнен в виде 2n цифровых схем сравнения (ЦСС), уставками для которых являются коды 2n задающих коэффициентов разверток ШИМ активных фаз, сформированных двумя группами логических матриц, из которых первая группа из n логических матриц (по числу ШИМ-интервалов разбиения интервала основной частоты) содержит заранее вычисленные значения коэффициентов АB фазных разверток активных фаз ШИМ на интервалах выходной частоты включенного состояния верхних ключей пассивных фаз инвертора, соответствующие каждому значению m-разрядного кода АЦП, а вторая группа из n логических матриц содержит заранее вычисленные значения коэффициентов АH фазных разверток ШИМ активных фаз на интервалах (выходной частоты) включенного состояния нижних ключей пассивных фаз инвертора, соответствующих каждому значению m-разрядного кода АЦП. При этом в устройство введены последовательно соединенные высокочастотный (ВЧ) и низкочастотный (НЧ) регистры сдвига, распределитель импульсов и два логических устройства, коммутирующие результирующие импульсы указанных ЦСС на соответствующие входы распределителя импульсов по команде ВЧ регистра сдвига, автономный задающий генератор и устройство внешней синхронизации, подключенное к ЦГПР, а также к ВЧ и НЧ регистрам сдвига. Выходы указанных двух групп логических матриц соединены с первыми входами ЦСС, на вторые входы которых поступают сигналы с ЦГПР, а выходы ЦСС связаны с первыми входами двух логических устройств, на вторые входы которых поступает последовательность импульсов с ВЧ регистра сдвига, выходы указанных двух логических устройств соединены с соответствующими входами распределителя импульсов, другие входы которого связаны с выходами НЧ регистра сдвига, и через группу схем И-НЕ - с ключами трехфазного инвертора, а выход автономного задающего генератора подключен к ЦГПР, выход которого соединен с ВЧ регистром сдвига.The inventive device for digital control of a three-phase autonomous inverter using a vector PWM, in which modulation coefficients are generated, as well as digital PWM phase sweep coefficients at the on-state intervals of the upper passive phase keys and the PWM phase sweep coefficients at the on-state intervals of the lower passive phase keys, as well as a prototype, it contains an analog-to-digital converter, a device for supplying control signals to the inverter keys, a digital generator iloobraznoy sweep (TSGPR), a comparator, and programmable logic circuits forming the control signals, implemented by programmable logic devices. Unlike the prototype, the analog-to-digital converter is capable of converting the error voltage into an m-bit digital code for controlling the inverter output voltage (modulation coefficient code), the comparator is made in the form of 2 n digital comparison circuits (DSS), the settings for which are codes 2 n defining PWM sweep coefficients of the active phases formed by two groups of logical matrices, of which the first group of n logical matrices (according to the number of PWM intervals of the interval partition fundamental frequency) contains pre-calculated values of the coefficients A B of the phase scans of the active PWM phases at intervals the output frequency of the on state of the upper keys of the passive phases of the inverter, corresponding to each value of the m-bit ADC code, and the second group of n logical matrices contains pre-calculated values of the coefficients A H of the PWM phase sweeps of the active phases at intervals (output frequency) of the on state of the lower keys of the passive phases of the inverter, corresponding to each value of the m-bit ADC code. At the same time, a high-frequency (HF) and low-frequency (LF) shift registers, a pulse distributor, and two logic devices switching the resulting pulses of the indicated DSS to the corresponding inputs of the pulse distributor by the command of the RF shift register, an autonomous driving generator, and an external synchronization device are introduced into the device connected to the DCH, as well as to the high and low shift registers. The outputs of these two groups of logical matrices are connected to the first inputs of the DSS, the second inputs of which receive signals from the DCHC, and the outputs of the DSS are connected to the first inputs of two logical devices, the second inputs of which receive a sequence of pulses from the RF shift register, the outputs of these two logical devices are connected with the corresponding inputs of the pulse distributor, the other inputs of which are connected with the outputs of the low-frequency shift register, and through the group of AND-NOT circuits with the keys of a three-phase inverter, and the output of the autonomous master gene Ator TSGPR connected to the output of which is connected to the RF shift register.

Техническим результатом указанного решения является возможность реализовать функции всех указанных устройств, за исключением устройства внешней синхронизации и автономного задающего генератора, в одной программируемой логической интегральной схеме, при этом, формирование для ШИМ преобразования коэффициентов фазных разверток производится не вычислением в функции от задающего коэффициента модуляции, а использованием предварительно запрограммированных логических матриц, в результате чего увеличивается быстродействие в условиях высокочастотного ШИМ-преобразования, а следовательно, адекватное и быстрое реагирование замкнутых систем на возмущающее воздействие, уменьшаются искажения выходного напряжения автономного инвертора.The technical result of this solution is the ability to implement the functions of all these devices, with the exception of an external synchronization device and an autonomous master oscillator, in one programmable logic integrated circuit; moreover, the formation of PWM phase scan coefficients for conversion is not performed as a function of the modulation coefficient, but using pre-programmed logic matrices, resulting in increased performance under conditions in sokochastotnogo PWM conversion, and hence an adequate and quick reaction to closed systems disturbance, reduced distortion autonomous inverter output voltage.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема управления автономным инвертором, на фиг.2 - схематически показана работа на интервалах π/3 основной частоты инвертора, поясняющая принцип векторной ШИМ, на фиг.3-диаграмма управления инвертором.The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings. Figure 1 shows the control circuit of an autonomous inverter, figure 2 - schematically shows the operation at intervals π / 3 of the main frequency of the inverter, explaining the principle of vector PWM, figure 3 is a diagram of the control of the inverter.

Устройство управления 3-фазным мостовым инвертором 1, с ключами 2-7 посредством векторной ШИМ содержит аналого-цифровой преобразователь 8, выход которого связан с двумя группами логических матриц, из которых первая группа из n логических матриц 91-9n содержит заранее вычисленные значения коэффициентов фазных разверток активных фаз ШИМ на интервалах выходной частоты включенного состояния верхних ключей 2,4 и 6 пассивных фаз инвертора 1, соответствующие каждому значению m-разрядного кода АЦП 8, а вторая группа из n логических матриц 101-10n содержит заранее вычисленные значения коэффициентов фазных разверток ШИМ активных фаз на интервалах (выходной частоты) включенного состояния нижних ключей 3, 5 и 7 пассивных фаз инвертора 1, соответствующих каждому значению m-разрядного кода АЦП 8. Здесь n - число ШИМ интервалов разбиения интервала основной частоты. Выходы указанных двух групп логических матриц 91-9n и 101-10n связаны с первыми входами цифровых схем сравнения ll1-11n и 121-12n, вторые входы которых связаны с цифровым генератором пилообразной развертки 13, управляемым автономным задающим генератором 14 и устройством внешней синхронизации 20. Выходы цифровых схем сравнения связаны с первыми входами логических устройств 15 и 16, другие входы которых связаны с программным регистром сдвига ВЧ 17. Выходы указанных логических устройств 15 и 16 связаны со входами распределителя импульсов 18, другие входы которого связаны с регистром сдвига НЧ 19. Регистр сдвига ВЧ 17 и регистр сдвига НЧ 19 соединены последовательно, и связаны с устройством внешней синхронизации 20 и с цифровым генератором пилообразной развертки 13. Распределитель импульсов 18 формирует импульсы управления ключами инвертора 1 через группу схем И-НЕ21.The control device for a 3-phase bridge inverter 1, with keys 2-7 through a vector PWM, contains an analog-to-digital converter 8, the output of which is connected to two groups of logical matrices, of which the first group of n logical matrices 9 1 -9 n contains pre-calculated values phase sweep coefficients of active PWM phases at intervals the output frequency of the on state of the upper keys of the 2.4 and 6 passive phases of the inverter 1, corresponding to each value of the m-bit ADC code 8, and the second group of n logical matrices 10 1 -10 n contains pre-calculated values of the PWM phase scan coefficients of the active phases at intervals (output frequency) of the on state of the lower keys 3, 5 and 7 of the passive phases of inverter 1, corresponding to each value of the m-bit ADC code 8. Here n is the number of PWM intervals of the interval partition fundamental frequency. The outputs of these two groups of logical matrices 9 1 -9 n and 10 1 -10 n are connected to the first inputs of the digital comparison circuits ll 1 -11 n and 12 1 -12 n , the second inputs of which are connected to a digital sawtooth generator 13, controlled by an autonomous master the generator 14 and the external synchronization device 20. The outputs of the digital comparison circuits are connected to the first inputs of the logic devices 15 and 16, the other inputs of which are connected to the program shift register HF 17. The outputs of these logical devices 15 and 16 are connected to the inputs of the pulse distributor 18, the other input which are associated with the low-frequency shift register 19. The high-frequency shift register 17 and the low-frequency shift register 19 are connected in series, and are connected to the external synchronization device 20 and to a digital sawtooth sweep generator 13. The pulse distributor 18 generates control pulses of the inverter 1 keys through the I-HE21 circuit group .

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Напряжение ошибки преобразуется аналого-цифровым преобразователем 8 в двоичный код управления выходными линейными напряжениями инвертора (коэффициент модуляции) Км по амплитуде.The error voltage is converted by an analog-to-digital converter 8 into a binary control code for the inverter output linear voltages (modulation coefficient) Km in amplitude.

На фиг.2 показано, что период 2π работы каждой фазы, например фазы А (стойки, состоящей из ключей 2 и 3 (см фиг.2) разбит на 6 интервалов (π/3) по 60 эл. градусов. В свою очередь, каждый интервал π/3 разбит, например, на 8 ШИМ-интервалов по 7,5 эл. Градусов (n=8). Таким образом, модуляционное число ШИМ-преобразования М=48. Если частота fвых выходного напряжения АИН выбрана, как в нашем случае, 1 кГц, то частота коммутации fк=М×fвых=48 кГц. Отсюда длительность периода Тшим=1 мс/48=20,833 мкс.Figure 2 shows that the period 2π of operation of each phase, for example phase A (rack, consisting of keys 2 and 3 (see figure 2) is divided into 6 intervals (π / 3) of 60 el. Degrees. each π / 3 interval is divided, for example, into 8 PWM intervals of 7.5 electrical degrees (n = 8) .Thus, the modulation number of the PWM conversion is M = 48. If the frequency fout of the output voltage of the AIN is selected, as in our case, 1 kHz, then the switching frequency is fc = M × fout = 48 kHz, hence the period Tshim = 1 ms / 48 = 20.833 μs.

Наиболее просто код двусторонней цифровой пилы сформировать реверсивным счетчиком, например, с максимальным заполнением N=500. Условный размах напряжения фазной развертки при этом будет равен N.The simplest code for a two-sided digital saw is to form a reverse counter, for example, with a maximum filling of N = 500. The conditional phase voltage sweep will be equal to N.

На первом интервале пассивному состоянию открытого верхнего ключа 2 должно соответствовать напряжение Unc фазной развертки равное N, т.е. когда tи=Тшим.In the first interval, the passive state of the open top switch 2 must correspond to a phase-to-phase voltage Unc equal to N, i.e. when ti = Tshim.

ШИМ формируется сравнением сигнала развертки с сигналом управления. В данном случае в качестве развертки двусторонней ШИМ на интервале 7,5 эл. гр. принимаем «треугольную» цифровую развертку:PWM is generated by comparing the scan signal with the control signal. In this case, as a bi-directional PWM scan at an interval of 7.5 el. column accept a "triangular" digital scan:

- на интервале от 0 до 3,75 эл. гр. - от 500 до 0 (десятичное исчисление),- in the range from 0 to 3.75 e. column - from 500 to 0 (decimal)

- на интервале от 3,75 до 7,5 эл. гр. - от 0 до 500. (См. фиг.3) Т.е. N=500 - полное заполнение цифрового генератора пилообразной развертки 13. Отсюда длительность периода автономного задающего генератора 14 равна Тти=Tшим/2N=20,833 нс, а частота равна 48 МГц.- in the range from 3.75 to 7.5 e. column - from 0 to 500. (See FIG. 3) That is, N = 500 - full filling of the digital sawtooth generator 13. Hence, the period of the autonomous master oscillator 14 is TTI = Tshim / 2N = 20.833 ns, and the frequency is 48 MHz.

При «векторной» ШИМ дважды за период выходной частоты со сдвигом π в течение интервалов π/3 управление каждой фазы инвертора делают пассивным, т.е. коммутации силовых ключей с частотой ШИМ в ней не происходит. При этом открыт либо верхний, либо нижний фазный ключ в соответствии с алгоритмом управления (см. фиг.3). Другие две фазы с помощью ШИМ управляются разворотом длительности 48-кГц-х импульсов по синусоидальному закону. Таким образом средняя частота коммутации каждого силового ключа в 1,5 раза ниже по сравнению с классической ШИМ, что соответственно снижает динамические потери.With a “vector” PWM, twice during the period of the output frequency with a shift π during the π / 3 intervals, the control of each phase of the inverter is made passive, i.e. switching power keys with a PWM frequency does not occur in it. In this case, either the upper or lower phase switch is open in accordance with the control algorithm (see Fig. 3). The other two phases using PWM are controlled by a reversal of the duration of 48 kHz pulses according to a sinusoidal law. Thus, the average switching frequency of each power switch is 1.5 times lower compared to the classical PWM, which accordingly reduces dynamic losses.

Если фазные ШИМ задания соответствуют основной гармонике фазного выходного напряжения АИН, то в системе «неуправляемый сетевой выпрямитель - АИН» выходное напряжение не превышает 0,827 напряжения сети. Реально, из-за потерь и временных задержек ключей - еще ниже. Задача повышения отношения основной гармоники выходного напряжения АИН к напряжению питания может быть решена только одним путем - использованием несинусоидального закона изменения фазных заданий, например, прямоугольного или трапециидального, но это ведет к ухудшению гармонического состава фазных и линейных выходных напряжений АИН, прежде всего из-за 5-й, 7-й, 11-й и 13-й гармоник. Гармоники, кратные трем, являются гармониками нулевой последовательности, и при симметричной нагрузке не содержатся в фазных и линейных напряжениях нагрузки. В нашем случае используются мостовые трехфазные выпрямители, т.е. симметричная нагрузка.If the phase PWM tasks correspond to the fundamental harmonic of the phase output voltage of the AIN, then in the "uncontrolled network rectifier - AIN" system, the output voltage does not exceed 0.827 of the network voltage. Actually, due to losses and time delays of keys - even lower. The task of increasing the ratio of the fundamental harmonic of the output voltage to the supply voltage can be solved in only one way - by using the non-sinusoidal law of changing phase tasks, for example, rectangular or trapezoidal, but this leads to a deterioration in the harmonic composition of the phase and linear output voltages of the AIN, primarily due to 5th, 7th, 11th and 13th harmonics. Harmonics that are multiples of three are zero-sequence harmonics, and with a symmetrical load, they are not contained in phase and linear load voltages. In our case, bridge three-phase rectifiers are used, i.e. symmetrical load.

Следовательно предмодуляция реализуется применением несинусоидального трапецеидального закона для модуляции длительности импульсов потенциалов фаз φA, φB и φC, который обеспечивает увеличение амплитуды основной гармоники, но при этом в спектре ШИМ-последовательностей φA, φB и φC помимо основной гармоники содержатся только гармоники нулевой последовательности, т.е. гармоники, кратные трем. Так обеспечивается отсутствие в низкочастотной части спектра фазных и линейных напряжений инвертора гармоник искажения.Therefore, premodulation is implemented by applying the non-sinusoidal trapezoidal law to modulate the pulse durations of the phase potentials φ A , φ B and φ C , which provides an increase in the amplitude of the fundamental harmonic, but the spectrum of PWM sequences φ A , φ B and φ C contains only the fundamental harmonic harmonics of the zero sequence, i.e. harmonics that are multiples of three. This ensures the absence in the low-frequency part of the spectrum of phase and linear voltages of the inverter of distortion harmonics.

Напряжение ошибки преобразуется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 8 в двоичный код управления (выходными линейными напряжениями инвертора 1), который назовем коэффициентом модуляции Км по амплитуде автономного инвертора напряжения Диапазон кода Км реально выбирается равным 0-N, а в относительных единицах Км=0…1. Км - коэффициент модуляции, от 0 до 1, или относительное выходное напряжение ошибки, преобразованное в цифровой код (отношение текущего кода АЦП к коду АЦП, соответствующему максимальному выходному напряжению ошибки). При Км=1The error voltage is converted by an analog-to-digital converter (ADC) 8 into a binary control code (output voltage of the inverter 1), which we will call the modulation factor Km by the amplitude of the autonomous voltage inverter. The code range Km is actually selected to be 0-N, and in relative units Km = 0 …one. Km is the modulation coefficient, from 0 to 1, or the relative output error voltage converted to a digital code (the ratio of the current ADC code to the ADC code corresponding to the maximum output error voltage). With Km = 1

Uм1/Uпит=1/cos(π/6)=1,1547,Um1 / Upit = 1 / cos (π / 6) = 1.1547,

где Uпит - входное напряжение инвертора, Uм1 - амплитуда первой гармоники выходного напряжения.where Upit is the input voltage of the inverter, Um1 is the amplitude of the first harmonic of the output voltage.

В общем виде опорное напряжение Uоп развертки фазы, управляемой с помощью ШИМ равноIn general, the reference voltage Uop of the phase sweep controlled by PWM is

Uоп=Uэт+Uпм,Uop = Uet + Upm,

где Uэт - эталонное синусоидальное напряжение развертки фазы с ШИМ - модуляцией, соответствующее отрезку данной фазы на рассматриваемом 60 - градусном интервале, а Uпм - напряжение предмодуляции третьей гармоникой, соответствующее отрезку данной фазы на рассматриваемом 60 - градусном интервале.where Uet is the reference sinusoidal voltage of the phase sweep with PWM modulation corresponding to the segment of this phase in the considered 60-degree interval, and Um is the third-harmonic premodulation voltage corresponding to the segment of this phase in the considered 60-degree interval.

В свою очередьIn its turn

Uпм=Uпс - Uэт.пс,Upm = Ups - Uet.ps,

где Uпс - напряжение развертки пассивной фазы на рассматриваемом интервале, а Uэт.пс - эталонное синусоидальное напряжение развертки пассивной фазы.where Ups is the scan voltage of the passive phase in the considered interval, and Uet.ps is the reference sinusoidal scan voltage of the passive phase.

Uпм - на интервале 2π основной гармоники выходного напряжения примет вид третьей гармоники.Upm - on the interval 2π of the main harmonic of the output voltage, it will take the form of the third harmonic.

Рассмотрим первый (условно) 60-градусный интервал развертки (см. фиг 2 и 3). В это время верхний ключ 2 открыт, а ключ 3 - заперт. Таким образом управление фазой А - пассивно.Consider the first (conditionally) 60-degree sweep interval (see FIGS. 2 and 3). At this time, the upper key 2 is open, and the key 3 is locked. Thus, the control of phase A is passive.

На первом интервале пассивному состоянию открытого верхнего 2 ключа должно соответствовать напряжение Uпс фазной развертки равное N, т.е. когда tи=Тшим.In the first interval, the passive state of the open upper 2 key must correspond to a phase-voltage Ups equal to N, i.e. when ti = Tshim.

В дальнейшем предполагается, что под управлением фазами понимается управление верхними силовыми ключами моста АИН. Управление нижними ключами фаз автоматически осуществляется с инверсией по отношению к соответствующему верхнему ключу. Принимая N/2 за уровень условной нулевой линии фазных разверток, рассчитываются унифицированные (для периода основной частоты) цифровые задающие коэффициенты фазных разверток Ав1 и Ав2 - на интервалах включенного состояния верхних ключей пассивных фаз, а также Ан1 и Ан2 - на интервалах включенного состояния нижних ключей пассивных фаз для каждого 60-градусного интервала.In the future, it is assumed that under the control of the phases refers to the management of the upper power keys of the AIN bridge. The management of the lower phase keys is automatically inverted with respect to the corresponding upper key. Taking N / 2 as the level of the conditional zero line of the phase scans, unified (for the period of the main frequency) digital setting coefficients of the phase scans Av1 and Av2 are calculated on the intervals of the on state of the upper keys of the passive phases, as well as An1 and An2 on the intervals of the on state of the lower keys passive phases for each 60 degree interval.

Реализация фазных разверток ШИМ основана на выполнении условия равенства среднего значения импульса ШИМ среднему значению задающего напряжения развертки на интервале периода Тшим. Принимая отрезок задающего напряжения на интервале 7,5 эл. гр. линейным, получим пороговую точку в середине интервала ШИМ. Задающие коэффициенты для Км=1, являются текущими уставками для цифровых схем сравнения 111-11n,121-12n.The implementation of PWM phase scans is based on the condition that the average value of the PWM pulse is equal to the average value of the reference scan voltage in the Tshim period interval. Taking a segment of the reference voltage in the range of 7.5 el. column linear, we get the threshold point in the middle of the PWM interval. The setting factors for Km = 1 are the current settings for digital comparison circuits 11 1 -11 n , 12 1 -12 n .

При 9-разрядном коде АЦП на выходе для каждого значения Км в диапазоне от 0 до 1, с дискретностью 1:500=0,002 мы должны иметь 16 таблиц коэффициентов Ав1.1(Км)…Ав1.8(Км), Ан2.1 (Км)…Ан2.8(Км).With a 9-bit ADC code at the output, for each Km value in the range from 0 to 1, with a resolution of 1: 500 = 0.002, we must have 16 coefficient tables Av1.1 (Km) ... Av1.8 (Km), An2.1 ( Km) ... An2.8 (Km).

Порядок чередования коммутации ключей на периоде основной частоты АИН приведен в таблице 1.The order of alternating switching keys on the period of the fundamental frequency of the AIN is shown in table 1.

Таблица 1Table 1 Номер интервала π/3 управления на периодеControl interval π / 3 number for the period 1one 22 33 4four 55 66 Пассивная фазаPassive phase АBUT СFROM ВAT АBUT СFROM ВAT Состояние пассивных ключейPassive Key Status ВклOn 22 77 4four 33 66 55 ОтклOff 33 66 55 22 77 4four Коэффициент фазной развертки ШИМPWM Phase Scan Factor Ав1Av1 ФазаPhase ВAT СFROM АBUT КлючKey 4four 66 22 Ав2Av2 ФазаPhase СFROM АBUT ВAT КлючKey 66 22 4four Ан1An1 ФазаPhase АBUT ВAT СFROM КлючKey 22 4four 66 Ан2An2 ФазаPhase ВAT СFROM АBUT КлючKey 4four 66 22

Таким образом, в указанном устройстве программным путем по вышеуказанным таблицам формируется 8 логических матриц, где каждому значению 9-разрядного кода АЦП соответствует значение 8-ми коэффициентов фазных разверток Ав (матрицы 91-9n a также 8 логических матриц, где каждому значению 8-разрядного кода АЦП соответствует значение 8-ми коэффициентов ан (101-10n). Эти коэффициенты фазных разверток как уставки в виде кодов поступают на входы цифровых схем сравнения 111-11n и 121-12n. При этом на цифровой генератор пилообразной развертки 13 поступают шесть последовательностей импульсов синхронизации с генератора 14, сдвинутых относительно друг друга на 60 электрических градусов, частотой 1 кГц, длительностью 166,6 мкс. Каждая последовательность является признаком номера интервала π/3 управления ключами инвертора 1 на периоде основной частоты. Каждому из 8 треугольных импульсов на данном 60-градусном интервале соответствует прямоугольный импульс той же длительности (7,5 эл. градусов) одной из 8 последовательностей импульсов частотой 6 кГц, формируемой высокочастотным программным регистром сдвига 17. Эти импульсы в логических устройствах 15 и 16 являются разрешающими «воротами» для результирующих импульсов сравнения цифровых схем сравнения 111-11n и 121-12n, поступающих на соответствующие входы распределителя импульсов 18. На другие входы распределителя импульсов поступают импульсы с регистра сдвига низкой частоты 19, соответствующие 60-градусным интервалам, согласно которым, распределитель импульсов 18 формирует импульсы управления силовыми ключами 2-7 инвертора 1, которые поступают на них через группу схем И-НЕ 21.Thus, in the indicated device, 8 logical matrices are generated programmatically according to the above tables, where each value of the 9-bit ADC code corresponds to the value of 8 phase scan coefficients Av (matrices 9 1 -9n as well as 8 logical matrices, where each value 8 the ADC bit code corresponds to the value of 8 coefficients an (10 1 -10n). These phase scan coefficients as settings in the form of codes are fed to the inputs of digital comparison circuits 11 1 -11n and 12 1 -12n. At the same time, the digital sawtooth generator 13 six arrive of sequences of synchronization pulses from the generator 14, shifted relative to each other by 60 electrical degrees, with a frequency of 1 kHz and a duration of 166.6 μs, each sequence is a sign of the interval number π / 3 of the key control of inverter 1 on the period of the fundamental frequency. this 60-degree interval corresponds to a rectangular pulse of the same duration (7.5 el. degrees) of one of 8 sequences of pulses with a frequency of 6 kHz, formed by a high-frequency shift register 17. These pulses into logic devices 15 and 16 are allowed to "gate" for comparison of resulting pulses digital comparison circuits -11n January 11 and January 12 -12n, the incoming pulses to respective inputs of the distributor 18. The pulses received from the shift register to the other input pulse distributor low frequency 19, corresponding to 60-degree intervals, according to which, the pulse distributor 18 generates control pulses of power keys 2-7 of the inverter 1, which are supplied to them through a group of AND-NOT 21 circuits.

Такая цифровая обработка сигналов управления инвертором позволяет реализовать данное устройство в одной программируемой цифровой микросхеме с увеличением быстродействия, увеличением надежности и снижением габаритов. При этом формирование для ШИМ преобразования коэффициентов фазных разверток производится не вычислением в функции от задающего коэффициента модуляции, а использованием предварительно запрограммированных логических матриц, а следовательно, достигается адекватное и быстрое реагирование замкнутых систем на возмущающее воздействие, уменьшение искажений выходного напряжения автономного инвертора.Such digital processing of the control signals of the inverter allows you to implement this device in one programmable digital microcircuit with an increase in speed, increased reliability and reduced size. In this case, the formation of PWM phase-conversion coefficients for the PWM conversion is performed not by calculating a function of the specifying modulation coefficient, but by using preprogrammed logic matrices, and therefore, an adequate and quick response of closed systems to the disturbing effect, and reduction of distortion of the output voltage of the autonomous inverter, is achieved.

Claims (1)

Устройство для цифрового управления трехфазным автономным инвертором с помощью векторной ШИМ, при которой формируются коэффициенты модуляции, а также цифровые задающие коэффициенты фазных разверток ШИМ на интервалах включенного состояния верхних ключей пассивных фаз и задающие коэффициенты фазных разверток ШИМ на интервалах включенного состояния нижних ключей пассивных фаз, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП), схему, обеспечивающую управляющие сигналы для ключей трехфазного инвертора, цифровой генератор пилообразной развертки (ЦГПР), компаратор и логические схемы, формирующие управляющие сигналы, а также блок управления, отличающееся тем, что аналого-цифровой преобразователь выполнен с возможностью преобразования напряжения ошибки в m-разрядный цифровой код управления выходными линейными напряжениями инвертора (код коэффициента модуляции), компаратор выполнен в виде 2n цифровых схем сравнения, уставками для которых являются коды 2n задающих коэффициентов разверток ШИМ активных фаз, сформированных двумя группами логических матриц, из которых первая группа из n логических матриц содержит заранее вычисленные значения коэффициентов фазных разверток активных фаз ШИМ на интервалах
Figure 00000001
выходной частоты включенного состояния верхних ключей пассивных фаз инвертора, соответствующие каждому значению m-разрядного кода АЦП, а вторая группа из n логических матриц содержит заранее вычисленные значения коэффициентов фазных разверток ШИМ активных фаз на интервалах
Figure 00000002
выходной частоты включенного состояния нижних ключей пассивных фаз инвертора, соответствующих каждому значению m-разрядного кода АЦП, при этом в устройство введены последовательно соединенные высокочастотный (ВЧ) и низкочастотный (НЧ) регистры сдвига, распределитель импульсов и два логических устройства, коммутирующие результирующие импульсы указанной ЦСС на соответствующие входы распределителя импульсов по команде ВЧ регистра сдвига, автономный задающий генератор и устройство внешней синхронизации, соединенное с ЦГПР, а также с ВЧ и НЧ регистрами сдвига, при этом выходы указанных двух групп логических матриц соединены с первыми входами ЦСС, на вторые входы которых поступают сигналы с цифрового генератора пилообразной развертки, а выходы ЦСС связаны с первыми входами двух логических устройств, на вторые входы которых поступает последовательность импульсов с ВЧ регистра сдвига, выходы двух логических устройств соединены с соответствующими входами распределителя импульсов, другие входы которого связаны с выходами НЧ регистра сдвига, и через схемы И-НЕ - с ключами трехфазного инвертора, а выход автономного задающего генератора подключен к ЦГПР, выход которого соединен с ВЧ регистром сдвига.
Figure 00000003
A device for digitally controlling a three-phase autonomous inverter using a vector PWM, at which modulation coefficients are generated, as well as digital PWM phase-sweep coefficients at the upper pass-phase switched-on intervals and the PWM phase-sweep coefficients at the low-pass-phase switched-on intervals, containing analog-to-digital converter (ADC), a circuit providing control signals for the keys of a three-phase inverter, a digital sawtooth generator sweep (TsGPR), a comparator and logic circuits that generate control signals, as well as a control unit, characterized in that the analog-to-digital converter is configured to convert the error voltage into an m-bit digital code for controlling the inverter output voltage line (modulation coefficient code), the comparator is made in the form of 2n digital comparison circuits, the settings for which are codes of 2n PWM sweep coefficients of the active phases formed by two groups of logical matrices, of which the first a group of n logic arrays contain precalculated values of coefficients of the phase sweeps active phase PWM intervals
Figure 00000001
the output frequency of the on state of the upper keys of the passive phases of the inverter, corresponding to each value of the m-bit ADC code, and the second group of n logical matrices contains pre-calculated values of the PWM phase scan coefficients of the active phases at intervals
Figure 00000002
the output frequency of the on state of the lower keys of the passive phases of the inverter, corresponding to each value of the m-bit ADC code, while the device is connected to a series of high-frequency (HF) and low-frequency (LF) shift registers, a pulse distributor, and two logical devices that switch the resulting pulses of the indicated DSS to the corresponding inputs of the pulse distributor at the command of the high-frequency shift register, an autonomous master oscillator and an external synchronization device connected to the DCH, as well as to the high-frequency LF shift registers, while the outputs of these two groups of logical matrices are connected to the first inputs of the DSS, the second inputs of which receive signals from a digital sawtooth generator, and the outputs of the DSS are connected to the first inputs of two logical devices, the second inputs of which receive a sequence of pulses from the RF the shift register, the outputs of two logical devices are connected to the corresponding inputs of the pulse distributor, the other inputs of which are connected to the outputs of the low-frequency shift register, and through the AND-NOT circuits with the keys tr hfaznogo inverter and auxiliary oscillator output is connected to TSGPR whose output is connected to the RF shift register.
Figure 00000003
RU2011152344/07U 2011-12-21 2011-12-21 DEVICE FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AUTONOMOUS INVERTER USING A VECTOR PWM RU117747U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011152344/07U RU117747U1 (en) 2011-12-21 2011-12-21 DEVICE FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AUTONOMOUS INVERTER USING A VECTOR PWM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011152344/07U RU117747U1 (en) 2011-12-21 2011-12-21 DEVICE FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AUTONOMOUS INVERTER USING A VECTOR PWM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU117747U1 true RU117747U1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46682544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011152344/07U RU117747U1 (en) 2011-12-21 2011-12-21 DEVICE FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AUTONOMOUS INVERTER USING A VECTOR PWM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU117747U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168344U1 (en) * 2016-06-01 2017-01-30 Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛАВТ-МГУ" THREE-PHASE AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE
RU187091U1 (en) * 2018-12-20 2019-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Three-phase rectifier-inverter module control device
RU2808093C1 (en) * 2023-04-04 2023-11-23 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Three-phase voltage inverter control method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU168344U1 (en) * 2016-06-01 2017-01-30 Общество с ограниченной ответственностью "ЭЛАВТ-МГУ" THREE-PHASE AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTER CONTROL DEVICE
RU187091U1 (en) * 2018-12-20 2019-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Three-phase rectifier-inverter module control device
RU2808093C1 (en) * 2023-04-04 2023-11-23 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Three-phase voltage inverter control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Diao et al. An efficient DSP–FPGA-based implementation of hybrid PWM for electric rail traction induction motor control
EP3210297B1 (en) Systems and methods for controlling multi-level diode-clamped inverters using space vector pulse width modulation (svpwm)
US6069808A (en) Symmetrical space vector PWM DC-AC converter controller
US3538420A (en) Inverter
US7250740B2 (en) Method and apparatus for generating pulse-width modulated waveform
US7558089B2 (en) Method and apparatus for space vector modulation in multi-level inverters
Vashishtha et al. A survey: Space vector PWM (SVPWM) in 3φ voltage source inverter (VSI)
EP3570421A1 (en) Power conversion apparatus and control method for power conversion apparatus
CN103339845A (en) AC conversion circuit
RU117747U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF A THREE-PHASE AUTONOMOUS INVERTER USING A VECTOR PWM
US20160056732A1 (en) Switching branch for three-level inverter and method for controlling switching branch of three-level inverter
Muthavarapu et al. An efficient sorting algorithm for capacitor voltage balance of modular multilevel converter with space vector pulsewidth modulation
US4179727A (en) Control device for a pulse-width modulated inverter
EP3136582B1 (en) Modulation method for controlling at least two parallel-connected, multi-phase power converters
Niu et al. Design of a single controller for multiple paralleled inverters
JP2005168198A (en) Control unit of ac-ac direct conversion device
JP3409039B2 (en) Control device for power converter
US6424113B1 (en) Method and apparatus for pulse width modulation
Doval-Gandoy et al. Three alternatives for implementing space vector modulation with the DSP TMS320F240
JPH07177753A (en) Control method and equipment for power converter unit
Sutikno et al. Simple realization of 5-segment discontinuous svpwm based on FPGA
JP2017085839A (en) Electric power convertor and control method of electric power convertor
Julian et al. FPGA based digital implementation of naturally sampled space vector modulation
Rekha et al. Survey on FPGA Based Space Vector PWM Motion Control
Deepak et al. Novel multilevel inverter with reduced number of switches and batteries