專利名稱：橋路控制過程及其實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相變頻器和整流器/反相器橋路中固態(tài)開關(guān)的控制過程，以及為實(shí)現(xiàn)該過程所設(shè)計的調(diào)制器裝置，所述控制使用脈沖寬度調(diào)制。
PhoivasD.Ziogas、Young-GooKang和VictorR.Stefanovic所寫的題為“整流器濾波器最小化的脈沖寬度調(diào)制(PWN)控制技術(shù)”的文章發(fā)表在1985年9月/10月號的IEEE工業(yè)應(yīng)用匯刊(TransactionsonIndustryApplications)卷號1A-21，期號5，頁次1206-1214，文中提出了一種控制變頻器和整流器橋路的對稱調(diào)制過程。所述調(diào)制過程的原理呈現(xiàn)在本文圖2中。它基于已知頻率的不連續(xù)載波與正弦調(diào)制基準(zhǔn)信號的比較。在正弦波每半個周期的中間的60°區(qū)間期間，通過施加由另兩個對稱相的調(diào)制基準(zhǔn)之和組成的基準(zhǔn)產(chǎn)生調(diào)制脈沖。這種原理只允許載波頻率與基本波頻率之間的某些關(guān)系，(n＝6·K+3，K＝1，2，3…)，并且調(diào)制載波需與調(diào)制基準(zhǔn)同步。由于這些原因，它不作修改就難以實(shí)現(xiàn)，尤其在零頻率附近區(qū)間，特別是如果載波頻率保持不變或在確定極限之內(nèi)。
本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)、修改上述的原理以使之適用于實(shí)際應(yīng)用的要求。本發(fā)明的變頻器和整流器/反相器橋路控制過程，其特征在于通過用正弦調(diào)制基準(zhǔn)或由它們產(chǎn)生的簡化基準(zhǔn)，以逐個區(qū)間方式用至少比較兩個其間具有相位移的三角形波，來產(chǎn)生每個相的調(diào)制脈沖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程的調(diào)制器裝置，預(yù)定用于三相變頻器和整流器/反相器橋路中固態(tài)開關(guān)的控制，所述控制使用脈沖寬度調(diào)制，其特征在于該裝置裝有一個或多個存貯調(diào)制基準(zhǔn)曲線的存儲器電路，一個或多個將存儲器電路輸出變換為模擬量形式的D/A轉(zhuǎn)換器，通過比較正弦調(diào)制基準(zhǔn)信號和至少兩個三角形波的相互間的相位移產(chǎn)生調(diào)制脈沖的比較器，以及根據(jù)調(diào)制脈沖的樣式產(chǎn)生不同相的實(shí)際調(diào)制脈沖的譯碼器電路。
本發(fā)明的過程和實(shí)現(xiàn)該過程的調(diào)制器裝置特別適用于預(yù)定用于升降機(jī)控制裝置的PWM整流器橋路。該過程和調(diào)制器裝置也可不加修改地應(yīng)用于其它類型的變換器橋路中。
下面參考附圖，借助一個實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中

圖1表示一個整流器橋路。
圖2a和2b說明本發(fā)明調(diào)制過程的原理。
圖3a和3b表示簡化的載波調(diào)制基準(zhǔn)信號。
圖4a和4b表示控制一個相位的開關(guān)元件的信號。
圖5表示調(diào)制器電路。
圖6說明多路轉(zhuǎn)換器譯碼原理。
本發(fā)明涉及用于圖1所示結(jié)構(gòu)的三相變頻器和整流器橋路中開關(guān)元件的控制，橋路連接到其相電壓為UR、US和UT的三相饋電電源上。該橋路由全門控的開關(guān)T1-T6，裝在受控開關(guān)并與之反相并聯(lián)連接的二極管D1-D6，以及另外與所述的反向并聯(lián)的開關(guān)-二極管電路串聯(lián)連接的二極管D1′-D6′組成。此外，電壓為+VDC和-VDC的直流電路裝有一個平滑扼流圈L。
本發(fā)明的過程的調(diào)制脈沖的產(chǎn)生可借助圖2a和圖2b來進(jìn)行描述。相R的調(diào)制脈沖PR(圖2b)可用其間有180°相位移的兩個連續(xù)三角形波CA和CB產(chǎn)生，正弦波的上升和下降的60°邊(負(fù)半周期間取絕對值)如下述(圖2a)0°-60° 載波CA和正弦波MR+的上升邊60°-120° 載波CA和正弦波｜MS-｜的下降邊，
與載波CB和正弦波｜MT-｜的上升邊120°-180°載波CB和正弦波MR+的下降邊180°-240°載波CB和正弦波｜MR-｜的上升邊240°-300°載波CA和正弦波MT+的上升邊與與載波CB和正弦波MS+的下降邊300°-360°載波CA和正弦波｜MR-｜的下降邊在另兩個相，除了考慮相位間相位角之外，用同樣方法進(jìn)行調(diào)制。用本過程得到的調(diào)制脈沖樣式和圖2b所示的形式一樣。
從圖2a和2b所示的調(diào)制原理可以看出對每個60°區(qū)間，兩個三角形波和正弦波的上升邊和下降邊都被用來產(chǎn)生調(diào)制脈沖。同樣，相同載波所用正弦波基準(zhǔn)的上升和下降邊也在同一區(qū)間內(nèi)變化。為此，每個相所需的所有調(diào)制脈沖可用如圖3a和3b所示的載波和調(diào)制基準(zhǔn)對CA&MA及CB&MB獲得。這樣，調(diào)制基準(zhǔn)信號MA和MB，由同一正弦波的兩部分組成，第一部分由0-60°區(qū)間構(gòu)成，第二部分由120°-180°區(qū)間組成，它們有一個120°的周長和與基本波(圖2a)相比有60°共同的相位移。
由于使用如上說明的載波/調(diào)制基準(zhǔn)對來產(chǎn)生所有三相調(diào)制所需的脈沖樣式，所以只需要在每個60°區(qū)間內(nèi)將脈沖指向正確的相和開關(guān)。
在電流控制的變頻器和整流器情形下，始終必須提供一條通過橋路的電流路徑。為此，當(dāng)沒有正常調(diào)制基準(zhǔn)時，有一個相中的開關(guān)元件必須接通。如果零二極管功能在三相中以旋轉(zhuǎn)方式變化的話，橋路的這個零二極管作用引起的額外的工作負(fù)載，就會在所有開關(guān)元件中均勻分配。這可以通過對那些處于正弦波半周的中間60°區(qū)間的開關(guān)元件施加一連續(xù)控制信號并在沒有調(diào)制基準(zhǔn)時讓相的反向元件接通來實(shí)現(xiàn)。為達(dá)到這一點(diǎn)，加到每個相開關(guān)元件上的控制信號P1和P2必須是圖4a和4b示出的形式。
調(diào)制器電路的結(jié)構(gòu)如圖5所示。它使用兩個ROM電路1a和1b存貯圖3a和3b所示的重復(fù)120°區(qū)間的調(diào)制基準(zhǔn)信號。另一方面，相同的基準(zhǔn)曲線可存放在兩個ROM電路中，這時其中一個地址線的最高位被反相。用兩個乘法D/A變換器2a和2b將ROM電路的輸出變換為模擬量形式，并使調(diào)制基準(zhǔn)(輸入A)具有幅度調(diào)整。還有一種可能的選擇是，使用一個與雙信道多路變換電路結(jié)合在一起的ROM電路，這時，調(diào)制基準(zhǔn)曲線存貯在相同存儲器電路中，將數(shù)據(jù)順序讀入變換器信道。
用比較器(C)3a和3b，將從D/A變換器得到的調(diào)制基準(zhǔn)和對應(yīng)的載波進(jìn)行比較，由此產(chǎn)生調(diào)制所需要的循環(huán)脈沖樣式Pa和Pb。
存儲器電路讀出地址的最高位(MSB)由6除法器4的輸出的最低位(LSB)確定，地址的其余部分由N除法器5確定，其除率由調(diào)制基準(zhǔn)曲線中所需點(diǎn)數(shù)確定。調(diào)制基準(zhǔn)曲線讀出速率由電壓控制振蕩器(VCO)電路6確定，該電路的輸出頻率取決于控制電壓U。如要求以所選方向讀出控制基準(zhǔn)曲線，例如改變橋路饋電的電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向時，那么就必需使用其運(yùn)算方向可選擇的可逆計數(shù)除法器(U/D)。
調(diào)制電路的6除法器4確定電路工作的基本波形的60°區(qū)間，借此也用之確定開關(guān)元件控制的調(diào)制脈沖PA和PB。
必要時，調(diào)制基準(zhǔn)曲線可與，例如，干線相電壓同步，這時橋路有一個統(tǒng)一的功率因數(shù)。這可以通過將相電壓信號Uv和6除法器的最高位(MSB)加到鎖相環(huán)路(PLL)7的輸入端來實(shí)現(xiàn)。鎖相環(huán)路的輸出以使比較信號進(jìn)入同步的方式來確定振蕩器頻率。在這種情形下，如果要求橋路仍能執(zhí)行整流和反相功能，則開關(guān)元件的操作次序在反轉(zhuǎn)時必須改變180°。這可用整流/反相控制信號R/I予以實(shí)現(xiàn)。而且，可在用載波發(fā)生電路(CARR)8產(chǎn)生載波時，利用振蕩器6的輸出，在這種情況下，它們也將與基本波形同步。
調(diào)制脈沖樣式PA和PB，6除法器4的三位輸出和R/I信號與其它可能的控制信號一起，提供給產(chǎn)生三個相的實(shí)際調(diào)制基準(zhǔn)R+，R-，S+，S-，T+和T-的輸出譯碼器?？刂茦蚵烽_關(guān)元件的信號譯碼用ROM電路或四個多路轉(zhuǎn)換電路來完成。
在基于ROM譯碼情形下，直接使用控制和調(diào)制信號作為存儲器尋址。每個信號表示地址總線的一位。對應(yīng)每個狀態(tài)組合的開關(guān)元件控制數(shù)據(jù)存貯在ROM中，使得可從地址總線以開/關(guān)形式直接得到元件的控制信號。
圖6表示基于多路轉(zhuǎn)換器的譯碼原理。譯碼電路對控制脈沖每種形式，即，調(diào)制脈沖序列PA和PB，零二極管功能所需區(qū)間，沒有實(shí)際調(diào)制脈沖和連續(xù)脈沖等形式，有一獨(dú)立的多路轉(zhuǎn)換器(MUX)10-13。多路轉(zhuǎn)換器選擇在每一瞬間控制各種控制脈沖的開關(guān)元件。
6除法器4的輸出，確定多路轉(zhuǎn)換器輸出信道。(每個開關(guān)元件有其自己的信道)，以這種方式，加在元件上的控制信號的形式，根據(jù)調(diào)制原理在60°區(qū)間改變。維持零二極管功能的MUX電路13由“或非”門15饋給信號，即依次由調(diào)制脈沖系列PA和PB饋給信號。用雙路開關(guān)VK1和VK2選擇整流器/反相器作用。當(dāng)R/I信號為高電平狀態(tài)，MUX電路10-13的地址線的最高位(MSB)直接通過反相“異或”門14，脈沖序列PA和PB直接通過兩路開關(guān)VK1和VK2到MUX電路11和12。從“或”門16a-16f得到調(diào)制脈沖R+，R-，S+，S-，T+和T-，其中將不同MUX電路10-13導(dǎo)向同一元件的控制信號相加，與對應(yīng)相電壓同步，于是橋路便起整流器作用。當(dāng)R/I信號為低，最高位被“異或”門14置反，結(jié)果是控制地址移位180°，脈沖序列PA和PB交叉通過到達(dá)MUX電路12和11。這時相位脈沖R+，R-，S+，S-，T+和T-對于相應(yīng)相電壓相位移180°，于是橋路便起反相器作用。在這種情形下，6除法器由3除法器和2除法器級聯(lián)組成。
對熟知本專業(yè)的人顯而易見的是，本發(fā)明的不同實(shí)施方案并不局限于上述實(shí)例，而是可在以下權(quán)利要求范圍內(nèi)加以取代改變的。
權(quán)利要求
1.三相變頻器和整流器/反相器橋路中用于控制固態(tài)開關(guān)(T1-T6)的過程，所述控制使用脈沖寬度調(diào)制，其特征在于每個相的調(diào)制脈沖，是通過將正弦調(diào)制基準(zhǔn)(MR，MS，MT)或由它們產(chǎn)生的簡化基準(zhǔn)(MA，MB)，以逐個區(qū)間方式對至少兩個其間具有相位移的三角形波(CA，CB)進(jìn)行比較而產(chǎn)生的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的過程，其特征在于三角形波之間的相位移為180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的過程，其特征在于通過比較正弦調(diào)制基準(zhǔn)的上升和下降的60°邊緣(MR+，MR-，MS+，MS-，MT，MT-)產(chǎn)生調(diào)制脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的過程，其特征在于用兩個載波/調(diào)制基準(zhǔn)對(CA，MA，CB，MB)產(chǎn)生調(diào)制脈沖，其中調(diào)制基準(zhǔn)(MA，MB)由正弦波的兩個部分組成，第一部分由正弦波的0-60°區(qū)間構(gòu)成，第二部分由正弦波120°-180°區(qū)間構(gòu)成，所述調(diào)制基準(zhǔn)周長120°，相對于基本波有60°共同的相位移，而受控開關(guān)在60°區(qū)間內(nèi)變化。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項的電流控制的三相變頻器和整流器/反相器橋路中固態(tài)開關(guān)(T1-T6)的控制過程，其特征在于零二極管功能是通過將連結(jié)控制信號加到處于正弦波每半周的中間60°區(qū)間的開關(guān)元件上，并在正常調(diào)制脈沖沒有時接通相的反向元件加以來實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的過程，其特征在于零二極管功能以旋轉(zhuǎn)方式在三相中輪回。
7.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述過程的調(diào)制裝置，設(shè)計采用脈沖寬度調(diào)制來控制三相變頻器和整流器/反相器橋路中的固態(tài)開關(guān)(T1-T6)，其特征在于該裝置裝有一個或多個存貯調(diào)制基準(zhǔn)曲線(MA，MB)的存儲器電路(1a，1b)，一個或多個將存儲器電路輸出變換為模擬形式的D/A變換器(2a，2b)，通過將正弦基準(zhǔn)信號(MA，MB)和至少兩個相互間相位移的三角形波(CA，CB)進(jìn)行比較來產(chǎn)生調(diào)制脈沖的比較器(3a，3b)，以及根據(jù)調(diào)制脈沖樣式(PA，PB)產(chǎn)生不同相的實(shí)際調(diào)整脈沖的譯碼器電路(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求8的調(diào)制裝置，其特征在于它使用乘法變換器，允許調(diào)整調(diào)制基準(zhǔn)的幅度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的調(diào)制裝置，其特征在于該裝置具有一個6除法器4，其輸出的最低位(LSB)確定存儲器電路讀出地址的最高位(MSB)，一個N除法器5，用以確定地址的剩余部分，其中除率由調(diào)制基準(zhǔn)曲線所需點(diǎn)數(shù)確定，以及一個電壓控制振蕩器(VCO)6用于確定調(diào)制基準(zhǔn)曲線讀出速率。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項的調(diào)制裝置，其特征在于允許選擇控制基準(zhǔn)曲線的讀出方向，例如，升降機(jī)中使用的橋路饋電的電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向改變時，本裝置裝備有其操作方向可選擇的可逆計數(shù)除法器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中任一項的調(diào)制裝置，其特征在于該裝置有一鎖相環(huán)路(7)可同步調(diào)制基準(zhǔn)曲線，例如，通過將相電壓信號(Uv)和6除法器最高位(MSB)饋給鎖相環(huán)路(PLL)7的輸入，而使調(diào)制基準(zhǔn)曲線能與干線相電壓同步，以便鎖相環(huán)路的輸出以使比較信號進(jìn)入同步的方式來確定振蕩器頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項的調(diào)制裝置，其特征在于該裝置裝有一個輸出譯碼器，它備有存儲器，用以產(chǎn)生各相的實(shí)際調(diào)制基準(zhǔn)(PR，PA，PB)和開關(guān)器件(T1-T6)的控制信號(R+，R-，S+，S-，T+，T-)，該控制和調(diào)制信號直接用于存儲器尋址，每個信號表示地址總線的一位，所述存儲器裝有和每個狀態(tài)組合對應(yīng)的開關(guān)元件控制數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項的調(diào)制裝置，其特征在于該裝置裝有用以產(chǎn)生相位的調(diào)制基準(zhǔn)(PR，PA，PB)和開關(guān)元件(T1-T6)的控制信號(R+，R-，S+，S-，T+，T-)的輸出譯碼器(9)，所述譯碼器裝有供控制脈沖每種個別形式，即，調(diào)制脈沖序列(PA，PB)，零二極管功能所需的區(qū)間，沒有實(shí)際調(diào)制脈沖時和連結(jié)控制等形式用的獨(dú)立的多路轉(zhuǎn)換器(10-13)，所述脈沖序列(PA，PB)，通過選擇整流或反相功能的雙相開關(guān)(VK1，VK2)被引導(dǎo)到多路轉(zhuǎn)換器，在該裝置中，不同多路轉(zhuǎn)換器對同一固態(tài)開關(guān)提供的控制信號用“或”門(16a-16f)進(jìn)行相加。
全文摘要
使用脈沖寬度調(diào)制對三相變頻器和整流器/反相器橋路中固態(tài)開關(guān)控制的過程及實(shí)現(xiàn)該過程的調(diào)制裝置。在該過程中，通過將正弦調(diào)制基準(zhǔn)逐個區(qū)間地和至少兩個其間具有相位移的三角形波進(jìn)行比較產(chǎn)生每個相的調(diào)制脈沖。該調(diào)制裝置中裝有一個或多個存貯調(diào)制基準(zhǔn)曲線的存儲器電路(1a，1b)，一個或多個將存儲器輸出變換為模擬形式的D/A變換器(2a，2b)，以上述方式比較產(chǎn)生前發(fā)調(diào)制脈沖的比較器(3a，3b)。實(shí)際調(diào)制脈沖根據(jù)初始60°脈沖序列由譯碼器(ROM或MUX)產(chǎn)生。
文檔編號H02M7/5387GK1045494SQ8910625
公開日1990年9月19日 申請日期1989年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月6日
發(fā)明者?；D沙 申請人:科恩升降機(jī)股份有限公司