УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования постоянного напряжения в стабилизированное переменное трехфазное ступенчатой формы и однофазное синусоидальное для питания соответственно гиромоторов и индукционных датчиков гиростабилизатора телевизионной передающей камеры, устанавливаемой на транспортных средствах различного назначения.

Известны преобразователи напряжения для трехфазных электродвигателей, выполненные на основе кольцевых схем на триггерах или автогенераторах, содержащие задающий генератор, делитель частоты, выходной трехфазный усилитель мощности и импульсный стабилизатор напряжения с широтно-импульсной модуляцией. (например, авт. свид. N 756578, H 02 M 7/537; N 767934, H 02 P 13/16; 517124, H 02 M 7/537; N 369, H 02 M 7/52; N 143112, 21 a 12/03). Однако в них отсутствует внешняя синхронизация частоты обеспечивающая согласование с телевизионными системами, в которые они входят, а у триггерных или автогенераторных преобразователей трехфазного напряжения возможны сбои в переходных режимах. К тому же эти устройства имеют только один трехфазный выход. Все это исключает их применение в данном случае.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является трехфазный преобразователь типа ТП-6.003. ЛТ.206.003, серийно выпускаемый НПО "Электрон" г. Львов, блок-схема которого приведена на фиг. 1. В его состав входят задающий генератор, широтно-импульсный модулятор, управляющий двухтактным импульсным регулятором напряжения с вольтодобавочным трансформаторным выпрямителем, питающий трехфазный усилитель мощности, к двум выходным фазам которого подключен формирователь синусоидального однофазного напряжения. На входы трехфазного усилителя поступают сигналы управления от формирователя трехфазной последовательности импульсов, выполненного на основе триггерного кольцевого коммутатора, в котором на счетные входы триггеров подаются импульсы с выхода задающего генератора. Стабилизация выходных напряжений устройства обеспечивается за счет подачи на широтно-импульсный модулятор напряжений обратной связи с выхода импульсного регулятора.

Недостатками этого устройства являются, во-первых, создание помех, перемещающихся по экрану телевизионной системы, возникающих из-за несогласованности выходной частоты задающего генератора с частотой развертки телевизионной системы.

Во-вторых, слежение широтно-импульсного модулятора за выходным напряжением импульсного регулятора не обеспечивает возможности повышения стабильности выходных напряжений, особенно однофазного синусоидального.

В-третьих, формирователь трехфазной последовательности импульсов, выполненный на основе триггерного кольцевого коммутатора, имеет недостаточную помехоустойчивость, допуская сбои при работе устройства, особенно при переходных режимах.

Для устранения перечисленных недостатков прототипа в предлагаемое устройство, содержащее задающий генератор, широтно-импульсный модулятор, импульсный регулятор напряжения, питающий вход которого соединен сетью постоянного тока, а выход - с входом трехфазного усилителя мощности, три управляющих входа которого соединены соответственно с тремя выходами формирователя трехфазной последовательности импульсов, при этом три выхода усилителя мощности являются выходом трехфазного напряжения устройства, два из них соединены с входом формирователя синусоидального напряжения, выход которого является выходом синусоидального напряжения устройства, введены инвертор и удвоитель частоты, соединенные своими входами с выходом задающего генератора, а также элемент ИЛИ-НЕ и делитель частоты, входом соединенный с выходом удвоителя частоты, причем первый вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом инвертора, а второй вход - с выходом широтно-импульсного модулятора, вход сброса которого соединен с выходом удвоителя частоты, а вход управления - с выходом формирователя синусоидального напряжения, выход делителя частоты - с входом формирователя трехфазной последовательности импульсов, выход элемента ИЛИ-НЕ - с управляющим входом импульсного регулятора напряжения, а на вход задающего генератора поступают импульсы синхронизации с синхрогенератора строчной частоты телевизионной камеры.

Для увеличения помехоустойчивости формирователь трехфазной последовательности импульсов выполнен на четырехтактном последовательном регистре и двух инверторах, при этом 1-й и 3-й выходы регистра являются соответственно выходами первой и второй фаз импульсов формирователя, а второй выход регистра соединен со входом первого инвертора, выход которого является выходом третьей фазы импульсов формирователя, кроме того, 3-й выход регистра соединен со входом второго инвертора, выход которого соединен с установочным входом D регистра, при этом его другой установочный вход R заземлен, а тактовый вход C является входом формирователя.

Кроме того, делитель частоты выполнен на четырехтактном последовательном регистре и элементе И-НЕ, два входа которого соединены соответственно с первым и четвертым входами регистра, а выход элемента И-НЕ, являющийся выходом делителя частоты соединен непосредственно с входом D регистра, а через конденсатор - с управляющим входом R регистра, подключенным к резистору, второй вывод которого заземлен, при этом тактовый вход C регистра является входом делителя частоты.

Суть изобретения состоит в том, что предлагаемое построение устройства позволяет осуществить внешнюю синхронизацию его импульсами строчной частоты от передающей телевизионной камеры, тем самым устранить помехи на телевизионном изображении при одновременном обеспечении требуемой для гидростабилизатора частоты формируемого устройством выходного напряжения. Кроме того, достигается повышение стабильности преобразованного напряжения за счет охвата обратной связью выходных каскадов преобразователя в результате подачи на широтно-импульсный модулятор напряжения с выхода формирователя синусоидального напряжения. В результате выполнения формирователя импульсов трехфазной последовательности и делителя частоты на базе последовательных регистров повышена помехоустойчивость устройства.

На чертежах представлены следующие фигуры:
фиг. 1 - блок-схема прототипа; фиг. 2 - блок-схема предлагаемого устройства; фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит задающий генератор 1, на который поступают стандартные импульсы синхронизации ИС с частотой f_c строчной телевизионной развертки, вырабатываемые синхрогенератором телевизионной камеры. Выход генератора 1 через инвертор 2 соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 3, а через удвоитель частоты 4 - с входом запуска широтно-импульсного модулятора 5, выход которого соединен с управляющим входом импульсного регулятора напряжения 6, имеющего также вход питания для подачи постоянного напряжения питающей сети U_п.

Кроме того, выход удвоителя частоты 4 через делитель частоты 7 соединен со входом формирователя трехфазной последовательности импульсов 8. Выходы формирователя соединены со входами управления трехфазного усилителя мощности 9, вход питания которого соединен с выходом регулятора 6.

Выходы трехфазного усилителя 9 с напряжением фаз Ф1, Ф2, Ф3 являются основным выходом 1 устройства, а две фазы этого выхода соединены со входом формирователя синусоидального напряжения 10, выход которого является дополнительным выходом 2 устройства, соединенным с входом управления широтно-импульсного модулятора 5.

В делителе частоты 7, содержащем последовательный регистр 11, тактовый вход которого является входом делителя, выходы первый и четвертый соединены с входами элемента И-НЕ 12, выход которого является выходом делителя 7 и непосредственно соединен с установочным входом D регистра 11, а через емкость 13 - с его установочным входом R, подключенным к резистору 14, второй вывод которого заземлен.

Входом формирователя трехфазной последовательности импульсов 8 является вход четырехтактного последовательного регистра 15. Его выходы, первый и третий, являются непосредственно входами последовательностей импульсов фаз Ф1 и Ф2 формирователя, а выход 2, соединенный со входом инвертора 16, является выходом последовательности импульсов фазы Ф3 формирователя. Кроме того, третий выход регистра соединен со входом инвертора 17, выход которого соединен с установочным входом D регистра 15, а его установочный вход R заземлен.

Устройство работает следующим образом. Прямоугольные импульсы синхронизации телевизионной строчной развертки с частотой f_c (фиг. 3а) синхронизируют задающий генератор 1 (фиг. 2), вырабатывающий прямоугольные импульсы со скважностью 2 той же частоты (фиг. 3б). Инвертором 2 они меняют фазу на противоположную (фиг. 3в) и подаются на первый вход элемента ИЛИ-НЕ 3, а удвоитель частоты 4 преобразует импульсы задающего генератора в короткие прямоугольные импульсы двойной частоты 2f_c (фиг. 3г). Эти импульсы поступают на вход сброса широтно-импульсного модулятора 5 для формирования внутреннего пилообразного напряжения, обеспечивающего получение выходных прямоугольных импульсов переменной длительности за счет изменения фазы переднего фронта (фиг. 3д) под действием напряжения обратной связи U_ос (фиг. 1), поступающего на вход управления широтно-импульсного модулятора с выхода формирователя синусоидального напряжения 10.

На входе модулятора имеется выпрямитель с емкостным фильтром, а в качестве самого модулятора может быть использован, например, широтно-импульсный модулятор интегрирующего типа (А.В.Романов и др. "Способ широтно-импульсной модуляции для ИВЭП.", сборник "Высокоэффективные источники и системы вторичного электропитания РЭА." МДНТП им. Ф.Э.Дзержинского, М., 1989, стр. 116-118).

Элементом ИЛИ-НЕ формируются импульсы (фиг. 3е) переменной длительности с регулируемым по фазе задним фронтом, которые управляют переключающим транзистором импульсного регулятора 6, на вход питания которого поступает напряжение питающей сети U_п. Поскольку этим транзистором коммутируется вся мощность устройства, то совпадение момента его открытия - переднего фронта импульсов (фиг. 3е) - с фронтом синхроимпульсов (фиг. 3а) обеспечивает значительное снижение уровня помех на телевизионном изображении. Выходное напряжение импульсного регулятора 6 обеспечивает питание трехфазного усилителя мощности 9. Импульсами удвоителя частоты, поступающими на тактовый вход C регистра 11, запускается делитель частоты 7. Сигналы, формируемые на первом и четвертом выходах регистра 11, а также на выходе элемента И-НЕ 12, приведены соответственно на фиг. 3 ж, и, к. Как видно, частота импульсов удвоителя частоты 4 в результате деления понижается в 5 раз.

Передними фронтами импульсов делителя частоты (фиг. 3к), поступающими на тактовый вход C регистра 15, запускается формирователь трехфазной последовательности импульсов 8, на каждом выходе которого формируются прямоугольные импульсы со скважностью 2 частотой в 15 раз ниже частоты импульсов синхронизации f_c, сдвинутые относительно друг друга на угол 120 градусов (фиг. 3 л, м, н), образуя трехфазную последовательность. Этими импульсами управляется трехфазный усилитель мощности 9, формирующий на своем выходе трехфазное напряжение одноступенчатой прямоугольной формы с паузой на нулевом уровне, из которого формирователь синусоидального напряжения 10 выделяет первую гармонику однофазного синусоидального напряжения.

Как видно из эпюр, приведенных на фиг. 3, частоты всех переключающих элементов и выходных напряжений устройства синхронизированы частотой строчной развертки f_c, что создает условия для значительного снижения помех на телевизионном изображении системы, обеспечивая при этом получение выходных напряжений с высокостабильной частотой, повышающей точность работы гиростабилизатора и соответствующей заданному номинальному значению частоты его электромашин.

Устройство содержит задающий генератор, широтно-импульсный модулятор, импульсный регулятор напряжения, трехфазный усилитель мощности, формирователь трехфазной последовательности импульсов, формирователь синусоидального напряжения а также элемент ИЛИ-НЕ и делитель частоты, входом соединенный с выходом удвоителя частоты. Первый вход элемента ИЛИ-НЕ через инвертор связан с задающим генератором, а второй вход - с выходом широтно-импульсного модулятора. Вход сброса последнего соединен с выходом удвоителя частоты, а вход управления - с выходом формирователя синусоидального напряжения. Выход делителя частоты соединен с входом формирователя трехфазной последовательности импульсов. Выход элемента ИЛИ-НЕ связан с управляющим входом импульсного регулятора напряжения. Технический результат - повышение помехоустойчивости работы устройства. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для преобразования напряжения, содержащее задающий генератор, широтно-импульсный модулятор, импульсный регулятор напряжения, питающий вход которого соединен с сетью постоянного тока, а выход - с входом питания трехфазного усилителя мощности, выполненного с возможностью формирования трехфазного напряжения одноступенчатой прямоугольной формы с паузой на нулевом уровне, три управляющих входа которого соединены соответственно с тремя выходами формирователя трехфазной последовательности импульсов, при этом три выхода усилителя мощности являются выходом трехфазного напряжения устройства, два из них соединены со входом формирователя синусоидального напряжения, выход которого является выходом синусоидального напряжения устройства, отличающееся тем, что в него введены инвертор и удвоитель частоты, соединенные своими входами с выходом задающего генератора, а также элемент ИЛИ-НЕ и делитель частоты, входом соединенный с выходом удвоителя частоты, причем первый вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом инвертора, а второй вход - с выходом широтно-импульсного модулятора, вход сброса которого соединен с выходом удвоителя частоты, а вход управления - с выходом формирователя синусоидального напряжения, выход делителя частоты соединен со входом формирователя трехфазной последовательности импульсов, выход элемента ИЛИ-НЕ - с управляющим входом импульсного регулятора напряжения, а вход задающего генератора предназначен для приема импульсов синхронизации строчной частоты от телевизионной камеры. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь трехфазной последовательности импульсов выполнен на четырехтактном последовательном регистре и двух инверторах, при этом первый и третий выходы регистра являются соответственно выходами первой и второй фаз импульсов формирователя, а второй вход регистра соединен со входом первого инвертора, выход которого является выходом третьей фазы импульсов формирователя, кроме того, третий выход регистра соединен со входом второго инвертора, выход которого соединен с установочным входом D регистра, при этом его другой установочный вход заземлен, а тактовый вход является входом формирователя. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что делитель частоты выполнен на четырехтактном последовательном регистре и элементе И-НЕ, два входа которого соединены соответственно с первым и четвертым выходами регистра, а выход элемента И-НЕ, являющийся выходом делителя частоты, соединен непосредственно с установочным входом D регистра, а через конденсатор - с установочным входом R регистра, подключенным к выводу резистора, другой вывод которого заземлен, при этом тактовый вход С регистра является входом делителя частоты.