Устройство управления двухфазным инвертором Советский патент 1983 года по МПК H02M7/537 H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропитания и следящего электропривода для преобразования постоянного напряжения в двухфазное переменное напряжение. Известны .схемы управления двухфаз ным инвертором, выполненные на основе магнитных мультивибраторов Т13Недостаток схем состоит в перегрузке силовых транзисторов при насыщении сердечников трансформаторов в конце полупериода. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее делитель частоты .на счетнык триггерах, в каждой фазе тактируемый ЭК-триггер и два элемента ИЛИ-НЕ, причем первые, входы элементов ИЛИ-НЕ первой фазы соединены с инверсны1 1, а-первые входы элементов ИЛИ-НЕ второй фазы - с прямым выходом триггера среднего разряда делителя частоты, каждый так тируемый 31 -триггер и элемент -ИЛИ-НЕ через усилитель подсоединены к соот.ветствующим первичным обмоткам, расположенным на общем магнитопроводе, выходных трансформаторов, во вторичные, обмотки которых включены резонансные фильтры, тактовые входы тактируемых Т)К -триггеров соединены с инверсным выходом триггера младшего разряда делителя частоты, прямой выход тактируемого ЭК -триггера первой фазы соединен с первым входом Э а инверсный выход - С первым входом . К тактируемого ЗК -триггера второй фазы, прямой выход тактируемого Ктриггера второй фазы соединен с пер вым входом К , инверсный, выход - с первым входом J.тактируемого тригге ра первой фазы, вторые вх-оды и К обоих триггеров- соединены пофазно с ответственно с инверсным и прямым выходами триггера среднего разряда делителя частоты, а вторые входы ло гических элементор ИЛИ-НЕ соединены П;фазно с прямым и инверсным выхода Mi соответствующего тактируемого УК триггера Г 2 , Недостатком известного устройств является.отсутствие компенсации фа зового сдвига выходных напряжений, возникающего из-за неидентичности параметров элементов формирования фазных напряжений, а также низкий КПД из-за возникновения уравнительных токов при одновременной работе двух первичных обмоток на общем маг нитопроводе. Цель изобретения - повышение точ ности фазовых сдвигов и повышение КПД. Поставленная цель достигается те что в устройстве управления двухфаз ным инвертором, содержащем делитель частоты на счетных триггерах, в каж, дои фазе тактируемый tJK-триггер и два логических элемента ИЛИ-НЕ, причем прямой выход тактируемого ;)К триггера первой фазы соединен с первьлм выходом , инверсный - с первым выходом К тактируемого5К -триггера второй фазы, прямой выход тактируемого ЭК-триггера второй фазы соединен с- первым входом К, а инверсный выход -: .с первым, входом тактируемого К-триггера первой фазы, вторые входы Э и.К тактируемого К -триггера первой фазы соединены с инверсным выходом триггера старшего раз.ряда делителя ч.астоты, тактовый вход ик-триггера первой фазы соединен с инверсным выходом триггера среднего разряда делителя частоты, каждый тактируемый ЗК -триггер и элемент ИЛИ-НЕ через усилитель подсоединены к пе.рвичным обмоткам соответствующих выходных фазных трансформаторов,, во вторичные обмо.тки которых включены резон.ансные фильтры, дополнительно введены элемент 2-2И-ИЛИ-НЕ в каждой фазе, два синхронизирующих триггера, измерительный преобразователь неортогональности фаз выходных напряжений, дифференциальный усилитель и блок регулируемой задержки, причем тактовый вход тактируемого DK-триггера второй фазы соединен с инв.ерсным- выходом второго триггера среднего разряда делителя частоты, тактовый вход которого через блок регулируемой задержки соединен с инверсным выходом триггера, младшего разряда делителя частоты, входы Э триггеров среднего разряда делителя частоты соединены с прямым выхо|Дом первого синхронизирующего триггера, тактовый вход которого соединен с прямьм выходом триггера младшего разряда делителя частоты, вторые входы Э и К тактируемого К -триггера второй фазы соединены с прямым выходом второго триггерастаршего разряда, тактовый вход которого соединен с прямым выходом второго триггера среднего разряда делителя частоты, входы О, триггеров старшего разряда соединены с прямым выходом второго синхронизирующего триггера, тактовый вход которого соединен с инверсным.. выходом первого триггера среднего разряда делителя частоты,первые входы; 2И первого элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ каждои фазы соединены соответственно с инверсным выходом триггера старшего разряда делителя частоты и прямым выходом тактируемого ЗК-ттриггера, а вторые входы 2И - с прямым -выходом триггера старшего разряда дёлителд частоты и инверснь1м выходом тактируемого 17К-триггера, первые входы 2И второго элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ соединены соответственно с прямыми, а вт6рые - с инверсными выходами триггера

старшего разряда и тактируемого 1 триггера, вторичные обмотки выходных трансформаторов в каждой фазе соединены последовательно, а управляющий вход блока регулируемой задержки через дифференциальный усилитель и измерительный преобразователь нео{ртогональности фаз соединен с выходами фильтров.

На фиг. 1 изображена принципиаль ная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы выходных напряжений элементов.

Устройство управления двухф.азным инвертором содержит делитель частоты на счетных триггерах .1-5, соеди-ненных по схеме сдвоенного двоичного счетчика, из которых триггер 1 является младшим, триггеры 2 и 3 средними, а триггеры 4 и 5 - старшими разрядными триггерами. Триггеры среднего разряда 3 и старшего разряда 5 составляют второй-канал де ления частоты и соединены с триггером f Lnaj:jiiero разряда через блок 6 регулируемой задержки. Синхронйзирующий триггер 7 среднего разряда соединен, тактовым входом с прямым выходом триггера 1, а прямым вьоходом с входами) триггеров 2 и З.Синхро йзирующий триггер 8 старшеТЪ ряда делителя частоты соединен тактовым входом с инверсным выходом триггера 2, а прямым выходом - с входами } триггеров 4 и 5. Узел формирования прямоугольных напряжений, соответствующих функциям Уолша 1,. состоит из тактируемых ЗК-триггеров .9 и-10, причем первый вход 3 триггера 9 первой фазы соединен с инверсным выходом, а первый вход К - с прямым выходом триггера ..10 второй фазы, первый входЭ триггера 10 второй фазы соединен с прямым, а первый вход К - с инверсным выходом триггера 9. Тактовый вход триггера 9 соединен с инверсным выходом триггера 2 а тактовый вход триггера 10 - с инверсным Выходом триггера 3 делителя частоты. Вторые, входы Э и К тригге ра 9 соединены с инверсным выходом . триггера 4, а вторые входы 3/ и К три гера 10 - с прямым выходом триггера

Узел сформирования напряжения прямоугольной формы соответствующих функций Уолша VaE 5 состоит из элемен:тов 2-2И-ИЛИ-НЕ 11 и 12 в первой, фаjзе и 13 и 14 во второй фазе.Первые ВХОДЫ 2И первого элемента 2-2И-ИЛИ-Н соединены с инверсными выходами триггеров 4 и 5 и прямыми выходами триггеров 9и 10 соответственно фазами, вторые входы 2И в первой фазе соединены с прямым выходом триггера 4 и инверсным выходом триггера 9, а во второй фазе - с прямым выходом триг;гера 5 и инверсным выходом триггера 4 ;10. Первые входы 2И второго элемёнта

.2-2И-ИЛИ-НЕ соединены с прямым, а вторые - с инверсными выходами триггеров 4 и 9 в первой фазе и 5 и 10 во второй.

Выходы элементов 11 и 12 через инвертирующие усилители 15 и 16 и транзисторы 17 и 18,прямой и инверсный, выходы триггера 9 через усилители 19 и 20 и транзисторы 21 и 22, выход триггера 10 через усилители 23 и 24 .и транзисторы 25 и 26, выходы элементОБ 13 и 14 через усилители 27 и 2В и транзисторы 29 и 30 подсоединены соответственно к первичным обмоткам выходных фазных трансформаторов, 31, 32, и. 33,34.

Один пассивный резонансный фильтр подключен к соединенным последова.тельно вторичным обмоткам трансформаторов 31 и 32. Он состоит из дросселя 35, конденсаторов 36 и 37 и дросселя 38. .Другой пассивный реаонансный фильтр, состоящий из дросселя 39 конденсаторов 40 и 41 и дросселя 42, подключен к соединенным последова-. тельно вторичным обмоткам трансформаторов 33 и 34.

Выходные фазные напряжения подсоединены к измерительному преобразователю 43 неортогональности фаз, выходы. Которого через дифференциальный усилитель 44 соединены с управляющим входом.устройства 6 регулируемой задержки.

Устройство раббтает следующим образом.

На счетный вход триггера 1 подают непрерывную последовательность импульсов частоты I6i , где i - выходная частота инвертора. На выходах этого триггера формируются последовательности импульсов 45 (фиг. 2) частоты 8i , на прямом выходе триггера 2 делителя формируется последовательность импульсов 46 частоты 4,.

Синхронизацию триггеров 2 и 3 среднего разряда делителя частоты осуществляют подачей на,входы указанных триггеров последовательное сти импульсов 47 с прямого выхода триггера 7.

Триггер старшего разряда делителя частоты первого канала формирует последовательность 48 импульсов частоты 2 (фит. 2)..

На выходах триггера 9 формируется последовательность импульсов 49 час:тоты , соответствующая двоичному представлению функции Уолша WoE1 (фиг. 2).

С помощью элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ 11 и 12 из выходных импульсов триггеров 4 и 9, формируются пос ледов ате льности импульсов 50, соответствующие :двоичному представлению функции Уолдаа V/ae 5,

. На выходе устройства 6 регулируемой задержки формируется последовательность импульсов 51 частоты 8f с регулируемым положением заднего фронта. Выходные импульсы устройств регулируемой задержки поступают на тактовый вход триггера 3 среднего разряда второго канала делителя час тоты, на прямом выходе которого фор мируется последовательность импульс 52 частоты 4. Триггер 5 старшего разряда второ го канала формирует последовательность импульсов 53 частоты 2 которая может быть сдвинута по фазе относительно выходных импульсов 48 триггера 4 на yгoл±2 f , где Ц угол неоднозначности фазовых переда точных характеристик фильтров. На выходах триггер1а 10 формирует ся последовательность импульсов 54 частоты 5, соответствующая двоичному представлению функции Уолша(/ае 1 второй фазы (фиг. 2), причем фаза импульсов на выходе триггера 9 опережает фазу импульсов на выходе триггера 10 на одну четвертую периода частоты ±4 (или , С помощью элементов 2-2И-ИЛИ-НЕ 13 и :14 из выходных- импульсов триггера 5 делителя частоты и триггера 9 формируются последовательности импульсов 55, соответствующие двоичному представлению функции Уолша Woe -5. При этом напряжения, формируемые элементами 2-2И-ИЛИ-НЕИ и 12, сов падают, по фазе с выходными напряжен ями триггера 9 и являются составля,ющими напряжения первой фазы, а напряжения, формируемые элементами 2-2И-ИЛИ-НЕ 13 и 14, совпадают по фазе с выходными .напряжениями триггера 10 и являются составляющими напряжения второй фазы. Составляющие напряжения первой фазы после усиления усилителями 15, 16 и 19, 20, транзисторами 17, 18 и 21, 22 подаются на первичные обмотки трансформаторов 31 и 32, на формируются напряжения, соответствующие функции УолшаWaE 5 и Wqe 1 (56 и 57 на фиг. 2). Для формирования составляющих напряжений второй фазы, сйответству ющих функциям yortuaWoP 1 и WaC (58 и 59 на фиг. 2), аналогично на первичные обмотки трансформаторов 33 и 34 подаются усилителями 19,20 и 15, 16 и транзисторами 21, 22 иу 17, 18 соответственно. На соединенных последовательно вторичных обмотках трансформаторов 31, 32 и 33, 34 формируются ступен чатые квазисинусоидальные напряжен соответственно первой 60. и второй 61 фаз, которые преобразуются в синусоидальные с помо.щью резонансных фильтров, образованных 35-38 и 39-42. Формирование, составляющих фа.зных напряжений, соответствующих функциям Уолша, индивидуальными трансформаторами обеспечивает высокий КПД устройства. При коэффициентах трансформации, пропорциональных коэффициентам при соответствующих функциях Уолша, разложения синусоидальной функции в ряд Уолша - Фурье обеспечивается условие наилучшей аппроксимации, при котором амплитуда каждой ступени квазисинусоидального выходного напряжения удовлетворяет выражению п- i« X. m-) Ъ „--1бу„&ес 5111 а yi где ,(1 - число формир.уемых ступеней. В качестве дросселей параллельных, резонансных контуров фильтров могут , использоваться индуктивности рассеяния обмоток устройства, пйтаемого сформированным двухфазным напряжением, например индуктивности рассеяч ния обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора (38 и 42 на фиг. 1). Выходные фазные напряжения peaof нансных фильтров поступают на векторомерный измерительный преобразоватёль 43 неортогональности фаз,выпо 7ненный, например, на основе фазочувствительного вьтрямителя с сумма-разностными цепями,, выходное напряжение которого пропорционально отклонению от ортогональности выходных фазных напряжений. Выходное напряжение измерительного преобразователя подается на входы дифференциального усилителя 44, выход которого подключен к управляющему входу блока 6 регулируемой задержки, изменяя скважность выходных и myльcoв пропорционально величине и полярности управляющего напряжения причем нулевое значение управляющего напряжения соответствует скважности выходных импульсов, равной . два.. . , . При этом сформированные составляющие напряжения второй фазы смещены по отношению четверти периода на величину угла сдвига фаз выходных на- пряжений V за счет нейдентичности параметров резонансных фильтров с обратным знаком (60 и 61 на фиг. 2). , Таким образом предлагаемое устрой- ство обеспечивает повышенную тоЧ1. ность формирования и однозначность сдвига фаэ синусоидального двухфазHO.ro напряжения.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЬМ ИНВЕРТОРОМ, содержащее делитель частоты на счетных триггерах, в каждой фазе тактируетлый 5К-триггер и два логических элемента ИЛИ-НЕ, причем прямой выход тактируемого ЗК триггера первой фазы соединен с первым входом :, инверсный - с первым входом К тактируемого ЭК -триггера второй фазы, прямо выход тактируемого ЗК -триггера второй фазы соеди-. нен с первым входом 1, а инверсный выход е с первым входом тактируемого К -триггера первой фазы, вторые входы и К тактируемого tJK -триггера первой фазы соединены с инверсным выходом триггера старшего разряда делителя частоты, тактовый вход ЗК-триггера первой фазы соединен с инверсным выходом триггера среднего разряда делителя частоты, каждый тактируемый ЭК -триггер и элемент ИЛИ-НЕ через усилитель подсоединены к первичным обмоткам соответствующих выходных фазных трансформаторов, во вторичные обмотки которых включены резонансные фильтры,.о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повытиения тачности фазового сдвига выходных напряжений и повышения КПД, в него дополнительно введены элемент 2-2И-ИЛИ-НЕ в каждой фазе, два синхронизирующих триггера, измеритель-. ный преобразователь неортогонаяьнос- ти фаз выходных напряжений, дифференциальный усилитель и блок регулиру- . емой задержки, причем тактовый вход. тактируемого ЗК -триггера второй фазы соединен с инверсным выходом второго триггера среднего раз.ряда Делителя частоты, тактовый вход которого через блок регулируемой задержки соединен .с инверсным выходом триггера млгщшего разряда делителя частоты, входы 3 триггеров: среднего разряда делкт:еля частоты соединены с прямым выходом первого синхронизирующего триггера, тактовый вход которого соединен с прямым выходом тригг гера младшего разряда делителя частоты, вторые входы 3 и k тактируемого 1 -триггера второй фазы соединены .с прямым выходом второго триггера старшего разряда, тактовый вход которого соединен с прямым выходом .второго триггера среднего разряда делителя частоты, входы Э триггеров старшего разряда соединены с прямым выходом второго синхронизирующего триггера, тактовый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера среднего разряда делителя частоты, первые входы 2И первого элемента 2-2И-ИЛИ-НЁ каждой фазы соединены соответственно с инверсным выходом триггера старшего разряда делителя частоты и прямым а выходом тактируемого3k -триггера, а оо вторые входы 2И - с прямым выходом триггера старшего разряда делителя частоты и инверсным выходом тактируемого 1 -триггера, первые входы 2И I второго элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ соеди- i |Нены соответственно с прямым, а вторые - с инверсными выходами триггера старшего разряда и тактируемого j Kтриггера, вторичные, обмотки выходных трансформаторов в каждой фазе соединены последовательно, а управляющий вход блока регулируемой задержки через дифференциальный усилитель, и измерительный преобразователь неортогональности фаз соединен с выходами фильтров.

«rj-jn ППППППППППППГ i

W-f-1 r-1 f-)