Многофазный функциональный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к формирова нию (синтезу) электрических сигналов описываемых тригонометрической (например, синусоидальной) многоступен чатой функцией, и может найти применение в автоматике, вычислительной и преобразовательной технике. Известен многофазный статический функциональный преобразователь содержащий инвертор, к отводам вторичной обмотки которого подключены силовые ключи, управляющие входы которык подключены к соответствующим выходам блока управления Li 7. Нёдостат ом такого преобразователя является необходимость большого количества ключей переменного тока для формирования многоступенчатой волны выходного напряжения, при этом на формирование каждой ступеньки необходимо по два ключа переменного то ка и два отвода от вторичной обмотки трансформатора инвертора. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является многофазный функциональный преобразо ватель, содержащий инвертор и нес- колько пар (по количеству синтезируемых фаз), вторичных обмоток, в ко тором загрузки каждой из фаз включены между средними выводами каждой па ры обмоток, а средние, промежуточные и крайние выводы каждой пары вторичных обмоток подключены через силовые ключи к общей шине источника питания 2. Недостаток такого устройства заключается в том, что для каждой фазы необходимо иметь отдельные пары обмо ток и набор ключей переменного тока. Этот недостаток проявляется тем в большей степени, чем больше формируется фаз и чем больше аппроксимирующих ступенек в четверти периода синтезируемого сигнала. Целью изобретения является упроще ние и повышение точности работы преобразователя . Поставленная цель достигается тем что многофазньй функциональный преобразователь, содержащий трансформаТор, средний вьшод первичной обмотки которого подсоединен к одному из полюсов источника питания, а ее крайние выводы через параллельно включенные силовые ключевые транзисторы и диоды подключены к его общей шине, силовые ключи переменного тока, включенные между общей шиной источника питания И соответствующими выводами пары, вторичных обмоток трансформатора, средний вывод первой из которых является первым выходом одной из фаз преобразователя, и блок управления, состойщий из последовательно включенных задающего генератора, делителя частоты и программного блока памяти, выходы которого подключены к управляющим входам соответствующих силовых ключей переменного тока, базы силовых ключевых транзисторов соединены с первым и вторым выходами делителя частоты блока управления, содержит дополнительные силовые ключи переменного тока по числу фаз,;информационные входы которых объединены и соединены со средним выводом второй вторичной обмотки трансформатора, а выходы являются вторыми выходами соответствующих фаз преобразователя,средний вывод первой вторичной обмотки трансформатора является первым выходом всех фаз преобразователя, управляющие входы дополнительных силовых ключей переменного тока подключены к соответствующим дополнительным выходам делителя частоты блока управления. Таким образом, одна пара вторичных обмоток трансформатора с набором выводов и ключей переменного тока используется для поочередного формирования в катвдый дискрет времени прямоугольного импульса напряжения, по амплитуде равного среднему за время дискрета значению напряжения формируемой фазы. Так, например, если в течение п-го дискрета формируется прямоугольный имцульс, соответствующий текущему значению фазы А, то в течение дискрета п+1 -текущему значению фазы В, а в течение дискрета . - текущему значению фазы С и т.д. Разделение общей последовательности импульсов на группы, относящиеся к каждой фазе, производится подключением к среднему вьшоду силовьк ключей переменного тока (синхронных детекторов), включаемых последовательно с нагрузками каждой фазы. На фиг.1 представлена схема двухфазного преобразователя, на фиг.2 диаграммы напряжений в различных узлах двухфазного преобразователя для двухфазного варианта. Многофазньй функциональный преобразователь (фиг.1) содержит силовые ключевые транзисторы 1, диоды 2 для пропуска обратного тока нагрузки. первичную обмотку 3 трансформатора 4 с парой вторичных обмоток 5 и 5 и силовыми ключами 6 переменного ток к средним выводам обмоток Ъ vi Ъ подключены ключи 6 и Ь для образования нуля выбранной системы счисления, к остальным вьюодам обмоток 5 и 5, подключены ключи соответст6 и -ti rie 1-, --Ч, 2i 2е формирования числовой последовательности системы счисления Каждая обмотка разбита на четное количество равных участков. Обмотка и связанные с нею ключи образуют один разряд системы счисления. Таким обра зом, каждая фаза формируется двухраз рядной схемой. Через дополнительные силовые ключ 7 и 8 переменного тока(синхронные детекторы) подключены нагрузки фаз 9 (cos) и 10 (sin) к средним вьюодам обмоток. Блок управления состоит из задающего генератора (обычно кварцевого) 11, делителя частоты 12 и программно . го блока памяти 13. На фиг.2 представлены следующие эпюры напряжений: 2а - эпюра напряжений запуска силовых транзисторных ключей напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора-, 26 - эпюра напряжения между средними выводами пары обмоток, при этом защтрихованные импульсы образуют фазу 5in, а не заштрихованные - фазу Cos; 2в - эпюры напряжений, подаваемых на силовой ключ 7j 2г - на силовой . ключ 8. После прохождения силовых ключей (синхронных детекторов) на нагрузке 9 вьщеляется напряжение 2е, а на нагрузке 10 - напряжение вида 2д. В многофазном функциональном преобразователе использована многозначсимметричная относител ная нечетная система счисления в алгоритно нуля ме управления преобразователем для синтезирования необходимого текущего уровня квантования формируемого сину соидального сигнала. Технически выбранная система счисления реализована путем использования двух обмоток и ключей, отличающихся между собой по уровне выходного напряжения в р-ра где р - основание выбранной системы счисления (,5,7,...,2h+1). Управление работой ключей производится от цифрового блока управлени следующим образом. 11 Сигналы от задающего генератора 11 запускают делитель частоты 12 и в виде параллельного двоичного кода поступают на дешифратор программируемого блока памяти 13, а также на запуск силовых транзисторов 1-1 и ключей переменного тока 7 и 8 (синхронных детекторов). Блок памяти 13 программируется заранее на вьщачу двух чередующихся кодов для каждой фазы соответственно. При формировании, каждой из ступенек, по длительности равной периоду срабатывания силовых транзисторов 1-1 , происходит поочередное одноразовое срабатывание одноименньк ключей 6 справа и слева относительно среднего отвода в обеих обмотках 5 и З для конвертирования двухтактного напряжения в однотактное напряжение ступени. Для рассортировки импульсов (фиг.26) по нагрузкам 9 и 10 каждой из фаз используются силовые ключи (синхронные детекторы) 7 и 8, запускаемые двумя последовательностями ,. .л.-.л. импульсов, сдвинутых на 180° (фиг.2в, г). Импульсы 2д, е, выделяемые на нагрузках фаз, имеютскважность два и по амплитуде модулированы на соответствие синусоидальному или косинусоидальному закону. Наименьший номер гармоники у такой (со скважностью два) формы ступенчатого сигнала не отличается от номера гармоники ступенчатого сигнала со скважностью, равной нулю. Из этого следует, что для сглаживания, фильтрации обеих форм импульсов можно использовать Фильтр (если этого требует нагрузка с одной и той же частотой . Пре,,лагаемое устройство по сравнению с прототипом имеет меньшее (поч-, ти в два раза) количество ключей .и обмоток при одинаковом количестве ступенек в каждой формируемой фазе, т.к. одна и та же пара обмоток и тот же набор ключей участвует в- формировании разных фаз (увеличивается коэффициент использования обмоток и ключей) , обладает большей точностью формирования сдвига фаз, так как одни и те же элементы участвуют в их синтезе. Кроме того, если на синхронные детекторы подать импульсы, регулируемые по длительности, то можно осуществить регулировку выходного напряжения . S Инвертор (элементы 1,2,3 и 4) может быть выполнен и по мостовой схеме. Если необходимо, чтобы фазы были гальванически развязаны, нагрузки 9 и 10 могут быть включены через дополнительные трансформаторы. При работе на фильтр или нагрузку с малым cos Тц для устранении искажений необходимо подключить дополнительные ключи переменного тока параллельно 2 входу фильтра, включаемые во время паузы между импульсами. Экспериментальное исследование показало, что при формировании десятиступенчатого напряжения каждой фазы уровень ближайшей 9-й гармоники порядка 75% от основной, а 11-й гармоники - 58%. Погрешность сдвига фаз составляет не более 6-8 мин.

МНОГОФАЗНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий трансформатор, средний вывод первичной обмотки которого подсоединен к одному из полюсов источника питания, а ее крайние выводы через параллельно включенные силовые ключевые транзисторы и диоды подключены к его общей шине, силовые ключи переменного тока, включенные между общей шиной источника питания и соответствующими выводами пары вторичных обмоток трансформатора, средний вывод первой из которых является первым выходом одной из фаз преобразователя, и блок управления. состоящий из последовательно включенных задающего генератора, делителя частоты и программного блока памяти, вьсходы которого подключены к управляющим входам соответствующих силовых ключей переменного тока, базы силовых ключевых транзисторов соединены с первым и вторым выходами делителя частоты блока управления, о т-л и чающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности работы преобразователя, он содержит дополнительные силовые ключи переменного тока по числу фаз, информационные входы которых объединены и соединены со средние выводом второй втоi ричной обмотки трансформатора, а выСЛ ходы являются вторыми выходами соответствующих фаз преобразователя,средний вывод первой вторичной обмотки трансформатора является первым выходом всех фаз преобразователя, управляющие входы дополнительных силовых ключей переменного тока подключены к соответствующим дополнительным выхо00 дам делителя частоты блока управлениа, to СЛ to

&fe

Н нлючом 6

Аф

- t.бге

а

ШЛПШШПЯПЯЯЛЛЛШ1Г

в

1ППППППППП

вввввнввна

г

П

и

П

срие2