Двухтактный инвертор Советский патент 1985 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в следящжг. электроприводах различных объектов народного хозяйства. По основному авт. св. № ;584413 известен двухтаКтньй инвертор, содер жащий генератор симметричного пилообразного напряжения с двумя выходами, сигналы которого находятся в про тивофазё, которые подключены к первым входам двух котчлараторов, вторые входы которых объединены и подключены к выводу задания выходного напряже шя, мостовой усипитель мощноети, управляющие входы транзисторов которого связаны в противофазе с выходами компараторов l j . Известное устройство обесПечивает изменение величины и полярности выходного напряжения мостового усилителя мощности от входного сигнала напряжения постоянного тока широтноимпульсным методом регулирования, когда динамические потери равномерно распределены между всеми силовыми элементами, частота тока в нагрузке в два раза вьпае частоты переключения силовых элементов, а выходное напряжение состоит из импульсов только од ной полярности При использовании ин вертора в следящ к электроприводах возникает необходимость ограничения выходного напряжения как в процесс.е регулирования частоты вращения двигателя с целью получения необходимоТо качества переходного процесса,, так и при питании двигателей, у которых максимальное напряжение значительно меньше )у Последнее обсто- ятельство особенно существенно для многокоординатных электроприводов промышленных роботов, где используются на разных координатах двигате ли различных мощностей и, как следствие, различных напряжений питания от десяток до сотен вольт, а питание всех инверторов осуществляется от единого источника постоянного тока. Работа инвертора в следящих элект роприводах с отсутствием регулируемого ограничения по максимальному вы ходному напряжению приводит к значительным перерегулированиям и ухудшению точностных и энергетических характеристик. В известном устройстве существует единственный путь ограничения выходного напряжения инвертора - ограничение входного напряжения tUynp , амплитуда которого определяется размахом напряжения пилы генератора и достигает 1 В, а минимальное значение определяется диапазоном регулирования привода и составляет (10.3-10) В. Осуществить ограничение такого уровня сигнала с требуемой точностью и дискретностью чрезвычайно сложно. Цель изобретения - улучшение точностных и энергетических характеристик при управлении ограничением выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в двухтактный инвертор введены третий и четвертый компараторы, два двувходовых логических элемента И, два двувходовых логических элемента ИЛИ с прямым и инверсным выходами и логический элемент ИЛИ-НЕ, один из входов которого соединен с выходом третьего компаратора и входом первого элемента ИЛИ, другой - с выходом четвертого компаратора и входом второго элемента PfflH, а выход - с первыми объединенными входами логических элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго компараторов, причем выход первого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, а выход второго - с вторым входом второго элемента ИЛИ, при этом первые входы третьего и четвертого компараторов соединены соответственно с первым и вторым выходом генератора пилообразного напряжения, прямые и инверсные выходы элементов Ш1И связаны в противофазе с управляющими входами транзисторов смежных плеч мостового усилителя мощности, вторые входы компараторов объединены и подключены к выводу регулирования ограничения выходного напряжения. На фиг. 1 приведена структурная схема двухтактного инвертора; на фиг.2-5 - диаграммы напряжений, поясняющие приндип работы устройства. Инвертор содержит генератор 1 пилообразного напряжения, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 компараторы, два. логических элемента И 6 и 7, логический элемент ИПИНЁ Вудва логических элемента ИЛИ 9 и 10 с прямым и инверсными выходами, которые через элементы развязки (не показаны) подключены к соответствующим управляющим входам усилителя мощности на транзисторах 11-14. Первый выход генератора 1 симметричного двухполярного напряжения сое динен с первыми входами первого 2 и третьего 4 компараторов, а второй выход генератора - с первыми входами второго 3 и четвертого 5 компараторо Вторые входы компараторов 2 и 3 соединены с входным выводом управления выходным напряжением инвертора, а вторые входы компараторов 4 и 5 с входным выводом ограничения выходного напряжения инвертора. Выходы компараторов 2 и 3 соединены соответственно с первыми входами первого 6 и второго 7 элементов И, выходы компараторов 4 и 5 соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 8, выход которой соединен с вторыми входами элементов И 6 и 7 и соответственно первыми вхо дами первого 9 и второго 10 элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами перво го 6 и второго 7 элементов И, Прямой и инверсный выходы элемента ИЛИ 9 связаны соответственно с управляющим входами силовых элементов 11 и 12 мо тового усилителя мощноети,а прямой и инверсные выходы элемента ИЛИ 10 соответственно с управляюащми входам силовых элементов 13 и 14 этого усиЛителя мощности. На фиг. 2 приведены временные диаграммы -пилообразных напряжений генератора i - U г Р на входной шине инвертора Uopr j напряжение управления ограничением, выходные сигналы компараторов Q , Ъ d иен сигналы управления Силовыми элементами мостового усилителя а , Ь , а также выходное напряжение инвертора, когда/и ЦПр/.: UQ,. для положительной полярности вХодно го напряжения Dunn На фиг. 3 приведены выходные сигналы компараторов, сигналы управления силовыми элементами мостового усилителя и выходное напряжение инвертора, когда/U.np/j Ug-p для положител ной полярности входного сигнала Uynp На фиг. 4 и 5,приведены аналогичные сигналы, но для отрицательной по лярности входного сигнала U jnp . Инвертор работает следукядим образом. При положительном значении напряжения U,jn HUorp / op/ °. импульсов Q к) на выходе компараторов 2 и 3 больше двух и их длительность болМ ше длительности импульсов J и g на выходе компараторов 4 и 5. Следовательно, передний фронт импуЛьса Q появляется раньше переднего фронта импульса 3 , а задний фронт импульса q исчезаеФ после исчезновения заднего фронта импульса сЗ ...Такие же соотношения сохраняются для сигналов Ь и 6 . Поскольку импульсы о и (J , Ъ и е имеют общие оси симметрки то при отсутствии импульсовJ и е (d 1, ft 1) с выхода логического элемента ШШ-НЕ 8 поступает сигнал на вторые входы элементов И 6 и 7, и сигналы а и Ь передаются на выходные выводы элементов ИЛИ 9 и 10, а при наличии импульсов d и е они заменяют соответственно импульсы а и Ь на этих выходных шинах. Поскольку при Ug p /llunp/ импульсы а иЬ совпадают с импульсами а и Ь на выходах элементов ИЛИ 9 и 10 при d 1,Ъ 1 открыты сило-, вые элементы 11 и 14 и выходное напряжение инвертора равно нулю, при 5 1,1), 1 открыты силовые лементы 12 и 14 и выходное напряжение инвертора равно , при а 1, Ь 1 открыты силовые элементы 12 и 13 и выходное напряжение инвертора равно нулю. При положительном напряжении (J p/длительность импульсов а и 5 меньше длительности иь5пульсов о и е. Следовательно, после передачи импульсов о и е на выходные шины сигналов d и Ь , когда на вторые входы элементов И 6 и 7 подан сигнат с выхода элемента Ш1И-НЕ 8, на кх первых, входах сигналов нёТу также нет сигналов на выходе элемента ИЛИ 9 и 10. В остальном работа устройства полностью совпадает с описанной. При этом выходное напряжение инвертора ограничено значением входного сигнала Uorp При отрицательном значении напряжения Uynp иU(yf./(J«pp/скважность импульсов а и Ь на выходе компараторов 2 и 3 меньше двух и их длительность всегда больше длительности №1пульсов 3 и. g. В остальном работа устройства полностью совпадает с описанием для положительного значе 1ия напряжения bijnp когда импульсы аи V полноетью .идентичны импульсам q и b соответстви} с этим при а 1,Ь 1 открыты силовые элементы 11 и 14 и выходное напряжение инвертора равно нулю, при Oi 1, Ь 1 открыты силовые элементы 11 и 13 и выходное напряжение инвертора равно - Ij „ j при 5, 1,Ь 1 открыты силовые эле менты 12 и 13 и выходное :напряжение инвертора равно нулю. При отрицательном значении напря жeния|J Jnp HUorp U4op/ K op4b импуль сов q и Ъ на выходе компараторов 2 и 3 также меньше двух, но во время существования импульса е 1, когда, на выходе элемента И1Ш-НЕ 8 присутствует нулевой сигйал, передача сигнала а на выход элемента ИЛИ 9 запрещена. Аналогичным образом во время существования импульса сЗ 1 запрещена передача сигнала b на выход элемента ИЛИ 10. В ocTaj{bHOM работа схемы полностью совпадает с предьщущим случаем, и при этом выходное напряжение инвертора ограничено значением входного сигнала и огр Таким образом, в предлагаемом инверторе для любой полярности входного сигнала U (,„« реализуется широтно-импуль сная модуляция выходного напряжения, но при этом его величина ограничивается сигналом U(j{-p на втором входном выводе инвертора. Этот входной сигнал можно изменять в таком же диапазоне, как Сигнал управления U(i(,p , что поз- воляет получить йысокое качество переходного процесса и улучшить энергетические характеристики привода, где используется предложенный инвертор.

ДВУХТАКТНЫЙ ИНВЕРТОР по авт. ев, № 584415j отличающийся тем, что, с целью улучшения точностных и энергетических характеристик при управлении огран.ичением выходного напряжения, в него введейы третий и четвертый компараторы, два двувходовых логических элемента И, два двувходовых. логических элемента ИЛИ с прямым и инверс-. ; йым выходами и логический элемент : ИЛИ-Н ;, один из входов которого сре: динен с выходом третьего компаратора и входом первого элемента ИЛИ, другой - с выходом четвертого компарато-. ра и входом второго элемента ИЛИ, а выход - с первыми объеди еиньн.ш вхо дами элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго коьшараторов, причем выход первого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИШ1, а выход второго - с вторым входом второго элемента ИЛИ, при этом первые входы третьего и четвертого компараторов соединены соответственно с первым и вторым выходом генератора пилообразного напряжения, а вторые входы объединены и под- § ключены к регулировагшя ограничения выходного напряжения, прямые и инверсные выходы элементов ИЛИ С связаны в противофазе с управляющими входамИ,Т ранзисторов смежных плеч мостового 5СШ1Нтеля мощности. 00 X

IT ni/л J Ufjt//} 2. и огр

УЧ УЧ у УЧ УЧ УЧ /Xl

. .. ,ЧУЧ .X. УЧ Т

/ N/ N/ v jr

О

П

6

h

п

и

a

h

п

пп

Uynp

п

п

JTj

п

Lt

п

п

rj

Ф(/г.Е

п

л

п

п

п п п

п п

а

tZLJ

1 Г II 1 Г i

d

tr

п

I п п

tLI

U

s

1 I п r

%

п t

п

я

п

гь

п

п

п

п

Фиг.З

пп

п

i

I I t

1 r /

Фиг. 4

,5