Преобразователь частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M5/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе в системах автоматического регулирования и в робототехнике. Цель изобретения - расширение диа пазона регулирования выходного напряжершя преобразователя. Па фиг. 1 изображена блок-схема устройстваJ на фиг. 2 - временные диаграммы: А - опорного синусоидального напряжения, Б - высокочастотного преобразования на одной из обмоток электродвигателя, В - импульсов на управляющем электроде симистора, Г - динамического состояния выходных шик дешифратора, на фиг г 3 - диграмма сдвига (А, Б) и изменения фазы (А, В) высокочастотного сигнала при реверсе электродвигателя. Преобразователь частоты содержит симистор 1, два элемента 2.1, 2,2 гпгдуктивности, два импульсных элемента 3.1 и 3.2 и две цепочки последовательно соединенных элементов кон денсатор - диод 4.1, 5.1 и 4.2, 5.2) входящие в состав симисторного блока 6, усилитель 7 разнополярных сигналов, выпрямитель 8, двухполупериод ный формирователь 9 импульсов, источ ник опорного напряжения в виде двух двуханодных одинаковых стабилитронов 10 и 11 конденсаторов 12 и 13, двуханодного стабилитрона 14 и резис тора 15, интегратор 16 в канале обратной связи, задатчик 17, элементы И 18 и 19, четыре ключа 20.1-20.4 блок 21 реверса фазы импульсов, состоящий из двух элементов ИСЮШЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22.1 и 22.2. Ключи 20.1-20.4 входят в состав блока 23, нуль-орган 24, счетчик 25 с дешифратором 26 переключатель 27 и генератор 28 - в состав задатчика 17, тиристоры 29 и 30 с ограничительными резисторами 31.1, 31.2 и 32 - в состав усилителя разнополярных импульсов 7. Обмотки управления 33 и 34 исполнительно го электродвигателя 35 соединены с выходами блока 23. Устройство работает следующим образом. Задатчик 17 (фиг. 1) формирует сигнал широтно-импульсного управления в соответствующей фазе в полупериода переменного нанряжения (фиг. 2 А), а симисторный блок 6 мо дулирует заполненную часть синусоид обеспечивая на обмотках управления 33 и 34 рабочие высокочастотные напряжения со сдвигом фазы 90 эл. град, при соответствующих переключениях ключей 20.1-20.4 (.фиг. 3 АБ и АВ и на фиг. 2 Б). Источник опорного напряжения формирует посредством выпрямителя и фильтровых конденсаторов 12 и 13 плюс-минус-постоянные напряжения относительно нулевой точки (1) устройства для питания элементов схемы и для коммутации симистора 1 разнополярными импульсами в соответствии с полярностью полупериода переменного напряжения (фиг. 2 В). Усилитель 7 усиливает сигнал управления, формируемьй элементами 2И 18 и 19 в соответствии с фазой 9 , которая задается уставкой переключателя 27 задатчика 17, и с полярностью полупериода синусоиды и определенным состоянием выхода формирователя. Тиристоры 29 и 30 упомянутого усилителя 7 выполняют роль ключевых элементов, коммутирующих симистор 1 разнополярными импульсами (фиг. 2 Б). Рассмотрим процесс формирования В))сокочастотного напряжения модуляции (фиг. 2 А) в четные и нечетные полупериоды нанряжения сети fg. В положительньй полупериод плюспотенциал, приложенньй к элементу 1, вызывает заряд конденсатора 5.1 «.рез диод 24.1 и конденсатора 5.2 чорез элемент 2.1 и первичную обмотку импульсного элемента 3.1. Когда напряжение на конденсаторе 5.2 достигнет уровня отпирания симистора 1 по аноду (при плюспотенциале на его управляющем электроде в фазе 0), то происходит разряд конденсатора через открывщийся симистор 1, первичную обмотку импульсного элемента 3.2, элемент 2.2. Разряд конденсатора 5.1 через симистор 1 ограничен встречновключенным диодом 4.1. В процессе заряда конденсатора 5.2 формируется высокочастотньш импульс на вторичной обмотке импульсного элемента 3.1 (фиг. ЗА), а в процессе его разряда через симистор 1 - на вторичной обмотке импульсного элемента 3.2 (фиг..З Б). При соответствующих параметрах элементов, имггу.п.сы сдвинуты на 90 эл. граи.

В дальнейшей фазе О в положительный полупериод напряжения сети fjv к обмоткам управления 33 и 34 электродвигателя 35 при соответствующих открытых входах-выходах ключей 20.1-20.4 (фиг. 1) прикладываются последовательности высокочастот.ньгх импульсов напряжения с фазовым сдвигом 90 эл, град., что вызывает крутящий момент на валу электродвигателя, пропорцирнальньй заполнению синусоиды в приближении. Амплитуда формируемых последовательностей высокочастотных импульсов вследствие эффекта насыщения импульсных элементов 3.1 и 3.2 в приближении постоянн

В отрицательный полупериод напряжения f(4 ввиду симметрии схемы симисторного блока 6 роли конденсаторов 5.1 и 5.2 меняются. Это вызывает первоначальное формирование высокочастотного .импульса на вторичной обмотке импульсного элемента 3.2 и формирование с фазовым сдвигом высокочастотного импульса на вторичной обмотке импульсного элемента 3.1 (фиг. 3 В,А).

В начале отрицательного полупериода формирователь 9 (фиг. 1) переключается, в состояние, которое обеспечивает проводящее состояние соответствующих входов-выходов ключей 20.1-20.4. Это сохраняет знак фазового сдвига последовательностей высокочастотных импульсов на управляющих обмотках электродвигателя 35 и знак крутящего момента в положительный и отрицательный полупериоды

СИНУСОИДЫ.

Нуль-орган 24 задатчика 17 в моменты перехода синусоиды через нуль формирует строб-импульсы, обнуляющие счетчик 25 в начале к.аждого полупериода напряжения f . Генератор 28 формирует импульсы заполнения этого счетчика, что последовательно коммутирует выходные шины дещифратора 26, начиная с младшей (фиг. 2 г). В момент времени через переключатель 27 1 коммутирует вторые входы элементов И в фазе 9, а на первые их входы передаются состояния выходов формирователя 9, определяемые четностью полуперио- дов напряжения f..

Таким образом, в положительный пслупериод логическую единицу формирует элемент И 18, а в отрицательный - И 19, которые коммутируют управляемые по управляющему электро ду тиристоры 29 и 30 через ограничительные резисторы 31.1 и 31.2. В положительный полупериод в соответствии с диаграммой В (фиг. 2) открывается тиристор 29, в отрицательный полупериод - тиристор 30. Обеспечивается широтно-импульсная коммутация симистора 1 разнополярными импульсами в соответствии с полярностью приложенного к его силовым электродам напряжения сети f (фиг. 2 В). Это вызывает рассмотренную высокочастотную модуляцию заполненных по фазе б полупериодов синусоиды (фиг. 2 А).

По каналу обратной связи посредством интегратора 16 осуществляется стабилизация скорости электродвигателя 35. Пусть, например, в результате возмущающих факторов колебания напряжения, изменения температуры и т.д. изменилась частота высокочастотного преобразования синусоидал ного напряжения (синус-преойразования) в сторону увеличения частоты. На выходе интегратора 16 формируется более высокий уровень постоянного напряжения, что вызывает изменение частоты генератора 28 в сторону уменьшения. Это изменяет фазу 9 заполнения таким образом, что обеспечивается противодействие возмущающему фактору, и вызывает стабилизацию скорости электродвигателя.

Блок 21 переключается в другое ,состояние при подаче нв вход управления 1 вместо О. Очевидно, что при подаче на вход управления О блок 21 вновь переключается в исходное состояние. Реверс фазы импульсов в блоке 21 определяет возможность переключения обмоток управления 33 и 34 посредством ключей 20.1-20.4 с подключением их соответственно к выходам (а-б) и (в-г) импульсных элементов 3.1 и 3.2 (фиг.1) или в последовательности (в-г) и (а-б), что обеспечивает реверсирование электродвигателя 35. Модуляцией входа.управления блока 21 (фиг. 1) 1 и О при изменяющейся частоте сигнала управления обеспечивают широкий диапазон изменения момента противовключения электродвигателя 35 и подход исполнительного органа к П)Ложению позиции без выбега. Следовательно,- принудительное переключение элемента 21 при необходимости торможения противовключением при подходе к позиции либо изменение фазы опорного напряжения на 180 эл.град, изменяет знак крутящего момента электродвигателя.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с базовым является (при достигнутых высоких технико-экономических показателях) отсутствие трансформаторов в цепях питания, снижающих надежность и значительно увеличивающих габариты и массу подобных устройств. Предлагаемое устройство позволяет создать простую твердотельную специализированную интегральную схему.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий симисторный блок с самогашением и двумя выходами, вход которого предназначен для подключения к питающей сети, усилитель разнополярных импульсов с включенным на выходе первым выводом первого резистора, формирователь импульсов с противофазными выходами, задатчик, источник опорного напряжения, выполненньш в виде двух одинаковых двуханодных стабилитронов, соединенных последовательно, общая точка которых .соединена с общим проводом устройства, свободные выводы стабилитронов предназначены для подключения через второй резистор и третий двуханодный стабилитрон к питающей сети, двухполупериодньй выпрямитель, о тлнчающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, он снабжен двумя элементами И, блоком реверса фазы импульсов, блоком силовых ключей, включенных по схеме перекрестного переключателя, интегратором, задатчик снабжен нуль-органом, управляемым генератором импульсов счетчиком, дешифратором, переключателем и RS-триггером, причем вход формирователя импульсов предназначен для подключения к питающей сети, а его противофазные выходы соединены с первыми входами соответствующих элементов И и входом блока реверса импульсов, выход которого соединен с управляюпщм входом блока силовых ключей, информационные входы которого соединены с выходами симисторного блока, а выход:ц 1 предназi начены для подключения к нагрузке, выход симисторного блока через ин(Л тегратор и управляемый генератор соединен со счетным входом счетчика, вход сброса которого через нульорган предназначен для подключения к питающей сети, выходы счетчика через Дешифратор и переключатель соединены с S- и R-входами RS-триг тера выход которого соединен с втосо ел рыми входами элементов И, выходы элементов И соединены с управляющи о ,ми входами усилителя разнополярных импульсов,входы питания которого подключены параллельно первому и второму двуханоднЫм стабилитронам и входу двухполупериодиого вьтрямителя, выход которого соединен с конденсатором и с цепями питания информационных блоков преобразователя, второй вывод первого резистора подключен к управляющему входу симисторого блока.

fc

0

Фиг.

Фиг. 3