Регулятор частоты электромашинного преобразователя постоянного напряжения в переменное Советский патент 1987 года по МПК H02P11/06 

11302416

зобретение относится к электронира хо со ды вт SчеRтехнике, а именно к системам управления электромашинными преобразователями постоянного напряжения в переменное.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты напряжения на выходе электромашинного

ния, S- и К входы второго RS-тригге- ра 13 соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, прямой и инверсный выходы соответственно с вторыми входами второго 10 и третьего 11 элементов И, Sвход первого RS-триггера 2 подключен к выходу второго элемента И 10, Rвход к выходу управляемого генерапреобразователя.

На фиг, 1 приведена блок-схема, ре- 10 тора 5 импульсов, а прямой выход - гулятора частоты электромашинного к первому входу элемента ИЛИ 6 и че- преобразователя постоянного напряже- рез фильтр 4 низких частот - к входу ния в переменное; на фиг. 2 - диауправляемого генератора 5 импульсов. Второй вход элемента ИЛИ 6 подсоедиграммы напряжении соответственно на

%

управляемого генератора 5 импульсов. Второй вход элемента ИЛИ 6 подсоедивыходе элементов от времени при ре- 5 нен к выходу третьего элемента И 11, гулируемой частоте ff. , много меньшей

а выход - к управляющему входу электронного ключа 3, выход которого предназначен для связи с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя, а вход подсоединен к выходу выпрямителя 7 с входом, подключенным к выходу измерительного органа 1 частоты.

номинальной f (а) и f (Б).

Регулятор частоты электромашинного преобразователя постоянного напряжения в переменное содержит измери- тельный орган 1 частоты, вход которого предназначен/ для связи с силовым выходом электромашинного преобразователя, вырабатывающего напряжение Ugy а выход подключен к входу фазового детектора 2 с выходом, предназначенным для связи через усилитель 3 мощности с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя. Регулятор частоты также содержит фильтр 4 низких частот, управляемый генератор 5 импульсов, элемент ИЛИ 6, выпрямитель

Фазовый детектор 2 выполнен в виде первого RS-триггера, усилитель 3 мощности - в виде электронного ключа а измерительный орган 1 частоты - на триггере Шмитта 8, трех элементах И 9-11, Т-триггере 12, втором RS- триггере 13, генераторе 14 счетных импульсов, счетчике 15 импульсов, и двух элементах 16 совпадения (первый

имеет выходное напряжение U,g , а второй - и ).

Первый вход первого элемента И 9 подключен к выходу генератора 14 счетных импульсов, второй вход - к прямому выходу Т-триггера 12, вход которого соединен с первыми входами второго 10 и третьего 11 элементов И и выходом триггера Шмитта 8с входом, подсоединенным к входу измерительного органа 1 частоты. Счетный вход счетчика 15 импульсов подключен к выходу первого элемента И 9, вход нулевой установки к инверсному выходу Т- триггера 12, а выход - к входам первого и второго элементов 16 совпаде

ния, S- и К входы второго RS-тригге- ра 13 соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, прямой и инверсный выходы соответственно с вторыми входами второго 10 и третьего 11 элементов И, Sвход первого RS-триггера 2 подключен к выходу второго элемента И 10, Rвход к выходу управляемого генератора 5 импульсов, а прямой выход - к первому входу элемента ИЛИ 6 и че- рез фильтр 4 низких частот - к входу

управляемого генератора 5 импульсов. Второй вход элемента ИЛИ 6 подсоединен к выходу третьего элемента И 11,

а выход - к управляющему входу электронного ключа 3, выход которого предназначен для связи с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя, а вход подсоединен к выходу выпрямителя 7 с входом, подключенным к выходу измерительного органа 1 частоты.

Регулятор частоты работает следующим образом,.

В процессе пуска и в случае, когда частота fr вырабатываемого напряжения значительно меньше номинальной

Q

т.е.

30

, (фиг. 2а) , имеет мес

то сигнал на втором выходе измерительного органа частоты (выходе тре ,тьего элемента И 11). Это достигается следующим образом. Импульсы, следующие с вькода триггера Шмитта 8,

35 поступают на вход Т-триггера 12. Выходной сигнал на прямом выходе этого триггера имеет форму импульсной последовательности,, длительность импульсов которой равна длительности пауз

40 и периоду входного напряжения Ug . Выходной сигнал инверсного выхода представляет собой инвертированный сигнал прямого выхода. На выходе первого элемента И 9 появляется сигнал

45 в каждом нечетном периоде входного напряжения la момент, когда имеется сигнал на выходе генератора 14 счет- ных импульсов. В.счетчике 15 импульсов производится подсчет числа совпа50 дений импульсов с выхода генератора 14 счетных импульсов в течение нечетных периодов входного напряжения Uax .

Сигнал и, на выходе первого элемента совпадения появится тогда, когда в счетчике 15 импульсов будет подсчитано число N,, т.е. спустя время t, , выбираемое равным, например, по:при номинальной частоте f

Спустя время

13024164

ничном состоянии, разрешающем прохождение импульсной последовательности с выхода триггера Шмитта 8 через вто в счетчике 15 импуль-. рой элемент И 10 на S-вход первого

ловине периода входного напряжения

U 1

И

сов будет подсчитано число N, и появ- с RS-триггера 2. На R-вход первого RS- .-I ляется сигнал Uj на выходе второго элемента совпадения. Время с выбирается равным периоду входного напрятриггера поступает импульсная последовательность с выхода управляемого генератора 5 импульсов. СобственГ , частота которого равна нал частота f управляемого генерато- частоте полосы захвата f, управляемо-tO ра импульсов выбирается заведомо мень

жения

го генератора 5 импульсов, т.е.Т . В процессе пуска ,

3II

значит f.. . f - . Поэтому сигнал U, поI уID

ше номинальной частоты f вырабатываемого напряжения.

Длительность напряжения на выходе nepBoj o RS-триггера 2 определяется

является раньше, чем произойдет уста-t5 фазовым сдвигом между входными им- новка счетчика 15 импульсов в нуль сигналом с инверсного выхода Т-триг- гера 12.

Сигнал и, переводит второй RS- триггер 13 в единичное состояние, а 20

к

появление сигнала U рой RS-триггер

возвратит вто- 13 в нулевое состояпульсными последовательностями и зависит от начальной разности частот f и fg . Напряжение с выхода первого RS-триггера поступает через фильтр 4 нижних частот на вход управляемого генератора 5 импульсов. При этом происходит перестройка частоты следования импульсов на выходе этого генератора и ее автоматическая подстройпульсными последовательностями и зависит от начальной разности частот f и fg . Напряжение с выхода первого RS-триггера поступает через фильтр 4 нижних частот на вход управляемого генератора 5 импульсов. При этом про исходит перестройка частоты следования импульсов на выходе этого генератора и ее автоматическая подстройние, при котором разрешено прохождение импульсной последовательности с выхода триггера Шмитта 8 через третий25 ка к значению , т.е. происходит элемент И 11 и элемент ИЛИ 6 на управ- так называемый захват частоты управляющий вход электронного ключа 3. Электронный ключ 3 с входной частотой открывается на малые промежутки вре30 где „ ляемого генератора импульсов. При этом частота становится равной ,(1)

мени и подключает цепь обмотки возбуждения приводного двигателя электромашинного преобразователя к выходу выпрямителя. При этом среднее значе- .ние напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения, будет малым, что 35 обеспечивает незначительный ток в обмотке возбуждения приводного двигателя и быстрый разгон электромашинного

частота следования импульсов управляемого генератора импульсов при отсутствии напряжения на его входе;

К„ - коэффициент передачи управляемого генератора импульсов

и - управляющее напряжение на выходе фильтра нижних частот. Напряжение U., поступающее на вход

и - управляющее напряжение на выходе фильтра нижних частот. Напряжение U., поступающее на вход

,и,,р

(2)

преобразователя.

В случае, когда частота f. вьфаба-40 управляемого генератора импульсов, тываемого напряжения примерно равна |равно . номинальному значению f (фиг. 26) , т.е. частота f. находится в полосе

захвата управляемого генератора 5 им- Де 4 - коэффициент передачи фильт- пульсов-, то происходит переключение 45 Р нижних частот; выходов измерительного органа 1 и появляется напряжение на его первом выходе (выходе второго элемента И 10).

и

2ср

- среднее напряжение на выходе первого RS-триггера. После того, как произошел захват, управляемый генератор импульсов на- 50 чинает генерировать импульсы Uy с частотой, равной действительной частоте вырабатываемого напряжения. Эти импульсы сдвинуты по фазе в сторону отставания на угол по отношению

Происходит ЭТО следующим образом. После появления сигнала U,. вто|Ь

рой RS-триггер 13 перебрасывается в положение, при котором на его прямом выходе появляется высокий потенциал.

- среднее напряжение на выходе первого RS-триггера. После того, как произошел захват, управляемый генератор импульсов на- 50 чинает генерировать импульсы Uy с частотой, равной действительной частоте вырабатываемого напряжения. Эти импульсы сдвинуты по фазе в сторону отставания на угол по отношению

К моменту установки счетчика 15 им- 55 импульсам U,o с первого выхода из- пульсов в нуль сигнал 11, на выходе мерительного органа. Величина угла второго элемента совпадения не появляется, так как , а , т.е.

второй RS-триггер 13 остается в едисдвига фаз |i пропорциональна требуемой величине управляющего напряжения необходимого для подстройки частоты ,|

ше номинальной частоты f вырабатываемого напряжения.

Длительность напряжения на выходе nepBoj o RS-триггера 2 определяется

фазовым сдвигом между входными им-

пульсными последовательностями и зависит от начальной разности частот f и fg . Напряжение с выхода первого RS-триггера поступает через фильтр 4 нижних частот на вход управляемого генератора 5 импульсов. При этом происходит перестройка частоты следования импульсов на выходе этого генератора и ее автоматическая подстройка к значению , т.е. происходит так называемый захват частоты управка к значению , т.е. происход так называемый захват частоты упра

где „ ляемого генератора импульсов. При этом частота становится равной ,(1)

„ частота следования импульсов управляемого генератора импульсов при отсутствии напряжения на его входе;

К„ - коэффициент передачи управляемого генератора импульсов;

и - управляющее напряжение на выходе фильтра нижних частот. Напряжение U., поступающее на вход

авляемого генератора импульсов, но

,и,,р

(2)

го генератора импульсов,

оэффициент передачи фильт нижних частот;

Де 4 - коэффициент передачи фильт- Р нижних частот;

и

2ср

- среднее напряжение на выходе первого RS-триггера. После того, как произошел захват, управляемый генератор импульсов на- чинает генерировать импульсы Uy с частотой, равной действительной частоте вырабатываемого напряжения. Эти импульсы сдвинуты по фазе в сторону отставания на угол по отношению

импульсам U,o с первого выхода из- мерительного органа. Величина угла

импульсам U,o с первого выхода из- мерительного органа. Величина угла

сдвига фаз |i пропорциональна требуе мой величине управляющего напряжения, необходимого для подстройки частоты ,|

управляемого генератора импульсов, При поступлении на вход первого RS- триггера импульсов Uy, сдвинутых по фазе на угол 6 по отношению к импульсам UIP , напряжение на выходе фазового детектора будет равно

К,р,

(3)

где К - коэффициент передачи первого RS-триггера 2.

В соответствии с выражениями (1) - (3) и равенством угол пропорционален скольжению действительной частоты вырабатываемого напряжения по отношению к фиксированной частоте fg управляемого генератора импульсов

Р

f-LlfК., К,„ к,.

(4)

Таким образом, величина угла сдвига фаз, а значит, и длительность импульсов и пропорциональны отклонению частоты от заданного значения. Чем больше это отклонение, тем больше открыт электронньш ключ 3s тем больше среднее напряжение, прикладываемое к обмотке возбуждения приводного двигателя электромашинного преобразователя, тем меньше частота его вращения и, следовательно, меньше частота f j.. Регулятор частоты реагирует на любое изменение частоты f электромашинного преобразователя.

При увеличении f очередной импульс с первого выхода измерительного органа 1 на S-вход первого RS- триггера приходит раньше и увеличивается фазовый сдвиг между импульсными последовательностями с первого выхода измерительного органа и с выхода управляемого генератора 5 импульсов.

При этом увеличивается управляющее напряжение на выходе фильтра 4 низких частот и управляемый генератор импульсов начинает генерировать импульсы с частотой fj-, т.е. подстраивается под частоту генератора злектромашинного преобразователя, Для того, чтобы частота управляемого генератора импульсов оставалась постоянно равной f J., необходимо существование фазового сдвига (5 между импульсными последовательностями на входах первого RS-триггера, при котором выполняется равенство .(4).

Кроме того, чем больше величина угла р, тем больше открыт электронный ключ 3 и тем больше величина

среднего напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения приводного двигателя электромашинного преобразователя, что вызовет уменьшение частоты

fr до прежнего уровня.

Если частота вырабатываемого напряжения становится меньше, то происходит обратный процесс.

В устройстве нет источника эталонной частоты, его роль как бы выполняет управляемый генератор импульсов.

Требуемая частота вращения двигателя задается выбором величины частоты fg управляемого генератора импульсов при отсутствии захвата напряжения на его входе и выбором ширины полосы захвата 1 и f. Под полосой захвата понимают область начальных расстроек частоты, в которой при любых

начальных условиях устанавливается режим удержания. Если частоту управ- генератора импульсов при отсутствии управляющего напряжения на его входе обозначить через fg, а ширину полосы захвата - через tuf, то частота захвата-определится по формуле

.f3. Если разность частоты генератора

электромашинного преобразования и управляемого генератора импульсов не ,превышает ширину полосы захвата, то частота управляемого генератора импульсов подстраивается под частоту

генератора злектромашинного преобразователя и система фазовой автопод- стройки частоты находится в режиме удержания (режиме захвата).

Если начальная расстройка частот

больше ширины полосы захвата uf, то имеет место режим биений и частоту управляемого генератора нельзя подстроить под частоту генератора электромашинного преобразователя.

При выборе величин f и tufj еле- дует учесть величину максимально возможного заброса частоты при сбросе нагрузки электромашинного преобразователя. При этом величины f, и ± if

должны быть выбраны таким образом, чтобы при максимальном забросе частоты система фазовой автоподстройки частоты оставалась бы в режиме удержания.

Преимущества регулятора частоты

для злектромашинных преобразователей состоят в том, что его использование позволяет повысить точность стабили713

зации частоты, так как на величину частоты fr не оказывает влияние изменение амплитуды регулируемого напряжения, а также обеспечить быстрый пуск электромашинного преобразова- теля.

Формула изобретения

Регулятор частоты электромашин- ного преобразователя постоянного напряжения в переменное, содержащий измерительный орган частоты, вход которого предназначен для связи с силовым выходом электромашинного преобразователя, а выход подключен к входу фазового детектора с выходом, предназначенным для связи через усилитель мощности с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя элект ромагнитного преобразователя, о т- личающийся тем, что, с целью повьш1ения точности стабилизации частоты, введены фильтр низких частот, управляемый генератор импульсов, элемент ИЛИ, выпрямитель, причем фазовый детектор выполнен в виде первого RS- триггера, усилитель мощности в виде электронного ключа, а измерительный орган частоты - на триггере Шмитта, трех элементах И, Т-триггере, втором RS-триггере, генераторе счетных импульсов, счетчике импульсов и двух элементах совпадения, первый вход первого элемента И подключен к выходу генератора счетных импульсов, второй вход - к прямому выходу Т-триггера, вход которого соединен с первыми вхо

5

О 5

5

168

дами второго и третьего элементов И и выходом триггера Шмитта с входом, подсоединенным к входу измерительного органа частоты, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу первого элемента И, вход нулевой установки к инверсному выходу Т-триггера, а выход - к входам первого и второго элементов совпадения S- и R-входы второго RS-триггера соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, прямой и инверсный выходы соответственно., с вторыми входами второго и третьего элементов И, S-вход первого RS-триггера подключен к выходу второго элемента И, R-вход к выходу управляемого генератора импульсов, а прямой выход - к первому входу элемента ИЛИ и через фильтр низких частот к входу управляемого генератора импульсов, второй вход элемента ИЛИ подсоединен к выходу третьего элемента И, а вькод - к управляющему входу электронного ключа, выход которого предназначен для связи с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя, а вход подсоединен к выходу выпрямителя с входом, подключенным к входу измерительного органа частоты, уставка первого элемента совпадения меньше уставки второго элемента совпадения, управляемый генератор импульсов настроен на частоту при отсутствии управляющего напряжения, меньшую заданной частоты напряжения на силовом выходе электромашинного преобразователя.

Фиг. г

Составитель А.Акимов Редактор А.Шандор Техред м.Ходанич Корректор г.Решетник

Заказ 1223/55 Тираж 661 Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР

по делам узобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в различного рода электромашинных преобразователях пост, тока В перем. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты напряжения на выходе электромашинного преобразователя;.- Регулятор частоты содержит измерительный орган 1, фазовый детектор 2, усилитель 3 мощности, фильтр 4 низких частот, управляемый г-р импульсов, выпрямитель 7 и элемент ИЛИ 6. Измерительный орган 1 состоит из триггера 8 Шмитта, трех элементов И 9, 10 и 11, Т-триггера 12, RS- триггера 13, г-ра 14 счетных импульсов, счетчика 15 импульсов и двух элементов 16 совпадения. Требуемая частота вращения задается выбором величины частоты управляемого г-ра импульсов при отсутствии захвата напряжения на его входе и выбором ширины полосы захвата, определяемой областью начальных расстроек частоты, в к-рой при любых начальных условиях устанавливается режим удержания. Повышение точности обеспечивается тем, что на величину частоты не оказывает влияния изменение амплитуды регулируемого напряжения. 2 ил. а сл N54;; Фиг