Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/537 

113

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в ступенчатое переменное заданной формы в устройствах автоматики, энергетики, электроприводах общепро- мьшшенного назначения с асинхронными, синхронными и шаговыми злектродвига- .телями.

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритных показателей и расширение функциональных возможностей преобразователя.

На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения в ступенчатое переменное, используемого для управления асинхронным электродвигателем с тремя обмотками.

Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное содержит счетчик 1, имеющий п выходов, которые соединены соответственно с п входами каждого из трех преобразователей 2-4 код - напряжение.

Каждый из трех преобразователей 2-4 код - напряжение содержит мостовой транзисторный переключатель 5, диагональ которого, служащая для подключения нагрузки 6 (соответствующей обмотки электродвигателя), образована общей точкой соединения коллектора первого транзистора 7 с эмиттером второго транзистора 8, анода второго диода 9 с катодом первого диода 10 и общей точкой соединения коллектора третьего транзистора 11 с эмиттером четвертого транзистора 12, анода четвертого диода 13 с катодом третьего диода 14, общая точка соединения коллекторов второго 8 и четвертого 12- транзисторов с катодами второго 9 и четвертого 13 диодов предназначена для подключения к плюсовой шине питания, а общая точка соединения анодов первого 10 и третьего 14 диодов - для подключения к минусовой шине питания. Кроме того, каждый преобразователь включает постоянное запоминающее устройство 15с записанными ступенчатыми значениями т-разряДного двоичного кода двух первых полупериодов функции синуса со знаком, цифро- аналоговый преобразователь 16, фильтр 17, элемент НЕ 18, первый 19 и второй 20 элементы задержки фронта, первый 21 и второй 22 элементы И, компаратор 23 и резистор 24, причем п

5

5

6172

входов постоянного запоминающего устройства 15 соединены с п выходами счетчика 1, m выходов -cm входами дифроаналогового преобразователя 16, 5 а (т+1)-й выход - с входом первого элемента 19 задержки фронта и через элемент НЕ 18 с, входом второго элемента 20 задержки фронта, выход которого соединен с первым входом первого 0 элемента И 21 и с базой третьего

транзистора 11 мостового переключателя 5, а вькод первого элемента 19 задержки фронта соединен с первым входом второго элемента И 22 и с базой первого транзистора 7, выходы первого 21 и второго 22 элементов И соединены соответственно с базами второго 8 и четвертого 12 транзисто- |РОВ, вторые входы первого 21 и вто- 0 рого 22 элементов И соединены с выходом компаратора 23, первый вход которого соединен через фильтр 17 с выходом цифроаналогового преобразователя 16, а второй вход - с общей точкой соединения эмиттеров первого 7 и третьего 11 транзисторов и первым выводом резистора 24, второй вывод которого соединен с минусовым выводом источника питания. 0

Счетчик 1 выполнен реверсивным, имеющим два входа для подачи на них входных импульсов заданной частоты (для прямого и обратного счета)-.

5 Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное работает следующим образом.

Входные импульсы заданной частоты, поступая на один из входов (прямого

0 или обратного счета) реверсивного счетчика 1, формируют на его выходе двоичный код. Соответственно увеличивающийся или уменьшающийся по величине. Этот код подается на п-адресный

5 вход постоянного запоминающего устройства 15 каждого из трех преобразователей 2-4 код - напряжение, В каждое из трех постоянных запоминающих устройств 15 предварительно запи0 саны ступенчатые значения га-разрядного двоичного кода двух первых полупериодов функции синуса со знаком. Причем одним и тем же значениям п- разрядного кода на входах всех трех

5 постоянных запоминающих устройствах 15 соответствуют на m выходах последних ступенчатые значения т-разрядного двоичного кода двух полупериодов функции синуса, сдвинутых по фазе отно313

сительно друг друга на 120 , а на (т+1)-й выходе соответствует знаку функции синуса напряжение, принимающее единичное значение для одного и нулевое значение для другого полупе- риодов функции синуса. Цифроаналого- вый преобразователь 16 преобразует значение т-разрядного кода на его входе в постоянное напряжение на выходе, которое через фильтр. 17 посту- пает на первый вход компаратора 23, на второй вход которого поступает напряжение с резистора 24, пропорциональное току через данную обмотку 6 электродвигателя. Если напряжение на первом входе компаратора 23 превышает напряжение на его втором входе, то на выходе компаратора 23 сохраняется высокое напряжение, которое поступает на вторые входы элементов И 21 и 22.

Предположим, что в данный момент на m выходах постоянного запоминающего устройства 15 (для первой обмотки 6 электродвигателя) появляется ка.кой- то двоичный код, а на (т+1)-й выходе - единичное значение напряжения, которое через элемент 19 задержки фронта передается на базу транзистора 7, открывая последний, и на первый вход элемента И 22. Предположим также, что и на второй вход элемента И

22в данный момент поступает высокое напряжение с выхода компаратора 23, тогда с выхода элемента И 22 высокое напряжение передается на базу транзистора 12, открывая его. В связи с этим ток от плюса источника питания через транзистор 12, соответствующую обмотку 6 электродвигателя, открытый транзистор 7 и резистор 24 поступает на минус источника питания. Ток, проходя через индуктивную нагрузку обмотки 6 электродвигателя, возрастает

и увеличивает соответственно величину падения напряжения на резисторе 24 - и, следовательно, на втором входе компаратора 23. Как только величина напряжения на втором входе компаратора 23 станет больше величины напря- жения на его первом входе, компаратор

23изменяет выходное напряжение скачком до нуля, через элемент И 22 закрывая транзистор 12 и прекращая через последний прохождение тока от источ- ника питания.

После этого ЭДС самоиндукции, запасенная в обмотке 6 электродвигателя, поддерживает прохождение тока в

Q

Q

5

17 4

том же направленш по цепи: обмотка 6 электродвигателя, транзистор 7, резистор 24, диод 14, обмотка 6 электродвигателя, до тех пор, пока напряжение на резисторе 24 не станет меньше напряжения на первом входе комгга- ратора 23, после чего на выходе последнего напряжение скачком принимает высокий уровень и через элемент И 22 снова открывает транзистор 12, поддерживая через обмотку 6 электродвигателя величину тока, пропорциональную в данный момент весу кода постоянного запоминающего устройства 15. С изменением в последнем веса кода изменяется величина напряжения на первом входе компаратора 23 и преобразователь отслеживает новую величину тока через обмотку 6 электродвигателя по описанному способу.

Подавая на вход реверсивного счетчика 1 количество импульсов, укладывающееся в половину периода синусоиды, получают первую полуволну синусоиды тока на обмотке 6 электродвигателя. .

Скачкообразное изменение напряжения с высокого уровня до нуля на (т+1)-м выходе постоянного запЬминаю- щего устройства 15, отражающего изменение знака функции синуса, передается низким уровнем через элемент 19 задержки фронта на базу транзистора 7 и через элемент И 22 на базу транзистора 12, закрывая их без задержки, а на выход элемента НЕ 18 - высоким уровнем, которое, проходя через элемент 20 задержки фронта, передается на выход последнего с заданной задержкой только переднего фронта и поступает на базу транзистора 11 и через элемент И 21 на базу транзистора 8, открывая их. Задержка переднего фронта сигнала необходима для предотвращения сквозных токов через закрывающийся транзистор 12 и открывающийся .транзистор 11, а также через закрывающийся транзистор 7 и открывающийся транзистор 8.

В связи с этим ток от плюса источника питания через транзистор 8, обмотку 6 электродвигателя, транзистор 11 и резистор 24 поступает на минус источника питания. Ток, проходя через резистор 24, увеличивается, и как только он создаст на резисторе 24 напряжение, большее чем на первом входе компаратора 23, последний изме-

513

няет выходное напряжение с высокого на низкое и через элемент И 21 закрывает транзистор 8. ЭДС самоиндукции, запасенная в обмотке 6 электродвигателя, поддерживает прохождение тока по цепи: обмотка 6 электродвигателя, транзистор 11, резистор 24, диод 10, обмотка 6 электродвигателя,

-ДО тех пор, пока напряжение на резисторе 24 не станет меньше величины напряжения на первом входе компаратора 23, после чего на выходе последнего скачкообразно изменяется напряжение с низкого на высокое, которое своим уровнем открывает через элемен И 21 транзистор 8 для про.хождения тока через обмотку 6 электродвигателя от источника питания аналогично описанному. Подавая следующую порцию импульсов на вход реверсивного счетчи- ка 1, формируют второй отрицательный полупериод синусоидального тока чере

обмотку 6 электродвигателя. Такие же процессы происходят и во всех остальных обмотках 6 электродвигателя с за данным сдвипом по фазе.

Фильтр 17 служит для сглаживания ступенчатой формы напряжения на выходе цифроа налогового преобразовател 16, уменьшая искажения ступенчатой синусоидальной формы напряжения на первом входе компаратора 23. Диоды 9 и 13 предназначены для защиты транзисторов от выбросов напряжения на обмотках 6 электродвигателя во время их ко ммутации.

i

Таким образом, при подаче на входы реверсивного счетчика 1 импульсов заданной частоты по обмоткам 6 электродвигателя протекают токи сину- соидальной формы в соответствии с выражениями

первую, вторую и третью обмотки 6 электродвигателя;

-максимальный ток через об- 55 мотки 6 электродвигателя;

-число периодов Т„ входных импульсов, укладывающихся в два полупериода функции

6

синуса, записанных в постоянном запоминающем устройстве 15; N - число входных импульсов,

поступающих на вход реверсивного счетчика 1, При подаче входных импульсов на прямой вход реверсивного счетчика 1 электродвигатель вращается в одну сторону, а при подаче входных импульсов на обратный вход - в другую.

Частота тока, питающего обмотки 6 электродвигателя, определяется вьфа- жением

Т М

JQ )5 20

25

ЗО

35

5

где

Т - м

0

5

период частоты следования входных импульсов.

Число М выбирают, и для формирования симметричного по трем фазам синусоидального переменного напряжения оно должно быть кратно трем. Причем чем больше число М, тем меньше по величине разница между соседними ступеньками синусоидальной формы тока, питающего обмотки 6 электродвигателя и тем менее заметна ступенчатость формы тока.

С увеличением частоты входных импульсов (уменьшение периода Т) увеличивается частота f тока, питающего обмотки 6 электродвигателя, и, наиборот, уменьшением частоты входных импульсов можно довести час , оту тока, питающего обмотки 6 электродвигателя до нуля.

Принципиальная схема преобразователя, представленная на чертеже,и принцип ее работы применимы без изменений для получения переменного трехфазного напряжения на трех трансформаторах, если вместо обмоток 6 электродвигателя подключить Соответственно первичные обмотки трех трансформаторов к выходам преобразователей 2 - 4 код - напряжение.. 1

Для получения переменного напряжения на одном трансформаторе необходимо использовать счетчик 1 и один преобразователь 2 код - напряжение, - к выходу, которого подключить первичную обмотку трансформатора.

Для управления т-фазным шаг овым электродвигателем (с электронным делением шага) необходимо использовать реверсивный счетчик 1 и по количеству фаз электродвигателя m преобразователей 2 код - напряжение, выходы каждо7 1317617.8

го из которых должны быть подключены код - напряжение снабжен постоянным к соответствующим m обмоткам шагового запоминающим устройством с записанны- электродвигателя, а в каждое постоян- ми ступенчатыми значениями п-разряд- ное запоминающее устройство 15 должны ного двоичного кода двух первых полубыть записаны ступенчатые значения периодов функции синуса со знаком, двоичного кода заданной функции тока цифроаналоговым преобразователем, (напряжения) с соответствующим сдви- фильтром, элементом НЕ, первым и гом фазы. вторьм элементами задержки фронта.

Таким образом, изобретение позво- первым и вторьм элементами И, компа- ляет уменьшить массогабаритные пока- JO ратором и резистором, причем п входов затели преобразователя и расширить постоянного запоминающего устройства его функциональные возможности. соединены с п выходами счетчика, m

выходов с m входами цифроаналогового

Формула изобретенияпреобразователя, а (т+1)-й выход - с

(5 входом первого элемента задержки

1. Преобразователь постоянного на- фронта и через элемент НЕ с входом пряжения в ступенчатое переменное, - второго элемента задержки фронта, вы- содержащий счетчик, по числу фаз пре- ход которого соединен с первым входом образователи код - напряжение, мосто- первого элемента И и с базой третьего вой транзисторный, переключатель, диа- 20 транзистора мостового переключателя, гональ которого, служащая для подклю- а выход первого элемента задержки чения нагрузки, образована общей фронта соединен с первым входом вто- точкой соединения коллектора первого рого элемента И и с базой первого транзистора с эмиттером второго, ано- транзистора, выходы первого и второго да второго диода с катодом первого и 25 элементов И соединены соответственно общей точкой соединения коллектора с базами второго и четвертого тран- третьего транзистора с эмиттером чет- зисторов, вторые входы первого и вто- вертого, анода четвертого диода с рого элементов И соединены с выходом катодом третьего, общая точка соеди- компаратора, первый вход которого со- нения коллекторов второго и четверто- 30 единен через фильтр с выходом цифро- го транзисторов с катодами второго аналогового преобразователя, а второй и четвертого диодов предназначена для вход соединен с общей точкой соедине- подключения к плюсовой шине питания, ния эмиттеров первого и третьего а общая точка соединения анодов пер- транзисторов и первым выводом ре- вого и третьего диодов предназначена 35 зистора, второй вывод которого соеди- для подключения к минусовой шине пи- нен ч: минусовым выводом источника питания, отличающийся тем, тания.

что, с целью улучшения массогабарит- 2. Преобразователь по п.1, о т - ных показателей и расширения функцио- личающийся тем, что счетчик нальных возможностей, преобразователь 40 вьшолнен реверсивным.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей. На выходе реверсивного счетчика 1 формируется двоичньй код, поступающий на адресный вход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 15 каждого из трех преобразователей код - напряжение 2, 3 и 4. В каждое из трех ПЗУ записаны ступенчатые значения двоичного кода двух первых полупериодов функции синуса, сдвинутых по фазе относительно друг друга на 120 . Цифро- аналоговый преобразователь 16 преобразует значение т-разрядного кода на его входе в постоянное напряжение на выходе, которое через фильтр 17 поступает на первьяй вход компаратора 23, на второй вход которого поступает напряжение, пропорциональное току через данную обмотку электродвигателя 6. Если напряжение на первом входе компаратора превьш1ает напряжение на втором входе, то на его выходе сохраняется высокое напряжение, которое поступает на одни входы элементов И 21, 22, на другие входы .которых поступают сигналы с (m-v-1) -го выхода ПЗУ 15, значение которых соответствует знаку функции синуса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. i (Л