Устройство для управления статическим преобразователем Советский патент 1989 года по МПК H02M7/48 

(21)4402438/24-07

(22)04.04.88

(46) 15.12.89. Бюл. № 46

(71)Специальное конструкторско-тех™ нологическое бюро геофизической техники

(72)ЮоА. МордвинЪв и 10„Ао Вторушин

(53)621,316„727 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 764094, кл, Н 02 М 7/48, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 938355, кл. Н 02 М 7/48, 1,980.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

(57)Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является .расширение области использования и повьшение надежности. По срезу импульсов на выходе амплитудного компаратора 6 обеспечивают изменение по-. лярности напряжения на выходе- второго усилителя мощности 46, Счетчиком 20

определяют длительность полупериода напряжения частотой работы статического преобразоватешя и изменяют в этот, момент полярность напряжения на выходе второго усилителя мопщости 46. По фронту импульсов на выходе амплитудного компаратора 6 обеспечивают из1- енение полярности напряжения на выходе усилителя мощности 47, Счетчиком 21 определяют длительность напряжения частотой работы статического преобразователя и изменяют в этот момент полярность напряжения на выходе усилителя мощности 47. Изменение величины управляющего напряжения приводит к изменению момента синхро- низаплш усилителей мощности 46 и 47 и изменению фазы напряжений на выхо-- дах усилителей мощност и 46 и 47.относительно опорного напряжения, получаемого на выходе усилителя мощности 45, на угол td - 0-180 эл.гра,ц. 2 ил.

Ф

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение области использования и повышение надежности. По срезу импульсов на выходе амплитудного компаратора 6 обеспечивают изменение полярности напряжения на выходе второго усилителя мощности 46. Счетчиком 20 определяют длительность полупериода напряжения частотой работы статического преобразователя и изменяют в этот момент полярность напряжения на выходе второго усилителя мощности 46. По фронту импульсов на выходе амплитудного компаратора 6 обеспечивают изменение полярности напряжения на выходе усилителя мощности 47. Счетчиком 21 определяют длительность напряжения частотой работы статического преобразователя и изменяют в этот момент полярность напряжения на выходе усилителя мощности 47. Изменение величины управляющего напряжения приводит к изменению момента синхронизации усилителей мощности 46 и 47 и изменению фазы напряжений на выходах усилителей мощности 46 и 47 относительно опорного напряжения, получаемого на выходе усилителя мощности 45, на угол ± α = 0-180 эл.град. 2 ил.

со ОО

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для управления силовыми структурами, которые требуют изменения фазового сдвига между двумя прямоугольными напряжениями 360 эл.град и на . ±180 зл град, относительно опорного прямоугольного напряжения. Сюда относятся регуляторы переменного и постоянного тока с промежуточным звеном повьшшн- ной частоты.

Цель изобретения - расширение области использования и повьшение надежности.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для управления, на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства. Устройство содержит высокочастотный задающий генератор 1, делитель . 2 частоты, формирователь 3 треугольного напряжения, включа1ои(ий последовательно соединенный элемент НЕ 4 и генератор 5 треугольного напряжения, амплитудный компаратор 6, соединенны дополнительно с блоком 7 управляющег напряжения, первый ограничитель 8 импульсов, включающий, например, последовательно соединенные элемент НЕ 9, инвертирующий фазосдвигающий блок 10 и двухвходовой элемент И-НЕ 11, второй вход которого дополнительно соединен с выходом элемента НЕ 9, второй ограничитель 12 импульсовj включающий, например, последовательно соединенные элемент НЕ 13, фазе- сдвигающий блок 14 и двухвходовой ,:. элемент И-НЕ 15, второй вход которого дополнительно соединен с входом элемента НЕ 13, первый двухвходовой элемент И-НЕ 16, второй двухвходовой ; элемент И-НЕ 17, входы которого сое- Единены с выгсодом первого ограничите- : ля 8 импульсов и выходом первого

двухвходового элемента 1б5первы : и:второй триггеры 18 и 19, первый и второй ;счетчики 20, 21 импульсов,, последовательно соединенные первый и ; второй фазосдвигающие блоки 22 и 23,

третий и четвертые триггеры 24, 23, : одинаковые первый и второй формирователи 26, 27 обнуляющих импульсов, включают .ие соответственно элементы НЕ 28, 29, фазосдвигающие блоки 30, ; 31 и двухвходовые элементы. И-НЁ 32, 33, вторые входы которых дополнитель ; но соед)( с выходами соответст- ; вующих элементов НЕ 28, 29 элемент

0

5

0

5

0

5

0

5

НЕ 34, третий ограничитель 35 импуль-- сов, включаю1и;ий, например, последовательно сое/1;иненные элемент НЕ 36,фа- зосдвигаю1ций блок 37 и двухвходовой элемент 38, второй вход которого дополнительно соединен с входом элемента НЕ 36, четвертый ограничитель 39 импульсов, вклю цаю ций фазо- сдвигаю1ций блок 40 и двухвходовой элемент И-НЕ 41, первый вход которого соединен с выходом указанного фазо- сдвигающего блока 40, а второй вход - с прямым выходом третьего триггера 24, третий 42 и четвертый 43 двух- входовые элементы И-НЕ, третий фазо- сдвигаюиц-ш блок 44 и три усилителя 45,. 46 и 47 мощности.

На фиг.2 представлены напряжения:

48- на выходе делителя 2 частоты

49- на выходе первого фазосдвигаю- щего блока 22 50 - на выходе второго фазосдвигающего блока 23; 51 - на

прямом выходе триггера 24; 52 - на прямом выходе триггера 18j 53 - на выходе усилителя 45 мощностиj 54 - на прямом выходе триггера 19; 55 - на выходе формирователя 3 треугольного напряжения; 56 - на выходе амплитудного компаратора 6 57 - на выходе фазосдвзягаю цего блока 40; 58 - на выходе двухрходового элемента И-КЕ 41; 59 - на выходе элемента НЕ 34-, 60 - на выходе двухвходового элемента И-НЕ 16; 61 - на выходе зле- мекта НЕ 9; 62 - на выходе фазосдвигающего блока 10 63 - на выходе двухвходового элемента И-НЕ 11; 64 - на выходе двухвходового элемента И-НЕ 17; 65 - на выходе элемента НЕ 28J 66 - на выходе фазосдвигающего блока 30; 67 - на выходе первого формирователя 26 обнуляющих импульсов; 68 - на выходе второго усилителя 46 мощности; 69 - на выходе элемента НЕ 36; 70 - на выходе фазосдвигающего блока 37; 71 - на выходе третьего ограничителя 35 импульсов 72 -- на выходе третьего фазосдвигающего блока 44; 73 - на прямом выходе триггера 25 (на выходе элемента НЕ 13); 74 - на выходе фазосдвигагощего блока 14; 75 - на выходе второго ограничителя 12 импульсов; 76 - на выходе двухвходового элемента И-НЕ 42; 77 на выходе четвертого двухвходового элемента НЕ 29; 78 - на выходе элемента НЕ 29; 79 - на выходе фазосдвигающего блока 31, 80 - на выходе

5

второго формирователя 27 обнуляющих импульсов; 81 - на выходе усилителя 47 - мощности.

Устройство работает следующим об разом.

Задающий генератор 1 формирует высокочастотное напряжение, частота которого определяется стабильностью выходного напряжения статического преобразователя, для которого применяется это устройство.Обычно частот задающего генератора составляет несколько десятков или сотен мегаге Делителем 2 частоты получают прямоугольное напряжение 48 частотой

2 f , где f g4,x - частота работы статического преобразователя. Два фазосдвигающих блока 22 и 23 обеспечивают сдвиг импульсов 48 на время 4t и 4t2 относительно предьздущего напряжения. Импульсы напряжения с выхода второго фазосдвигающего блока 2 поступают на тактовый вход С триггера 18, который обеспечивает на ,прямом выходе напряжение 52. При этом на выходе усилителя 45 мощности с выходным трансформатором формируется напряжение 53 частотой fjnx, которое в дальнейшем может быть подано на цепи управления траг зисто- рами статического преобразователя. 1 пульсы напряжения 48 с выхода делителя 2 частоты поступают на третий триггер 24, на прямом выходе которого формируется напряжение 51 частотой fg,x этом все входы D триггеров 18, 19, 24, 25 соединены с инверсным выходом триггера 24, чем обеспечивается синфазная работа всех триггеров и, следовательно, всех усилителей 45, 46, 47 мощности. Импульсы напряжения 49 с выхода первого фазосдвигающего блока 22 поступают на тактовый вход С второго триггера 19, на прямом выходе которого формируется напряжение 54, применяемое в дальнейшем для получения треугольного напряжения 55. Формирователь 3 треугольного напряжения содержит элемент НЕ 4 и генератор 5 треугольного напряжения, вьшолняемый обычно на основе конденсатора. Генератор 5 треугольного напряжения подключен к инверсному выходу триггера 19 через элемент НЕ для повышения надежности работы (можно и к прямому выходу триггера 19 без элемента ЯЕ). Напряжение треугольной формы поступает на пер

5

вый вход амплитудного компаратора 6, а на второй вход - управляющее напряжение и,, с выхода блока 7 управляющего напряжения (в замкнутых системах регулирования - с блока обратной связи), На выходе амплитудного компаратора 6 формируется напряжение 56, логическая единица у которого формируется в интерва.пах времени, когда амплитуда треугольнот о напряжения больше управляющего напряжения U.

Идея построения опнсываемого устройства заключается в следзтоще.м: по срезу импульсов 56 обеспечивать изменение полярности напряжение 68, формируемого на выходе усилителя 45 мощности, счетчиком 20 определят, длительность полупериода напряжения

5

0

5

0

5

5

Bb f

и изменять- в этот o0частотой f

ft./

мент полярность напряжения. 68| по фронту импульсов 56 обеспечивать изменение полярносч Н напряжения 81, фор- мируемог О на В1.ходе усилителя 47 ностк, счетчиком 21 определять длительность напряжения частотой f вь.-х и изменять в этот момент полярность напряжения 81, формируемого на вько- де усилителя 47 мощности.

Изменение величины управляющего напряжения приводит, в конечном итоге, к изменению момента синхронизации усилителей 46 и 47 мощности и изменению фазы напряжений 68 и 81 относительно опорного напряжения 53 на угол to О - 180 эл. град. Длд устойчивой работы устройства, когда иу всегда больше или меньше треугольного напряжения 55, введены четыре ограничителя 8, 12, 35, 39 импульсов. Фазосдвигающий блок 40 обеспечивает на выходе напряжение 57, которое сдвинуто относительно напряжения 54, формируемого на прямом выходе триггера 19 на время Atj, и поступает на один из выходов двухвхо- дового элемента И-НЕ 41. На второй вход указанного элемента 41 поступает напряжение 51 с выхода триггера Q 24. При этом на выходе двухвходового элемента И-НЕ 41 формируется напряжение 58. Выходное напряжение 56 амплитудного компаратора 6 инвертируется элементом НЕ 34 и поступает на один из входов первого двухвходового элемента И-НЕ 16, На второй вход элемента И-НЕ 16 поступает напряжение 58. Длительность выходного напряжения 60 .двухвходового элемента И-НЕ 16 становится ограниченной по минимуму в режимах, когда нанря- жение и, становится постоянно больше треугольного напряжения 55 (на 60 показана пунктирно минимальная длительность импульса в указанном режиме). Элемент НЕ 9 инвертирует напряжение 51, формируемое на прямом выходе триггера 24, а инвертирующий фазосдвигаш1ций блок 10 обеспечивает получение на выходе импульсов 62, которые поступают на один из входов двухвходового элемента И-ПЕ 11„ На второй вход элемента И-НЕ 11 поступают импульсы 61с выхода элемента НЕ 9, в результате чего на выходе элемента И-НЕ. 11 формируется напряжение 63. На входы (с -длительностью нулевой паузы 4t) двухвходового элемента И-НЕ 17 поступают импульсы 60 и 63, а на выходе получают импульсы 64, длительность которых ограничена уже по минимуму и максимуму (минимальная и максимальная длительность импульсов показана на 64 пунктирно), что не приводит к вькоду устройства из строя в случаях, когда управляюще напряжение постоянно больше или- меньше треугольного напряжения 55.

Элемент НЕ 28 инвертирует 64 (получается напряжение 65), а фазосдви- гающий блок 30 обеспечивает сдвиг полученных импульсов. В результате этого выходное напряжение 66 фазо- сдвгающего блока 30 и вькодное напряжение 64 двухвходового элемента И- НЕ 17 поступают на двухвходовой элемент И-НЕ 32, на выходе которого формируются обнуляюище импульсы 67, поступающие на тактовый вход счет- ,чика 20, т.е. обнуление счетчика 20 происходит по фронту импульсов 67 и на выходе усилителя 46 мощности формируется напряжение 68, В практике дл ительность нулевой паузы напряжения 58 выбирается (подстраивается) исходя из получения практически iSO эл. град, фазового сдвига между напряжениями 53 и 68, которые формируются на выходах усилителей 45, 46 мощности, выполняемых обьгчно с трансформаторами и имеющих собственный фазовый, сдвиг. Длительность нулевой паузы напряжения 63 выбирается из условия ограничения максимальной длительности напряжения силовой части преобразователя и составляет несколько микросекунд

5

0

5

0

5

0

5

0

исходя из конкретных ключевых элементов силовой, части преоБразовате-. ля. Импульсы 54 с прямого вькода триггера 19 поступают на элемент НЕ 36, а с его выхода импульсы 69 поступают на фазосдвигающий блок 37, на выходе которого получаются импульсы 70. Импульсы 70 и импульсы 54 с прямого выхода триггера 19 поступают на двухвходсвсй элемент И-НЕ 38, на выхода которого формируются импульсы 1 , поступающие на один из входов двухвходозого элемента И-НЕ 42. На второй вход этого элемента поступают импульсы 56 с выхода амплитудного компаратора 6. На вход фазосдвигающего блока 44 поступают импульсы 48 с делителя 2 частоты, а на его выходе формируются импульсы 72, сдвинутые относительно импульсов 48. Импульсы 72 поступают затем на тактовый вход с триггера 25, на прямом выходе которого и на - выходе элемента НЕ 13 формируются импульсы 73. Эти импульсы поступают на вход фазосдвигающего блока 14 и на его выходе формирзгются импульсы 74; которые совместно с проннверти- рованными импульса. 1К- 73 поступают на входы двухзходоБого элемента И-ПЕ 15. На выходе эпг;-::ен.та И-НЕ 15 формируются импульсы 75, которые обеспечивают ограничение минимальной длительности выходных импульсов амплитудного ко таратора при управляющем напряжении U, всегда больше треугольного напряжения. На другой вход двухвходового элемента И-НЕ 42 поступают импульсы с выхода амплитудного компаратора 6, в результате чего на его выходе (И-НЕ 42) формируются импульсы 76, которые ограничены по минимуму на дпительность нулевой паузы импульсов 71. На входы двухвходового,элемента И-НЕ 43 поступают импульсы 75 и 76j, в результате чего на вьосоде формируются импульсы 77s которые ограничены по максимальной ji минимальной длитель- ност,и (показано пунктирными линиями) , что исключает формирование постоянного логического нуля или единицы,.когда управляющее напряжение Uy становится меньше или больше напряжения треугольной формы 55. Полученные импульсы 77 поступают на формирователь 27 обнуляющих импульсов, в частности на элемент НЕ ,

на выходе которого получаются импулсы 78, которые затем поступают на фазосдвигающий блок 31, формирующий на выходе импульсы 79. Импульсы 77 и 79, поступающие на входы двухвходового элемента И-НЕ 33,обес печивают получение на выходе обнуля п{их импульсов 80, которые поступают на тактовый вход счетчика 21 и обеспечивают на выходе усилителя 47 мощности напряжение 81. Длительность нулевой паузы импульсов 71 выбирается из условия ограничения максимальной длительности напряже- НИН силовой части преобразователя и составляет несколько микросекунд, исходя из конкретных ключевых элементов .силовой части преобразователя. ; лительность нулевой паузы импульсов 75 выбирается (подстраивается) исходя из получения практически 180 эл.град. фазового сдвига между напряжениями 53 и 81, которые формируются на выходах усилителей 43, 47J выполняемых обычно с трансформаторами и имеющих собственный фазовый сдвиг.

Формула из обре тени

Устройство для управления статическим преобразователен, содержащее последовательно соединенные высокочастотный задающий генератор и делитель частоты, амплитудный компара тор, один вход которого подключен к выходу формирователя треугольного напряжения, а другой вход - к выход .блока управляющего напряжения, первый и второй триг.геры и первый и вт рой счетчики импульсов, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования и повьшения надежности, введены три фазосдвигающих блока,.третий и четвертый триггеры, два формирователя обнуляющих импульсов,.элемент НЕ, четыре ограничителя импульсов, четыре двухвходовых элементов И-НЕ и три усилителя мощности, причем чет- вертый ограничитель импульсов включает в себя фазосдвигающий блок и элемент И-НЕ, первьЕЙ вход которого соединен с выходом указанного фазо- сдвигающего блока, первый и второй фазосдвигающие блоки соединены последовательно, выход первого ограничителя импульсов я выход первого

10

- ,г 25

20

30

40

50

элемента И-ИЕ соединены с соответствующими входами второго элемента И-НЕ, выход делителя частоты соединен с входами первого и третьего фазосдвигаюищх блоков и тактовым С-входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с входом первого ограничителя импульсов и вторым входом двухвходового элемента И-НЕ четвертого ограничителя импульсов, а инверсный вькод - с D-входами всех триггеров, выход первого фазосдвигающего блоа соединен с тактовьм С-входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с входом формирователя треугольного (сапряжения и входом фазосдвигающего блока четвертого ограничителя импульсов, а прямой выход - с входом третьего ограничителя импульсов, выходом соединенного с первым входом третьего двухвходового элемента И-НЕ, выход второго фазо-. сдвигающего блока соединен с тактовым С-входом первого триггера,выходами соединенного с входами первого усилителя мощности, выход третьего фазосдвигающего блока соединен с тактовым С-входом четвертого триггера, инверсный вькод которого соединен с входом второго ограничителя импульсов, R- и S-входы всех триггеров соединены с шиной нулевого потенциала, выход амплитудного компаратора подключен к входу элемен-- та НЕ, выходом соединенного с первым входом первого двухвходового элемента И-НЕ, и второму входу третьего двухвходового элемента И-НЕ, выход двухвходового элемента И-НЕ четвертого ограничителя импульсов соединен с вторым входом первого элемен-, та И-НЕ, выход второго элемента И-НЕ через первьй формирователь обнуляющих импульсов соединен с тактовым входом первого счетчика импульсов, счетный вход которого объединен со счетным входом второго счетчика импульсов и соединен с выходом задающего генератора, а выход первого счетчика импульсов подключен к входу второго усилителя мощности, входы четвертого двухвходового элемента И-ffE соедине.{Ы с выходом третьего двухвходовог о элемента И-НЕ н выходом второго ограничителя импульсов, а его выход через второй формирователь обнуляклцнх импульсов

-Соединен с тактовым входом второго рчетчика импульсов, выход которого

подключен к входу третьего усилителя мощности.