Однофазный преобразователь частоты Советский патент 1993 года по МПК H02M5/27 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты.

Цель изобретения - повышение надежности путем уменьшения рабочего напряжения на ключах переменного тока.

На фиг, 1-3 изображены схема преобразователя частоты, диаграммы напряжений и блок управления в развернутом виде.

Преобразователь частоты содержит два запоминающих конденсатора 1, 2, первые обкладки 3, 4 которых связаны с входными выводами 5, 6 через первый 7 и второй 8 зарядные ключи переменного тока на ключевых элементах 9-12 и с первым входным выводом 13 через первый 14 и второй 15 разрядные ключи переменного тока и блок управления 16, выходные каскады которых связаны с соответствующими управляющими электродами зарядных и разрядных ключей переменного тока и обеспечивают коммутацию разрядных ключей переменного тока с частотой .входного напряжения с

изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напряжения на другой и включение соответствующих зарядных ключей переменного тока в момент перехода через нуль входного напряжения на интервалах 0-ТВых/4 и Твых/2 - ЗТвых/4 и в момент максимума входного напряжения интервалах ТВых/4-Твых/2 и ЗТвых/4 -ТВых каждого периода Твых выходного напряжения, а их включение - в момент равенства мгновенных значений напряжения запоминающих конденсаторов и задающего напряжения, третий 17 и четвертый 18 разрядные ключи переменного тока, первые 19, 10 силовые электроды которых объединены и подключены к второму выходному выводу 21, вторые 22, 23 силовые электроды соединены с соответствующими выводами 5, 6 и вторыми обкладками 24, 25 запоминающих конденсаторов, а управляющие электроды связаны с выходными каскадами блока управления, обеспечивающими коммутацию указанных ключей переменного тока в фазе с первыми 14 и вторыми 15

ел

о

разрядными ключами переменного тока. На фиг. 2 представлено входное 26 напряжение, задающее 27 напряжение, напряжения 28-35, формируемые на отдельных элементах блока управления, показанных на фиг. 3, напряжение 36 управления, подаваемое на разрядные ключи 17,15 и 14,18 переменного тока, выходное 37 напряжение на выходных выводах 13 и 21, напряжения 38-41 управления, подаваемые соответственно на ключевые элементы 9-12. На фиг. 3 показан блок управления в развернутом виде. Он содержит первый 42 формирователь прямоугольного напряжения, первую 43 фазосд- вигающую схему, второй 44 формирователь прямоугольного напряжения, подключенный входом к источнику 45 задающего напряжения, вторую 46 фазосдвигающую схему, восемь двухвходовых логических элементов И 47-54, два амплитудных компаратора 55; 56, два логических элемента НЕ 57, 58, восемь трехвходовых логических элементов И 59-66, шесть двухвходовых логических элементов ИЛИ 67-72 (выходные каскады блоку управления), выходы которых соединены с соответствующими управляющими электродами ключей переменного тока.

Преобразователь частоты работает следующим образом. Входное 26 напряжение поступает на первый 42 формирователь прямоугольного напряжения, который обеспечивает получение на выходах двух напряжений 28 и 28 (напряжение 28 получается инвертированием напряжения 28). Такие формирователи могут выполняться по различным схемам, например на основе амплитудного компаратора, логического элемента НЕ, одновмбраторов и логического элемента ИЛИ, которые обеспечивают получение импульсов напряжения в момент перехода входного 26 напряжения через нуль. Далее эти импульсы напряжения синхронизируют, например, триггер или мультивибратор, на выходе которых формируются напряжения 28 и 28. Напряжение 29 формируется из напряжения 28 (принципиально его можно сформировать из напряжения 26) первой 43 фазосдвигающей схемой. Принцип построения таких схем достаточно известен. На двух выходг фазосдвигающей схемы 43 формируются напряжение 29, сдвинутое на 90° относительно напряжения 28, и проинвертированное напряжение 29. Источник 45 задающего напряжения формирует на выходе задающий сигнал, например, по форме задающего напряжения 27. Второй 44 формирователь прямоугольного напряжения и вторая 46 фазосдвигзющая схема выполнены по аналогии с первым 42

формч эователем прямоугольного напряже- ния и первой 43 фазосдвигающей схемой и формируют на выхода х соответственно напряжения 30, 30, 31, 31. Двухвходовые логические элементы И 47-50 обеспечивают получение на выходах импульсов напряжения 32, 33, 35, З4.я получения импульсов напряжения 36 и 36 управления, применяемых для управления разрядными ключами

переменного тока 15, 17 и 14, 18 с частотой входного 26 напряжения и с изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напряжения на другой, используют двухвходовые логические элементы И 51-54 и двухвходовые логические элементы ИЛИ 71, 72. На выходе логического элемента И 51 формируется напряжение 36 в интервале времени логической единицы напряжения

30. На выходе логического элемента И 52 формируется напряжение 36 в интервале времени логического нуля (30) напряжения 30. Аналогичным образом формируется напряжение 36 управления на выходе двухвходового логического элемента ИЛИ 72. В момент времени to импульс напряжения 39 управления поступает на ключевой элемент 10, что обеспечивает подключение конденсатора 1 к питающей сети для заряда. В это

время импульс напряжения 36 управления поступает на ключи переменного тока 15, 17 и нагрузка получает питание от конденсатора 2. Импульс напряжения управления на ключевой элемент 10 поступает с выхода

логического элемента ИЛИ 68 следующим образом. На первый вход логического эле- мент& И 62 поступает напряжение 28, на второй вход - логическая единица с выхода амплитудного компаратора 56, а на третий

вход - напряжение 35. На вход амплитудного компаратора поступает задающее 27 напряжение и напряжение с конденсатора 1. При условий, что задающее 27 напряжение больше напряжения конденсатора 1 (а это

т

всегда будет на интервале 0- на выходе амплитудного компаратора будет логическая единица. Логический нуль будет на выходе амплитудного компаратора в момент равенства указанных напряжений, что приведет в конечном итоге к выключению ключевого элемента 10. При этом в амплитудном компараторе нужно сделать защелку, которая исключает заряд конденсатора

1 в интервале t0-ti после первого срабатывания амплитудного компаратора. В интервале к нагрузке подключается конденсатор 1 за счет подачи импульсов напряжения 36 управления на ключи переменного тока 14, 18, и в момент t2 включается ключевой элемент 11, обеспечивающий заряд конденсатора 2 от сети переменного тока. При этом моменты t0, t2, t4,..., т. е. моменты включения зарядных ключевых элементов, совпадают с моментом перехода входного 26 напряжения через нуль, что обеспечив.ает мягкий заряд конденсаторов 1 и 2, Напряжение 40 управления, поступающее на ключевой элемент 11, подается с выхода логического элемента ИЛИ 70 следующим образом. На первый вход логического элемента И 66 поступает напряжение 28 с выхода первого 42 формирователя прямоугольного напряжения, на второй вход - логическая единица с выхода амплитудного компаратора 55, а на третий вход - напряжение 35 с выхода логического элемента И 49. Амплитудный компаратор 55 работает аналогично компаратору 56, В момент равенства амплитуды задающего напряжения и напряжения на конденсаторе 2 амплитудный компаратор формирует на выходе логический нуль, что приводит в конеч- ном итоге к выключению ключевого элемента 11. Далее в интервале t4-te включены опять разрядные ключи 15, 17 переменного тока и ключевой элемент 10 согласно напряжению 39 управления. Последовательность поступления импульсов напряжения управления на ключевые элементы 10, 11 представлены на диаграммах напряжения 39,40 управления, а на разрядные ключевые элементы - на диаграммах напряжения 36 управления, В интервале импульсы напряжения 38-41 напряжения поступают соответственно на ключевые элементы 9-12 в моменты максимума входного 26 напряжения, чем обеспечивается мягкий разряд конденсаторов 1 и 2, Импульс напряжения 41 управления в интервале tso-t32 подается на ключевой элемент 12 с выхода логического элемента ИЛИ 69 следующим образом. На первый вход логического элемента И 63 поступает напряжения 29 с выхода первой 43 фазосдвигаю- щей схемы, на второй вход - логическая единица с выхода логического элемента НЕ 58, так как в указанный момент времени мгновенное значение напряжения конденсатора 2 может быть больше задающего 27 напряжения, а на третий вход-напряжение 32, Длительность импульса напряжения 41 управления, поступающего на ключевой элемент 12, определяется интервалом времени, когда напряжение конденсатора 2 больше текущего значения задающего 27 напряжения. В интервале аналогичным образом включается ключевой элемент 9 согласно диаграмме напряжения 38 управления. Импульсы напряжения 38 управления формируются на выходе логического элемента ИЛИ 67 следующим образом. На первый вход логического элемента И 59 поступает напряжение 29 с выхода первой 43 фазосдвигающей схемы, на второй вход - логическая единица с выхода логического элемента НЕ 57, так как в указанный момент времени мгновенное значение напряжения

0 конденсатора 1 может быть больше задающего 27 напряжения, а на третий вход - напряжение 32. Длительность импульса напряжения 38 управления, поступающего на ключевой элемент 9, определяется

5 интервалом времени, когда напряжение конденсатора 1 больше текущего значения задающего 27 напряжения. Последовательность поступления импульсов напряжения управления на ключевые элементы 9-12 на0 глядно иллюстрирует работу преобразователя частоты, Отметим, что логические элементы И 60, 62, 64 и 66 обеспечивают формирование импульсов управления напряжения на поднимающейся части выход5 ного .синусоидального напряжения (0-Т0ых/4, Твых/2-ЗТВых/4), а логические элементы И 59, 61, 63, 65 - на ниспадающей части„выходного синусоидального напряжения (f вых/4-ТВых/2, ЗТвых/4-Твых).

0 В предлагаемом преобразователе применяются разрядные ключи переменного тока, классность которых в два раза меньше, чем в прототипе. Это повышает надежность преобразователя.

5 Формула изобретения

Однофазный преобразователь частоты, содержащий два запоминающих конденсатора, первые обкладки которых связаны с различными входными выводами через

0 первый и второй зарядные ключи переменного тока и с первым выходным выводом через первый и второй разрядные ключи переменного тока, а также блок управления, выходные каскады ко5 торого связаны с управляющими электродами соответствующих зарядных и разрядных ключей переменного тока и выполнены обеспечивающими коммутацию разрядных ключей переменного тока с ча0 стотой входного напряжения с изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напряжения на другой и включение соответствующих зарядных ключей

5 переменного тока в момент перехода через нуль входного напряжения на интервалах О-Твых/4 и Твых/2-ЗТВых/4 и в момент максимума входного напряжения на интер- валах Твых/4 - ТВых/2 и ЗТВЫх/4 -ТВых каждого периода Твых выходного напряжения,

а их включение - в момент равенства мгновенных значений напряжений запоминающих конденсаторов и задающего напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения рабочего напряжения на ключах переменного тока дополнительно введены третий и четвертый разрядные ключи переменного тока, первые силовые электроды которых объединены и подключены

0

к второму выходному выводу, вторые силовые электроды соединены с соответствующими входными выводами и вторыми обкладками запоминающих конденсаторов, а управляющие электроды связаны с выход- нымикаскадами блока управления, обеспечивающими коммутацию указанных ключей переменного тока в фазе с первым и вторым разрядными ключами переменного тока.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель - повышение надежности путем уменьшения рабочего напряжения на ключах переменного тока (КПТ). Устройство содержит два запоминающих конденсатора, которые через зарядные КПТ соединены с входными выводами и через разрядные КПТ - с выходными выводами. Коммутация третьего и четвертого КПТ обеспечивается в фазе с первым и вторым КПТ блоком управления. 3 ил.

Ф&&/

f

0t/e. 2

Заказ 1171Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5