РЕВЕРСИВНОЕ ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ Советский патент 1968 года по МПК H02M1/04 

Известные реверсивные фазосдвигающие устройства для управления статическими преобразователями с двусторонней широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащие генератор переменного напряжения, питающий два блока формирования пилообразных напряжений, сдвинутых между собой на 180 эл. град, с ключевыми элементами, соединенными последовательно, блоки сравнения, а также источник противо-э.д.с. и источник модулирующего напряжения, имеют, как правило, сложную структуру и невысокую надежность.

Отличительная особенность предлагаемого устройства состоит в том, что источник противо-э.д.с. выполнен с выводом средней точки, между которой и общей точкой последовательно соединенных ключевых элементов включен указанный источник модулирующего напряжения. В результате схемное решение получается более простым, а надежность устройства повышается.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграмма, поясняющая ее работу.

Генератор переменного напряжения 1 устройства должен иметь выходной трансформатор и может быть выполнен как на транзисторах, так и на тиристорах. Он может быть автогенератором или иметь постороннее возбуждение. На фиг. 1 в качестве такого генератора показан широко известный мультивибратор Ройера на транзисторах 2 и 3 и диодах 4 и 5. Выходной трансформатор 6 генератора 1 имеет шесть вторичных обмоток 7-12.

Обмотки 7 и 8 трансформатора 6, используемые для получения пилообразного напряжения, соединены встречно. К общей их точке присоединены - по одной из обкладок двух конденсаторов 13 и 14, а также один из зажимов источника модуляции U_мод. Второй зажим источника модуляции соединен с регулируемым выводом потенциометра 15, нагружающего источник противо-э.д.с. 2U₀. Другие обкладки конденсаторов 13 и 14 через зарядные цепи, состоящие соответственно из диодов 16 и 17 и регулируемых и резисторов 18 и 19, присоединены к началам обмоток 7 8 так, что заряд конденсаторов 13 и 14 осуществляется в разные полупериоды питающего напряжения, причем на конденсаторе 13 получается положительное, а на 14 - отрицательное относительно их общей точки напряжение.

Разряд конденсаторов 13 и 14 осуществляется при открывании транзисторов 20 и 21. Питание управляющих переходов этих транзисторов осуществляется через сопротивления 22 и 23 напряжениями на обмотках 9 и 10 трансформатора 6 так, что транзистор 20 закрыт на этапе заряда конденсатора 13, а транзистор 21 закрыт на этапе заряда конденсатора 14.

В результате процессов заряда и разряда на конденсаторах 13 и 14 получаются пилообразные знакопостоянные напряжения противоположной полярности, сдвинутые одно относительно другого на 180 эл. град. (см. фиг. 2).

Получение импульсов с необходимым фазовым сдвигом осуществляется путем фиксации моментов равенства пилообразного напряжения и суммы напряжения модуляции U_мод с неизменным по величине напряжением источника противо-э. д. с. 2U₀.

В качестве нуль-органов, осуществляющих такое сравнение, использованы ждущие блокинг-генераторы, выполненные на транзисторах 24 и 25 и трансформаторах 26 и 27. В цепи обмоток 28 и 29 этих трансформаторов последовательно включены резисторы 30 и 31 и конденсаторы 32 и 33. Переходы эмиттер-база транзисторов 24 и 25 включены таким образом, что при отсутствии напряжения на конденсаторах 13 и 14 транзисторы 24 и 25 нуль-органов заперты напряжением от источника противо-э.д.с.

Выходом данной схемы являются обмотки 34 и 35 трансформаторов 26 и 27, к которым подключены нагрузочные сопротивления 36 и 37.

Питание нуль-органы получают от накопительных конденсаторов 38 и 39 соответственно. Заряд конденсаторов 38 и 39 с необходимой полярностью осуществляется от обмоток 11 и 12 трансформатора 6 через цепочки, состоящие из последовательно соединенных диодов 40, 41 и резисторов 42, 43. Присоединение диодов 40 и 41 к обмоткам 11 и 12 производится так, чтобы в один полупериод работы генератора 1 происходил заряд конденсаторов 13 и 39, а в другой - конденсаторов 14 и 38.

Поскольку выбрано:

(где Т - период работы генератора 1), то конденсаторы 38 и 39 быстро заряжаются до амплитуды напряжения на обмотках 11 и 12, а напряжения на конденсаторах 13, 14 растут практически по линейному закону (см. фиг. 2).

Для нормального функционирования схемы необходимо равенство предельно достижимой амплитуды напряжения на конденсаторах 13 и 14 полной величине напряжения источника противо-э.д.с, т.е. 2U₀. Для установки такой амплитуды зарядные резисторы 18 и 19 имеют регулировку. Если модулирующее напряжение U_мод равно нулю (предполагается, что внутреннее сопротивление источника U_мод мало) и движок потенциометра 15 установлен посередине, то на входах обоих нуль-органов происходит сравнение только пилообразных напряжений и постоянных напряжений от источника противо-э.д.с., равных U₀. При этом на выходах нуль-органов появляется немодулированная последовательность импульсов, следующих через (фиг. 2). Соответствующая ей последовательность полных импульсов имеет период Т.

Ограниченное по мощности питание нуль-органов от заряженных конденсаторов 38 и 39 позволяет получать на нагрузочных сопротивлениях единичные короткие импульсы, крутые фронты которых обеспечиваются положительной обратной связью через цепочки 30, 32 и 31, 33.

Поскольку напряжение модуляции U_мод вводится в общий провод обоих контуров сравнения, суммарные противо-э.д.с. в контурах сравнения оказываются различными. Всегда для одного из контуров суммарная противо-э.д.с. равна: U=U₀+U_мод, а для другого: U=U₀-U_мод, что обеспечивает «реверсивность» предлагаемого фазосдвигающего устройства.

На фиг. 3 построены графики напряжений для случая U_мод=0,5U₀, из которых видно, что последовательность импульсов на выходе устройства модулирована по фазе, а способ модуляции соответствует ШИМ по текущему значению сигнала U_мод. Это обеспечивает улучшение спектра выходного напряжения автономных инверторов. Максимальная глубина модуляции имеет место при:

U_мод=0,5U₀.

Таким образом, подводя к зажимам U_мод постоянное напряжение того или другого знака, можно использовать устройство в системе управления реверсивным преобразователем постоянного тока с ШИМ; подводя к зажимам U_мод переменное напряжение с частотой можно использовать его как основной узел системы управления автономным инвертором с ШИМ выходного напряжения.

Реверсивное фазосдвигающее устройство для управления статическими преобразователями с двусторонней широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащее генератор переменного напряжения, питающий два блока формирования пилообразных напряжений, сдвинутых между собой на 180 эл. град, с ключевыми элементами, соединенными последовательно, блоки сравнения, а также источник противо-э.д.с. и источник модулирующего напряжения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, источник противо-э.д.с. выполнен с выводом средней точки, между которой и общей точкой последовательно соединенных ключевых элементов включен указанный источник модулирующего напряжения.