Способ сдвига фаз Советский патент 1978 года по МПК H03H7/18 H02M1/08 H02M7/537 

1

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано Б импульсных системах, в частности в многофазных статических преобразоватепях

Известен способ сдвига фаз путем инвертирования постоянного напряжения и синхронизации его заданным напряжением, например, от задающего генератора на основе кольцевой пересчетной схемы; инвертирование постоянного напряжения осушествдяется автогенератором Jlj. Однако при исподьаованни способа .отсутстзует принудительная синзфонизадйяпри изменяющейся частоте. Кроме того, указанный способ не дозволяет плавно р«упировать фазу

Известен также способ сдвига фаз, основанный на использовании реактивных элементов конденсаторов J2. Недостаток такого способа состоит в том, что при изменении частоты изменяется сопротивление peaiKTHBHoro элемента и тем самЫм угол сдвига фазы. 4тоэто(ау данный способ не позволяет получить требуемый угол сдвига фазы при изменяющейся частоте.

Кроме того известен способ сдвига фаз многофазных преобразователей путем инвертирования при помощи трансформаторной связи дЗ. Однако указанный спосос не обеспечивает достаточной точности установки фазового сдвига при изменении частоты saaaiimoro сигнала. Точность установкя фазового сдвига определяется;стабильностьюMarw натной индукции сердечника трансформатора, зависящей от частоты и температуры.

Целью изобретения является повышение точности установки сдвига фаз, особенно при переходных режимах работы, н обеспечение плавного регулирования сдвига. Это достигается тем, что по предлагаемому способу среднее значение алгебраической суммы заданного н инвертированного сигналов сравнивают со средним значением инвертированного сигнала и полученной разностью средних значений регулируют угол сдвига инвертируемого напряжения. Сравнение суммарного сигнала и в некоторый полупериод можно проводить как с инвертированным сигналом в этот же полупериод, так и г инвертированным сигнапом в последующий 11опуг ериод. На фиг, 1 дана схема, поясняющая опи ваемый способ} на фиг. 2 - временные ян ai-раммы напряжений для угла сдвига 90 на фиг, 3 - то же для угла сдвига на фиг, 4 - принципиальная схема устройства для рвациаации способа с использованием ферромагнитных дросселей;- на . фиг, 5 - то же с использованием маломощных насыщающихся трансформаторов В каждом полупериоде при условии равенства амплитуд двух разнополярных напряжений прямоугольной формы должно соб. людаться одно из следующих равенств, iHbMaI«u ., г(л-1Г1) - j5EilblIlal-TT -тт .-J p--Ua.p-.%,p, (2) гдеУд- амплитуда заданного напряжения; амплитуда инвертированнога напряжения;if- угол сдвига фазы инвертированного напряжения от фазы заданного нап ряжения. Инвертирование постоянного напряжение осуществляют при помощи инвертора 1 (см. фиг. jj).; Заданное напряжение Ua(Hanряжение заданной частоты и амплитуды) алгебраически складывают с инвертированным напряжением. Уg| (см. фиг. 2, З) и подают в соответствующий полу период к переключающему элементу 2, В следуюЩИЙ полупериод к этому переключающему элементу подают только инвертированное напряжение TJ|,. Поданные к переключающему элементу напряжения на фиг. 2 и 3 заштрихованы. Указанные напряжения получаются на выходе элементов 3 и 4, имеющих нелинейную характеристику переключающего элемента. Суммарное напряжениеХТ будет не|симметричным знакопеременным с импульсами прямоугольной формы. Еспи переклк чающим элементом является ферромагнитный сердечник, то он перемагничивается напряжением Ur или в один из полупериодов намагничивается импульсами напряжения jJoajp магничивается в другой полупериод импуль сами противоположной полярности напражения Цд,,. Амплитуда, суммарног о напряжеHvra1|i|,no отнощению к напряжению Ug, берется в зависимости от заданного угла сдвига фазы по выражению (l) либо (2). В частном спучае при угле сдвига 90® алгебраическая сумма напряжений берется равной согласно выражениям (l) и (2) либо Ub-Ua . а при угле СДВИГЕ 120 равной иа1 -|-(ио -уЛлибо ab tUb-UeV Дополнительно в этот попупериод может быть подано постоянное управляющее напряжение ITu, позволяющее плавно регулировать угол сдвига. В момент,-, когда напряжения UQ|Jравен по. среднему значению импульсу напряжения iJt , переключающий элемент 2 перебрасы вает инвертор 1 из одного состояния в другое. В слетующий полупериод для инвертора 1 процессы повторяются, например, от другого переключающего .Элемента. Если в продессе работы возникает отклонение угпа сдвига фаз, то соответственно этому углу сдвига фаз условие (l) либо (2) не будет выполняться в сторону уменьшения нпн увеличения суммы tfag. В напряжении Щ появляется постоянная составляющая, которая фиосируется переключающим элементом 2 и комперрирует возникщее отклонение угл; сдвига. Так как|в условия (l) и (2) не входит величина магнитной индукции сердечников переключающего элемента, то можно обеспечить любой угол сдвига фаз при изменяющейся частоте заданного напряжения или температуре, а также при других возмущающих факторах. Следовательно, точность установки угла сдвига фаз предла- гаемым способом выше, чем при использовании известных способов. Данный способ может быть реализован различными устройствами. В устройстве (см. фиг. 4) в качестве переключающего элемента использованы ферромагнитные дроссели. Двухтактный инвертор выполнен на транзисторах 5 и 6 с обмотками 7 и 8 обратной связи. Транзисторы 9 и 101 управляются через резисторы 11 и 12 от дополнительных .обмоток 13 и 14. Последовательно с транзисторами 9 и 10 включены диоды 15 и 16, соответственно. Один из концов обмотки дросселя 3.7 насыщения подключен к началу обмотки 7 обратной связи, а другой к транзистору 9. Один из , концовобмотки дросселя 18 насыщения подключен к концу обмотки 8 обратной связи, а другой конец - к утранзйстрру Ю. Таким образом, дроссель насыщения подклюают IB один из попупериодов к сумме заданного и инБертировацного: напряжений, а другой - к инвертированному напряжению. Управляющий элемент 19 включен между точч кой соединения обмоток 7 н 8 а серединой обмотки, трансформатора, подаюш го заданное напряжение . Разделительные диодьг 2О и 21 служат для соединения одного пдеча инвертора с одним концом обмотки . ной связи другого пдеча инвертора. Устройство работает.следующим образом При открытом транзисторе 5 транзистор 6 закрыт в соответствии с полярностью нап ряжения на обмотках 7 н 8. При насыщении дроссетя 18 траввистор 5 запирается, что вызывает переброс генератора. После насышения дросселя 17, запирается транзистор 6 Схема возвращается в первоначальное сое- тояние. Параметры выходног трансформатор н дросселей насыщения должны быть подобраны так, чтобы дроссели насыщения нрсышапись раньше, чем наступит насыщение в трансформаторе Каждый дроссель в один пояупериод намагничивается до насыпшния: выходным , «т. е. инвертированным, напря-; жением и размагничивается в другой полупериод суммой аада1шого и янвертированного напряжений. Отсюда, разность среднего значения инвертированного напряженна и среднего значения суммы инвертированного и заданного напряжений сердечников дросселей р1йализуется управляющим элементом 1§,: Изменяя величину напряжения управления, можно регулировать в широких пределах степень размагничивания дросселей 17 н 18. Так как ток дросселей мал, то мал ток и управляющего сигнала, а так как в этом случае,происходит рекуперация энергин нагрузки в источн; х питания, то в качестве последнего могут быть испопьзова.ны как активные элементы (источники постоянного напряжения или тока), так и пас«сивные элементы (транзистор 55ли резистор) В устройстве (см. фиг. 5) в качестве переключающих элементов использованы трансформаторы. И51вертор на транзисторах 5 и 6 управляющими трансформаторами 22 н 23 вырабатывает двухиоля рные прям6у гольные; импульсы. При Н1асыщении сердечни ка управляющего трансформатора напряжение в его втор51чной обмотке падает, что приводит к открыванию закрытого. и закрыванию открытого транзисторов. Изменение величины начального магнитного потока насыщающихся трансформаторов происходит исто НИКОМ управления 24. Пе{жичные обмотки насыщающихся трансформаторов разделены управляемыми ключами, каждый из которых, представляет собой -последовательную диодно-транзисторную цепочку, Диоды 25-28 последовательно с транзисторами собраны по мостовой схеме. Первичные обмотКи насыщающихся трансформаторов подкякгчаются прч помощи Этих цепочек (диод 2S транзистор 32, дкод 26 транзистор 29) через источник управления 24 к сумме заданного и. инвертированного напряжений в полупериод, когда соответствующий насыщаюшийсп трансформатор передает на транзистор запирающий импупьс напряжения и подключается (через диод 27 - транзистор 30, диод 28 - .транзистор 31) к инвертированному напряжению ( к обмоткам эыходного трансформатора) в полупериод, кЬгда соответствующий. нась щающийса трансформатор передает на транзистор 5 или 6 импульс напряжения, открывающий этот транзистор. Так же, как и при использовании . насыщающихся дросселей, токи в первичных обмотках насыщающихся трансформаторов, когда они подают запирающее напряжение на транзисторы, малы поэтому мал ток и управляющего сигнала, а так как в этом случае происходит рекуперация энергии нагрузки в источник питания, то в качестве источника управления может быть использован как ИСТОЧНИК постоянного напрняшния иди тока, так и транзистор или переменный резистор. В обоих представленных устройствах фаза выходного сигнала устанавливается за полупериод после изменения сигнала управляющего элемента. Предлагаемый способ позволяет повысить быстводействие. Формула изобретения Способ сдвига фаз путем инвертирования постоянного напряжения и синхронирзции его заданным напряжением с использованием алгебраичного суммирования заданного и инвертированного сигналов, о т л и ч а ющ н и с я тем, что, с целью повыщения точности и быстродействия, среднее значение указанной алгебраической суммы сравнивают со средним значением ннвертиг-ованного сигнала и полученной разностью регулируй уссщ сдвига инвертируемого напрянсення. Источники информация, принятые во при экспертизе: 1.Авторское свидетельство № 142356, кл. Н О2 М 7/48, 1961. 2.Патент Великобритании hfe 1241153, кл. Н 02 М 7/20, 1971. 3.Журнал- Электроника , т. 34, № 37, 1961, с, 28,