Однофазный инвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания обмоток шаговых и вентильных электродвигателей и других электромеханических преобразователей. Известны устройства, в которых значение напряжения на нагрузке, определяемое задающим сигналом, поддерживается за счет широтно-импульсной модуляции напряжения на выходе управляемого ключа и последующей его фильтрации. Коэффициент широтно-импульсной модуляции зависит от сигнала ошибки системы, образуемого в результате сравнения задающего сигнала и сигнала, прямо пропорционального напряжению на выходе фильтра 1. Такие устройства используются и для формирования заданных законов изменения напряжения на обмотках шаговых или вентильных электродвигателей, например, в системах регулирования скорости и других электромеханических преобразователях. Однако наличие широтно-импульсного модулятора может вызвать субгармонические колебания напряжения на нагрузке, а необходимость использования фильтра в силовой цепи приводит к увеличению массы и габаритов регулятора и уменьшает его быстродействие. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство 2, которое содержит измеритель напряжения, схему сравнения, релейный элемент с петлей гистерезиса, схему формирования управляющих сигналов, интегратор (сглаживающий фильтр) и силовой усилитель напряжения, В этом регуляторе напряжение на нагрузке поддерживается за счет релейной обратной связи, что исключает возникновение субгармонических колебаний. Однако интегратор включен в силовую цепь, что приводит к уменьшению быстродействия регулятора и увеличению его массы и габаритов. Целью цредлагаемого изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его массы и габаритов. Поставленная цель достигается тем, что в однофазный инвертор, содержащий интегратор, измеритель напряжения, связанный по входу с выходными выводами, узел сравнения, выход которого подключен ко входу релейного элемента, а его выходы через узел

формирования управляющих сигналов связаны с усилителем напряжения, введены второй интегратор, четыре аналоговых ключа и сумматор, который своим выходом связан со входом сигнала обратной связи узла сравнения, а выход измерителя напряжения через две последовательные цепочки, содержащие первый аналоговый ключ, интегратор и второй аналоговый ключ, связан с соответствующими входами сумматора, причем прямой выход релейного элемента соединен с управляющими входами аналоговых ключей первой цепочки и интегратора второй, а его инверсный выход - с управляющими входами аналоговых ключей второй цепочки и интегратора первой.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2, 3 показаны осциллограммы сигналов в отдельных точках схемы.

Устройство содержит силовой усилитель 1 напряжения, который в случае мостовой схемы состоит из четырех полностью управляемых ключей 2, 3, 4, 5. К выходу силового усилителя подключена нагрузка 6, параллельно которой подсоединена входная цепь измерителя 7 напряжения. Выход измерителя напряжения через первые аналоговые ключи 8 и 9 связан соответственно с входами интеграторов 10 и 11, а их выходы через вторые аналоговые ключи 12 и 13 - с соответствующими входами сумматора 14, выход которого подсоединен к входу сигнала обратной связи схемы 15 сравнения. Второй вход этой схемы связан с щиной входного сигнала, а выход - с входом релейного элемента с петлей гистерезиса 16. Прямой и инверсный выходы релейного элемента подключены к входам схемы 17 формирования управляющих сигналов и управляющим входам аналоговых ключей интегратора, а выходы этой схемы соединены с входами силовь)1 ключей 2, 4 и 3, 5 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что входной сигнал 0 и в начальный момент времени to открыты силовые ключи 2 и 4. Напряжение нитания LV приложено к нагрузке с ноложительным знаком, под действием сигнала Unop с прямого выхода релейного элемента, равного логической единице (лог. «1), открыты аналоговые ключи 8 и 12 и выход измерителя 7 напряжения подключен к входу интегратора 10, выход которого через ключ 12 соединен с входом сумматора 14. Сигнал с инверсного выхода релейного элемента,равный логическому нулю (лог. «О), отключает цепь установки нулевых начальных условий интегратора 10, и он начинает интегрировать скачкообразный сигнал UniM-i. , поступивший на его вход с измерителя 7 напряжения. Сигнал на выходе интегратора 10 UHH будет изменяться по

линейному закону, так как можно считать, что напряжение на нагрузке за вре.мя интегрирования практически постоянно. Наклон прямой линии зависит от. постоянной интег-рирования интегратора и напряжения UMJM. Как только сигнал UHHI достигнет порога петли гистерезиса релейного элемента Unopl, характеристика вход-выход которого приведена на фиг. 3, сигналы на его выходах изменяются на противоположные: Unop лог «О. UHHU лог. «1 и в момент времени ti силовые ключи 2, 4 под действием сигналов от схемы 17 формирования будут закрыты, а откроются ключи 3, 5. К нагрузке будет приложено напряжение питания On с противоположным знаком. Одновременно закроются аналоговые ключи 8 и 12 и откроются аналоговые ключи 9 и 13, отключится цепь установки нулевых начальных условий интегратора 11 и включится цепь установки нулевых начальных условий интегратора 10. В результате этого интегратор 11 окажется подключенным к входу измерителя напряжения и начнет интегрировать скачкообразный сигнал противоположной полярности, а на интеграторе 10 за некоторый короткий конечный интервал времени установятся нулевые начальные условия. Сигнал иинг. выходе интегратора 11 изменяется по линейному закону и по достижении отрицательного порога Unop г. петли гист-ерезиса релейного элемента (фиг. 3) вызовет в момент времени t следующую коммутацию в схеме, после которой откроются ключи 2 и 4, ключи 3 и 5 закроются, к нагрузке будет приложено положительное напряжение питания, а к измерителю напряжения будет подключен вход интегратора 10. Как видно на фиг. 2, благодаря наличию ключей 12 и 13 на входах сумматора 14 наличие конечного времени установки нулевых начальных условий в интеграторах не сказывается в определенных пределах регулирования напряжения на нагрузке на форме напряжения Uc на выходе сумматора и точности схемы. Если постоянные времени интеграторов равны и Ug 0, то очевидно что при симметричной тепле гистерезиса среднее напряжение на нагрузке равно нулю. Хотя пульсации напряжения на нагрузке максимальны, это не проводит к отрицательным последствиям, поскольку для активно-индуктивной нагрузки важны пульсации тока, а не напряжения. Пульсации тока можно установить требуемой величины, варьируя соотнощения постоянных времени интеграторов и нагрузки при заданном напряжении питания и щирину петли гистерезиса релейного элемента. Легко установить, что

при UBX 0 и Unopi UB)(lexi метрия пульсаций напряжения на нагрузке нарущится и среднее напряжение на нагрузке будет пропорционально входному сигналу UBXИспользование в однофазном инверторе интеграторов в управляющей цепи и аналоговых ключей, осуществляющих их поочередное подключение в цепи отрицательной обратной связи в порядке, описанном выше, позволяет повысить быстродействие преобразователя, определяемое допустимыми пульсациями тока в нагрузке и постоянной времени интегрирования, и уменьшить его массу и габариты, поскольку интегрирующие элементы вынесены из силовой цепи.

Формула изобретения

Однофазный инвертор, содержащий интегратор, измеритель напряжения, связанный по входу с выходными выводами, узел сравнения, выход которого подключен ко входу релейного элемента, а его выходы через узел формирования управляющих сигналов связаны с усилителем напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения его массы .и габаритов, в него введены второй интегратор, аналоговые ключи и сумматор, который своим выходом связан со входом сигнала обратной связи узла сравнения, а выход измерителя напряжения через две последовательные цепочки, содержащие первый аналоговый ключ, интегратор и второй аналоговый ключ, связан с соответствующими входами сумматора, причем прямой выход релейного элемента соединен с управляющими входами аналоговых ключей первой цепочки и интегратора второй, а его инверсный выход - с управляющими входами аналоговых ключей второй цепочки и интегратора первой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мелещин В. И., Опадчий Ю. И. «Устойчивость установившегося режима импульсного стабилизатора напряжения. - Электронная техника в автоматике. Вып. 8, ред. Ю. И. Конев. М., «Советское радио, 1976, с. 69-80.

2.Шало В. П. Линейные интервальные схемы. М., «Советское радио, 1974, с. 212-

213.