Одноканальное устройство для управления -фазным преобразователем Советский патент 1980 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам управления статическими преобразова телями, в частности автономными инверторами напряжения,.предназначенными для работы в системах гарантированного электропитания. Известно одноканашьное устройств для управления т-фазным преобразователем, содержащее формирователь синхронизирующих импульсов, подключенный к трехфазной сети и фО1 1ирующий за период сетевого напряжения шесть узких импульсов, блок фа:зосмещения, выполненный на трех последовательно соединенных ждущих блокинггенераторах, блок задержки и распределитель импульсов. Достоинство устройства - высокая степень симметрии управляющих импульсов (асимметрия не превышает 0,2 эл. град.). Однако указанное устройство не пригодно для управления автономным инвертором, так как формирует только одну фазорегулируемую последовательность узких управляющих импуль сов, устройство интерционно, так ка задержка импульсов осуществляетсяза счет подмагничивания трансформаторов блокинг-генераторов. Устройство не допускает синхронизации от однофазной сети. Известно устройство для управления многофазным инвертором, содержащее две группы магнитотранзисторных мультивибраторов. Мультивибраторы каждой группы соединены между собой через нерегулируемые магнитные усилители так, что выходное напряжение любого мультивибратора отличается по Лазе от напряжения соседнего мультивибратора на 180/т эл. град., где m - количество мультивибраторов . В результате каждая группа мультивибраторов формирует т-фазную последовательность управляющих импульсов со скважностью два. С целью регулирювания выходного напряжения инвертора обе группы мультивибраторов синхронизируются между собой через управляемый магнитный усилитель, выполняющий роль формирующего устройства. Изменяя ток управления магнитного усилителя, регулируют угол между двумя т-фазными последовательностями в пределах О 180 эл.. К недостаткам устройства следует отнести инерционность, обусловленную наличием в канале регулирования угла магнитного усилиТ0ЛЯ, невысокую симметрию управляюЫ;их импульсов, зависящую от точности настройки нерегулируемых магнитных усилителей, температуры окружающей среды, стабильности частоты синхронизирующего напряжения и напряжения питания. Кроме того, из-за одностороннего регулирования угла фаза выходного напряжения инвертора изменяется в процессе регулирования относительно синхронизирующего напряжения в пределах О 90 эл. град.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одноканальное устройство для управлени;Я т-фазным преобразователем, со де кащее соединенные последовательно формирователь синхронизирующих имЬульсов, выполненный на триггере Шмидта, первый блок фазовой автопойстройки частоты (ФАПЧ), регистр сдвига, формирователь развертывающего напряжения, выполненный в виде генератора пилообразного напряжения, блок сравнения пилообразного напряжения с управляющим, фазоретулируемый генератор, состоящий из логического ключа и второго блока ФАПЧ, процессор, являющееся прототипом предлагаемого устройства. Оба блока ФАПЧ выполнены по одной и той же схеме и содержат соединенные в кольцо фазовый детектор, преобразователь длительности импульсов в напряжение, управляемый генератор и делитель частоты. С выхода первого блока ФАПЧ импульсы поступают на вход регистра сдвига, на выходе которого -.формируется нерегулируемая п-фазная последовательность импульсов. С выхода регистра сдвига импульсы длительностью 150 эл.град. через ждущий мультивибратор поступают на интегратор и преобразуются в пилооразное напряжение, которое поступает на один извходов блока сравнения. Импульсы с выхода блока сравнения поступают на логический ключ формирующий;регулируемые по фазе в пределах O-isO эл. град, однофазные прямоугольные импульсы со скважностью два Эти импульсы поступают на вхЪд второго блока ФАПЧ, на выходе формируется вторая т-фазная последовательность импульсов, регулируемая по фазе. К выходам второго блока ФАПЧ и регистра сдвига подключен процессор, на выходе которого формируются управляющие импульсы с трёСуег 1МИ параметрами. Достоинства указанного решения - высокая степен симметрии управляющих импульсов, возможность управления т-фазнЫм автномным инвертором, возможность синхронизации преобразователя от сети с любым количеством фаз, в том чис-ле и однофазной.

Однако указанному решению присущи недостатки. Из-за того, что в блке ФАПЧ, представляющем собой замкнутую систему автоматического регулирования, имеется инерционное звено - преобразователь длительности импульсов в напряжение,регулирование фазы второй т-фазной последовательности происходит с запаздыванием. Поэтому несмотря на вертикальный принцип фазосмещения управляющих импульсоВу быстродействие преобразователя остается невысоким. Так как регулирование угла между двумя т-фазными последовательностями осуществляется односторонним способом, то при использовании указанног устройства для управления автономным инвертором наблюдс1ется изменение фазы выходного напряжения при регулировании его модуля, которое составляет 0-90.-эл. град.

Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения преобразователя в переходных и установившихся режимах.

Поставленная цель достигается тем, что одноканальное устройство для управления т-фазным преобразователем, содержащее последовательно соединенные формирователь синхронизирующих -импульсов, блок фазовой автоподстр.ойки частоты, формирователь развертывающего напряжения, блок сравнения и логический ключ, причем блок фазовой автоподстройки частоты содержит соединенные в кольцо фазовый детектор, преобразователь длительности импульсов в напряжение, управляемый генератор и делитель частоты, снабжено дополнительным логическим ключом и двумя подключенными к указанным ключам фазорасщепителями, каждый из которых содержит два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, счетчик импульсов и последовательный регистр сдвига, тактовые, входа триггеров которого подключены к выходу счетчика импульсов, вход установки которого через элемент ИЛИ подключен к выходам формйрователей коротких импульсов и ко входам установки триггера ,младшего разряда последовательного регистра сдвига, информационные входы которого соединены со входами формирователей коротких импульсов и с выходами логического ключа, тактовый вход одного из которых подключен к прямому выходу блока сравнения управляющие входы - к )эыходам первог триггера делителя частоты, выполненного в виде кольцевого регистра сдвига на 2п триггерах (-0 1,2,3...) тактовый вход другого логического ключа подключен к инверсному выходу блока сравнения, управляющие входы - к выходам (п + 1.)-го триггера кольцевого регистра сдвига, счетные входы обоих счетчиков в фазорасщепителях объединены и подключены к выходу управляемого генератору, а формирователь развертывающего напряжения выполнен в виде генератора треугольного напряжения.

Последовательный регистр сдвига составлен из (т-1) D-триггеров, при этом информационный вход триггера младшего разряда подключен к прямому выходу логического ключа.

На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства для управления т-фазным преобразователем, где . На фиг. 2 приведены диаграммы, поясняющие работу предложенного устройства.

Устройство содержит формирователь

1синхронизирующих импульсов,блок 2 фазовой автоподстройки частоты,содержащий соединенные в кольцо фазовый дтектор 3,преобразователь 4 длительности импульсов в напряжение, управляемый генератор 5 и делитель частоты б, генератор 7 треугольного напряжения, блок сравнения 8, логические ключи 9 и 10 и фазорасщепители 11 и 12,каждый из которых содержит два формирователя 13 и 14 коротких импульсов,элемент ИЛИ 15,последовательный регистр сдвига 16,составленный из (т-1) 0-триггеров 17-21 и счетчик импульсов 22.

На диаграмме представлены импульсы 23-41 с выходов элементов устройства.

Устройство работает следующим образом.

На выходе формирователя 1 синхронизирующих импульсов формируются прямоугольные импульсы 23 со скважность два, которые поступают на блок

2фазовой автоподстройки частоты, а точнее - на один из входов фазового детектора 3, на другой вход которого поступают прямоугольные импульсы 2

со скважностью два с прямого выхода первого триггера делителя частоты. 6. На выходе фазового детектора 3 формируются импульсы 24,длительность которых прямо пропорциональна рассогласованию по фазе между сигналами 23 и 27.При этом, если выходной сигнал 23 формирователя 1 синхронизирующих импульсов oneрежает по фазе сигнал 27, поступающий с выхода делителя частоты 6,полярность выходных импульсов 24 фазового детектора 3 положительная, как показано на фиг. 2, если же отстает, то отрицательная. На выходе преобразов.ателя 4 длительности импульсов в напряжение, подключенного к выходу фазового детектора3, формируется постоянное напряжение 25, уровень которого прямо пропорционален длительности импульсов 24, т.е. рассогласование по фазе между сиг налами 23 и 27. Постоянное напряжение поступает на вход управля.емого генератора 5, который в установившемся режиме генерирует импульс

26с частотой, превышающей частоту синхронизирующих импульсов 23 в целое число раз. К выходу управляемого генератора 5 подключен делитель частоты 6 на 2п триггерах, где 2,3, .., охваченных перекрестными обратными связями. На прямом выходе первого триггера делителя частоты

6 формируются импульсы 27, на прямом выходе (п+1)-го триггера формируются импульсы 28, сдвинутые относительно импульсов 27 на 90 эл.град. Пусть по каким-либо причинам частота синхронизирующих импульсов 23 увеличилась. Тогда возрастет; длителность импульсов 24 на входе фазового Детектора 3 и увеличится постоянное напряжение 26 на выходе управляемого генератора 5. Это вызовет увеличение частоты управляемого генератора и фаза выходных импульсов

27и 28 изменится так,что частоты сигналов 23,27 и 26 будут вновь равны друг другу. Таким образом, с помощью блока 2 фазовой автоподстройки частоты осуществляется синхронизация устройства управления, а значит, и преобразователи в целом от другого источника и формируется три последовательности импульсов; высокочастотные импульсы 26, частота которых строго в целое число раз превышает частоту синхронизирующих импульсов 23 и две последовательности импульсов 27 и 28,синхронных

с последовательностью синхронизирующих импульсов 23 и сдвинутых относительно друг друга на 90 эл.град Эти две последовательности импульсов поступают на формирователь 7 развертывающего напряжения, на выходе которого формируется треугольное напряжение двойной частоты 29. В блоке сравнения 8, подключенном к формирователю развертывающего напряжения, в момент равенства треугольного напряжения 29 с управляющим информируются прямой и инверсный сигналы 30 и 38, которые поступают на тактовые входы логических ключей 9 и 10. На управляющие входы логического ключа 9 поступают прямой и инверсный сигналы с выхода первого триггера делителя частоты 6. Переключение логического ключа 9 происходит при подаче на его тактовый вход сигнала логической , т.е. передний фронт импульсов 30 определяет фазу прямоугольных импульсов 31, формируемых логическим ключом 9. На управляющие входы логического ключа 10 поступают прямой и инверсный сигналы с выхода (п + 1)го триггера делителя частоты 6. Переключение логического ключа 10 происходит также при подаче на его тактовый вход сигнала логической , т.е. передний фронт импульсов 38 определяет фазу прямоугольных импульсов i39, формируемых логическим ключом iO. Таким образом, на выходах логических ключей 9 и 10 формируются две однофазные последовательности прямоугольных импульсов 31 и 39, регули руелвлх по фазе. При изменении управпяющего напряжения и, от О до ампли Туды треугольного напряжения фаза выходных импульсов логического ключа 9 изменяется на 90 эл.град, в сторо ну отставания, а фаза выходных импу сов логического ключа 10 на $0 эл. град, в сторону опережения относительно сигнала 23, снимаемого Ь выхода формирователя 1 синхронизирующих импульсов. i к выходу каждого логического клю Ча подключен фазорасщепитель, форйирующий (т-1)-фазную последовательность управляющих «мпульсов. Оба фаз расщепителя построены по одной и той же схеме, поэтому принцип формирования ( m-l )-фазной последовательност управляющих импульсов рассмотрим на примере фазорасщепителя 11, подключенного к выходам логического ключа 9. Пусть в результате предыдущих переходных процессов все триггеры сдвига 16 находятся в нулевом состоянии, а сигнал 31 на прямом выходе Логического ключа 9 принимает состояние . В этот момент на выХоде формирователя 13 коротких импульсов возникает короткий импульс 32, который поступает на установочный вход S триггера 17 последовател иого регистра сдвига 16 и на вход элемента ИЛИ 15. С выхода элемента ИЛИ 15 импульс 34 поступает на вход установки R счетчика импульсов 22 и Переводит его в состояние О . Пос кольку время срабатывания счетчика имеет конечную длительность, то возможна Ситуация, когда с выхода счетчика сразу после переключения логического ключа 9 поступит на тактовый вход С триггера 17 и произойдет его ложное срабатывание.Посылкой короткого импульса 32 на установочный вход S триггера 17 ложные срабатывания исключаются. На счетный вход счетчика 22 непрерывно поступают высокочастотные импульсы 26 с выхода управляемого генератора 5. При заполнении счетчика на тактовые входы С всех триггеров региста поступает сигнал 35, соответствуювшй уровню л;огической единицы . Но переключается приэтом только триггер 17 (сигнал 36 на фиг. 2), так как только на его информационном входе D си нал изменялся на 1. Затем счетчик возвращается в нулевое состояние, вновь заполняется, при этом переключается последуюсшй триггер регистра сдвига, далее процессы про тексцот аналогично. За полпериода частоты синхронизирующего напряжен 23 счетчик 22 успевает заполниться m раз, при этом переключатся все (т-1) триггеров регистра сдвига,так что сдвиг по фазе между выходными импульсами двух сосеэдних триггеров регистров сдвига, а также между импульсами логического ключа 9 и триггера 17 составляет 180/т эл.град. Требуемый фазовый сдвиг между импульсами достигается тем, что емкость счетчика выбирается из условия Kgv, f/m, где- f - частота управляемого генератора. При этом чем выше частота управляемого генератора, тем больше емкость счетчика и тем точнее выдерживается требуемый фазовый сдвиг, т.е. тем выше симметрия управляющих импульсов. При переключении Логического ключа 9 в нулевое положение формируется короткий импульс 33 на выходе формирователя 14 коротких импульсов, который поступая на установочный вход R триггера младшего разряда 17, удерживает его в единичном состоянии до тех пор, пока импульс 34 с выхода элемента ИЛИ 15 не подготовит счетчик импульсов 22 к приему импульсов от управляемого генератора 5. При заполнении счетчика на его выходе формируется сигнал 1 и триггер 17 переводится .в нулевое состояние. После т-ого заполнения счетчика переключится триггер старшего разряда.21. формируя т-ую последовательность однофазных импульсов 37 (для определенности взято 5 триггеров, т.е. m 6 и сдвиг по фазе между двумя соседними однофазными последовательностями импульсов состовляет 30 эл.град.). Аналогично формируется с помощью фазорасщепителя 12, подкл.-эченного к выходу дополнительного логического ключа 10, вторая (т-1)-фазная последовательность управляющих импульсов . Таким образом, первая т-фазная последовательность управляющих импульсов формируется с помощью лбгического ключа 9 и фазорасщепителя 11,вторая т-фазная последовательность - с помощью дополнительного логического ключа 10 и фазорасшепителя 12. При изменении управляющего напряжения от о до амплитуды треугольного напряжения перв.ая т-фазнё1Я последовательность сдвигается на 90 эл.град. в сторону отставания относительно синхронизирующего напряжения, а вторая т-фазная последовательность - в сторону опережения, так что диапазон регулирования угла составляет 180 зл.град., при этом стабильность фазы выходного напряжения определяется только степенью симметрии генератора треугольного напряжения. Логический ключ может быть выполнен на тактируемых триггерах RS или ЗК-типа, а также на магнитно- . транзисторном мультивибраторе. Формирователи коротких импульсов могут быть выполнены на основе простейших дифференцирующих RC-цепей или в виде ждущего мультивибратора. Таким образом, из вышеизложенного принципа работы следует, что пред ложенное устройство формирует две т-фазные строго симметричные последовательности парафазных импульсов, обеспечивает предельно возможное быстродействие регулирования выходного напряжения преобразователя обеспечивает неизменность фазы выходного напряжения преобразователя при регулировании угла в пределах 0-180 эл.град., допускает синхронизацию преобразователя от другого источника той же частоты. Благодаря .перечисленным достоинствам данное устройство может исполь зоваться для управления- перспективными схемами инверторов напряжения отличающимися высокими технико-экономическими характеристиками и пригодными для создания систем гаранти рованного электропитания, обладающих минимально возможным временем перерыва в питании потребителей. Формула изобретения 1. Одноканальное устройство для управления т-фазным преобразователем содержащее последовательно соединённые формирователь синхронизирующих импульсов, блок фазовой автоподстройки частоты/ формирователь раз вертывающего напряжения, блок срав нения и логический ключ, причем блок фазовой автоподстройки частоты содержит соединенные в кольцо фазовый детектор, преобразователь дяител ности импульсов в напряжение, управл емый генератор и делитель частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения преобразователя в переходных и установившихся режимах, оно снабжено дополнительным логическим ключом и двумя подключенными, к указанным логическим ключам фазорасщепителями, каждый из которых содержит два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, счетчик импульсбв и последовательный регистр сдвига, состоящий из (m-l) триггеров, тактовые входы которых соединены с выходом счетчика импульсов,вход установки которого через элемент ИЛИ подключен к выходам формирователей коротких импульсов и ко входам установки триггера младшего разряда последовательного регистра сдвига,информационный вход которого соединен с выходом логического ключа,выход которого подключен ко входам формирователей коротких импульсов первого фазо расщепителя,тактовый вход одного из логических ключей подключен к прямому выходу блока сравнения,управляющие . входы - к выходам первого триггера делителя частоты, выполненного в виде кольцевого регистра сдвига на 2п триггерах (,2,3...),тактовыл вход другого логического ключа подключен к инверсному выходу блока сравнения, управляющие входы - к выходам (п+1)го триггера кольцевого регистра сдвига счетные входы счетчиков фазорасщепителей объединены-.- и подключены к входу управляемого генератора блока фазовой автоподстройки частоты. 2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что формирователь развертывающего напряжения выполнен в виде генератора треугольного напряжения.