Устройство для управления преобразователем частоты Советский патент 1982 года по МПК H02P13/16 

(S) УСТРОЙСТВО для УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ.ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначается для управления преобразователем частоты состоящим из инвертора напряжения с выходным трансформатором и управляемого реверсивного моста, включенного на вторичные обмотки трансформатора.

Известно устройство для управления преобразователями, содержащее задающий, генератор, соединенный с двумя каналами деления частоты на неуправляемых и управляемых делителях частоты, подключенных ко входам формирователей импульсов управления силовыми тиристорами, счетчик, подключенный входом к дизъюнктору, а выходом - к дешифратору. Устройство.позволяет свести к минимуму высокочастотные гармоники, близкие к основной и повысить КПД преобразователяiпутем максимального приближения закона широтно-импульсной модуляции напряжения . к синусоидальному , 2

Недостатком устройства является Iприменение для формирования широтноимпульсной модуляции выходного напряжения управляемых делителей частоты, что усложняет устройство для управления преобразователем, поскольку для полу чения квазисинусоидальной функции построения напряжения, в большинстве случаев, коэффициент деления уп(эа 1пяемых делителей частоты выража10ется дробным числом, что влечет за собой усложнение схемы управляемого делителя частоты.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для уп15равления полупроводниковым инвертором, содержащее генератор опорного напряжения, единичный выход которого соединен через первый делитель частоты с формирователями импульсов управ20ления первого канала, через блок синхронизации, элемент ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ и второй делитель частоты с формирователями импульсов управления второго канала, а нулевой выход чеР&з второй блок синхронизации подключен к второму входу элемента ИЛИ, третий делитель частоты, выход кото,рого через регистр сдвига и триггер соединен с формирователями импульсов управления реверсивным выпрямителем, регулируемый генератор, выход которого подключен к одним из входов элементов И, к другим входам которых подключены выходы регистра сдвига. Устройство позволяет получить на выхо де прербразующего устройства напряжение с широтно-импульсной модуляцией ро трапецеидальному закону .J. Недостатком такого устройства является использование при Нормировании однополярного широтно-импульсиого напряжения трапецеидального закона модуляции, что не позволяет свести

к нулю высокочастотные гармоники, близкие к основной, вызывая тем самым дополнительные потери и повышая весогабаритные показатели выходных фильтров, особенно на низких и инфраниаких 25 ты, частотах. Цель изобретения - повышение КПД преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем частоты, состоящим из инвертора напряжения с выходным трансформатором и реверсивного выпрямителя, включенного на вторичные обмотки трансформатора, содержащее генератор опорного напряжения, единичный выход которого соединен через Первый делитель частоты с формирователями импульсов управления первого канала и через блок синхронизации, -элемент ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ и второй делитель частоты - с формирователями импульсов управления второго канала, а нуле вой выход генератора опорного напряжения через второй блок синхронизации подключен к второму входу элемента ИЛ третий делитель частоты, выход которо го через регистр сдвига и триггер соединен с формирователями импульсов управления реверсивным выпрямителем, регулируемый генератор, выход которого подключен к одним из входов элементов И, к другим входам которых подюнэчены одни выходы регистра сдвига, снабжено вторым регулируемым генератором, двумя дополнительными элементами И и элементами ИЛИ, причем выход второго регулируемого генерато ра подсоединен к одним из входов до96

включенных в диагонали диодных мостов и 18-21 соответственно, Транзисторы 2 и 3 инвертора 1 управляются импульсами постоянной масте4полнительных элементов И, к другим входам которых подсоединены другие выходы регистра сдвига, а выходы основных и дополнительных элементов И, попарно через дополнительные элементы ИЛИ соединены с входами блоков синхронизации. На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 схема устройства для управления преобразователем; на фиг. 3 - временные диаграммы работы отдельных узлов устройства управления. Преобразователь (фиг. 1) содержит мостовой инвертор 1 напряжения -на транзисторах 2-5, зашунтированных обратными диодами 6-9, с силовым трансформатором 10, на вторичной стороне которого включен реверсивный выпрямиjo Тель 11, на транзисторах 12 и 13, поступающими от формирователя управляющих импульсов первого канала, а импульсы, поступающие по второму каналу, изменяющиеся по частоте по определенному закону, управляют транзисторами 4 и 5 инвертора 1. Это позволяет получить на вторичных обмотках трансформатора 10 напряжение с широтно-импульсной модуляцией. При реверсивном выпрямлении на нагрузке получаем напряжение с широтно-импульсной модуляцией по квазисинусоидальному закону. Устройство содержит генератор 22: опорного напряжения, делители частоты 23-25 регулируемые генераторы 26, 27, элементы И 28-31, элементы ИЛИ 32, 33 и 3, блоки синхронизации 35, Зб, элемент ЗАПРЕТ 37, регистр сдвига 38, триггер 39, формирователи 0, 1 импульсов управления силовыми полупроводниковыми элементами инвертора 1 и формирователи 2 импульсов управления реверсивным выпрямителем. На фиг. 2 представлены импульсы З 53 на выходах элементов. Устройство работает следующим образом. Генератор 22 вырабатывает на двух выходах импульсы 43 и k сдвинутые друг относительно друга на полпериода выходной частоты генератора. Импульсы. 3 единичного выхода опорного генератора 22 поступают на вход делителя частоты 23, который посредством , 59 формирователя импульсов tO управляет транзисторами 2, 3 инвертора 1. Выходные импульсы первого делителя частоты 23 через делитель частоты 25 поступают на вход регистра сдви га 38. Импульсы 6 первого выхода ре-гистра сдвига 38 поступают на вход Триггера 39 на выходе которого, а сл довательно, на выходе формирователя i .. импульсов формируется сигнал для уп равления транзисторами 12, 13 реверсивного выпрямителя 11. Выходные импульсы регистра сдвига 38 поступают на входы элементов И 30 31 28 и 29 соответственно Выходные импульсы 50 и 51 регулируёмых .генераторов 26 и 27 через элементы И 30 и 31 и элемент ИЛИ 33 поступают на вход блока синхронизаг ции 36. Выходные импульсы блока синхронизацйи Зб с частотой равной частоте импульсов 50 или 51 регулируемых генераторов 26 или 27 ( в зависимости от разрешающего сигнала 46 или 47 с выходов регистра сдвига 38, засинхронизированные импульсами 44 нулё вого выхода генератора 22, поступают на вход элемента ИЛИ Зи на второй вход которого, поступают импульсы 43 единичного выхода генератора 22 через элемент ЗАПРЕТ 37. - . -. V. Таким образом элемент ИЛИ 34 сумми рует две импульсные последовательности импульсы которых засинх|эонизи рованы импульсами опорных раздвинутых частот 43 и 44 и, следовательно никогда не совпадают во времени (см, фиг. 3 52 при О t tj. Импульсы 50 и 51 регулируемых генераторов 26 и 27 через элементы И 2 и 29 и элемент ИЛИ 32 поступают на вход блока синхронизации 35. Выходные импульсы блока синхронизации 35 с частотой равной частоте импульсов или 51 регулируемых генераторов 26 или 27 (в зависимости от наличия сиг налов 48 и 49 регистра сдвига 38 на входах элементов И 28 и 29), засинхронизированные импульсами 43 единичного выхода опорного генератора 22 поступают на управляющий вход элемента ЗАПРЕТ 37. Поскольку импульсы, поступающие на его основной вход, за синхронизированы той же импульсной последовательностью что и на управляющий, то на выходе элемента ЗАt t 26 ПРЕТ 37, а следовательно, и на выходе элемента ИЛИ 3 получаем раз.ностную импульсную последовательность 52 (см. фиг. 3-52 при t2 t -с t и t3 t ; t.). Импульсная последовательность 52 поступает на вход делителя частоты , выходные импульсы 53 которого посредством формирователя импульсов 41 управляют транзисторами i и 5 инвертора 1. Таким образом, частота импульсной последовательности 52, поступающей яа вход второго делителя частоты 2k, изменяется четыре раза на полпериода выходного напряжения, огибающая которого приведена на фиг. 3-5. В течение первой четверти полуперио-. да выходного напряжения (см. фиг. 3 5 при О t t) частота импульсной пос.л.едовательности 52 равна сумме частот последовательностей 43 и 50 опорного генератора 22 и регулируемого генератора 26, В этом случае частота импульсной последовательности 53 на выходе делителя частоты 2k равная где f -частота опорного генерато- i pa 22; -частота регулируемого генератора 26; Кд- коэффициент деления делителей частоты 23 и 24 болыие частотыf - импульсной последовательности 45 на выходе делителя частоты 23. В течение второй четверти полупериода выходного напряжения (см. фиг.3 54 при t t t) частота импульсной последовательности 52 равна сумме Частот последовательностей 43 и 51 опорного генератора 22 и регулируемого генератора 27. В этом случае час- тота импульсной последовательности 53 на выходе делителя частоты 24 равная . f «f-.- частота импульсов регуРГ1 . лируемого генератора 2/ больше частоты f| импульсной последовательности 45 на выходе делителя частоты 23. . Ввиду отличия частот фаза импульсной последовательности -53 с частотой интервале и f тервзле .,ч i. -ч «. скользит времени по отношению к фазе импульсной последовательности 5 с частотой f,, что приводит к модуляции им пульсов выходного напряжения инверто ра по длительности по линейному зако ну. В связи с тем, что f f, наклон огибающей выходного напряжения на участке t t t/j, меньше, чем на участке О t t. При частоте импульсной последовательности 52 равной разности частот Импульсов 43 и 51 опорного генератора 22 и регулируемого генератора 27 частота импульсной последовательности 53 равная f - fp Рга. /4- Кд становится меньше частоты f.импульс ной последовательности 5 из выходе делителя частоты 23 в интервале времени tx t : t (см. фиг. 3 - 5) что приводит к изменению разности фаз между ними в противоположную сто рону, а следовательно, к формированию огибаюи4ей на третьей четверти по лупериода выходного напряжения. В последней четверти полупериода оги(3аю1чей 5 выходного напряжения (при t, t t) частота импульсной последовательности 52 равна разности частот импульсных последовательноетей и 50 опорного 22 и регулируемого 26 генераторов и частота последовательности 53 на выходе.делителя частоты .k становится равной р fo;ii rj р 5 К. Поскольку fpp, 7 fpr-i скорость изменения разности фаз между импульсными последовательностями kS и 53 на {выходах делителей частоты 23 и 2 ста новится больше, чем в третьей четверти полупериода, что увеличивает на клон огибающей 5 выходного напряжения в последней четверти полупериода выходного напряжения. I Синхронное изменение частот регули pyeMi x генераторов 26 и 27 приводит к изменению скорости нарастания фазового сдвига между импульсами 5 и 53 на выходах делителей частоты 23 и 2, т.е. к изменению наклона сторон огибающей S выходного напряжения преобразователя, а следовательно, к регулированию его действуюи его значения. Для повышения точности регулирования выходного напряжения преобразователя опорный генерртор 22 работает на высокой частоте { порядка 10 Гц), Для понижения частоты опорного генератора до рабочей частоты преобразователя применены делители частоты 23, 2k. Коэффициент деления третьего делителя частоты 25 выбирается из равенстваAV аКрс ie-bix где Кр - коэффициент деления регистра сдвига 38 ( Крс i); частота выходного напряжения преобразователя Гц; f - частота импульсов на выходе делителя частоты 23 равная рабочей частоте инвертора 1, Гц. Таким образом, введение в устройство для управления преобразователем нескольких элементов - двух элементов И, двух элементов ИЛИ, дополнительного регулируемого генератора и выполнение регистра сдвига на четыре выхода позволило приблизить форму огибающей выходного напряжения с широтно-импульсной модуляцией к синусоидальной, что позволило повысить КПД преобразователя и упростить устройство для его управления, а такж уменьшить вес и габариты выходных фильтров преобразователя. Формула изобретения Устройство для управления преобразователем частоты, состоящим из инвертора напряжения с выходным трансформатором и реверсивного выпрямителя , включенного на вторичные трансформатора, содержащее генератор опорного напряжения, единичный выход которого соединен через первый делитель частоты с формирователями импульсов управления первого канала, и через блок синхронизации, элемент ЗАПРЕТ, первый вход элемента ИЛИ и второй делитель частоты - с формирователями импульсов управления второго канала, а нулевой выход генератора опорного напряжения через второй блок синхронизации подключен к второму входу элемента ИЛИ, третий делитель частоты, выход которого через регистр сдвигаи триггер соединен с формирователями импульсов управления

реверсивным выпрямителем, регулируемый генератор, выход которого подключен к одним из входов элементов И, к другим входам которых подключены одни выходы регистра сдвига, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения КПД преобразователя, оно снабжено вторым регулируемым генератором, двумя дополнительными элементами И и элементами ИЛИ, причем выход второго регулируемого генератора подсоединен к одним из входов дополнительных элементов И, к другим входам

которых подключены другие выходы регистра сдвига, а выходы основных и дополнительных элементов И попарно через дополнительные элементы ИЛИ соединены с входами блоков синхрониза ции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 571)181, кл. Н 02 Р 13/18, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР № , кл, Н 02 Р 13/18, 1980.

iil/

ytit.l

: Фиг.2

х

f