Устройство автоматической подстройки частоты источника питания колебательной системы Советский патент 1982 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть.использовано при разработке источников питания резонансных колебательньох систем, например, магнитострикционных преобразователей или электрических колебательных контуров.

Известно устройство автоподстройки частоты источника питания, нагруженного на магнитострикционный преобразователь, содержащее задающий генератор, подключенный ко входу усилителя мощности (инвертора), выход которого подключен к магнитострикционному преобразователю, фазовый детектор, сравнивающий фазы частот сигналов инвертора и датчика акустической обратной связи магнитострикционн.ого преобразователя 1.

Недостаток такого устройства необходимость установки на электромеханический преобразователь специального датчика колебаний, т.е. ус- ложнение конструкции, увеличение габаритов и веса,;а кроме того, такая установка не всегда выполнима. Датчики резонансного типа ПМС-15А18 имеют собственную резонайсную частоту, отличную от резонансной частоты преобразователя, что вносит погрешность

Известно устройство автоподстройки частоты источника питания, нагруженного -на электромеханический колебательный контур, включающее .задающий генератор, усили.тель мощности,, датчики напряжений на индуктивной и емкостной частях контура,, и устройство сравнения 2.

щ Недостатком данного устройства является то, что оно применимо только для электрических колебательных контуров.

Известно также устройство автоподстройки частоты источника питания,

нагруженного на электромеханический преобразователь, включающее задающий генератор релаксационного типа, усилитель мощности, схему выделения сигнала обратной связи, схему синх20ронизации и нагрузку З.

Недостаток указанного устройства состоит в том, что из-за наличия трансформатора с компенсационной обмоткой и компенсирующего элемента

25 сравнение фазы сигнала обратной связи с фазой напряжения питающего преобразователь осуществляется с невысокой точностью и быстродействием.

Наиболее близким к предлагаемому

30 по технической сущности является устройство, предназначенно г для автоматической подстройки частоты источника питания резонансной колеба тельной системы,включающее задающий генератор, выход которого подключен к одному входу первой логической схемы И и входу первого счетчика, выхвд первой схемы Н подключен к входу усилителя мощности, выход усилителя Г4ОЩНОСТИ подключен к вход резонансной колебательной системы и входу ограничителя,выход которого через делитель частоты подключен к первым входам второй и третьей логи ческих схем И, выход первого счетчик подключен через инвертирующую ячейку ко второму входу второй схемы И, выход которой подключен к входу второго счетчика, выходом подключенного ко второму входу третьей логической схемы И 4. Однако известное устройство харак теризуется невысоким быстродействием вследствие наличия интегрируюЕцих,цепе необходимых в системе для выделения среднего значения сигнала рассогласования. Кроме того, не учитывается влияние переходных процессов при вве дении паузы в работу источника питания. Переходные процессы возникают в момент перехода колебательной .системы с вынужденной частоты на собственную, за счет чего форма первых периодов паузы может бить искажена. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия автоматической подстройки частоты источника питания резонансной колебательной системы и устранение влияния переходных процессов. Поставленная цель достигается тем что в устройство автоматической подстройки частоты источника питания колебательной системы, содержащее задающий генератор, подключенный к входу первого счетчика и одному из входов первого логического элемента И, выход которого подключен к входу усилителя мощности который выходом- подключен к входу ограничителя, выходом соединенного с входом делителя частоты, выход которого подключен к одному из входов второго и третьего логических элементов И, причем выход последнего через второй счётчик подключен ко второму входу второго логического элемента И выход первого счетчика через инверто coejDtинeн со вторым входом третьего логического элемента И, причем выход усилителя мощности подключен к входу резонансной колебательной систег/и, в.ведены третий и четвертый счетчики узел совпадения, четвертый логический элемент И и генератор тактовых импульсов, который выходом подключен к третьему входу третьего логического элe 4eнтa И и первому входу четвертого логического элемента И, npi: этом второй вход последнего подключен к выходу первого счетчика, второму входу первого логического элемента И и входу установки в О третьего счетчика, выход задающего генератора подключен к входу устано ки в О счетчика, счетный вход которого подключен к выходу четвертого логического элемента Н, а счетный вход третьего счетчика - к выходу третьего логического элемента И, выходы третьего и четвертого счетчиков подключены соответственно к первому и второму входам узла совпадения, выход которого соединен с синхронизующим входом задающего генерато ра. На фиг, 1 показана функциональная схема устройства,- на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. Устройство содержит задающий генератор 1, подключенный к входу .первого счетчика 2 и одному из входов первого логического элемента Н 3, выход которого подключен к входу усилителя 4 мощности, выходом подключенного к входу колебательной системы 5 и входу ограничителя 6, выход которого через делитель 7 частоты подключен к входу второго логического элемента И 8 и входу третьего логического элемента И 9, второй вход которого через второй счетчик 10 подключен к выходу второго логического элемента, генератор 11 тактовых импульсов, соединенный с третьим входом третьего Логического элемента И 9 и входом четвертого логического элемента Н 12, выход которого подключен к счетному входу четвертого счетчика 13, выходом соединенного с одним из входов узла 14 совпадения, второй вход которого подключен к выходу третьего счетчика 15, при этом второй вход второго логического элемента подключен к выходу инвертора 16, вход которого соединен с выходом первого счетчика 2, вторым входом логического элемента И 12, вторым входом логического элемента И 3 и входом установки в О третьего счетчика 15, счетнь м входом подключенного к выходу третьего логического элемента И 9, синхронизирующий вход задающего генератора 1 подключен к выходу узла 14 совпадения. Устройство работает следующим образом. Генератор тактовых импульсов II вырабатывает, высокочастотные импульсы постоянной частоты, которые через логические схемы И 9 и 12 подаются на счетчики тактовых импульсов 13 и 15. Режим работы устройства определяется состоянием счетчиков 10 , 2, 13 и 15,

Пусть в начальный момент времени после пуска на выходе счетчика 10 находится низкий потенциал логического О, на выходе счетчика 2 импульсов управления - высокий потенциал логической 1, счетчики 13 И 15 установлены в О. В этом случае низкий потенциал логического О поступает на вход схемы И 9 и запрещает счет импульсов генератора 11 счетчиком 15, а высокий потенциал 1 поступает на вход схемы И 12 и счетчик 13 начинает заполняться тактовыми импульсами. Поскольку счетчик 15 находится в нулевом состоянии схема 14 совпадения не вырабатывает импульсов совпадения. Задающий генератор 1 работает без синхронизации и выдает импульсы с частотой, определяемой уставкой. Импульсы управления через схему И 3 поступают на вход усилителя 4 мощности и. на вход установки О счетчика 13 тактовых импульсов. Кроме того, импульсы управления подаются на вход счетчика . 2. С выхода .усилителя мощности напряжение питяния поступает на магнитострикционный преобразователь 5. Устройство работает в режиме генерирования, частота напряжения питания может отличаться от резонансной частоты колебательной системы (диаграмма 17). Процесс пуска завершен. После того как счетчик импульсов управления 2 отсчитает определяемое его коэффициентом пересчета количество входных импульсов, на его выходе появляется импульс с низким потенциалом логического О (форма импульсов показана на диаграмме 20). Форма импульсов на выходе счетчика 2 показана на диаграмме 21. тим импульсом запираются логические схемы И 12 и 3, импульсы управления перестают поступать на усилитель 4 мощности, а тактовые импульсы - на вход счет чика 13. В работе усилителя мощности наступает пауза. На зажи .ах магнитострикционного преобразователя появляется ЭДС собственных к.олебаний Форма напряжения на зажимах магнитострикционного преобразователя показана на диаграмме 17. Эта ЭДС, сформированная ограничителем 6 в виде импульсов, форма которых показана на диаграь;1ме 18, поступает на вход делителя на четыре, в частности, делителя 7, с выхода которого импульсы, длительностью равные периоду собственных колебания магнитострикционного преобразователя, поступают на входы логических схем И 9 и 8. Форма импульсов на выходе делителя 7 показана на диаграмгда 19. С , выхода счетчика 2 импульсов управления через инвертирующую ячейку 16 импульсыпаузы поступают на вход схемы И 8, отпирают ее, разрешая счетчику 10 счет импульсов с выхода делителя 7 частоты. После того,как счетчик 10 отсчитывает количество импульсов, определяемое его коэффициентом деления, на выходе его появляется импульс с высоким потенциалом логической 1.Коэффициентом деления счетчика 10 определяется длительность задержки. Форма импульса на выходе счетчика 10 показана на диаграмме 22.

5 Этот импульс поступает на вход схемы И 9 . Кроме того, на другой вход схемы И 9 поступает импульс с выхода делителя 7 частоты, отпирая логическую схему И 9 на время, равное длительности периода собственных колебаний магнитострикционного преобразователя 5. Тактовые импульсы генератора 11 начинают поступать на вход счетчика 15. Счетчик 15 запоминает количество тактовых импульсов, про5шедшее за время, равное длительности периода собственных колебаний. Форма напряжения на входе счетчика 15 показана на диaгpa.1мe 23. С прекращением импульса измеряемого периода собствен0ных колебаний на выходе делителя 7 частоты прекршцается и пауза. Счетчик 2 импульсов управления и счетчик 10 устанавливаются в исходное состояние. Тактовые импульсы начинают пос5тупать через схему И 12 на вход счетчика 13. Формы напряжения на входе счетчика 13 показаны на диаграмме 24. В момент совпадения количество тактовых импульсов, запомненных

0 счетчиком 15, с кол-ичеством тактовьлх импульсов, приыедшик на вход счетчика 13, схема 14 совпадения выдает, импульс на вход синхронизации задающего генератора 1 . Задающий генератор 1 через открытую схему И 3 выда5ет импульс управления на усилитель 4 мощности и одновременно на вход счетчика 2 и на вход установки О счетчика тактовых импульсов 13. Отсчет тактовых импульсов счетчика 13 поввторяется. Этот процесс повторяется до прихода следующего импульса паузы с выхода счетчика импульсов управления 2. Во время следующей паузы информация о длительности перио5да собственных колебаниР уточняется. Устройство работает в генераторном режиме с частотой, равной резонансной частоте магнитострикционного преобразователя.

О

Изобретение позволяет повысить точность и быстродействие автоматической :подстройки частоты источника питания резонансной колебатель-5 ,ной системы и устранить влияние переходных процессов при введении паузы в работу источника питания. Формула изобретения Устройство автоматической подстройки частоты источника питания колебательной системы, содержащее задающий генератор/ подключенный к входу первого счетчика и одному из входов первого логического элемента И7 выход которого подключен к входу усилителя мощности, выходом подключенного к входу ограничителя, выходом соединенного с входом делителя частоты/ выход которого под- ключен к одному из входов второг9 и третьего логических элементов И, причем выход последнего через второй счетчик Подключен ко второму входу второго логического элемента И, выход первого счетчика через инвертор соединен со вторым входом третьего логического элемента И, а выход усилителя мощности подключен ко входу резонансной колебательной системы, отличающееся т что, с целью повышения быстродействия, точности и устранения влияния переходных процессов, введены -трети и четвертый счетчики, узел совпадения, четвертый логический элемент И и генератор тактовых импульсов, который выходом подключен к третьему входу третьего логического элемента И и первому входу четвертого логического элемента И, при этом второй вход последнего подключен к выходу первого счетчика, второму входу первого логического элемента И и входу установки в О третьего счетчика, выход задающего генератора подключен к входу установки в О четвертого счетчика, счетный вход которого подключен к выходу четвертого логического элемента И, а счетный вход третьего счетчика - к выходу третьего логического элемента И, выхрды третьего и четвертого счетчиков подключены соответственно к первому и второму входу узла совпадения, выход которого соединен с синхронизирующим входом задающего генератора. .Источники информации, приня ые во внимание при экспертизе 1. Аходис И.И. и др. Автоподстройка частоты тиристорного инвертора при работес магнитострикционным преобразователем. - Электротехника, 1972, 1,, с. 8. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2389525/24-07, кл. Н 02 М 7/505, 1977. 3.Келлер О.К..и др. Автоподстройка частот л в ультразвуковых генераторах. Сб. трудов Промышленное применение токов высокой частоты, вып. 12. Л., Машиностроение, 1971. 4. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2543065/24-07, кл. Н 02 М 7/505, 1977.

19

11lfl и П у ПППППО

20

/,Л zt

задерж

3

2« 25

1 П И П О

/гау5.

попп

.г