Преобразователь частоты

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий симисторный блок с самогашением и двумя выходами, вход которого предназначен для подключения к питающей сети, усилитель разнополярных импульсов с включенным на выходе первым выводом первого резистора , формирователь импульсов с противофазными выходами, задатчик, источник опорного напряжения, выполненньш в виде двух одинаковых двуханодных стабилитронов, соединенных последовательно, общая точка которых .соединена с общим проводом устройства , свободные выводы стабилитронов предназначены для подключения через второй резистор и третий двуханодный стабилитрон к питающей сети, двухполупериодньй выпрямитель, о тлнчающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, он снабжен двумя элементами И, блоком реверса фазы импульсов, блоком силовых ключей, включенных по схеме перекрестного переключателя, интегратором , задатчик снабжен нуль-органом , управляемым генератором импульсов счетчиком, дешифратором, переключателем и RS-триггером, причем вход формирователя импульсов предназначен для подключения к питающей сети, а его противофазные выходы соединены с первыми входами соответствующих элементов И и входом блока реверса импульсов, выход которого соединен с управляюпщм входом блока силовых ключей, информационные входы которого соединены с выходами симисторного блока, а выход:ц 1 предназi начены для подключения к нагрузке, выход симисторного блока через ин (Л тегратор и управляемый генератор соединен со счетным входом счетчика , вход сброса которого через нульорган предназначен для подключения к питающей сети, выходы счетчика через Дешифратор и переключатель соединены с S- и R-входами RS-триг тера выход которого соединен с втосо ел рыми входами элементов И, выходы элементов И соединены с управляющи о ,ми входами усилителя разнополярных импульсов,входы питания которого подключены параллельно первому и второму двуханоднЫм стабилитронам и входу двухполупериодиого вьтрямителя, выход которого соединен с конденсатором и с цепями питания информационных блоков преобразователя, второй вывод первого резистора подключен к управляющему входу симисторого блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (504 Н 02 M 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СБИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3576589/24-07 (22) 11.04.83 (46) 15.08.85. Бюл. № 30 (72) В.П.Решетов и В.С.Кузнецов (53) 621.314.727(088.8) (56) Патент ФРГ № 2608313, кл. Н 02 P 5/40, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 922996, кл. Н 02 P 13/16, 1982. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий симисторный блок с самогашением и двумя выходами, вход которого предназначен для подключения к питающей сети, усилитель разнополярных импульсов с включенным на выходе первым выводом первого резистора, формирователь импульсов с нротивофазными выходами, задатчик, источник опорного напряжения, выпол- . ненный в виде двух одинаковых двуханодных стабилитронов, соединенных последовательно, общая точка которых,соединена с общим проводом устройства, свободные выводы стабилитронов предназначены для подключения через второй резистор и третий двуханодный стабилитрон к питающей сети, двухполупериодный выпрямитель, о тл и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, он снабжен двумя элементами И, блоком реверса фазы импульсов, блоком силовых ключей, включенных по схеме перекрестного переключателя, интегра„„яи„„117з5О1 A тором, задатчик снабжен нуль-органом, управляемым генератором импульсов счетчиком, дешифратором, переключателем и RS-триггером, причем вход формирователя импульсов предназначен для подключения к питающей сети, а его противофазные выходы соединены с первыми входами соответствующих элементов И и входом блока реверса импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока силовых ключей, информационные входы которого соединены с выходами симисторного блока, а выходы предназ.начены для подключения к нагрузке, выход симисторного блока через интегратор и управляемый генератор соединен со счетным входом счетчика, вход сброса которого через нульорган предназначен для подключения к питающей сети, выходы счетчика через дешифратор и переключатель соединены с S- н К-входами RS-триг.гера, выход которого соединен с вторыми входами элементов И, выходы элементов И соединены с управляющи,ми входами усилителя разнополярных импульсов, входы питания которого подключены параллельно первому и второму двуханодным стабилитронам и входу двухполупериодного выпрямителя, выход которого соединен с конденсатором и с цепями питания информационных блоков преобразователя, второй вывод первого резистора подключен к управляющему входу симисторого блока.

1 1173

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе в системах автоматического регулирования и в робототехнике. 5

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования выходного напряжения преобразователя.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, на фиг. 2 — временные 10 диаграммы: A — опорного синусоидального напряжения, Б — высокочастотного преобразования на одной из обмоток электродвигателя,  — импульсов на управляющем электроде симистора, 15

à — динамического состояния выходных шин деш»»фратора, на фиг; 3 — диграмма сдвига (А, Б) и изменения фазы (А, В} высокочастотного сигнала при реверсе электродвигателя. 20

Преобразователь частоты содержит симистор 1, два элемента 2.1, 2.2 .иидуктивности, два импульсных элемента 3,1 и 3,2 и две цепочки последовательно соединенных элементов кон-25 де»rarop — диод 4.1, 5.1 и 4.2, 5.2), входящие в состав симисторного блока 6, усилитель 7 разнополярных сигналов, выпрямитель 8, двухполупериодный формирователь 9 импульсов, источ-З0 иик опорного напряжения в виде двух двухаподных оцинаковых стабилитронов 10 и 11 конденсаторов 12 и 13,,цвуханодного стабилитропа 14 и резистора 15 интегратор 16 в канале обР

35 ратной связи, задатчик 17, элементы И 18 и 19, четыре ключа 20.1-20.4, блок 21 реверса фазы импульсов, состоящ»ш из двух элементов ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ ИЛИ 2?.1 и 22.2, Ключи 20.1-20.4

40 входят в состав блока 23, нуль-орган 24, счетчик 25 с дешифратором 26, переключатель 27 и генератор 28 — в состав задатчика 17, тиристоры 29 и

30 с ограничительными резисторами

31. 1, 31. 2 и 32 — a состав усилителя раз»»опох»ярных импульсов 7. Обмотки управления 33 и 34 исполнительного электродвигателя 35 соединены с выходами блока. 23.

Устройство работает следующим образом.

Задатчик 17 (фиг ° I) формирует сигнал широтно-импульсного управления в соответствующей фазе 8 полупериода переменного напряжения (фиг. 2 А), а симисторный блок 6 модулирует заполненную часть синусоиды, 501 обеспечивая на обмотках управле- . ния 33 и 34 рабочие высокочастотные напряжения со сдвигом фазы 90 эл. град. при соответствующихпереключениях ключей 20.1-20.4 (фиг. 3 AS и АВ и на фиг. 2 Б). Источник опорного напряжения формирует посредством выпрямителя и фильтровых конденсаторов 12 и 13 плюс-минус-постоянные напряжения относительно нулевой точки (g) устройства дпя питания элементов схемы и для коммутации симистора 1 разнополярными импульсами в соответствии с полярностью полупериода переменного напряжения (фиг. 2 В). Усилитель 7 усиливает сигнал управления, формируемый элементами 2И 18 и 19 в соответствии с фазой 9, которая задается уставкой переключателя 27 задатчика 17, и с полярностью полупериода синусоиды и определенным состоянием выхода формирователя. Тиристоры 29 и 30 упомянутого усилителя 7 выполняют роль ключевых элементов, коммутирующих симистор 1 разнополярными импульсами (фиг. 2 В).

Рассмотрим процесс формирования высокочастотного напряжения модуляции (фиг. 2 А) в четные и нечетные полупериоды напряжения сети f .

В положительньп» полупериод плюспотенциал, приложенный к элементу 1, вызывает заряд конденсатора 5.1 через диод 24.1 и конденсатора 5.2 через элемент 2,1 и первичную обмотку импульсного элемента 3.1. Когда напряжение на конденсаторе 5.2 достигнет уровня отпирания симистора 1 по аноду (при плюспотенциале на его управляющем электроде в фазе 17 ), то происходит разряд конденсатора 5.2 через открывшийся симистор 1, первичную обмотку импульсного элемента 3.2, элемент 2.2. Разряд конденсатора 5.1 через симистор 1 ограничен встречновключенным диодом 4.1. В процессе заряда конденсатора 5.2 формируется высокочастотньп» импульс на вторичной обмотке импульсного элемента 3.1 (фиг. 3 А), а в процессе его разряда через симистор 1 — на вторичной обмотке импульсного элемент» 3.2 (фиг.. 3 Б) . При соотвстс тнунппих параметрах элементов, »»мн эи.сь» сдвинуты на 90 эл. грал.

3 1173501 4

В дальнейшей фазе О в положительный полупериод напряжения сети

f. к обмоткам управления 33 и 34 электродвигателя 35 при соответствующих открытых входах-выходах ключей 20.1-20.4 (фиг. 1) прикладываются последовательности высокочастотных импульсов напряжения с фазовым ,сдвигом 90 эл. град., что вызывает крутящий момент на валу электродви- 1О гателя, пропорциональный заполнению синусоиды в приближении. Амплитуда формируемых последовательностей высокочастотных импульсов вследствие эффекта насыщения импульсных элементов 3.1 и 3.2 в приближении постоянна.

В отрицательный полупериод напряжения f ввиду симметрии схемы симисс торного блока 6 роли конденсаторов 5.1 и 5.2 меняются, Это вызывает первоначальное формирование высокочастотного,импульса на вторичной обмотке импульсного элемента 3.2 и формирование с фазовым сдвигом высокочастотного импульса на вторичной обмотке импульсного элемента 3.1 (фиг. 3 В,А).

В начале отрицательного полупериода формирователь 9 (фиг. 1) переключается. в состояние, которое обеспечивает проводящее состояние соответствующих входов-выходов ключей 20. 1-20.4. Это сохраняет знак фазового сдвига последовательностей высокочастотных импульсов на управляющих обмотках электродвигателя 35

З5 и знак крутящего момента в положительный и отрицательный полупериоды синусоиды

Нуль-орган 24 задатчика 17 в мо- 4О менты перехода синусоиды через нуль формирует строб-импульсы, обнуляющие счетчик 25 в начале каждого полупериода напряжения f . Генератор 28 формирует импульсы заполне- 45 ния этого счетчика, что последовательно коммутирует выходные шины дешифратора 26, начиная с младшей (фиг. 2 Г). В момент времени через переключатель 27 "1" коммутирует вторые входы элементов И в фазе 8 а на первые их входы передаются состояния выходов формирователя 9, определяемые четностью полупериодов напряжения f 55

Таким образом, в положительный полупериод логическую единицу формирует элемент И 18, а в отрицательный — И 19, которые коммутнруют управляемые по управляющему электро . ду тиристоры 29 и 30 через ограничительные резисторы 31.1 и 31.2. В положительный полупериод в соответствии с диаграммой В (фиг. 2) открывается тиристор 29, в отрицательный полупериод — тиристор 30. Обеспечивается широтно-импульсная коммутация симистора 1 разнополярными импульсами в соответствии с полярностью приложенного к его силовым электродам напряжения сети fc (фйг. 2 В). Это вызывает рассмотренную высокочастотную модуляцию заполненных по фазе полупериодов синусоиды (фиг. 2 А).

По каналу обратной связи посредством интегратора 16 осуществляется стабилизация скорости электродвигателя 35. Пусть, например, в результате возмущающих факторов колебания напряжения, изменения температуры и т.д. изменилась частота высокочастотного преобразования синусоидаль ного напряжения (синус-преобразования) в сторону увеличения частоты.

На выходе интегратора 16 формируется более высокий уровень постоянного напряжения, что вызывает изменение частоты генератора 28 в сторону уменьшения. Это изменяет фазу заполнения таким образом, что обеспечивается противодействие возмущающему фактору, и вызывает стабилизацию скорости электродвигателя.

Блок 21 переключается в другое

„состояние при подаче нв вход управления "1" вместо "0". Очевидно, что при подаче на вход управления

"0" блок 21 вновь переключается в исходное состояние. Реверс фазы импульсов в блоке 21 определяет возможность переключения обмоток управления 33 и 34 посредством ключей

20.1-20.4 с подключением их соответственно к выходам (а-б) и (в-r) импульсных элементов 3.1 и 3.2 (фиг.1) или s последовательности (в-r) и (а-б), что обеспечивает реверсирование электродвигателя 35. Модуляцией входа управления блока 21 (фиг. 1)

"1" и "0" при изменяющейся частоте сигнала управления обеспечивают широкий диапазон изменения момента противовключения электродвигателя 35 и подход исполнительного органа к положению позиции без "выбега". Сле117350 l довательно; принудительное переключение элемента 21 при необходимости торможения противовключением при подходе к позиции либо изменение фазы опорного напряжения на 1 80 эл.град, изменяет знак крутящего момента электродвигателя.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с базовым явля. ется (при достигнутых высоких техниКо ýêîíîìè÷åñêèõ показателях) отсутствие трансформаторов в цепях питания, снижающих надежность и значительно увеличивающих габариты и массу подобных устройств. Предлагаемое устройство позволяет создать простую твердотельную специализиро10 ванную интегральную схему.

1173501

1 7z

Ф4/8 2

Составитель С. Лузанов

Техред С.йовжий Корректор В ° Гирняк

Редактор К.Волощук

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 5076/53 Тираж 646 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5