Регулятор частоты электромашинного преобразователя постоянного напряжения в переменное

 

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в различного рода электромашинных преобразователях пост, тока В перем. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты напряжения на выходе электромашинного преобразователя; .- Регулятор частоты содержит измерительный орган 1, фазовый детектор 2, усилитель 3 мощности, фильтр 4 низких частот, управляемый г-р импульсов , выпрямитель 7 и элемент ИЛИ 6. Измерительный орган 1 состоит из триггера 8 Шмитта, трех элементов И 9, 10 и 11, Т-триггера 12, RS- триггера 13, г-ра 14 счетных импульсов , счетчика 15 импульсов и двух элементов 16 совпадения. Требуемая частота вращения задается выбором величины частоты управляемого г-ра импульсов при отсутствии захвата напряжения на его входе и выбором ширины полосы захвата, определяемой областью начальных расстроек частоты, в к-рой при любых начальных условиях устанавливается режим удержания. Повышение точности обеспечивается тем, что на величину частоты не оказывает влияния изменение амплитуды регулируемого напряжения. 2 ил. а сл N54;; Фиг

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (5)) 4 Н 02 Р 11/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСЙОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 392 1589/24-07 (22) 04.07.85 (46) 07.04.87. Бюл. Ф 13 (72) Н.И.Григоров, М.И.Загороднев, Б.Т.Кононов, О.Г.Литвинов и В.И.Терентьев (53) 621.313.322:621.316.722(088.8) (54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в различного рода электромашинных преобразователях пост. тока в перем. Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты напряжения на выходе электромашинного преобразователя;. Регулятор частоты содержит измерительный орган 1, фазовый детектор 2, усилитель 3 мощности, фильтр 4 низких частот, управляемый г-р импульсов, выпрямитель 7 и элемент

ИЛИ 6. Измерительный орган 1 состоит из триггера 8 Шмитта, трех элементов И 9, 10 и 11 Т-триггера 12, RS-. триггера 13, г-ра 14 счетных импульсов, счетчика 15 импульсов и двух элементов 16 совпадения. Требуемая частота вращения задается выбором величины частоты управляемого г-ра импульсов при отсутствии захвата напряжения на его входе и выбором ширины полосы захвата, определяемой областью начальных расстроек частоты, в к-рой при любых начальных условиях устанавливается режим удержания. Повышение точности обеспечивается тем, что на Ж величину частоты не оказывает влияния ру изменение амплитуды регулируемого напряжения. 2 ил.

1302416

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления электромашинными преобразователями постоянного напряжения в пере.— менное. .5

Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты напряжения на выходе электромашинного преобразователя.

На фиг. 1 приведена блок-схема. ре- 10 гулятора частоты электромашинного преобразователя постоянного напряжения в переменное; на фиг. 2 — диаграммы напряжений соответственно на выходе элементов от времени при ре- 15 гулируемой частоте f много меньшей номинальной f„ (а) и f„ f „ (Б) . Регулятор частоты электромашинно- . го преобразователя постоянного напряжения в переменное содержит измерительный орган 1 частоты, вход которого предназначен: для связи с силовым выходом электромашинного преобразователя, вырабатывающего напряжение U Ä, а выход подключен к входу фазового детектора 2 с выходом, предназначенным для связи через усилитель 3 мощности с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя. Регулятор частоты также содержит фильтр 4 низких частот, управляемый генератор 5 импульсов, элемент ИЛИ 6, выпрямитель 7. фазовый детектор 2 выполнен в виде первого RS-триггера, усилитель 3 мощности — в виде электронного ключа, а измерительный орган 1 частоты — на триггере Шмитта 8, трех элементах И

9 — 11, Т-триггере 12, втором RSтриггере 13, генераторе 14 счетных 40 импульсов, счетчике 15 импульсов, и двух элементах 16 совпадения (первый

1 имеет выходное напряжение U

Первый вход первого элемента И 9 подключен к выходу генератора 14 счетных импульсов, второй вход — к прямому выходу Т-триггера 12, вход которого соединен с первыми входами второго 10 и третьего 11 элементов И и выходом триггера Шмитта 8 с входом, подсоединенным к входу измерительного органа 1 частоты. Счетный вход счетчика 15 импульсов подключен к вы- 55 ходу первого элемента И 9, вход нулевой установки к инверсному выходу Ттриггера 12, а выход — к входам первого и второго элементов 16 совпадения, S u R âõîäû второго RS òðèããåра 13 соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, прямой и инверсный выходы соответственно с вторыми входами второго 10 и третьего 11 элементов И, S-вход первсго RS-триггера 2 подключен к выходу второго элемента И 10, R âõoä к выходу управляемого генератора 5 импульсов, а прямой выход— к первому входу элемента ИЛИ 6 и через фильтр 4. низких частот — к входу управляемого генератора 5 импульсов.

Второй вход элемента ИЛИ 6 подсоединен к выходу третьего элемента И 11, а выход — к управляющему входу электронного ключа 3, выход которого предназначен для связи с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя, а вход подсоединен к выходу выпрямителя 7 с входом, подключенным к выходу измерительного органа 1 частоты.

Регулятор частоты работает следующим образом..

В процессе пуска и в случае, когда частота 1.t- вырабатываемого напряI жения значительно меньше номинальной

f т.е. f „»- f „(фиг. 2a), имеет мес. то сигнал на втором выходе измерительного органа частоты (выходе третьего элемента И 11). Это достигается следующим образом. Импульсы, следующие с выхода триггера Шмитта 8, поступают на вход Т-триггера 12. Выходной сигнал на прямом выходе этого триггера имеет форму импульсной последовательности, длительностьимпульсов которой равна длительности пауз и периоду входного напряжения UII„ .

Выходной сигнал инверсного выхода представляет собой инвертированный сигнал прямого выхода. На выходе первого элемента И 9 появляется сигнал в каждом нечетном периоде входного напряжения в момент, когда имеется сигнал на выходе генератора 14 счетных импульсов. В счетчике 15 импульсов производится подсчет числа совпадений импульсов с выхода генератора 14 счетных импульсов в течение нечетных периодов входного напряжения

UIIX1

Сигнал U на выходе первого элемента совпадения появится тогда, когда в счетчике 15 импульсов будет подсчитано число N т.е. спустя время выбираемое равным, например, по13024 f 6 ловине периода входного напряжения

1 1 при номинальной частоте f 7(=-Т = — —. н (2 ((2f н

Спустя время 7, в счетчике 15 импульсов будет подсчитано число N и появ- 5

lI а ляется сигнал U(на выходе второго элемента совпадения. Время Г выбирается равным периоду входного напряжения Т, частота которого равна частоте полосы захвата f управляемо- 10

ro генератора 5 импульсов, т.е.с

Т = —. В процессе пуска f cc f a з у г (( з (( значит f (.(f 3ПоэтомусигналUбпо является раньше, чем произойдет уста- 15 новка счетчика 15 импульсов в нуль сигналом с инверсного выхода Т-триггера 12.

Сигнал U, переводит второй RSтриггер 13 в единичное состояние, а 20 (( появление сигнала Ц„ возвратит второй RS-триггер 13 в нулевое состояние, при котором разрешено прохождение импульсной последовательности с выхода триггера Шмитта 8 через третий25 элемент И 11 и элемент ИЛИ 6 на управ— ляющий вход электронного ключа 3.

Электронный ключ 3 с входной частотой открывается на малые промежутки времени и подключает цепь обмотки воз- 30 буждения приводного двигателя электромашинного преобразователя к выходу выпрямителя. При этом среднее значение напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения, будет малым, что обеспочивает незначительный ток в обмотке возбуждения приводного двигателя и быстрый разгон электромашинного преобразователя.

В случае, когда частота f, выраба- 40 тываемого напряжения примерно равна ,номинальному значению f„ 2b), т.е. частота f находится в полосе г захвата управляемого генератора 5 импульсов; то происходит переключение 45 выходов измерительного органа 1 и появляется напряжение на его первом выходе (выходе второго элемента И 10).

Происходит это следующим образом.

После появления сигнала U вто(6 рой RS-триггер 13 перебрасывается в положение, при котором на его прямом выходе появляется высокий потенциал.

К моменту установки счетчика 15 им(( пульсов в нуль сигнал U на выходе второго элемента совпадения не появляется, так как f > 1з, à T, - T» т. е. второй RS-триггер 13 остается в единичном состоянии, разрешающем прохождение импульсной последовательности с выхода триггера Шмитта 8 через вто рой элемент И 10 на S-вход первого

RS-триггера 2. На R-вход первого RSтриггера 2 поступает импульсная последовательность с выхода управляемого генератора 5 импульсов. Собственная частота f управляемого генератора импульсов выбирается заведомо мень ше номинальной частоты f вырабаты(( ваемого напряжения.

Длительность напряжения на выходе первого RS-триггера 2 определяется фазовым сдвигом между входными импульсными последовательностями и зависит от начальной разности частот

f и Й . Напряжение с выхода первого

RS-триггера поступает через фильтр 4 нижних частот на вход управляемого генератора 5 импульсов. При этом происходит перестройка частоты следования импульсов на выходе этого генератора и ее автоматическая подстройка к значению f =f„, т.е. происходит так называемый захват частоты управляемого генератора импульсов. При этом частота f становится равной о 9 Ф (1) где К вЂ” частота следования импульсов управляемого генератора импульсов при отсутствии напряжения на его входе;

К вЂ” коэффициент передачи управляемого генератора импульсов;

U — управляющее напряжение на выходе фильтра нижних частот.

Напряжение U, поступающее на вход управляемого генератора импульсов, равно

4 4 2с (2) где К вЂ” коэффициент передачи фильтра нижних частот; — среднее напряжение на выходе первого RS-триггера.

После того, как произошел захват, управляемый генератор импульсов начинает генерировать импульсы U> с частотой, равной действительной частоте вырабатываемого напряжения. Эти импульсы сдвинуты по фазе в сторону отставания на угол Р по отношению к импульсам U(с первого выхода измерительного органа. Величина угла сдвига фаз пропорциональна требуе-, мой величине управляющего напряжения, необходимого для подстройки частоты

1302416 управляемого генератора импульсов.

При поступлении на вход первого RSтриггера импульсов U, сдвинутых по фазе на угол р по отношению к импульсам U, напряжение на выходе фазового детектора будет равно (3) где К вЂ” коэффициент передачи первог

ro RS-триггера 2.

В соответствии с выражениями (1) — 10 (3) и равенством f< =f угол (пропорционален скольжению действительной частоты вырабатываемого напряжения по отношению к фиксированной частоте f управляемого генератора им- 15 о пульсов

Г о

К„К„, К, (4) Таким образом, величина угла сдвига фаз, а значит, и длительность импульсов U пропорциональны отклонению частоты от заданного значения.

Чем больше это отклонение, тем больше открыт электронный ключ 39 тем 25 больше среднее напряжение, прикладываемое к обмотке возбуждения приводного двигателя электромашинного преобразователя, тем меньше частота его вращения и, следовательно, меньше частота f . Регулятор частоты реагирует на любое изменение частоты f, электромашинного преобразователя.

При увеличении f очередной импульс с первого выхода измерительного органа 1 на S-вход первого RS35 триггера приходит раньше и увеличивается фазовый сдвиг между импульсными последовательностями с первого выхода измерительного органа и с выхода управляемого генератора 5 импульсон.

При этом увеличивается управляющее напряжение на выходе фильтра 4 низких частот и управляемый генератор импульсов начинает генерировать импульсы с частотой f,,т.е, подстраивается .под частоту генератора электромашинного преобразователя.

Для того, чтобы частота управляемого генератора импульсов оставалась постоянно равной f необходимо существование фазового сдвига Р между импульсными последовательностями на входах первого RS-триггера, при кото55 ром выполняется равенство .(4).

Кроме того, чем больше величина угла, тем больше открыт электронный ключ 3 и тем больше величина среднего напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения приводного двигателя электромашинного преобразователя, что вызовет уменьшение частоты

f до прежнего уровня.

Если частота вырабатываемого напряжения становится меньше, то происходит обратный процесс.

В устройстве нет источника эталонной частоты, его роль как бы выполняет управляемый генератор импульсов.

Требуемая частота вращения двигателя задается выбором величины частоты f управляемого генератора импульсов при отсутствии захвата напряжения на его входе и выбором ширины полосы захвата + ь Й . Под полосой захвата понимают область начальных расстроек частоты, в которой при любых начальных условиях устанавливается режим удержания. Если частоту управляемого генератора импульсов при отсутствии управляющего напряжения на

его входе обозначить через fo, а ширину полосы захвата — через iaaf, то частота захвата определится по формуле

3 о- э

Если разность частоты генератора электромашинного преобразования и управляемого генератора импульсов не превышает ширину полосы захвата, то частота управляемого генератора импульсов подстраивается под частоту генератора электромашинного преобразователя и система фазовой автоподстройки частоты находится в режиме удержания (режиме захвата).

Если начальная расстройка частот больше ширины полосы захвата абаз, то имеет место режим биений и частоту управляемого генератора нельзя подстроить под частоту генератора элект. ромашинного преобразователя.

При выборе величин Е и 2 4Q следует учесть величину максимально возможного заброса частоты при сбросе нагрузки электромашинного преобразователя. При этом величины f и+af должны быть выбраны таким образом, чтобы при максимальном забросе частоты система фазовой автоподстройки частоты оставалась бы в режиме удержания.

Преимущества регулятора частоты для электромашинных преобразователей состоят в том, что его использование позволяет повысить точность стабили1302416 зации частоты, так как на величину частоты f не оказывает влияние изменение амплитуды регулируемого напряжения, а также обеспечить быстрый пуск электромашинного преобразователя.

Формула и з обретения

Регулятор частоты электромашинного преобразователя постоянного напряжения в переменное, содержащий измерительный орган частоты, вход которого предназначен для связи с силовым выходом электромашинного преоб- 15 разователя, а выход подключен к входу фазового детектора с выходом, предназначенным. для связи через усилитель мощности с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя элект-20 ромагнитного преобразователя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты, введены фильтр низких частот, управляемый генератор импульсов, элемент ИЛИ, выпрямитель, причем фазовый детектор выполнен в виде первого RSтриггера, усилитель мощности в виде электронного ключа, а измерительный орган частоты — на триггере Шмитта, трех элементах И, Т-триггере, втором

RS-триггере, генераторе счетных импульсов, счетчике импульсов и двух элементах совпадения, первый вход первого элемента И подключен к выходу 35 генератора счетных импульсов, второй вход — к прямому выходу Т-триггера, вход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И и выходом триггера Шмитта с входом, подсоединенным к входу измерительного органа частоты, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу первого элемента И, вход нулевой установки к инверсному выходу

Т-триггера, а выход — к входам первого и второго элементов совпадения Sи R-входы второго RS-триггера соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, прямой и инверсный выходы соответственно,с вторыми входами второго и третьего элементов И, S-вход первого

RS-триггера подключен к выходу второго элемента И, R-вход к выходу управляемого генератора импульсов, а прямой выход — к первому входу элемента

ИЛИ и через фильтр низких частот к входу управляемого генератора импульсов, второй вход элемента ИЛИ подсоединен к выходу третьего элемента И, а выход — к управляющему входу электронного ключа, выход которого предназначен для связи с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя элект ромашинного преобразователя, а вход подсоединен к выходу выпрямителя с входом, подключенным к входу измерительного органа частоты, уставка первого элемента совпадения .меньше уатавки второго элемента совпадения, управляемый генератор импульсов настроен на частоту при отсутствии управляющего напряжения, меньшую заданной частоты напряжения на силовом выходе электромашинного преобразователя.

1302416

Составитель А.Акимов

Редактор А.Ыандор Техред М.Ходанич Корректор Г.решетник

Заказ 1223/55 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4