Способ автоподстройки частоты источника питания резонансной колебательной системы

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания током повышенной частоты. Цель - повышение точности автоподстройки частоты источника питания. Устройство, реализующее способ автоподстройки частоты, состоит из блока 1 выделения фазы напряжения нагрузочного параллельного контура, блока 2 выделения фазы выходного напряжения источника питания. Сумматор 3 подсоединен к выходу блока 1. Схема сравнения 4 входами связана соответственно с выходом блока 2 и сумматора 3, а выход подключен к входу усилителя-преобразователя 5 сигнала рассогласования, выход которого связан с входом управляемого задающего генератора 6. Повышение точности автоподстройки частоты повышает мощность источника питания, снижает его загрузку реактивными токами и, соответственно, улучшает КПД и массо-габаритные показатели. 2 ил.

COI03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 (51)4 Н 02И7 5

".Р1 ) -

8 (!aJ! ° i.ъ|!! Л!! .)! l zi. э: :1,.) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фие. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К A BT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4381668/24- 07 (22) 04.01.88 (46) 30.09.89. Бюл. Н!- 36 (71) Московский энергетический институт (72) А,К. Калиманов (53) 621.314.57(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 817931, кл. H 02 М 7/505, 1977.

Келлер О.К., Кратыш Г.С., Дроздецкий 10.Н. Автоматическая подстройка частоты в ультразвуковых генераторах.

Промышленное применение токов высокой частоты/Сб. науч. трудов. Л.: ВНИИ

ТВЧ, 1973, Р 13, с. 229-237. (54) СПОСОБ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ

ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ РЕЗОНАНСНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания током по2 вышенной частоты. Цель — повышение точности автоподстройки частоты источника питания. устройство, реализующее способ автоподстройки частоты, состоит из блока 1 выделения фазы напряжения нагрузочного параллельного контура, блока 2 выделения фазы выходногo напряжения источника питания, Сумматор 3 подсоединен к выходу блока 1.

Схема 4 сравнения входами связана соответственно с выходом блока 2 и сумматора 3, а выход подключен к входу усилителя-преобразователя 5 сигнала рассогласования, выход которого связан с входом управляемого задающего генератора 6. Повышение точности ав- g топодстройки частоты повышает мощность источника питания, снижает его загрузку реактивными токами и, соответственно, улучшает КПД и массогабарит- С ные показатели. 2 ил.

Ф

Пн

К = — — + макс.

<< (2) где ц, — выходная частота источника питания;

35 !

: h,„= — — -- — коэффициент расстQ, LKCK ройки параллельного контура; „„- srctg(Rc,ta,(ь„-1));

Z - =JQL + — — + Z ⻠. JQC g

+ — sin58t +...

5.

45! -«Чхк «< к.-1«

3 151183

Изобретение относится к электро1 технике, в частности к способам автоподстройки частоты источника питания резонансной колебательной системы, и может быть использовано в уст5 ройствах электропитания током повышенной частоты.

Цель изобретения повышение точности автоподстройки частоты источника питания.

На фиг. 1 приведена схема источника питания, в котором используется предлагаемый способ автоподстройки частоты; на фиг. 2 — функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Источником питания служит автономный инвертор (фиг ° 1), выполненный по .мостовой схеме с диодами встречного 20 тока, подключенный по входу к источнику постоянного напряжения. К выходу инверторного моста подключена колебательная система, состоящая из последовательно соединенных коммути- 25 рующего Ъ,<С„-контура и параллельного нагрузочного L„RC„ — êîíòóðà., Устройство для осуществления автоподстройки по предлагаемому способу (фиг. 2) состоит из блока 1 выделения 30 фазы напряжения 11, нагрузочного параллельного L„RC„-контура, блока 2 выделения фазы выходного напряжения источника питания, сумматора 3, схемы 4 сравнения, усилителя-преобразова теля 5 сигнала рассогласования и управляемого задающего генератора 6..

Инвертор осуществляет преобразование постоянного напряжения в переменное напряжение U вь,хпрямоугольной формы, для которого

212Е Г . 1 — (singt + -з1п3<Ж + .

Таким образом, на колебательную систему воздействуют напряжение пер

242 H вой гармоники <1 = — — - sinet и бес,.

50 конечный ряд напряжений высших гармоник. Каждая составляющая напряя<ения UzÄ,„ вызывает соответствующую гармонику выходного тока инвертора, и форма выходного тока инвертора отлич- 55 на от синусоидального ° Однако форма напряжения на параллельном контуре близка к синусоидальной, так как высшие гармоники проходят, в основном, через конденсатор нагрузочного контура, почти не вызывая в нем падение напряжения. Цель автоподстройки заключается в получении максимальной мощности в нагрузке путем согласования работы источника питания и реактивных элементов колебательной системы. Для фиксированного значения активного сопротивления R максимальная мощность соответствует максимальной величине выходного напряжения

Uâûõ . Поскольку Uâüì является синусоидальным, то для обеспечения точной подстройки необходимо изменять частоту таким образом, чтобы обеспечивалось максимальное значение коэффициента передачи по напряжению К коЦ лебательной системы для первой гармоники Uв, т.е. вых х

Выражение для К определяется слеп дующим образом:

Ц

K вых вк Z нк вх — — (3)

1+1в„с„ьц !.-Е„) - «< „, о — - Ы к(".- ) Z„„= ->«V„„R+

1 а

h = — — — — коэффициент расстройо

41 1 кСк ки LKCк к нтУР (g„„= sr<:tg - — (h -I ) (4) Q Lg 2

Решая совместно уравнения (1)-(4); получаем

К„ ! ц „C„(h l)(h „-I)-j- "(1 ;1) 1511834

Параметры колебательной системы выбирают таким образом, что незначительное изменение частоты Я, привоизменению С Я„„и K Bpe 5 небрежительно малому изменению ting

Таким образом, можно считать, что реактивный член в выражении для К не зависит от частоты. В этом случае для данных параметров колебательной сис- !О темы при изменении частоты р,, когда ! - С1:Я»„ 1дЩ„» = О, имеем ! 1 )>0

Кц 1 - макс.

- "Ю к ц>кк

+j aî !

Сомножитель 1 означает, что напряжение на параллельном контуре Uz сдвинуто относительно напряжения U< на 90 эл.град. Таким образом, для получения максимального напряжения 20 что равносильно получению максимальной мощности в нагрузке, необходимо так изменять выходную частоту источника питания резонансной колебательной системы, чтобы обеспечивался 25 фазовый сдвиг между первыми гармониками питающего напряжения U, и напряжения на параллельном нагрузочном контуре U равный 90 эл.град.

Аналогичный результат можно полу- 30 чить и для других колебательных систем, когда, например, последовательно с параллельным нагрузочным конту.ром включен только дроссель L< или только конденсатор С„.

Устройство (фиг. 2) для осуществления автоподстройки частоты по предлагаемому способу работает следующим образом.

На вход первого блока выделения 40 фазы подается напряжение нагрузочного параллельного контура Г„, на выходе образуется сигнал (н», пропорциональный фазовому сидвигу этого напряжения. Сигнал ц„„ подается на первый вход сумматора 3, на второй вход коОп торого подается игнал "-90 ", пропорциональный фазовому сдвигу в 90 эл. град. На выходе сумматора образуется сигнал С ц„ — 90, который подается на первый вход схемы 4 сравнения, на второй вход которой подается сигнал (, пропорциональный фаэовому сдвигу выходного напряжения инверторного моста U, и получаемый с помощью блока 2 выделения фазы. Блок 5 осуществляет преобразование сигнала рассогласования, равного q †(„» +90, в нао о пряжение управления U которое так изменяет частоту выходного напряжения

U „задающего генератора б, а следовательно, и частоту всего источника питания, чтобы между напряжением на параллельном контуре Uö и выходным напряжением источника обеспечивался фазовый сдвиг, равный 90 эл. град.

Таким образом, способ обеспечивает точную автоподстройку частоты источника питания резонансной колебательной системы. Это позволяет повысить выходную мощность источника, снизить его загрузку реактивными токами. Последнее, в свою очередь, приводит к повышению КПД системы и сближению габаритов. Предлагаемый способ характеризуется простотой реализации. Он исключает необходимость использования специального датчика фазы питающего напряжения, так как можно использовать фазу выходных импульсов задающего генератора источника питания.

Последняя совпадает с первой. Для получения фазы напряжения параллельного контура можно использовать напряжение обратной связи, которое снимается с нагрузки в системах автоматического регулирования для стабилизации электрического режима нагрузки.

Формул а и з о б р е т е н и я

Способ автоподстройки частоты источника питания резонансной колебательной системы, состоящей из параллельного колебательного контура, включающего в себя цепь нагрузки, и других реактивных элементов, включенных с упомянутым контуром последовательно, заключающийся в том, что формируют опорный сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу выходного напряжения источника питания, формируют сигнал обратной связи, последний сравнивают с опорным, а из сигнала рассогласования формируют напряжение управления, которым воздействуют на задающий генератор источника питания, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности автоподстройки частоты источника питания, формируют сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу напряжения на параллельном колебательном контуре, формируют сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу в 90 эл. град., последний сформир>- ванный сигнал вычитают из предпоследнего и полученную разность сигналов используют в качестве сигналч обратной связи.

1511834

Составитель В. Поляков

Техред М,Дидык, Корректор О. Кравцова

Редактор А. Огар

Заказ 5910/56 Тираж б48 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101