Способ управления фазовым сдвигом импульсов

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при реализации систем управления трансформаторно-тиристорными регуляторами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличения диапазона управления фазовым положением импульсов. Указанная цель достигается тем, что формируют синхроимпульсы в фиксированной фазе сетевого напряжения, делят частоту этих синхроимпульсов на N (где N - целое число), формируют линейно изменяющееся напряжение, это напряжение синхронизуют синхроимпульсами пониженной частоты, подают напряжение управления, сравнивают это напряжение с линейно изменяющимся напряжением и в момент равенства этих напряжений формируют тактовый импульс, дифференцируют напряжение управления, результат дифференцирования интегрируют с постоянной времени, равной частному от деления периода сетевого напряжения на число выходных импульсов за период сетевого напряжения, а затем линейно преобразуют в частоту квазипериодического сигнала, причем начальную фазу квазипериодического сигнала восстанавливают в момент прихода очередного тактового импульса, а выходные импульсы формируют в фиксированной фазе квазипериодического сигнала. 3 ил.

сОюз соВетских социдлистичесни)1

РЕСПУБЛИК

А1 (19) О!) (1) Н 02 М 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоь чгп:-киям и отнеытиям пеи унт ссс (21).4328129/24-07 (22) 17.11.87 (46) 30.06.90. Бюп. Р 24 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) А.В.Матюков (53) 621.3!6.727(088.8) (56). Писарев А.Л., Деткин Л.П. Управление тиристорными преобразователями.

М.: Энергия, 1975, с.,26., Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И,M. Основы преобразовательной техники. М.: Высшая школа, 1980, с.402. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ФАЗОВЫМ СДВИГОМ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при реализации систем управления трансформаторно-тиристорными регуляторами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличения диапазона управления фазовым положением импульсов. Указанная цель достигаетИзобретение относится к преобразовательной технике, а именно к способам формирования импульсов управления в импульскь .х преобразователях.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличекия диапазона регулированияg

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняюшие способ при и = 10 и ш=? a — вре2 ся тем, что формируют синхронмпульсы в фиксированной фазе сетевого напряжения, делят частоту этих синхроимпульсов на п (где n — целое число), формируют линейно изменяющееся напряжение, это напряжение синхронизуIGT синхроимпульсами пониженной частоты, подают напряжение управления,сравнивают это напряжение с линейно изменяющимся напряжением и в момент равенства этих напряжений формируют тактсвый импульс, дифферекцируют напряжение управления, результат дифференцирования интегрируют с постоянной времени, равной частному от деления периода сетевого напряжения на число выходных импульсов за период сетево- 4 го напряжения, а затем линеино преобразуют в частоту квазипериодического сигнала, причем начальную фазу квазипериодического сигнала восстанавливают в момент прихода очередного тактового импульса, а выходные импульсы формируют в фиксированной фазе квазипериодическoro сигнала. 3 ил. менная диаграмма напряжения синхро- © импульсов с частотой f c; б — временная диаграмма напряжения синхроимпульсов после деления частоты; в -"график зависимости от времени периоди. ческого линейно изменяющегося напряжения и напряжения управления; r— Зь временная диаграмма напряжения тактовых импульсов: д — график зависимости от времени напряжения управления после проведения операций дифферекцирования и интегрирования с по1575275 стоянной времени !,„, е — временная диаграмма напряжения выходных импульсов; ж — гистограмма фазового сдвига выходных импульсов в зависимо5 сти от времени); на фиг.З вЂ” временные диаграммы, поясняющие способ при

n = 4 и m = 2 (а — временная диаграмма напряжения синхроимпульсов с частотой fc а — временная диаграмма напряжения синхроимпульсов после деления частоты; б — график зависимости от времени периодического линейно изменяющегося напряжения и напря° l жения управления; б — временная ди- Я5 агр амма напряжения т актовых импул ь-. сов; в — график зависимости от времени напряжения квазипериодического сигнала; r — временная диаграмма напряжения выходных импульсов; д — ги- 2О .стограммы фазового положения выходных импульсов в зависимости от времени; гистограмма d q соответствует сдвигу тактового импульса для данного !

U, а гистограмма 4 g соответствует 25 фактически воспринятому потребителем изменению фазы при скачкообразном изменении управляющего напряжения и отсутствии интегрирования. Г

Устройство, реализующее способ содер- З0 жит (фиг.1) последовательно соединенные синхронизатор 1,делитель 2частоты и генератор 3 пилообразного напряжения, выход которого соединен с одним входом нуль-органа 4 амплитудно-часЭ 35 тотный преобразователь 5, тактовый вход которого соединен с выходом нульор r ан а 4, последов ат ел ьно со единенные дифференциатор 6 и интегрирующую цепь 7, выход которой подключен на 0 вход амплитудно-частотного преобра зователя 5, причем управляющее напряжение поступает на другой вход нуль-органа 4 и на вход дифференциатора 6, вход синхронизатора 1 является входом устройства, а выход формирователя 8, входом подключенного к выходу амплитудно-частотного преобразователя.5 — его выходом, В предлагаемом способе первоначально в определенной фазе сетевого напряжения формируют синхроимпульсы, которые будут следовать с периодом

Т„ сетевого напряжения (фиг.2а). Затем делят частоту следования синхроимпульсов в и раз, например, выделяя казей и-й импульс (на фиг.2б п =10).

Одновременно формируют периодическое линейно изменяющееся напряжение, которое синхронизируют в определенной фазе синхроимпульсами пониженной частоты (фиг.2в). При этом период линейного напряжения Т, = n Т . На фиг.2в . в качестве примера изображено линейно падающее напряжение. Сформированное описанным образом напряжение сравнивают по величине с поступающим извне напряжением управления и я момент равенства этих напряжений формируют тактовый импульс (фиг.2г).

Если напряжение управления равно кулю, то тактовый импульс будет синфазен с каждым и-м синхроимпульсом.

Если напряжение управления не равно нулю, то приращение угла фазового сдвига ale„ ìoæåò превысить период сетевого напряжения. В частности, на фиг 2 ) 9 I>1, где d !.(измеряется в долях периода сетевого напряжения, Напряжение управления дифференцируют, интегрируют с постоянной времени !. (<Т „, а результат интегрирования линейно преобразуют в частоту, причем начальную фазу этого преобразованного квазипериодического сигнала восстанавливают в момент прихода очередного тактового импульса.

При этом частота преобразования f z соответствующая нулевой скорости изменения сигнала управления, выбирается равной f !! = mf, где f - частота сети, а m — целое положительное число. В этом случае, если скорость изменения сигнала управления действительно равна нулю, то в промежутках между тактовыми импульсами квазипериодический сигнал будет изменяться синхронно с синхроимпульсами сети, фазу формирования выходных импульсов необходимо выбрать фиксированной по отношению к квазипериодическому сигналу. Например, ее можно выбрать так, чтобы один иэ m выходных импульсов бып синфазен с синхроимпульсом сети.

Эта синфазность будет соблюдаться и в любой момент времени, т.к. незначительный набег фазы, связанный с неточностью установки начальной частоты преобразования, будет устраняться в момент восстановления начальной фазы квазипериодического сигнала тактовыми импульсами через каждые и периодов сети.

Изменение сигнала управления вызывает сдвиг тактового импульса на

dq, а после дифференцирования сигнала управления получается сигнал, 1575275 пропорциональный скорости изменения сигнала управления (фиг.2д). При этом изменение напряжения управления от нуля до максимального значения линейно изменяющегося напряжения обеспечивает фазовый сдвиг выходных импульсов, численно равный п.

Практически изменение сигнала может происходить с любой скоростью, причем быстрое изменение управляющего сигнала может быть полезным (т.е. связанным с необходимостью быстрого изменения фазы) и параэитным (связанным, например, со случайными флуктуациями управляющего сигнала или коммутационными помехами). Поскольку операция дифференцирования формирует напряжение, пропорциональное скорости изменения сигнала управления, то даже небольшие по амплитуде, но быстрые его изменения могут привести к искажению как переходной характеристики способа, так и его регулировочной характеристик. На фиг. Збд показано, к каким последствиям может привести отсутствие операции интегрирования, если в момент to происходит скачкообразное изменение сигнала управления. Как видно из графиков, тактовый импульс сдвигается на

Д с,, и в установившемся режиме результирующий фазовый сдвиг также должен равняться d g, Ío за счет того что после дифференцирования в момент t — to возникает импульс большой амплитуды (с е- функция), амплитудно-частотное преобразование дает мгновенный фазовый сдвиг на величину

d g . Этот сдвиг уже не связан с ам1 плитудой Б напряжения управления, а зависит от момента времени его о включения. Окончательное изменение фазы после операции формирования выходноro импульса будет воспринято потребителем так, как это изображено на фиг.Зд (,Д ц ), не так как на фиг.Зд (Q(P ). .Другими словами, при отсутствии операции интегрирования быстрое изменение управляющего напряжения в рассмотренном случае приводит к искажению переходной характеристики, а также.к искажению регулировочной их характеристики флуктуации сигнала, и коммутационные помехи могут привести к аналогичным искажениям.

Введение операции интегрирования ограничивает амплитуду сигнала после проведения ди4 ференцирования и делает возможным практическое использование способа.

Введение операции интегрирования

5 сигнала управления с постоянной времени С„= Тс/m после его дифференцирования обеспечивает, с одной стороны монотонность, определяемую способом переходной характеристики (и линейность регулировочной характеристики), с другой стороны, уменьшает вероятность сбоев в фазовом управлении, т.к. производит фильтрацию флуктуаций (шумов) управляющего напряжеf5 ния и коммутационных помех.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить диапазон управления фазовым положением импульсов до величины, равной и, и тем самым обеспечить возможность использования способа для формирования управляющих импульсов в транспортно-тиристорных преобразователях, т.е. позволяет расширить функциональные возможности способа.

Деление частоты синхроимпульсов в и раз позволяет в и раз увеличить период линейно изменяющегося напряже-ния и тем самым расширить диапазон

3О изменения фазового положения тактового импульса.Синхрониэация линейно изменяющегося напряжения синхроимпульсами, следующими с частотой в п раз меньше, чем частота сети, осуществляет "привязку" момента начала формирования линейно изменяющегося напряжения к фиксированной фазе сетевого напряжения.

4р Дифференцирование управляющего напряжения формирует сигнал, пропорциональный скорости изменения ос» новного сигнала управления. Такой сигнал необходимо для его дальнейше45 го преобразования в частоту, непрерывное изменение которой обеспечи-, вает плавный сдвиг по фазе выходного сигнала в промежутках между тактовыми импульсами.

Интегрирование продифференцированного сигнала с постоянной времени С„ обеспечивает фильтрацию управляющего напряжения от флуктуационных выбросов и коммутационных помех, которые усиливаются операцией дифференцирования. Кроме того, эта операция обеспе- . чивает монотонность переходной и линейность регулировочной характеристик.

1575275

Линейное преобразование амплитуды сигнала, проинтегрированного с постоянной времени g в частоту кваэипериодического сигнала обеспечивает заполнение промежутков времени между тактовыми импульсами квазипериодическим сигналом, сдвиг по фазе которого относительно синхроимпульсов зависит от скорости изменения сигнала

10, управления.

Восстановление пачальной фазы квазипериодического сигнала тактовыми импульсами обеспечивает фаэовую синхронизацию квазипериодического сигнала.

Поскольку эта синхронизация осуществляется в широком диапазоне фаэ, то и диапазон фазового изменения квазипериодического сигнала относительно синхроимпульсов будет широк, . Формирование выходного сигнала в фиксированной фазе кваэипериодическо-. го сигнала обеспечивает фазовую "привязку" выходного сигнала к квазипериодическому и гарантирует тем самым 25 сохранение выработанных предыдущнми операциями фазовых соотношений, Устройство, реализующее способ, р аб отает следующим о бр аз ом.

Сигналь пропорцио ь и сетево у ЗО напряжению, поступает на вход синхронизатора 1, где преобразуется в последовательность импульсов длительностью 500 мкс, передний фронт которых совпадает с моментом смены поляр35 ности входного сигнала с отрицательной на положительную.

Таким образом осуществляется реализация операции по формированию синхроимпульсов в фиксированной фаэ е 4 сетевого напряжения. Операция деления частоты синхроимпульсов в 10 раз осуществляется при помощи цифрового делителя частоты с использованием регистра сдвига. Генератор пилообразного напряжения работает на принципе разряда конденсатора током, постоян; ным по величине, с периодическим возBpRToM в исходное состояние. Таким образом реализуется операция формирования периодического линейно изменяющегося напряжения. Кроме того, генератор имеет вход синхронизации, позволяющий вернуть его в исходное состояние до момента окончания его собственного периода. На вход синхрони55 зации генератора подаются импульсы с выхода делителя частоты, за счет чего и осуществляется реализация операции по синхронизации линейно изменяющегося напряжения. При этом период этого напряжения становится равным 0,2 с.

Последующая операция сравнения напряжения управления, которое подается извне,, с линейно изменяющимся напряжением осуществляется при помощи нульоргана 4. В момент равенства напряжений на входах нуль-органа 4 его выводной сигнал мгновенно меняется с

+1 на — 1. Здесь же, в .нуль-органе 4, это напряжение дифференцируется на дифференцирующей цепи с С =500 мкс

"2 и ограничивается. При этом на выходе компаратора появляется импульс, аналогичный импульсу на выходе синхронизатора 1, но сдвинутый относительно последнего по фазе, величина которойпропорциональна напряжению управления. При этом приращение фазы от одного тактового импульса к другому пропорционально скорости изменения сигнала управления. Диапазон изменения фазового сдвига в данном случае равен 9,5 периодам сетевого напряжения, а коэффициент, преобразования напряжения в фазовый сдвиг =0,53 1/В (здесь фазовый сдвиг измеряется в долях периода сетевого напряжения и является безразмерной величиной)„

Одновременно напряжение управления дифференцируется на дифференциаторе 6 с коэффициентом пропорциональности К 1= 1 с (операция дифференцирования), затем пропускается через интегрирующую цепь 7 с,„ = fi0 с и коэффициентом пропорциональности

К = 1 (операция интегрирования) и поступает на вход амплитудно-частотного преобразователя 5. Этот преобразователь осуществляет операцию преобразования амплитуды проинтегриро- =. ванного с постоянной времени „ сигнала в частоту квазипериодического сигнала. Указанное преобразование реализуется в преобразователе генератором линейно падающего напряжения, период которого линейно зависит от входного напряжения, При незначительных изменениях периода можно считать,что и частота колебаний этого генератора зависит от входного напряжения также линейно, Генератор линейно падающего напряжения отрегулирован так, что частота Е„ ; соответствующая нулевому входному напряжению, равна 2 Е а коэффициент амплитудно-частотного преобразования (0,5.

1575275

Поскольку входное напряжение про-— порционально скорости изменения напряжения управления, то отклонение частоты на выходе генератора будет также пропорционально скорости изменения управляющего сигнапа. Интегрирование в данном случае устраняет быстрые флуктуации сигнала управления и сбои, происходящие при быстром изменении, но не аннулирует результат дифференцирования.

Период сигнала на выходе амплитудно-частотного преобразователя меняется, но достаточно медленно, поэтому этот сигнал можно назвать квазипериодическим, Также как генератор 3 пилообразного напряжения, генератор линейно-падающего напряжения в преобразователе

5 имеет вход синхронизации. На этот вход поступают тактовые импульсы с выхода нуль-органа и возвращают генератор в исходное фазовое состояние.

Этим реализуется операция восстановления начальной фазы квазипериодического сигнала в момент появления очередного тактового импульса.

Формирование выходных импульсов в фиксированной фазе выходного напряжения осуществляется при помощи формирователя 8, Это формирование осуществляется путем фиксации начала кваэипериода компаратором с последующим формированием короткого импульса дифференцирующей цепью. Окончательное формирование осуществляется транзистором.

В рассмотренном примере частота следования управляемых по фазе импульсов равна 2 f а практически достигаемый диапазон управления (диапазон изменения фазы) равен 9,5, что позволяет испольэовать устройство для управления трансформаторно-тиристорным регулятором с числом трансформаторных отводов, равным 8.

Таким образом, предлагаемый способ обладает более широкими функциональными возможностями„ а именно: за счет увеличения диапазона управления фазовым положением импульсов он позволяет использовать эти импульсы для управления трансформаторно-тиристорным регулятором напряжения, чего не обеспечивал прототип.

Другое преимущество заключается в

Э том что способ позволяет одновремен" но с управлением фазовым положением выходных импульсов за счет выбора ь кратности начальной частоты преобразования частоте сети осуществлять одновременное умножение частоты входного сигнала (частоты сети). Это, в свою очередь, позволяет при наличии дополнительного фаэного распределителя испольэовать способ для формирования управляющих импульсов в многофазных преобразователях.

Формула изобретения

20 Способ управления фазовым сдвигом импульсов, заключающийся в том, что формируют импульсы синхронизации с сетевым напряжением, формируют периодическое линейно изменяющееся на25 пряжение, период которого определяется периодом импульсов синхронизации, сравнивают периодическое линейно изменяющееся напряжение с напряжением управления, формируют тактовые сигналы в момент равенства периодического линейно изменяющегося напряжения и напряжения управления и формируют выходные импульсы, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей. за .

35 счет увеличения диапазона регулирования, импульсы синхронизации формируют один раэ за и периодов сетевого напряжения, где n ) 1, формируют вспомогательный сигнал путем диф-ференцирования и интегрирования напряжения управления с постоянной времени, равной частному от деления периода сетевого напряжения на число вы45 ходных импульсов эа период сетевого напряжения, формируют квазипериодическое напряжение, частота которого линейно зависит от амплитуды вспомогательного сигнала, начальную фазу

50 тактового сигнала устанавливают в момент появления синхронизирующего сигнала, а выходные импульсы формируют

B начале каждого сигнала кваэипериодического сигнала.

1 и Ю 4

Составитель А.Киселев

Еаа 1

Редактор M.Циткина Техред М. Дидык Корректор Т.Палий

Заказ 1790 Тирам 493 Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

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