Формирователь тактовых импульсов для управления преобразователем частоты

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„. Ы „„1737673 А1 (я)5 Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР )

\)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

- 1

2 (л) V

О 4 (л) (21) 4470010/07 (22) 01.08.88 (46) 30.05.92, Бюл. ¹ 20 (71) Уфимский авиационный институт им, Серго Орджоникидзе (72) А.B.Èâàíîâ, А.М.Уржумсков и А,В.Шалагино (53) 621.314.27 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹936364,,кл. Н 02 М 7/48, 1980.

Мирский Г.Я. Микропроцессоры в измерительных приборах. М,: Радио и связь, 1984, с, 109. (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение в системах управления тиристорными преобразователями частоты.

Известны устройства, в которых осуществляется регулирование по среднему значению периодического входного сигнала.

Для получения среднего значения периодического сигнала используется интегрирующая цепь с выпрямителем, например, осуществляется релейное регулирование по величине среднего значения тока в вентилях тиристорного инвертора, Среднее значение за период сигнала, снимаемого с выхода трансформаторного датчика тока, получается при помощи мостового выпрямителя и интегрирующей цепи. Может быть (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления преобразователями частоты.

Цель изобретения — повышение быстродействия управления. Формирователь содержит датчик выходного напряжения преобразователя, подключенный через два ключа и два интегратора к входам коммутатора, выход которого подключен к входу генератора тактовых импульсов, выход которого через триггер подключен к входам коммутатора и через дифференцирующие цепи — к входам сброса интеграторов. Поставленная цель достигается за счет того, что интегрирование входного сигнала производится в течение всех периодов выходных импульсов. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. также применена интегрирующая цепь для выделения среднего значения входного сигнала, который в указанных устройствах является однополярным. Поэтому выпрямитель в них.не используется.

Однако использование интегрирующих цепей в составе измерителей среднего значения входного сигнала в системах автоматического регулирования часто бывает ограничено по причине их низкого быстродействия. Для того, чтобы получить сигнал среднего значения с достаточно низким уровнем пульсаций для дальнейшего использования его в системе регулирования, требуется интегрирующая цепь (фильтр) с большой постоянной времени.

1737673

10

Сигнал на выходе такого фильтра устанавливается через десятки, а то и сотни периодов входного сигнала. Поэтому быстродействие систем регулирования по среднему значения определяется в основном потерями времени на интегрирование во входном фильтре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, в котором происходит время-импульсное измерение аналогового входного сигнала с помощью интегратора, снабженного цепью сброса, управляемого микропроцессором. Выходной сигнал микропроцессора в цифровой форме можно использовать для целей управления. Для того, чтобы вести регулирование по среднему значению входного сигнала переменной формы, в известном устройстве применен входной блок, содержащий измерительный преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока.

Преобразователи типа выпрямительфильтр обладают низким быстродействием, что делает их непригодными для использования в системах управления по среднему значению периодического входного сигнала для ряда технологических процессов, в которых используются тиристорные преобразователи частоты. В частности, такими являются техпроцессы с использованием индукционного нагрева (изотермическая штамповка, варка оптического стекла, полупроводниковая эпитаксия, выращивание монокристаллов). Удобным параметром для управления техпроцессом с использованием индукционного нагрева является среднее значение напряжения на нагрузке тиристорного преобразователя.

Использование в системах управления по среднему значению измерителей типа выпрямитель-фильтрделает их неэффективными по причине низкого быстродействия.

Цель изобретения — повышение быстродействия управления.

Цель достигается тем, что формирователь тактовых импульсов для управления преобразователем частоты, содержащий управляемый генератор тактовых импульсов, первый управляющий вход которого использован для подключения напряжения управления, коммутатор, датчик выходного напряжения преобразователя и первый интегратор с входом сброса, снабжен вторым интегратором с входом сброса, двумя ключами, двумя дифференцирующими цепями и T-триггером, причем выход датчика выходного напряжения через первый и второй ключи подключен соответственно к входам первого и второго интеграторов, выходы ко15

55 торых подключены к первому и второму входам коммутатора, выход которого соединен с вторым управляющим входом генератора тактовых импульсов, выход которого использован в качестве выхода формирователя и подключен к входу Т-триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к управляющим входам коммутатора и через соответствующую дифференцирующую цепь — к входу сброса соответствующего интегратора. Кроме того, датчик выходного напряжения преобразователя выполнен в виде выпрямителя.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы аналоговой части устройства.

На фиг. 1 изображены входной блок (выпрямитель) 1, ключи 2 и 3, интеграторы 4 и 5 с входами сброса; дифференцирующие цепи 6 и 7; триггер 8, мультиплексор 9, управляемый генератор 10 тактовых импульсов, преобразователь 11 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение UH, пропорциональное напряжению на нагрузке преобразователя, прикладывается к входному выпрямителю 1 и через ключи 2 и 3, работающие противофазно под управлением триггера 8, подается на входы интеграторов 4 и

5, Пусть на выходе триггера 8 присутствует напряжение высокого уровня {интервал

t() — t1 на фиг. 2, диаграмма 0а), следовательно, ключ 2 включен, а ключ 3 — выключен, Напряжение с выхода выпрямителя 1 — 01 приложено к входу интегратора 4. Накопительный конденсатор интегратора 4 перед этим разряжен — когда на время переднего фронта сигнала Q замыкается ключ интегратора 4. Время замыкания ключа интегратора

4 — не более времени переключения триггера 8, обеспечивается дифференцирующей цепочкой 6.

Конденсатор интегратора 4 в интервале

to — t1 заряжается от приложенного напряжения 01. Выходное напряжение интегратора на участке к концу интервала ъо — т1 равно

04 = 01от. (1)

В момент t< триггер 8 переключается импульсом генератора 10. При этом на выходе Q триггера 8 напряжение становится низким, а на выходе Q — высоким. В момент т1 на время переключения триггера 8 замыкается ключ интегратора 5, подготавливая последний к работе (сбрасывается ранее накопленный заряд на конденсаторе интегратора 5), Ключ 3 в интервале т1 — г замкнут и

1737673 выходное напряжение выпрямителя Ui приклады вается к входу интегратора 5, который на интервале ti — t2 работает аналогично интегратору 4. На выходе интегратора 4 в интервале ti — t2 сохраняетсянакопленное за 5 интервал ti — tz напряжение, равное (1). 3а интервал ti — т напряжение на выходе интегратора 5 становится равным

Ug= g Uidt. (2)

В момент tz триггер 8 вновь переключается импульсом генератора 11. При этом происходит сброс напряжения на интеграторе 4, а интегратор 5 сохраняет накопленное значение в течение интервала t2 — тз.

Мультиплексор 9 управляется выходным напряжением триггера 8 таким образом, что к входу генератора 10 подключено выходное напряжение того интегратора 4 или 5, который на данном интервале хранит накопленное напряжение. Таким образом, можно записать, что напряжение, приложенное к входу генератора 10 в любом интервале времени.

Ug= f",. „Uidt= /; Uidt, (3) 25 где i — текущий интервал времени, равный периоду выходных импульсов генератора

10, т;е. периоду Т управления преобразователем, 30

При увеличении частоты управления преобразователем 11 увеличивается амплитуда напряжения на нагрузке U<. Поэтому возрастает величина напряжения Ug, что показано на фиг, 1, начиная с интервала t4 — tg, Частота выходных импульсов генератора 10 зависит от величины сигнала задания

Uaaa и величины сигнала измерителя среднего значения Ug(3). Генератор 10 поддерживает частоту импульсов управления 40 преобразователем 11 такой, что Ug = 0зад, При нарушении этого равенства по причине изменения Uaap или напряжения на нагруз-. ке вследствие изменения ее параметров, генератор 10 корректирует частоту импульсов 45 управления преобразователем 11 до момента наступления равенства Ug = Uaap.

По определению средним значением периодического сигнала называется интеграл сигнала за период, деленный на величи- 50 ну периода Т. Следовательно

1 т

Ugcp = — f Uidt.

Т о

Если для целей регулирования необходима величина именно среднего значения, то в генераторе 10 необходимо выполнять деление входной величины Ug (3) на период выходных импульсов Т генератора 10, Это можно осуществить, если генератор 10 выполнить на основе цифрового таймера, сигнал Ug (3) преобразовать в цифровую форму с помощью АЦП, а деление на величину периода и программирование таймера выполнить с помощью микропроцессора, В этом случае АЦП, таймер и микропроцессор входят в состав генератора 10.

B большинстве случаев для целей регулирования достаточно лишь величины интеграла контролируемого сигнала за период, В этом случае генератор 10 можно выполнить аналоговым.

Изобретение выполнено на макете технологической установки с использованием тиристорного преобразователя мощностью

100 кВт, частотой 10 кГц, работающего на резонансную нагрузку. В качестве параметра регулирования используется напряжение на нагрузочном контуре. Система строится на основе однокристальной микроЭВМ К 1816 BE 48. В качестве таймера использована микросхема К 580 ВИ 53, в качестве АЦП вЂ” К 111ЭПВ1А, мультиплексора — К 590 КН2.

По сравнению с системой управления, имеющей в качестве измерителя среднего значения интегрирующий фильтр с выпрямителем, предлагаемое устройство показывает значительно меньшие величины перерегулирования и время установления напряжения на нагрузке. Полностью отсутствует колебательный процесс установления регулируемого параметра, наблюдающийся в системе с измерителем выпрямитель-фильтр при больших изменениях заданной величины параметра регулирования.

Формула изобретения

1. Формирователь тактовых импульсов для управления преобразователем частоты, содержащий управляемый генератор тактовых импульсов, первый управляющий вход которого использован для подключения напряжения управления, коммутатор, датчик выходного напряжения преобразователя и первый интегратор с входом сброса, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия управления, он снабжен вторым интегратором с входом сброса, двумя ключами, двумя дифференцирующими цепями и Т-триггером, причем выход датчика выходного напряжения через первый и второй ключи подключен соответственно к входам первого и второго интеграторов, выходы которых подключены к первому и второму входам коммутатора, выход которого соединен с вторым управляющим входом управляемого генератора тактовых импульсов, выход которого использован в качестве выхода формирователя и подключен к входу

Т-триггера, прямой и инверсный выходы ко1737673

Рие. 3

Соста вител ь А.Уржум с кое

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор И.Касарда

Заказ 1903 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 торого подключены к управляющим входам коммутатора и через соответствующую дифференцирующую цепь — к входу сброса соответствующего интегратора.

2. Формирователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что датчик выходного напряжения преобразователя выполнен в виде выпрямителя.