Усилитель мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока

 

Использование: в импульсной технике и позволяет повысить помехоустойчивость широтно-импульсного модулятора для управления усилителем мощности. Сущность изобретения: устройство содержит два интегратора со сбросом 9 и 10, которые функционируют аналогично, но в противофазе, работа каждого интегратора 9 и 10 осуществляется в два такта одинаковой длительности, равной половине периода сети, в первом полупериоде такта интегрируется управляющее напряжение, во втором - постоянное опорное напряжение, знак которого всегда противоположен знаку управляющего напряжения, опорное напряжение формируется на выходе ключа с управляемым коэффициентом передачи 19 в зависимости от знаков напряжений на выходах интеграторов 9 и 10 в моменты времени, соответствующие тактовым импульсам, выходной импульс формируется во втором полупериоде с его начала до момента достижения выходным напряжением интегратора уровня переключения компаратора, в конце второго полупериода осуществляется установка интеграторов в исходное состояние. Знакопеременные последовательности импульсов управления ключами мостового реверсивного усилителя мощности формируются на выходах первого и второго логических элементов ИЛИ 24 и 27, длительность выходных знакопеременных импульсов регулируется от 0, при нулевом управляющем сигнале до половины периода сети Т/2 при максимальном управляющем сигнале, фазовый сдвиг выходного переменного напряжения относительно напряжения сети определяется полярностью управляющего сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и предназначено для использования в системах управления электроприводами переменного тока, в частности с однофазными асинхронными двигателями.

Известны усилители мощности для управления исполнительными двигателями переменного тока, содержащие последовательно соединенные источник управляющего напряжения, модулятор, усилитель переменного тока и двухполярный эмиттерный повторитель, к выходу которого подключена нагрузка (Заявка Японии N 5622228, МКИ H 02 P 3/18, 1981; Заявка Японии N 5623392, МКИ H 02 P 3/18, 1981; Комлев В. П. , Малафеев С.И., Евстигнеева А.А. Следящие системы. - Владимир, ВПИ, 1984, с. 32, рис. 4). В таких устройствах входной сигнал постоянного тока преобразуется с помощью модулятора в сигнал переменного тока, который затем усиливается по мощности. При этом транзисторы выходного двухполярного эмиттерного повторителя работают в режиме класса А. Следовательно, устройство имеет низкие энергетические характеристики.

Таким образом, недостаток известных усилителей мощности для управления исполнительными двигателями переменного тока - низкие энергетические характеристики.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является усилитель мощности, содержащий источник управляющего напряжения, первый и второй коммутаторы, первые информационные входы которых соединены с выходом источника управляющего напряжения, вторые информационные входы соединены с выходов ключа с управляемым коэффициентом передачи, а выходы подключены к информационным входам, соответственно, первого и второго интеграторов со сбросом, установочные входы которых подключены к выходам, соответственно, первого и второго формирователей импульсов сброса, а выходы соединены с первыми входами, соответственно, первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого и второго компараторов подключены к D-входам, соответственно, первого и второго D-триггеров и к первым входам, соответственно, первого и второго логических элементов 2И-2ИЛИ, третьи входы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами первого двухвходового логического элемента ИЛИ и с выходами, соответственно, первого и второго D-триггеров, источник опорного напряжения, выход которого подключен к информационному входу ключа с управляемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемента ИЛИ, формирователь тактовых импульсов, прямой выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, входу первого формирователя импульсов сброса, второму входу первого логического элемента 2И-2ИЛИ, четвертому входу второго логического элемента 2И-ИЛИ, С-входу первого D-триггера, инверсный выход формирователя тактовых импульсов подключен к управляющему входу второго коммутатора, входу второго формирователя импульсов сброса, четвертому входу первого логического элемента 2И-ИЛИ, второму входу второго логического элемента 2И-2ИЛИ, С-входу второго D-триггера, а также четыре управляемых ключа, соединенные в мост, одна диагональ которого подключена к шинам источника постоянного напряжения, а ко второй диагонали подключена нагрузка, выход первого логического элемента 2И-2ИЛИ подключен к управляющему входу первого управляемого ключа через первый логический элемент НЕ, а к управляющему входу второго управляемого ключа непосредственно, выход второго логического элемента 2И-2ИЛИ подключен к управляющему входу третьего управляемого ключа через второй логический элемент НЕ, а к управляющему входу четвертого управляемого ключа непосредственно (Патент РФ N 1718375. - Опубл. БИ, N 9, 1992).

Известное устройство осуществляет усиление сигнала постоянного или переменного тока путем широтно-импульсной модуляции. При использовании такого усилителя для управления двигателем переменного тока его энергетические характеристики оказываются низкими из-за потерь в ключах при их коммутации.

Следовательно, недостаток известного устройства - низкие энергетические характеристики.

Цель изобретения - повышение энергетических характеристик усилителя мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в известный усилитель мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока, содержащий источник управляющего напряжения, первый и второй коммутаторы, первые информационные входы которых соединены с выходом источника управляющего напряжения, вторые информационные входы соединены с выходом ключа с управляемым коэффициентом передачи, а выходы подключены к информационным входам, соответственно, первого и второго интеграторов со сбросом, установочные входы которых подключены к выходам, соответственно, первого и второго формирователей импульсов сброса, а выходы соединены с первыми входами, соответственно, первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого и второго компараторов подключены к D-входам, соответственно, первого и второго D-триггеров и к первым входам, соответственно, первого и второго логических элементов 2И-2ИЛИ, третьи входы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами первого двухвходового логического элемента ИЛИ и с выходами, соответственно, первого и второго D-триггеров, источник опорного напряжения, выход которого подключен к информационному входу ключа с управляемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемента ИЛИ, формирователь тактовых импульсов, прямой выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, входу первого формирователя импульсов сброса, второму входу первого логического элемента 2И-2ИЛИ, четвертому входу второго логического элемента 2И-2ИЛИ, С-входу первого D-триггера, инверсный выход формирователя тактовых импульсов подключен к управляющему входу второго коммутатора, входу второго формирователя импульсов сброса, четвертому входу первого логического элемента 2И-2ИЛИ, второму входу второго логического элемента 2И-2ИЛИ, С-входу второго D-триггера, а также четыре управляемых ключа, соединенные в мост, одна диагональ которого подключена к шинам источника постоянного напряжения, а ко второй диагонали подключена нагрузка, введены первый и второй трехвходовые логические элементы И, первый и второй трехвходовые логические элементы ИЛИ-НЕ, второй и третий двухвходовые логические элементы ИЛИ, при этом, формирователь тактовых импульсов выполнен на пороговом элементе, вход которого соединен с шиной сетевого напряжения, и логическом элементе НЕ, вход которого соединен с выходом порогового элемента и является прямым выходом, а выход - инверсным выходом формирователя тактовых импульсов, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго трехвходовых логических элементов И и ИЛИ-НЕ, вторые входы которых соединены с выходом первого логического элемента 2И-2ИЛИ и с первыми входами вторых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ-НЕ, второй и третий, соответственно, входы которых соединены с выходами второго логического элемента 2И-2ИЛИ и с третьими входами первого и второго трехвходовых логических элементов И и ИЛИ-НЕ, а третий и второй входы, соответственно, вторых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ-НЕ соединены с инверсным выходом формирователя тактовых импульсов, при этом, выходы первых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ-НЕ подключены к входам второго двухвходового логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей моста, а выходы вторых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ-НЕ подключены к входам третьего двухвходового логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ключей моста.

По сравнению с наиболее близким аналогичным решением заявляемое техническое решение имеет следующие отличительные признаки: два трехвходовых элемента И; два трехвходовых элемента ИЛИ-НЕ; два двухвходовых элемента ИЛИ; формирователь тактовых импульсов выполнен на пороговом элементе и логическом элементе НЕ.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна".

При реализации изобретения повышаются энергетические характеристики усилителя мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, импульсной техники, преобразовательной техники и электропривода.

Известен двухвходовый логический элемент ИЛИ в усилителе мощности (авт. св. СССР N 1413715, МКИ H 03 K 7/08. - Опублик. БИ, N 28, 1988).

В известном устройстве логический элемент ИЛИ подключен к выходам двух пороговых элементов и используется для суммирования импульсных сигналов двух противофазных каналов широтно-импульсного преобразователя. В предлагаемом устройстве используются два логических элемента ИЛИ, первые входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго трехвходовых элементов И, вторые входы подключены к выходам соответственно первого и второго трехвходовых элементов ИЛИ-НЕ, а выходы подключены к управляющим входам ключей. Следовательно, в заявляемом и известном устройствах двухвходовые логические элементы ИЛИ выполняют аналогичные функции.

Трехвходовые элемента ИЛИ-НЕ и трехвходовые элементы И в известных усилителях мощности для управления исполнительными двигателями переменного тока не обнаружены.

На фиг. 1 приведена функциональная схема усилителя мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы.

Устройство содержит шины для подключения питающей сети 1 и 35, источник управляющего напряжения 2, пороговый элемент 3, первый 4 и второй 6 коммутаторы, логический элемент НЕ 5, первый 7 и второй 8 формирователи импульсов сброса, первый 9 и второй 10 интеграторы со сбросом, первый 11 и второй 14 компараторы, первый 12 и второй 13 D-триггеры, источник опорного напряжения 15, первый 16 и второй 18 логические элементы 2И-2ИЛИ, первый 17, второй 25 и третий 26 двухвходовые элементы ИЛИ, ключ с управляемым коэффициентом передачи 19, первый 20 и второй 22 трехвходовые логические элементы И, первый 21 и второй 23 трехвходовые логические элементы ИЛИ-НЕ, четыре управляемых ключа 25, 26, 28 и 29. Первая диагональ моста, образованного управляемыми ключами, подключена к шинам + и - источника питания. Ко второй диагонали подключена обмотка 31 управления однофазного асинхронного двигателя 30, имеющего также ротор 32 и обмотку возбуждения 33, подключенную к шинам питающей сети 1 и 35 через фазосдвигающий конденсатор 34.

В предлагаемом усилителе мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока вход порогового элемента 3 подключен к шине 1 питающей сети, а выход подключен к управляющему входу первого коммутатора 4, входу первого формирователя импульсов сброса 7, второму входу первого логического элемента 2И-2ИЛИ 16, четвертому входу второго логического элемента 2И-2ИЛИ 18, С-входу первого D-триггера 12, первым входам первого элемента И 21 и первого логического элемента ИЛИ-НЕ 21 и входу логического элемента НЕ 5, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора 6, входу второго формирователя импульсов сброса 8, четвертым входам первого элемента 2И-2ИЛИ 16, вторым входам второго элемента 2И-2ИЛИ, С-входу второго D-триггера 13, третьим входам второго элемента И 22 и вторым входам второго элемента ИЛИ-НЕ 23, первые информационные входы первого 4 и второго 6 коммутаторов подключены к выходу источника управляющего напряжения 2, вторые информационные входы первого 4 и второго 6 коммутаторов подключены к выходу ключа с управляемым коэффициентом передачи 19, а выходы подключены к информационным входам, соответственно, первого 9 и второго 10 интеграторов со сбросом, установочные входы которых подключены к выходам, соответственно, первого 7 и второго 8 формирователей импульсов сброса, а выходы соединены с первыми входами, соответственно, первого 11 и второго 14 компараторов, вторые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, а выходы подключены к D-входам соответственно первого 12 и второго 13 D-триггеров и первым входам, соответственно, первого 16 и второго 18 логических элементов 2И-2ИЛИ, третьи входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого логического элемента ИЛИ 17 и подключены к выходам, соответственно, первого 12 и второго 13 D-триггеров, второй и четвертый входы первого логического элемента 2И-2ИЛИ 16 соединены соответственно с четвертым и вторым входами второго логического элемента 2И-2ИЛИ 18, информационный вход ключа с управляемым коэффициентом передачи 19 подключен к выходу источника опорного напряжения 15, а управляющий вход соединен с выходом первого логического элемента ИЛИ 17, выход первого элемента 2И-2ИЛИ 16 подключен к объединенным вторым входам первых элементов И 20 и ИЛИ-НЕ 21 и первым входам вторых элементов И 22 и ИЛИ-НЕ 23, выход второго элемента 2И-2ИЛИ 18 подключен к третьим входам первых элементов И 20 и ИЛИ-НЕ 21, второму входу второго элемента И 22 и третьему входу второго элемента ИЛИ-НЕ 23, выходы первых элементов И 20 и ИЛИ-НЕ 21 подключены к входам второго элемента ИЛИ 24, выход которого соединен с управляющими входами первого 25 и четвертого 29 управляемых ключей, выходы вторых элементов И 22 и ИЛИ-НЕ 23 подключены к входам третьего элемента ИЛИ 27, выход которого соединен с управляющими входами второго 26 и третьего 28 ключей, ключи 25, 26, 28 и 29 соединены в мост, одна диагональ которого подключена к шинам источника постоянного напряжения +U_п, -U_п, а к другой диагонали подключена нагрузка - обмотка управления 31 исполнительного двигателя 30.

На фиг. 2, 3 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип действия усилителя мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока при положительном и отрицательном управляющих напряжениях, где обозначено: u_y - управляющее напряжение, Т - период сетевого напряжения. Выходные сигналы элементов устройства обозначены символом u с индексами, соответствующими номерам элементов на функциональной схеме (фиг. 1).

Усилитель мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока работает следующим образом.

Сигнал, пропорциональный напряжению питающей сети u_c, поступает на вход порогового элемента 3, который формирует сигнал где U_e - напряжение, соответствующее уровню логической единицы.

Сигнал с выхода порогового элемента 3 поступает на вход элемента НЕ 5, формирующего сигнал u₅ = u₃. Таким образом на выходах порогового элемента 3 и элемента НЕ 5 действуют две противофазные последовательности прямоугольных импульсов с периодом Т. Эти последовательности определяют состояние первого и второго коммутаторов 4 и 5. При u₃ = 0, u₅ = U_e, где U_e - напряжение, соответствующее уровню логической единицы, первый коммутатор 4 находится в положении а, а второй 6 - в положении б.

При u₃ = U_e и u₅ = 0, наоборот, первый коммутатор 4 находится в положении б, а второй 6 - положении а. Кроме того сигналы u₃ и u₅ поступают на входы соответственно первого и второго формирователей импульсов сброса 7 и 8, которые по отрицательным фронтам импульсов формируют короткие импульсы u₇ и u₈, устанавливающие интеграторы 9 и 10 в исходные состояния u₉ = 0, u₁₀ = 0. Так как управляющие входы коммутаторов подключены к выходам соответственно порогового элемента 3 и элемента НЕ 5, то они всегда находятся в противоположных состояниях (соответственно а и б или б и а) и подключают к входам интеграторов 9 и 10 поочередно управляющее напряжение u_y или постоянное опорное напряжение - U_o или + U_o, которое формируется на выходе ключа с управляемым коэффициентом передачи 19. Таким образом интеграторы 9 и 10 работают аналогично, но в противофазе. При этом работа каждого интегратора происходит в два такта одинаковой длительности Т/2.

В начальный момент t = 0 первый интегратор 9 выходным импульсом u₇ первого формирователя импульсов сброса 7 установлен в состояние u₉ = 0. На выходе второго интегратора 10 при t = 0 имеется начальное напряжение u₁₀(0). В первом такте при 0 < t ≅ T/2 на выходе порогового элемента 3 действует сигнал с уровнем логического нуля, а на инверсном - логической единицы U_e, следовательно первый коммутатор 4 находится в состоянии а, а второй коммутатор 6 в состоянии б. К входу первого интегратора 9 приложено управляющее напряжение, а к входу второго интегратора 10, приложено постоянное опорное напряжение u₁₉, поступающее с выхода ключа с управляемым коэффициентом передачи 19.

Знак напряжения u₁₉ определяется состоянием логического элемента ИЛИ 17: при u₁₇ = 0 сигнал u₁₉ = U_o, а при u₁₇ = U_e напряжение u₁₉ = - U_o. Состояние элемента ИЛИ 17 определяется выходными сигналами первого 12 и второго 13 D-триггеров, которые устанавливаются в зависимости от выходных напряжений соответственно первого 11 и второго 14 компараторов в моменты времени, соответствующие положительным фронтам импульсных последовательностей u₃ и u₅, поступающих на С-входы D-триггеров 12 и 13 с выходов порогового элемента 3 и элемента НЕ 5. При положительном управляющем напряжении u_y выходное напряжение одного из интеграторов 9 или 10 в моменты, соответствующие переходам через 0 сетевого напряжения u_c, всегда положительно (фиг. 2). Следовательно в эти моменты один из D-триггеров 12 или 13 устанавливается в состояние, соответствующее действию на его выходе логической единицы u₁₂ = U_e или u₁₃ = U_e. Следовательно, напряжение на выходе логического элемента ИЛИ 17 в этом случае соответствует уровню логической единицы u₁₇ = U_e, и на выходе ключа с управляемым коэффициентом передачи 19 действует напряжение u₁₉ = - U_o.

При отрицательном входном напряжении u_y <0 (фиг. 3) напряжения на выходах интеграторов 9 и 10 в моменты, соответствующие переходам через 0 сетевого напряжения u_c, отрицательные. Следовательно, в эти моменты оба D-триггера 12 и 13 устанавливаются в состояния u₁₂ = 0; u₁₃ = 0, сигнал на выходе логического элемента ИЛИ 17 u₁₇ - 0 и выходное напряжение ключа с управляемым коэффициентом передачи 19 равно u₁₉ = U_o.

Установка знака опорного напряжения u₁₉ = + U_o в зависимости от интеграла от входного управляющего напряжения в моменты, соответствующие переходам сетевого напряжения u_c через 0 обеспечивает повышенную помехоустойчивость устройства по сравнению с известными техническими решениями.

На фиг. 2 и 3 приведены временные диаграммы работы предлагаемого устройства при малом уровне входного управляющего напряжения u_y и действии импульсных помех. Из диаграмм следует, что в случаях, когда входное управляющее напряжение изменяет знак неоднократно в течение одного периода следования тактовых импульсов, выходные напряжения интеграторов 9 и 10 также изменяют знаки, но это не приводит к сбоям широтно-импульсного модулятора в течение одного периода.

Рассмотрим работу усилителя мощности при положительном входном управляющем напряжении u_y > 0. В первом полупериоде (0< t ≅ 1/2) выходные напряжения первого и второго интеграторов 9 и 10 определяются выражениями соответственно где k₉ и k₁₀ -коэффициенты передачи интеграторов соответственно 9 и 10.

Напряжение на выходе первого интегратора 9 при постоянном входном сигнале линейно нарастает по закону: u₉ = k₉U_yt и положительно. На выходе последовательно соединенного с ним компаратора 11 на протяжение всего полупериода выходное напряжение остается неизменным, равным уровняю логической единицы u₁₁ = U_e.

На выходе второго интегратора 10 напряжение изменяется от u₁₀(0) = k₁₀u_yT/2 > 0 в соответствии с выражением u₁₀(t) = k₁₀u_yT/2 - k₁₀U_ot < 0 так как u₁₉ = - U_o в этом полупериоде. В результате напряжение на выходе второго компаратора 14 в момент времени t₁ скачком изменяется от U_e до 0. В конце первого полупериода при t = T/2, выходное напряжение второго интегратора 10 выходным импульсом u₈ второго формирователя импульсов сброса 8 устанавливается в состояние u₁₀ (T/2) = 0.

Выходное напряжение первого интегратора 9 u₉ изменяется по закону u₉ = k₉u_yt и при t = T достигает значения u₉(T/2) = k₉u_yT/2.

Во втором полупериоде (T/2 < t ≅ T) выходные напряжения первого и второго интеграторов 9 и 10 определяются выражениями соответственно


Напряжение на выходе первого интегратора 9 линейно изменяется от u₉(0) = k₉u_yT/2 > 0 по закону u₉(t) = k₉u_yT/2 - k₉U_o(t - T/2). В результате напряжение на выходе первого компаратора 11 в момент времени t₂ скачком изменяется от U_e до 0. Напряжение на выходе второго интегратора 10 при постоянном входном сигнале линейно возрастает и положительно. На выходе второго компаратора 14 на протяжение всего полупериода выходное напряжение остается неизменным и равным u₁₄ = U_e. В конце второго полупериода при t = T первый интегратор 9 выходным импульсом u₇ первого формирователя импульсов сброса 7 устанавливается в исходное состояние u₉(T) = 0.

Выходное напряжение второго интегратора 10 определяется выражением u₁₀ = k₁₀u_y(t - T/2) и при t = T достигает значения u₉(T) = k₉u_yT/2. Далее процесс периодически повторяется. Выходные импульсы первого и второго компараторов 11 и 14 поступают на первые входы соответственно первого 16 и второго 18 логических элементов 2И-2ИЛИ. На вторых входах этих элементов действуют сигналы u₃ и u₅ с выходов порогового элемента 3 и элемента НЕ 5. На третьих входах первого 16 и второго 18 логических элементов 2И-2ИЛИ действуют сигналы с выходов соответственно первого 12 и второго 13 D-триггеров, которые по положительном управляющем напряжении равны u₁₂ = U_e, u₁₃ = U_e. Четвертые входы первого 16 и второго 18 логических элементов 2И-2ИЛИ подключены к выходам соответственно порогового элемента 3 и элемента НЕ 5. Следовательно, в первом полупериоде входные сигналы первого 16 и второго 18 логических элементов 2И-2ИЛИ равны
u_вх.16.1 = u₁₀ = U_e;
u_вх.16.2 = u₃ = 0;
u_вх.16.3 = u₁₂ = U_e;
u_вх.16.4 = u₅ = U_e;

u_вх.18.2 = u₅ = U_e;
u_вх.18.3 = u₁₃ = U_e;
u_вх.18.4 = u₃ = 0.

В результате на выходах первого 16 и второго 18 логических элементов 2И-2ИЛИ в первом полупериоде действуют сигналы
u₁₆ - U_e;

Изменение состояния первого компаратора 10 в первом полупериоде из-за помех (фиг. 2) не вызывает ложных переключений первого логического элемента 2И-2ИЛИ, так как в этом интервале времени на его втором входе действует сигнал u₃ = 0. В результате этого обеспечивается повышенная помехоустойчивость устройства.

Аналогично во втором полупериоде

u₁₈ - U_e.

Выходные сигналы первого и второго трехвходовых элементов И 20 и 22 и первого и второго трехвходовых элементов ИЛИ-НЕ 21 и 23 определяются комбинациями логических сигналов на их входах и равны соответственно:
в первом полупериоде:
u₂₀ = u₃ u₁₆ u₁₈ = 0 при 0 <t ≅ T/2;

u₂₁ = u₃ u₁₆ u₁₈ = 0 при 0 <t ≅ T/2;
u₂₃ = u₁₆ u₁₈ u₅ = 0 при 0 <t ≅ T/2;
во втором полупериоде:

u₂₂ = u₁₆ u₁₈ u₅ = 0 при T/2 <t ≅ T;
u₂₁ = u₃ u₁₆ u₁₈ = 0 при T/2 <t ≅ T;
u₂₃ = u₁₆ u₁₈ u₅ = 0 при T/2 <t ≅ T.

В результате этого на выходах первого 24 и второго 27 двухвходовых логических элементов ИЛИ действуют сигналы:
в первом полупериоде:
u₂₄ = u₂₀ u₂₁ = 0;

во втором полупериоде:

u₂₇ = u₂₂ u₂₃ = 0.

Сигналы и с выходов первого 24 и второго 27 логических элементов ИЛИ управляют ключами 25, 26, 28 и 29 таким образом, что в течение первого полупериода с момента t = 0 до момента t = t₁ открыты второй 26 и третий 28 ключи, а в течение второго полупериода с момента t = T/2 до момента t = t₂ открыты ключи 25 и 29.

Таким образом, предлагаемый усилитель мощности обеспечивает электропитание обмотки управления исполнительного двигателя разнополярными импульсами напряжения, длительность которых есть функция управляющего сигнала. Каждый из ключей при этом коммутируется только один раз за период, благодаря чему потери в ключах имеют минимальное значение (известно, что максимальные потери в ключах имеют место при переходных режимах, например, Герман-Галкин С. Г. и др. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями. - Л.: Энергоатомиздат, 1986, с. 248).

При отрицательном управляющем напряжении u_y <0 а процессы аналогичны рассмотренным. Отличие состоит в том, что ток в обмотке управления сдвинут по фазе на 180 эл.град. (фиг. 3).

Для определения статических характеристик усилителя мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока подставим в уравнение (1) значение t = t₂ и решим его относительно τ = t₂ - T/2. В результате получим:
τ = Tu_у/(2U₀).
Разложение периодической импульсной последовательности в ряд Фурье позволяет получить выражения для амплитуд синфазной a₁ и квадратурной b₁ составляющих основной гармоники переменного напряжения на нагрузке:

Таким образом, предлагаемый усилитель мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока отличается от известных устройств аналогичного назначения повышенными энергетическими характеристиками за счет однократной двухполярной широтно-импульсной модуляции.

Другими важными достоинствами предлагаемого технического решения являются:
повышенная помехоустойчивость за счет интегрального алгоритма формирования импульсов управления;
простота конструкции.

Таким образом, введение в усилитель мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока двух трехвходовых элементов И, двух трехвходовых элементов ИЛИ-НЕ, двух двухвходовых элементов ИЛИ и выполнение формирователя тактовых импульсов в на пороговом элементе и логическом элементе НЕ обеспечивает повышение энергетических характеристик устройства.

Использование усилителя мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока в различных устройствах промышленной электроники позволит улучшить технические характеристики усилительно-преобразовательных устройств.

Формула изобретения

Усилитель мощности для управления исполнительным двигателем переменного тока, содержащий источник управляющего напряжения, первый и второй коммутаторы, первые информационные входы которых соединены с выходом источника управляющего напряжения, вторые информационные входы соединены с выходом ключа с управляемым коэффициентом передачи, а выходы подключены к информационным входам соответственно первого и второго интеграторов со сбросом, установочные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго формирователей импульсов сброса, а выходы соединены с первыми входами соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к шине нулевого потенциала, выходы первого и второго компараторов подключены к D-входам соответственно первого и второго D-триггеров и к первым входам соответственно первого и второго логических элементов 2И 2ИЛИ, третьи входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого двухвходового логического элемента ИЛИ и выходами соответственно первого и второго D-триггеров, источник опорного напряжения, выход которого подключен к информационному входу ключа с управляемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого двухвходового логического элемента ИЛИ, формирователь тактовых импульсов, прямой выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, входу первого формирователя импульсов сброса, второму входу первого логического элемента 2И 2ИЛИ, четвертому входу второго логического элемента 2И 2ИЛИ, С-входу первого D-триггера, инверсный выход формирователя тактовых импульсов подключен к управляющему входу второго коммутатора, входу второго формирователя импульсов сброса, четвертому входу первого логического элемента 2И 2ИЛИ, второму входу второго логического элемента 2И 2ИЛИ, С-входу второго D-триггера, а также четыре управляемые ключа, соединенные в мост, одна диагональ которого подключена к шинам источника постоянного напряжения, а к второй диагонали подключена нагрузка, отличающийся тем, что введены первый и второй трехвходовые логические элементы И, первый и второй трехвходовые логические элементы ИЛИ НЕ, второй и третий двухвходовые логические элементы ИЛИ, при этом формирователь тактовых импульсов выполнен на пороговом элементе, вход которого соединен с шиной сетевого напряжения и логическом элементе НЕ, вход которого соединен с выходом порогового элемента и является прямым выходом, а выход инверсным выходом формирователя тактовых импульсов, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго трехвходовых логических элементов И и ИЛИ НЕ, вторые входы которых соединены с выходом первого логического элемента 2И
2ИЛИ и с первыми входами вторых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ - НЕ, второй и третий соответственно входы которых соединены с выходом второго логического элемента 2И 2ИЛИ и с третьими входами первого и второго трехвходовых логических элементов И и ИЛИ НЕ, а третий и второй входы соответственно вторых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ НЕ соединены с инверсным выходом формирователя тактовых импульсов, при этом выходы первых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ НЕ подключены к входам второго двухвходового логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющими входами первого и четвертого ключей моста, а выходы вторых трехвходовых логических элементов И и ИЛИ НЕ подключены к входам третьего двухвходового логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ключей моста.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3