Способ сдвига фаз

 

(>t) 603099 (6l) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 08. 12.7 5 (21)2196926/24-07 с присоединением заявки №(23) Приоритет (5l) М. Кл.

H 03 H 7/18

//Н 02 М 1/08

Н 02 М 7/537

ГкудвратмнаМ вматет

6аввта Ииниетроа СССР в делан иэабретвний и открытий (43) Опубликовано 15.04.73„Бюллетень ¹1 (53) УДК 621.314.58 (088.8) (45) Дата опубликования описання23.03.78 (72) Авторы . изобретения

И, Ф. Калинин, В, И. Степанов и Д, И. Степанова

Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С, М, Кирова (71) Заявитель (54) СПОСОБ СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к технике автоматического регупирования и может быть использовано в импульсных системах, в частности в многофазных статических нреобраэоватепях. 5

Известен способ сдвигa фаз путем инвертирования постоянного напряжения и синхронизации его заданным напряжением, напри мер, от задающего генератора на основе кольцевой пересчетной схемы; инвертирование.и постоянного напряжения осуществпяется автогенератором I1 ). Однако при использовании этого способа отсутстзует принудительная синхронизация при изменяющейся частоте. Кроме того,. указанный способ не поэвопяет плавно регулировать фазу.

HasecreH также. способ сдвига фаз, основанный на исполыювании реактивных элементов конденсаторов (2). Недостаток такого способа состоит в том, что при изме- 20 ненни частоты изменяетси сопротивление реактивного элемента и тем самым угол сдвига фазы. поэтому данный способ нй позволяет получить требуемый угол сдвига фазы при изменяющейся частоте. Ж

Кроме того известен способ сдвига фаз многофазных преобразователей путем инвертирования при помощи трансформаторной связи $3). Однако указанный способ не обеспечивает достаточной точности установ:ки фазового сдвига при изменении частоты заданного сигнала, Точность установки фазового сдвига определяется,стабильностью маг нитной индукции сердечника трансформатора, зависящей о> частоты и температуры.

Белью изобретения является повышение точности установки сдвига фаз, особенно при переходных режимах работы, и обеспечение плавного регулирования сдвига. Это достигается тем, что по предлагаемому способу среднее значение алгебраической суммы заданного и инвертированного сигналов сравнивают со средним значением инвертированного сигнала и полученной разностью средних значений регулируют угоп сдвига инвертируемого напряжения. Сравнение суммарного сигнала и в некоторый попупериод можно проводить как с инвертированным сигналом в этот же попупериод, так и г

603099 инвертированным сигналом в последуюшиЦ полупериод, На фиг. 1 дана схема, поясняющая описы ваемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений для угла сдвига 90 ; на фиг. 3 - то же для угла сдвига 120©; на фиг. 4 - принципиальная схема устройства для реализации способа с использованием ферромагнитных дросселей1. на, 10 фиг. 5 - то же с использованием мапомощных насыщаюшихся трансформаторов.

В каждом полупериоде при условии равенства амплитуд двух разнополярных нап. ряжений прямоугольной формы должно соб 15 людатьж одно из следующих равенств, x(Ug @U ) (5 П) сР сР

-U = U (2) оЧ 4,р где ц - амплитуда заданного напряжения;

Ц вЂ” амплитуда инвертированного напряжения; — угол сдвига фазы инвертированного 25 напряжения от фазы заданного напряжения.

Инвертирование постоянного напряжения осуществляют при помощи инвертора 1 (см. фиг. 1).; Заданное налряжение 0 (нап- 30 ряжение заданной частоты и амплитуды) алгебраически складывают с инвертированным напряжением Ug(см. фиг. 2, 3) и падают в соответствующий полупериод к переключающему элементу 2. В следую- 35 ший полупериод к этому переключающему элементу подают только инвертированное напряжение 0,.

Поданные к переключающему элементу налряжения на фиг. 2 и 3 заштрихованы.

Указанные напряжения получаются на выходе элементов 3 и 4, имеющих нелинейную характеристику переключающего эле» мента. Суммарное напряжение будет не-! симметричным знакопеременным с импульсами прямоугольной формы. Если лереключаюшим элементом является ферромагнитный сердечниК, то он перемагничивается напряжением U или в один из полупериодов намагничивается импульсами напряжения Я а раз». магничивается в другой полупериод импуль» сами противоположной полярности напряже. ния Ц д Лмплитуда суммарного напряжения Цдпо отношению к напряжению Я р, беретИ ся в зависимости от,заданного угла сдвига фазы по выражению (1) либо (2).

В частном случае при угле сдвига 90

О алгебраическая сумма напряжений Ц Д, берется равной согласно выражениям (1) и (2) U «U5 либо Ug" U,. а при угле

4 сдвига 1204 - равной Ц В=->(U +g )<

Q g=$(g< g ) Йопопнитепьйо в этот пс лупериод может быть подано постоянное управляющее напряжение U<, позволяющее плавно регулировать угол сдвига. В момент;, когда импульс напряжения ц бравен по. среднему значению импульсу напряжения

Qg, перекшочаюший элемент 2 перебрасывает инвертор 1 из. одного состояния в другое. В следующий полупериод для инвертора 1 процессы повторяются, например, от другого переключак щего . элемента. Если в процессе работы возникает отклонение угла сдвига фаз, то соответственно этому углу сдвига фаз условие (1) либо (2) не будет выполняться в сторону уменьшения илй увеличения суммы U@g,. В напряжении 0 появляется постоянная составляющая, которая фиксируется переключающим элементом 2 и компенгирует возникшее отклонение угл; сдвига., Так как в условия (1) и (2) не входит величина. магнитной индукции сердечников перекшочаюшего элемента, то можно обеспечить любой угол сдвига фаз при изменяющейся частоте звданного напряжения или температуре, а также при других возмущающих факторах. Следовательно, точность установки угла сдвига фаз предла- гаемым способом выше, чем при использовании известных способов.

Данный способ может быть реализован различными устройствами.

В устройстве (см. фиг. 4) в качестве переключающего элемента использованы ферромагнитные дроссели. Ивухтактный инвертор выполнен на транзисторах 5 и 6 с обмотками 7 и 8 обратной связи. Транзисторы 9 и 10 управляются через резисторы

11 и 12 от дополнительных обмоток 13 и 14. Последовательно с транзисторами

9 и 10 включены диоды 15 и 16, соответственно. Один из концов обмотки дросселя 17 насыщения подключен к началу обмотки 7 обратной связи, а другойк транзистору 9, Один иэ,. концов обмотки дросселя 18 насыщения под« ключен к концу обмотки 8 обратной связи, а другон конец. к транзистору 1О т» ким образом, .дроссель насыщения подключают в один из полупериодов к сумме задыного и инвертированногь напряжений, а другой - к инвертированному напряжению. <равляюший элемент 19 включен между точ кой соединения обмоток 7 и 8 и серединой обмотки. трансформатора, подаюшего заданное напряжение. Разделительные диоды

20 и 21 служат для соединения одного плеча инвертора с одним концом обмотки обрат» .ной связи другого плеча инвеутора.

603099

Устройство работает следующим образом, При открытом транзисторе 5 транзистор

8 закрыт в соответствии с полярностью напряжения на обмотках 7 и 8. При насыщении дроссе щ 18 транзистор 5 запирается, что вызывает переброс генератора. После насыщения дросселя 17 запирается транзистор6.

Схема возвращается в первоначальное состояние. Параметры выходного трансформатора и дросселей насыщения должны быть подобраны так, чтобы дросселя насыщения насыщались раньше, чем наступит насыщение в трансформаторе, Каждый дроссель в один полупериод намагничивается до насыщения. выходным, т. е. инвертированным, напря-. жением и размагничивается в другой полу период суммой заданного и инвертированного напряжений. Отсюда, разность среднего значения инвертированного напряжения:и среднего значения суммы инвертированного и заданного напряжений сердечников дросселей реализуется управляющим элементом

19,,. Hçìåíÿÿ величину напряжения управленж, можно регулировать в широких пределах степень размагничивания дроссеней

17 и 18. Так как ток дросселей мал, то мал ток и управляющего сигнала, а так как в этом случае. происходит рекуперация элер« гии нагрузки в источн; . питания, то в качестве последнего могут быть использова.ны как активные элементы (источники постоянного напряжения или тока), так и нассивные элементы (транзистор чли резистор).

В устройстве (см. фиг, 5) в качестве переключающих элементов использованы 35 трансформаторы. Инвертор на транзисторах

5 и 6 унравляюшими трансформаторами 22 и 23 вырабатывает двухцолярные прямоугольные импульсы. При йасыщении сердечни ! ка управляющего трансформатора иапряжение,щ в его вторичной обмотке падает, что приводит к открыванию закрытого и закрыванию открытого транзисторов. Изменение величины начального магнитного потока насьпцающихся трансформаторов происходит источ д ником управления 24. Первичные обмотки насышаюшихся трансформаторов разделены управляемыми ключами, каждый из которым представляет собой -последовательную диодно-транзисторную цепочку, Диоды 25-28 so последовательно с транзисторами 29-32 собраны по мостовой схеме. Первичные обмотки насышаюшихся трансформаторов подключаются пр ч помощи этих цепочек (диод 25 — транзистор 32, диод 26- транзистор 29) через источник управления 24 к сумме заданного и инвертированного напряжений в полупериод, когда соответствук щий насышаюшийса трансформатор передает на транзистор запирающий импульс напряжения и подключается (через диод 2 (- транзистор 30, диод 28 - .транзистор 31} к инвертированному напряжению (к обмоткам выходного трансформатора) в полугериод, когда соответствук щий, насыщаюшийся трансформатор передает на транзистор 5 или 6 импульс напряжения, открывающий этот транзистор. Так же, как и при использовании уасышаюшихся дросселей, токи в первичных обмотках насышающихся трансформаторов, когда они подают запирающее напряжение на транзисторы, малы поэтому мал ток и управляющего сигнала, а так как в этом случае происходит рекуперация энергии наг узки в источник питания, то в качестве источника управления может быть использован как йсточник постоянного напряжения или тока, так и транзистор или переменный резистор.

В обоих представленных устройствах фаза выходного сигнала устанавливается эа полупериад после изменения сигнала управляющего элемента. Предлагаемый способ позволяет повысить быстродействие, Формула изобретения

Способ сдвига фаз путем инвертирования постоянного напряжения и синхройиэчции его заданным напряжением с использованием алгебраичного су :мирования заданного и инвертированного сигналов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, среднее значение указанной алгебраической сум мы сравнивают со средним значением инвертированного сигнала и полученной разностью регулиру!оФ усоп сдвига инвертщжемого напряжения.

Источники информации, принятые во внимание лри экспертизе:

1. Авторское свидетельство М 142356, кл. Н 02 М 7/48, 1961.

2. Патент Великобритании М 1241153, кл. Н 02 М 7/2О, 1971.

3. Журнал "Электроника, т. 34, No 37, 1961, с. 28,