Одноканальное устройство для управления -фазным преобразователем

 

"«Г@мтн «олн

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Своз Советскик

Социадистичфски к

Республик

«»775855

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву —. (22) Заявлено 05.1078 (23) 2671323/24-07 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет (51)м. к„.

Н 02 P 13/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений

N открытий

Опубликовано 30.1080. Ьюллвтень 92 40 (5З) УФ 621. 316..727(088.8) Дата опубликования описания 30 108 р (72) Авторы изобретения

А.Г.Азаров, С.И.Королев, В.В.Полонский и Г.И.Цветков

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (71) Заявитель (5 4 ) ОДНОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

m-ФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам управления статическими преобразова. телями, в частности автономными инверторами напряжения,.преднаэна- 5 чениыми для работы в системах гарантированного электропитания °

Известно одноканальное устройство для управления m-Фаэным преобразователем, содержащее формирователь 10 синхронизирующих импульсов, подключенный к трехфазной сети и формирующий эа период сетевого напряжения шесть узких импульсов, блок фазосмещения, выполненный на трех последо- 15 вательно соединенных ждущих блокинггенераторах, блок задержки и распределитель импульсов. Достоинство устройства — высокая степень симметрии управляющих импульсов (асиммет- 20 рия не превышает 0,2 эл. град.).

Однако указанное устройство не пригодно для управления автономным инвертором, так как. формирует только одну Фаэорегулируемую последо- 25 вательность узких управляющих импульсов. устройство интерционно, так как задержка импульсов осуществляется за счет подмагничнвания трансформаторов блокинг-генераторов. Устройство 3р не допускает синхронизации от однофазной сети.

Известно устройство для управления многофазным инвертором, содержащее две группы магнитогранэисторных мультивибраторов. Мультивибраторы каждой группы соединены между собой череэ нерегулнруемые магнитные усилители так, что выходное напряжение любого мультивибратора отличается по Фазе от напряжения соседнего мультивибратора на 180/m эл. град., где m — количество мультивибраторов. В результате каждая группа мультивибраторов Формирует m-Фаэную последовательность управляющих импульсов со скважностью два .

С целью регулирования выходного напряжения инвертора обе группы мультивибраторов синхронизируются между собой через управляемый магнитный усилитель, выполняющий роль формирующего устройства. Изменяя ток управления магнитного усилителя, регулируют угол между двумя m-фаэными последовательностями в пределах 0—

180 эл.град. К недостаткам устройства следует отнести инерционность, обусловленную наличием в канале регулирования угла магнитного уснли775855 теля, невысокую симметрию управляющих импульсов, зависящую от точности настройки нерегулируемых магнитных усилителей, температуры окружающей среды, стабильности частоты синхронизирующего напряжения и напряжения питания. Кроме того, из-за одностороннего регулирования угла фаза выходного напряжения инвертора изменяется в процессе регулирования относительно синхрониэирующего напряжения s пределах 0—

90 эл. град.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является одноканальное устройство для управления т-фазным преобразователем, со-. 15 держащее соединенные последовательно формирователь синхронизирующих импульсов, выполненный на триггере

Шмидта первый блок фаэовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), регистр сдвига, формирователь раэвертывающеГо наПРяжения, выполненный в виде геиератора пилообразного напряжения, блок сравнения пилообразного напряжения с управляющим, фаэорегулируемый генератор, состоящий иэ логического ключа и второго блока ФАПЧ, процессор, являющееся прототипом предлагаемого устройства. Оба блока ФАПЧ выполнены по одной и той же схеме и содержат соединенные в коль- 30 цо фазовый детектор, преобразователь длительности импульсов н напряжение, управляемый генератор и делитель частоты. С выхода первого блока ФАПЧ импульсы поступают на вход 3$ реГистра сдвига, на выходе ксторого .:.формируется нерегулируемая m-фазная последовательность импульсов. С выхода регистра сдвига импульсы длительностью 150 эл.град. через жду- 4О щий мультивибратор поступают на интегратор и преобразуются в пилообразное напряжение, которое поступает на один иэ входов блока сравнения. Импульсы с выхода блока сравнения поступают на логический ключ., 4з формирующий регулируемые по фазе н пределах 0-150 эл. град. однофазные прямоугольные импульсы со скважностью"два". Эти импульсы поступают на вход второго блока ФАПЧ, на выходе 50 формируется вторая m-фаэная последовательность импульсов, регулируемая по фазе. К выходам второго блока

ФАПЧ и регистра сдвига подключен процессор на выходе которого фор- 55 мируются управляющие импульсы с требуемыми параметрами. Достоинства указанного решения — высокая степень симметрии управляющих импульсов, воэможность управления m-@aav автономным инвертором, воэможность синхронизации преобразователя от сети с любым количеством фаэ, в том чис.ле и однофазной.

Однако укаэанному решению присущи недостатки. Из-за того, что в блол ке ФАПЧ, представляющем собой замкнутую систему автоматического регулирования, имеется инерционное звено — преобразователь длительности импульсов в напряжение, регулирование фазы второй m-фазной последовательности происходит с запаздыванием.

Поэтому несмотря на вертикальный принцип фазосмещения управляющих импульсов, быстродействие преобразователя остается невысоким. Так как

Регулирование угла между двумя

m-фаэными последовательностями осуществляется односторонним способом, то при использовании указанного устройства для управления автономным инвертором наблюдается изменение фазы выходного напряжения при регулировании его модуля, которое составляет 0-90. эл. град.

Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения преобразователя н переходных и установиншихся режимах.

Поставленная цель достигается тем, что одноканальное устройство для управления m-фазным преобразова- телем, содержащее последовательно соединенные формирователь синхронизирующих импульсов, блок фазовай автоподстройки частоты, формирователь развертывающего напряжения, блок сравнения и логический ключ, причем блок фазоной антоподстройки частоты содержит соединенные в кольцо фазовый детектор, преобразователь длительности импульсон в напряжение, управляемый генератор и делитель частоты, снабжена дополнительным логическим ключом и двумя подключенными к укаэанным ключам фаэорасщепителями, каждый нэ которых содержит два формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, счетчик импульсов и последовательный регистр сдвига, тактовые входы триггеров которого подключены к выходу счетчика импульсов, вход установки которого через элемент ИЛИ подключен к выходам формирователей коротких импульсов и ко входам установки триггера младшего разряда последонательного регистра сдвига, информационные входы которого соединены со входами формирователей коротких импульсов и с выходами логического ключа, тактовый вход одного нз.которых подключен к прямому выходу блока сравнения, управляющие входы — к выходам первого триггера делителя частоты, выполненного в виде кольцевого регистра сдвига на 2п триггерах (. n=-1,2,3...), тактовый вход другого логического ключа подключен к инверсному выходу блока сравнения, управляющие входы— к выходам (n + 1)-го триггера кольцевого регистра сдвига, счетные входы обоих счетчиков в фазорасщепителях объединены и подключены к ны775855 ходу управляемого генератора, а формирователь развертывающего напряжения выполнен в виде генератора треугольного напряжения °

Последовательный регистр сдвига составлен из (m-l) D-триггеров, при этом информационный вход триггера младшего разряда подключен к прямому выходу логического ключа.

На фиг. 1 представлена схема предложенного устройства для управления

m-фазным преобразователем, где m=á.

На фиг. 2 приведены диаграммы, поясняющие работу предложенного устройства.

Устройство содержит формирователь

1 синхронизирующих импульсов, блок 2 фаэовой автоподстройки частоты,содержащий соединенные. s кольцо фазовый детектор З,преобразователь 4 длительности импульсов в напряжение, управляемый генератор 5 и делитель час- 2О тоты б, генератор 7 треугольного напряжения, блок сравнения 8, логические ключи 9 и 10 и фазорасщепители 11 и 12,каждый из которых содержит два формирователя 13 и 14 коротких импульсов, элемент ИЛИ 15,последо вательный регистр сдвига 1б,составленный из (m-1) 0-триггеров 17-21 и счетчик импульсов 22.

На диаграмме представлены импуль сы 23-41 с выходов элементов устройства.

Устройство работает следующим образом.

На выходе формирователя 1 синхрониэирующих импульсов формируются прямоугольные импульсы 23 со скважностью два, которые поступают на блок

2 фазовой автоподстройки частоты, а точнее — на один иэ входов фазового детектора 3, на другой вход которого поступают прямоугольные импульсы 2 со скважноатью два с прямого выхода первого триггера делителя часTo7bl 6. На выходе фазового детектора 3 формируются импульсы 24,дли- 45 тельность которых прямо пропорциональна рассогласованию по фазе между сигналами .23 и 27.При этом, если выходной сигнал 23 формирователя 1 синхронизирующих импульсов опережает по фазе сигнал 27, поступающий с выхода делителя частоты б,полярность выходных импульсов 24 фазового детектора 3 положительная, как показано на фиг. 2, если же отстает, то отрицательная. На выходе

55 преобразователя 4 длительности импульсов в напряжение, подключенного к выходу фазового детектора 3, формируется постоянное напряжение 25, уровень которого прямо пропорциона- dO лен длительности импульсов 24, т.е. рассогласование по фазе между сиг-налами 23 и 27. Постоянное напряжение 2 поступает на вход управляемого генератора 5, который в уста- 65. новившемся режиме генерирует импульсы

26 с частотой, превышающей частоту синхрониэирующих импульсов 23 в целое число раз. К выходу управляемого генератора 5 подключен делитель частоты 6 на 2п триггерах, где n l, 2,3,, охваченных перекрестными обратными связями. На прямом выходе первого триггера делителя частоты

6 формируются импульсы 27, на прямом выходе (и+1) -го триггера формируются импульсы 28, сдвинутые относительно импульсов 27 на 90 эл.град.

Пусть по каким-либо причинам частота синхрониэирующих импульсов 23 увеличилась. Тогда возрастет-„ длительность импульсов 24 на входе фазового детектора 3 и увеличится постоянное напряжение 26 на выходе управляемого генератора 5. Это вызовет увеличение частоты управляемого генератора и фаза выходных имйульсов

27 и 28 изменится так,что частоты сигналов 23,27 и 28 будут вновь равны друг другу. Таким образом, с помощью блока 2 фазовой автоподстройки частоты осуществляется синхронизация устройства управления, а значит и преобразователи в целом от другого источника и формируется три последовательности импульсов: высокочастотные импульсы 26, частота которых строго в целое число раз превышает частоту синхронизирующих импульсов 23 и две последовательности импульсов 27 и 28,синхронных с последовательностью синхрониэирующих импульсов 23 и сдвинутых относительно друг друга. на 90 зл.град.

Эти две последовательности импульсов поступают на формирователь 7 развертывающего напряжения, на выходе которого формируется треугольное напряжение двойной частоты 29. В блоке сравнения 8, подключенном к формирователю развертывающего напряжения, в момент равенства треугольного напряжения 29 с управляющим П„формируются прямой и инверсный сигналы 30 и 38, которые поступают на тактовые входы логических ключей 9 и 10. На управляющие входы логического ключа 9 поступают прямой и инверсный сигналы с выхода первого триггера делителя частоты б. Переключение логического ключа 9 происходит при подаче на его тактовый вход сигнала логической 1, т.е. передний фронт импульсов

30 определяет фазу прямоугольных импульсов 31, формируемых логическим ключом 9 ° На управляющие входы логического ключа 10 поступают прямой и инверсный сигналы с выхода (n + 1)—ro триггера делителя частоты 6. Переключение логического ключа 10 про-. исходит также при подаче на его тактовый вход сигнала логической 1, т.е. передний фронт импульсов 38 определяет фазу прямоугольных импульсов

775855

39, формируемых логическим ключом

10. Таким образом, на выходах логических ключей 9 и 10 Формируются дне однофаэные последовательности прямоугольных импульсов 31 и 39, регулируемых по фазе. При изменении управляющего напряжения U от 0 до амплиМ туды треугольного напряжения фаза выходных импульсов логического ключа

9 изменяется на 90 эл.град. в сторону отставания, а фаза выходных импульсон логического ключа 10 на 10

90 эл. град. в сторону опереженйя относительно сигнала 23, снимаемого выхода формирователя 1 синхронизирующих импульсон.

К выходу каждого логического ключа подключен фаэорасщепитель, формирующий (m-1) -Фаэную последовательность управляющих импульсов. Оба фазорасщепителя построены по одной и тойже схеме, поэтому принцип формирова- 26 ния (m 1 ) -фаэной последовательности управляющих импульсов рассмотрим на примере фазорасщепителя 11, подключенного к выходам логического ключа 9. Пусть в результате предыдущих переходных процессов все триггеры сдвига 16 находятся в нулевом состоянии, а сигнал 31 на прямом выходе логического ключа 9 принимает состояние 1 . В этот момент на выходе формирователя 13 коротких имПульсов нозникает короткий импульс

32, который поступает на установочный вход Я триггера 17 последователь ного регистра сдвига 16 и на вход элемента ИЛИ 15. С выхода элемента

ИЛИ 15 импульс 34 поступает на вход установки R счетчика импульсов 22 и переводит его в состояние 0 . Поскольку время срабатывания счетчика имеет конечную длительность, то воэ- ® можна ситуация, когда 1 с выхода счетчика сразу после переключения логического ключа 9 поступит на тактовый вход С триггера 17 и произойдет его ложное срабатывание. Посылкой короткого импульса 32 на установочный вход 8 триггера 17 ложные срабатывания исключаются. На счетный вход счетчика 22 непрерывно поступают нысокочастотные импульсы 26 с выхода управляемого генератора 5. При заполнении счетчика на тактовые входы

С всех триггеров региста поступает сигнал 35, соответствующий уровню логической единицы . Но переключается при этом только триггер 17 (сигнал 36 на фиг. 2), так как только на его информационном входе D сигнал изменялся с"0" на " 1". Затем счетчик возвращается в нулевое состояние, вновь заполняется, при этом 60 переключается последующий триггер регистра сдвига, далее процессы протекают аналогично. За полпериода частоты синхронизирующего напряжения

23 счетчик 22 успевает заполниться 65 щ раэ pH BToM nepexnrowa ca ace (m-l) триггеров регистра сдвига,так что сдвиг по фазе между выходными импульсами двух соседних триггеров регистров сдвига, а также между импульсами логического ключа 9 и триггера 17 составляет 180/m эл.град. Требуемый фазовый сдвиг между импульсами достигается тем, что емкость счетчика К „ выбирается иэ условия К еч СЧ

f/m, где f. — частота управляемого генератора. При этом чем выше частота управляемого генератора, тем больше емкость счетчика и тем точнее выдерживается требуемый фазовый сдвиг, т.е. тем выше симметрия управляющих импульсов. Прн переключении логического ключа 9 .в нулевое положение формируется короткий импульс

33 на выходе формирователя 14 коротких импульсов, который поступая на установочный вход R триггера младшего разряда 17, удерживает его в единичном состоянии до тех пор, пока импульс 34 с выхода элемента ИЛИ 15 не подготовит счетчик импульсов 22 к приему импульсов от управляемого генератора 5. При заполнении счетчика на его выходе формируется сигнал 1 и триггер 17 переводится .н нулевое состояние. После m-ого заполнения счетчика переключится триггер старшего разряда 21, формируя m-ую последовательность однофазных импульсов 37 (для определеннос. ти взято 5 триггеров, т.е. m = 6 и сдвиг по фазе между двумя соседними однофазными последовательностями импульсов состонляет 30 эл .град.) .

Аналогично формируется с помощью фаэорасщепителя 12, подключенного к выходу дополнительного логического ключа 10, вторая (m-1)-фазная последовательность управляющих импульсов.

Таким образом, первая т-фазная последовательность управляющих импульсов формируется с помощью логического ключа 9 и фазорасщепителя 11,вторая

m-фаэная последовательность — с помощью дополнительного логического ключа 10 и фазорасщепителя 12. При изменении управляющего напряжения от 0 до амплитуды треугольного напряжения первая m-фазная последовательность сднигается на 90 эл.град. в сторону отставания относительно синхронизирующего напряжения, а вторая

m-фазная последовательность — в сторону опережения, так что диапазон регулирования угла составляет

180 эл.град., прн этом стабильность фазы выходного напряжения определяется только степенью симметрии генератора треугольного напряжения.

Логический ключ может быть выполнен на тактируемых триггерах RS или ЗК-типа, а также на магнитнотранэисторном мультинибраторе.

775855

Формирователи коротких импульсов могут быть выполнены на основе простейших дифференцирующих RC-цепей или в виде ждущего мультивибратора.

Таким образом, иэ вышеизложенного принципа работы следует, что предложенное устройство формирует две

m-фаэные строго симметричные последовательности парафазных импульсов, обеспечивает предельно возможное быстродействие регулирования выходного напряжения преобразователя, ) обеспечивает неизменность фазы выходного напряжения преобразователя при регулировании угла в пределах

0-180 эл.град., допускает синхронизацию преобразователя от другого ис- 15 точника той же частоты.

Благодаря перечи ."ленным достоинствам данное устройство может использоваться для управления. перспективными схемами инверторов напряжения, 20 отличающимися высокими технико-экономическими характериСтиками и пригодными для создания систем гарантированного электропитания, обладающих минимально возможным временем перерыва в питании потребителей.

Формула изобретения

1. Одноканальное устройство для

36 упра влени я m-фаз ным преобразователем, содержащее последовательно соединенные формирователь синхрониэирующих импульсов, блок фаэовой автоподстройки частоты, формирователь раз- З5 вертывающего напряжения, блок сравнения и логический ключ, причем блок фазовой автоподстройки частоты содержит соединенные в кольцо фазовый детектор, преобразователь длитель-4() ности импульсов в напряжение, управля-. емый генератор и делитель част ты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения преобразователя в переходных и установившихся режимах, оно снабжено дополнительным логическим ключом и двумя подключенными.к укаэанным логическим ключам фазорасщепителями, каждый иэ которых содержит два формирователя коротких иМпульсов, элемент ИЛИ, счетчик импульс(>в и последовательный регистр сдвига, состоящий из (m-1) триггеров, тактовые входы которых соединены с выходом счетчика импульсов, вход устанонки которого через элемент ИЛИ подключен к выходам формирователей коротких импульсов и ко входам установки триггера младшего разряда последовательного регистра сдвига,информационный вход которого соединен с прямым выходом логического ключа, выход которого подключен ко входам формироватеяей коротких импульсов первого фаэо расщепителя,тактовый вход одного из логических ключей подключен к прямому выходу блока сравнения, управляющие входы — к выходам первого триггера делителя частоты, выполненного в виде кольцевого регистра сдвига íà 2п триггерах (n=1,2,3...),òàêòoâû вход другого логического ключа подключен к инверсному выходу блока сравнения, управляющие входы — к выходам (и+1)— го триггера кольцевого регистра сдвига счетные входы счетчиков фазорасщепителей объединены . и подключены к входу управляемого генератора блока фазовой автоподстройки частоты.

2, Устройство по и. I о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь развертывающего напряжения выполнен в виде генератора треугольного напряжения.

775855 (ВШИЙИМ ШШЙКШШйШИШИИЛШЛ....

Г"" 3

L .1

П3 ШШЛШЛ1Ш 1 1

ВНИИЛИ Закан 7780/68 Тирае 763 Подписное

Филиал Патент, r. Ужгород,;,.л. Проектная, 4