Способ формирования регулируемого по частоте напряжения заданной формы

 

Союз Советских

Соцнаектнчвских

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ТИЗЬСТВМ

{u)873373 (6I ) Дополнительное к ввт. саид-ву (22) Заявлено 160878 (21) 2655424/24-07.

Р,Ц К,й 3 с присоединением заявки HPН 02 P 13/16

Госудврственнмй комитет

СССР но делен изобретений н открытий (23) ПриоритетОпубликовано 1510.81. Бюллетень ЙВ. 38

Дата опубликования описания 151081 (53)УДК 621.314.572 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.A.Øîðèí и О.И.Поздняков (7! ) Заявитель (54 ) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО

ПО ЧАСТОТЕ НАПРЯЖЕНИЯ ЗАДАННОИ

:ФОРМЫ!

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение, например, в электроприводе или в стабилизаторах переменного напряжения.

Известны способы формирования скнусондального напряжения, по технкческой сущности и результату, достигаемому при их использовании, сходные ! с пред,агаемым..

Известен формирователь, состоящий иэ регулируемого по частоте задающего генератора, пересчетной схемы и цифроаналоговых преобразователей в каждой IS фазе. На выходе подобного устройства получают многофазные напряжения ступенчато-апроксимированной синусоидальной формы. Полученные напряженйя поступают на широтно- импульсные мо- 20 дуляторы, где сравнивается с напря- жением треугольной нли пилообразной. форм. Импульсы с выходов модуляторов управляют работой усилителя мощности 1 ). 25

Недостатком этого способа является сложность аппаратурной реализации.

Известен также способ широтно-импульсной модуляции, согласно которому используют для широтно-импульсной 39 модуляции высокочастотное и„низкочастотное синусоидальное напряжение (2)., Недостаток этого способа заключается в том, что огибающая полученного широтно-импульсного напряжения имеет треугольную форму.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является способ формирования частотно-регулируемого синусоидального напряжения, согласно которому поставленная цель достигается !перемножением регулируемого по частоте напряжения треугольной формы синусоидального напряжения постоянной частоты с последующей фильтрацией.и сравнением на компараторе, полученного на выходе фильтра регулируемого go частоте низкочастотного сину:соидального напряжения и пилообраз ного напряжения высокой частоты 3 ).

Недостатками этого способа являются низкая точность регулирования частоты выходного напряжения, ухудшение динамических свойств формирователя за счет введения промежуточного фильтра, невозможность получения различных требуемых форм частотно-регулируемого напряжения, что может оказаться необходимым при глу-.

873373 действительно, если уЗ k ti a у агсэ!пав то в точках равенства нулю разности этих сигналов, т.е. при kt васа!п@с получаем, что этот процесс эквивалентен сравнению таких сигналов

s inset и у4 k t.

Между частотами используемых сигналов должны выполняться следующие соотношения

У1 -2012, ФТ Ф 201%, боком регулйровании синхронных электродвигателей.

Целью изобретения является увеличение точности регулирования частоты и расширение функциональных воэможностей формирователя.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве первого высокочастот1ного сигнала задают сигнал с формой функциойально обратной заданной в качестве регулируемого по частоте низкочастотного сигнала используют сигнал треугольной формы, причем первый высокочастотный сигнал, с Формой

Функционально обратной заданной, формируют путем сравнения второго сформированного высокочастотного сигнала 15 заданной формы с частотой, по крайней мере, на порядок большей частоты первого высокочастотного сигнала с третьим сформированным сигналом треугольной формы, частота которого рав-, Щ на частоте первого высокочастотного сигнала, и последующей фильтрации полученного в результате сравнения широтно-импульсного сигнала.

На Фиг. 1 приведена функциональная схема Формирователя, работающего по предлагаемому принципу, на фиг.

2 — временные диаграммы напряжений на выходах, блоков формирователя по фиг. 1; на Фиг.- 3 — пример функциональной схемы преобразователя "напряжение-частота".

Формирователь (Фиг. 1) содержит генератор напряжения постояннбй высокой частоты требуемой формы 1, генератор напряжения треугольной формы с постоянной частотой, по крайней ме ре, на порядок меньшей, чем -частота напряжения первого генератора 2, формирователь регулируемого по частоте многофазного низкочастотного напряже- 4Q ния треугольной формы 3, вспомогательный компаратор 4, фильтр 5, выходные компараторы б — б" .

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 0» -,напряжение заданной фор-4 мы, U - напряжение треугольной формы, U — напряжение на выходе вспомогательного компаратора, 04 — напряжение на выходе фильтра, V - напряже; ние регулируемой частоты, треугольной, Формы, 0» — напряжение на выходе одного иэ выходных компараторов.

На фйг; 3 представлена функциональ- ная схема преобразователя "напряжение-частота".

Схема (фиг. 3) содержит компаратор

7, фазоинвертор 8, диоды схемы совпадения 9-12, реле с гистеризисом 13, интегратор 14, резисторы 15 и 16.

В качестве примера рассмотрим работу формирователя регулируемого по час $g тоте синусоидального напряжения.

Высокочастотное напряжение синусоидальной формы сравнивают на компараторе 4 с напряжением треугольной формы и в момент равенства их величин формируют широтно-импульсное напряжение. В таком случае напряжение U становится осью симметрии для нелинейного приращения 0„, относительно

U, Напряжение 03 отражает уже зависимость по временной оси от амплитуды

0л. При этом оси амплитуды и времени как бы меняются местами, т.е. на выходе вспомогательного компаратора 4 формируются квазиарксинусоидальное напряжение.

Для образования этого утвержде-, ния можно рассмотреть следующие соотношения.

Обозначим у siпЩ - напряжение синусоидальной формы постоянной высокой частоты, у kg i - напряжение треугольной Формы с частотой на порядок мень- шей частоты первого направления.

При этом делается допущение, что формы напряжений строго соответствуют заданным и в треугольных напряжениях рассматриваются только участки с постоянным наклоном.

Определим точки равных значений для напряжений . Это условие выполняется при ул у, т.е..slnt4l»t

Очевидно, что последнее соотношение к эквивалентно такому соотношению а„е -.arcsin k tу

:где ЮЛ- определяет крутизну треугольного напряжения, k - определяет круговую часл тоту.

Два рассмотренныМ соотношения показывают,.что использование в ка честве модулирующего напряжения у

k»t, а в качестве модулированного напряжения у sin (4l» t эквивалент4 но использованию модулирующвго напряжения у @resin Ю t, а в качестве модулирувмого напряжения y k t, так как моменты равенства нулю раз ностн этих налряжвиий совпадают в обоих случаях.

Полученное после фильтрации напряжение U имеющее арксинусоидальную фориу, сравнивают на компараторах Ỡ— б с фазовыми напряжениями 0 - 0 ..Здесь картина обратная рассмотрвийой. Новая смена мест осей амплитуды и времени приводит к тому, t что на выходе компараторов б - б " огибакщая напряжения имеет синусои. дальную форму.

873373 где f - частота напряжения U<

f2 — частота напряжения 0>, — максимальная частота напряжения U g.

Для получения многофаэного регулируемого по частоте напряжения треугольной формы может быть использовано устройство, функциональная схема которого представлена на фиг. 3.Прин цип его действия заключается в слецующем.

Модуль входного напряжения US„ сравнивают на компараторе 7 с пйлообразным напряжением Uä . Выходной сигнал компаратора инвертируется фаэоинвертором 8. Сигналы с компаратора 7 и фазоинвертора 8 с помощью схемы совпадения, собранной на диодах 9 — 12, модулируют в свою очередь, выходной сигнал реле 13, управляющий работой интегратора 14.

При включении схемы (фиг. 3), за 20 счет положительной обратной связи она находится в одном из устойчивых состояний, предположим положительном.На- чинается интегрирование на интеграторе 14. Интенсивность этого процесса 25 определяется скважностью импульсов с компаратора 7 и фазоинвертора 8. В этом случае сигнал в реле 13 проходит на вход интегратора по цепи 15-11.

При достижении напряжением на выходе интегратора заданного значения происходит изменение знака сигнала на выходе реле 13, за счет чего изменяется направление интегрирования. Интенсивность интегрирования равняется заданной, причем независимо от направления интегрирования..В итоге на выходе интегратора имеем напряжение треугольной формы и регулируемой чатоты, определяемой управляющим сигна» лом. 40

Для получения трехфазной системы формируемых напряжений используется устройство, состоящее из трех описанных преобразователей "напряжение — частота". 45

Выходное напряжение преобразова.теля первой фазы является синхроиизи- . рующим для преобразователей остальных фаз. Для атого на вход гестерезисных реле этих фаз подается сумма или разность сигналов первой фазы и рассматриваемой фазы. Регулируя напряжение положительной обратной связи реле 13, можно добиться требуемого фазового сдвига относительно первой фазы. Необходимо отметить, что синхронизация фазных сигналов происходит автоматически. Таким об.разом, отпадает необходимость в задании начальных условий.

Формирователь, реализующий предлагаемый способ, выполнен иа двенадцати операционных усилителях и двенадцати диодах, т.е. гораздо проще в реализации, чем известные, имеет диапазон регулирования частоты более чем 1:1000. Содержание высших гармоник в выходных напряжениях, как было показано, равно содержанию высших гармоник в выходных напряжениях известного формирователя.

При соизмеримой сложности реализации предлагаемого формирователя и известного первый имеет большую точность регулирования выходной частоты, которая в макетном образце. не превышает 2% от текущего значения во всем рабочем диапазоне. Если использовать в известном формирователе генераторы сигналов с суммарной ошибкой не более 2%, то при "нулевой" частоте этих сигналов, равной

1000 Гц,абсолютная ошибка равна 20 Гц .

ДЛя получения в известном формирователе ошибки около 2% по выходной частоте необходимо использовать кварцевые генераторы и цифровое устройство, что существенно усложняет схему реализации.

Кроме того, при реализации предлагаемого способа в отличие от известного отпадает необходимость установки фильтра в выходных цепях формирователя, что повышает его быстродействие, особенно важное при управлении синхронными машинами.

Возможность формирования различных форм многофазных симметричных напряжений дает возможность компенсировать неравномерность распределения магнитного потока в воздушном зазоре электрических машин переменного тока.

Таким образом, использование предлагаемого способа при оцной из наиболее простых схем реализации, в сравнении с известными, позволяет формировать многофаэные симметричные и частотно-регулируемые напряжения различных требуемых форм, увеличить точность регулирования частоты тока статора в электроприводах тока, за счет чего повышаются эксплуатационные характеристики приводов в статических и динамических режимах ра" боты.

Формула изобретения

Способ формирования регулируемого по частоте напряжения заданной формы путем сравнения первого высокот частотного сигнала с другим регулируемым по частоте низкочастотным сигналом и последукщего формирования широтно-импульсного сигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности регулирования частоты выходного сигнала и расширения функциональных возможностей,в качестве первого высокочас- . тотного сигнала задают сигнал с формой функционально обратной заданной, а в качестве р улируемог по частоте низкочастотного сигнала используют

873373

:сигнал треугольной формы, причем первый высокочастотный сигнал,с формой функционально обратной заданной,формируют путем сравнения второго сформированного сигнала заданной формы с частотой, по крайней мере, на порядок большей частоты первого высо кочастотного сигнала, с третьим сфор« мированным высокочастотным сигналом треугольной формы, частота которого равна частоте первого высокочастотно-. го сигнала, и последующей фильтрации ® полученного в результате сравнения широтно-импульсного сигнала,.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Иалегуайр P.À. ЦиФровой анализ синусоидальнык.;сигналов звуковых частот.-"Электроника", 1975, 9 20.

2. Сб. Материалы ll-й итогово научно-технической конференции, изд-во

Томского университета, Томск, 1975, с. 113-120.

3. Самдлер А.С. и др. Тиристорные инверторы 0 широтно-импульсной модучяцией, И., "Энергия", 1968.

873373

Составитель Г.Иыцык

Редактор Е.Дорошенко Текред.М.PeNsee . Корректор М. Демчик.

Заказ 9068/82 Тира)к 733 Подписное .ВНИИПИ Государственного коюиитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4