Трехфазный статический преобразователь постоянного напряжения в переменное

Трехфазный статический преобразователь постоянного напряжения в переменное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено02,08,74 (21) 2051285/07 с присоединением заявки ¹ 2369650/07 (51) M. Кл.

Н 02N 7/53>

Н 02 Р 13/16>

Гасударственный иомитет

Совета Министров СССР оо делам ивооретений и открытий (23) Приоритет (43) ОпУбликоваиа05.06.78.Бюллетень иге 21 (45) Дата опубликования отщсапня тЯ {)f Ц (53 l УДК 62).31 т.58 (088.8) (72) Автор изобретеи им

В. П. Лянзбург (71) Заявитель (54) ТРЕХФЛЗНЫИ СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

Извести ь| многофязные статические преобразователии с широтноимпульсным регулированием выходного напряжения (I), (2j и (3). Общий их недостаток состоит в том, что для реверсирования выходного напряжения необходимо переключать цепи.

Преобразователь, принятый за прототип (3), состоящий из связанных между собой двухтактных транзисторных инверторов по числу фаз с предварительными усилителями и подсоединенными к ним блоками управления, а также триггерного фазораспределителя, для реверсирования выходного напряжения нуждается в двух пороговых элементах, которые переключают цепи управления предварительными усилителями в зависимости от полярности аналогового сигнала управления преобразователем. Один из пороговых элементов срабатывает при положительной, а другой при отрицательной полярности сигнала управления.,Первый устанавливает прямое чередование фаэ выходного напряжения, например U„, U„, Ц,, а второй — обратное; U„, U,,,U, Результирующий вектор выходного напряжения (векторная сумма J„+ U, + U,) в первом случае вращается по часовой стрслке, а во втором— против нее, что необходимо, например, для

2 изменения направления вращения вала асинхронного двигателя.

Оба пороговых элемента срабатывают при очень малых входных сигналах для уменьшения зоны нечувствительности, однако полноэ стью устранить зону нечувствительности и гистереэис принципиально невозможно по соображениям помехо- и термоустойчиности: при очень малых уровнях срабатывания порогового элемента случайный импульсный сигнал nol0 мехи вызывает срабатывание порогового элемента и, следовательно, сбой в работе преобразователя. Изменения температуры при малых порогах срабатывания потенциально могут привести к перекрещиванию уровней срабатывания. т.е. тот пороговый элемент, который ср;.

lg батывал при положительной полярности, начинает срабатывать при отрицательной полярности входного сигнала и наоборот. Поэтому для надежной работы приходится повышать уровни срабатывания пороговых элементов, что вызывает увеличение зоны нечувствительности и гистерезиса. Это, в свои> очередь, означает, что ухудшается регулировочняя характеристика преобразователя, т.е. зависимость его ны ходного напряжения от величины входш>го сигнала. При использовании статического преобразователя в замкнутой системе явтомя1н и ского регулирования зона нечувствительности и гистерезис приводят к автоколебаниям, понижению чувствительности и становятся непреодолимым препятствием для повыгнения точности системы.

Цель изобретения — устранение зоны нечувствительности и гнстерезиса регулнровочной характеристики, т.е. повышение ее линейности, при реверсироваини выходного напряжения, Для этого в трехфазный статический преобразователь постоянного напряжения в переменное введены связанные между собой триггерный фазорасщепитель, два управляющих вы.

Вода, двухтактные транзисторные иегверторы по числу фаз с предварительными усилителями и блоки управления последними, один из которых нереверсируемый, а два других, принадлежащих реверсируемым фазам, состоят каждый из десяти элементов И, четырех элементов «Запрег» и дВух элементОВ ИЛИ.

Одноименные выходы первого и Второго, второго н третьего, первого и третьего триг!.еров фазорасщеш!теля попарно подключсны ко входам соотаетстиенно первого и второго, третьеl 0 И ЧЕТНЕ!ЗТОГО, ПЯТОГО ii ЕЕЗЕСГОГО ЭЛЕМЕИТОВ

И, выходы первого и второго элементов И соединены со вторыми входами соответственно 2 пе!)вого и второго элементов «Запрет» и с

ОДНИМ ИЗ ВХОДОВ СЕДЬМОГО И ВОСЬМОГО ЭЛЕМСНтои И, выходы которых подключены к первым выходам упомянутых элементов «Запрет» и ко входам соответственно второго и первого элементов ИЛИ, а вторые входы элементов И под- зО соединены к одному из управляющих выводов, - ьыходы пятого и шестого элементов И соединены со вторыми входами соответственно третьего и четвертого элементов «Запрет» и с

ОДНИМ ИЗ ВХОДОВ ДЕВЯТОГО И ДЕСЯТОГО ЭЛЕМЕНтОе3 Выходы KoTopbxxx пОдключены к пе!)вым

Входам указаш!ых элемента!3 «Запрет» и ко входам соответственно Второго и первого элементов ИЛИ, вторые входы элементов И соедиисны с друГим упраВляк3щиы Выводом, и Выходы первого, третьего и BTopolo, четвертого элементов «Запрет» присоедепгеепл ко Входам соответственно первого и второго элементов

ИЛИ, ко входам которых кроме того подсоедииены выходы соответственно третьего и четвертого элементов И, а выходы элементов ИЛИ подключены ко входам предварительных уси- 45 лителей. йа фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 -- диаграммы ВГО па!Зряжен33Й.

Преобразователь содержит три двухтактных иниертора на транзисторах 1 — 6, предварнтель5Î иые усилители (ПУ) с трансформатооными Выходами на транзисторах 7 — 12 и три блока управления предварительными усилителчми (БУПУ) соответственно БУПУ вЂ” 1 первой фазы (а), БУПУ 2 второй фазы (б), БУПУ 3»» третьей фазы (В}.

Схема содержит также фазорасщепитель, состоящий из взаимно синхронизируемых триггеров 13 — 15„которые могут быть синхронизированы любым известным способом, например

От задающего генератора.

60 (3 Î268

Блок управления п!3едварительными усилителями второй и третьей фаз состоит из элементов И 16 — 25, элементов «Запрет» i6 — 29 и элементов ИЛИ 30, 31.

Одегонменегые выходы триггеров 13 и 14

14 1

l4 и 15, ls и 15 фазорасщешггеля попарно подключены ко входам соответственно элементов И 16 и 17, 18 и !9, 20 и 21 Ко входам элемента И 16 подключены левые (по расположению на фиг. 2) выходы триггеров 13 и

14; ко входам элемента И 7 подключены правые выходы этих триггеров. Аналогично со входом элементов И 18, 20 подключены парами левые выходы триггеров соответственно 14 и 15, 13 и 15; ко входам элементов И 19, 21 подключены парами правые выходы этих же

15 триггеров, т,е. на каждый элемент совпадения

НОступают дВВ Одноименных (леВых или праВых) Выхода триггеров фазорасщепнтеля.

Выходы элементов И 16 и 17 соединены со входами II соответственно элементов «Запрет»

26 и 27, а также с одним из входов элемееЕтов И 22 и 23, выходы которых подключены к первым входам элементов «Запрет» 26, 27 и ко входам элементов ИЛИ 31 и 30. Вторые входы элементов И 22, 23 присоединены ко входу И преобразователя. Выходы элементов

И 20, 21 соединены со вторыми входами соответственно элементов «Запрет» 28 и 29, а также с одним из входов элементов И 24 и 25, иыходы которых подключены к первым входам элементов «Запрет» 28, 29 и ко входам соответственно элементов ИЛИ 31 и. 30;

Вторые входы элементов И 24, 25 присоединены ко Входу I преобразователя. Выходы элементов «Запрет» 26, 28 и 27, 29 подключены ко входам соответственно элементов ИЛИ

30 и 31, к которым, кроме того, подсоединены выходы соответственно элементов И 18 и 19, а Выходы элементов ИЛИ 30 и 31 подключены ко входам предварительных усилителей.

Такую же структуру имеет блок управлене!я предварительпьгм усилителем иа транзисторах

1i, 12 третьей фазы (БУПУ-З).

bJloK уп!3аг3ления БУПУ! сОстОит нз элемента ИЛ И 32, элементов «Запрет» 33, 34, элементов И 35, 36 и элементов ИЛИ 37, 38.

Иа входы I и I! преобразователя поступают управляющие сигналы соответственно U u

-U» с выходов широтно-импульсного модулятора (ШИМ) . Кроме "îãî,,на блоки БУПУ ГоступаЕот сигналы с три! Герои 13 — 15 фазорасщепителя. Предполагается, что импульсы

ШИМВ селектируются, например, двумя диодами, подключенными к выходу ШИМа, по полярностг!. Поэтому при Uq )О импульсы ШИМа управляющие преобразователем, пос-,упают на

13хОЯ 1, а !!pl! Uy (О на Bx011 I I.

1астОта упраВ !Яюиеих е!Ыг!yJxü<. ÎB MЕЕОГО больше частоты выходного напряжения преобразователя (в 10 — 30 раз), а их относительная длительность у = Т„/ "„, где 7ч — длительность импульса; T„- период следования.

Работу реверсивного статического преобразователя поясним с помощью диаграмм иа фиг. 2, 3. Триггеры !3--15 фазорасщепителя вырабатывают напряжения Ц„(18, V4 (фе!г. 2) с периодом Т. Положительная полуиолна со610268

5 ответствует наличию сигнала на правом, а отрицательная — на левом (НО расположению на фиг. 2) выходах триггеров. На выходах элементов И 16 — 21 формируются импульсы Ur — U8 длительностью Т/6, так как и теченне такого времени совпадают Во вр" мени импульсы на выходах соответствующих триггеров. Как н иапряжеиия U+, U6 Us, напряжения

U6 кзображены условно: импульсы показывают наличие сигнала, но не его полярность.

Так же нзображены другие напряжения за 1в исключением напряжений UT — 13т„ управления транзисторами 7 — 12 предварйтельных усилителей.

Рассмотрим вначале работу блока управления предварительным усилителем первой фазы (БУПУ-1). Незавнсимо от полярности на- 1» пряження управления преобразователем U на выходе элемента ИЛИ имеются импульсы напряжения U8 (фнг. За), которые запрещают подачу на выход элементов «Запрет» 33, 34 напряжений U8 н U<. Поэтому на выходах этих элементов формируются пачки импульсов

U15„U16 с относительной длительностью импульса в пачке 1 — т. На выходе элементов И

35, 36 формируются пачки импульсов UI, U18, соответствующие по времени напряжения U4 и 138, относительная длительность импульсов д в пачке r. Из фиг. За видно, что нмпульсы

U15 и U16 следуют во времени непосредственно за иинульсамн U18 и U11 соответственно, На выходе элемента ИЛИ 37 складываются во времени напряжения U» U15 131р, Us а на выходе элемента ИЛИ 38 — напряжения

1- 2 36 U18 1-116 ° Прн налнчнн нмпупьс"1 од ного нэ этих напряжений на базу соответствующего транзистора подается открывающее напряжение — Up, при отсутствии — запирающее напряжение Up. Цепи звпирання для упрощения фиг. 1 не показаны. На интервале перно3% да О Ct <Т/6, поэтому на базу транзистора 7 подается напряжение U5 величиной — Up.

7/6 +1 « 7/3 1-11 = U6 = .1- 1 Ь напряжение Ur имеет Вид импульсов длительностью з. и поступает на базу транзистора 7. 4в

В интервалах между импульсами Ur на.базу подается запирающее напряжение Up.

На "Нтервале 77з <1

U — — UT,.

Следующий полупернод формируется аналогично.

U 13

Транзистор 8 управляется напряжениями

2, U6 UT8 1рт6 (фнг. 1). ЕГО напряженне база-эмиттер U 8 формируется так же, как 5В в случае транзистора 7. Рассматривая напряжения 13т,, UT,, видим, что в любой момент времени один нз этих транзисторов открыт, а другой закрыт. Следовательно, В любой момент времени Одна иэ первичных, обмоток транс фарматара усилителя на транзисторах 7, 8, находится под нанряже питания, и ЭДС самоиндукции трансформатора не искажает форму трансформируемаго напряжения. Значит, со вторичных обмоток трансформатбра на входы транзисторов 1, 2 1годаются напряжения, по форме совпадаю1цие с 13Т,, Ur, соответственно, б причем фаэировка обмоток такова, что когда открыт тpaHÇHcTop 7, на Вхад транзнстора 1 подается отрицательное напряжение, когда транзнстор 7 заперт — положительное. AHBлогнчио для транзисторов 8, 1.

Так как управляющне нмпульсь. Ир н — иг проходнт через схему ИЛИ, та картнна процессов н форма напряжений 1JT,, 13т,. Не эаВисит От знака напряження упрввлення преобразователем.

Рассмотрим работу БУПУ-2. Пусть U >О, 1то означает подачу иа вход 1 импульсов напряжения U2 (фнг. 2а), В результате совпадення импульсов напряжений Ц„ U 8, U 8, ПОСТУПВКрЩНХ С СООТВЕТСТВУЮЩИX ВЫХОДОВ ТРНГгерои 13 — 15, на выходах элементов И 16 — 21 формируются импульсы Ur — U6, Так как со входа 1 импульсы U„поступают на Входы элементов И 24, 25, то на Выходе этих схем формнруroT H па 1кн нмпуль -ОВ 1-19 1-1 10 телы1остью «з.. 1 ак как импульсы-Ц. отсутствуют, то на выходе элементов И 22, 23 сигналов нет; U8 — — U — — О. Импульсы U, 13,6 поступают на эапреща1ощне ВхОды элементов

«Запрет» 28, 29. На вторые входы этнх схем подаются нмпульсы напряжения U5, 116. Каждый нз импульсов U9, Urp запрещает подачу на выход элемента «Запрет» нанряжений, поступающих иа вторые входы. Поэтому на выходе элементов «Запрет» 28, 29 формируются напряження 13 з, U с длительностью импульсов в пачке 1 — g. Элемент ИЛИ 20 Выполняет логическое сложение во времени иапряМеННН 131ь Urp, 1- з, U8, 131з Элемент ИЛИ 31

BHBJ10PнчнО складывает HBHpH>KeHHH 13, г, 131, U9, 13», Ur,. Так же, как В блоке ЬУПУ-1р при отсутствии импульсов с Выходов элементов ИЛИ ЗО, 31 транзисторы ПУ запираются напряжением положительной полярности, цепи подачи которого на фнг. 1 не показаны.

Рассмотрим интервал О Qt <Т6. НапряжеННН U8 = U11 = U1p = 13з = О; ПОЭтОМу Uy

=U» н представляет собой импульсы длительностью 1 — з . На интервале Т/6 <4. (T/3

U8 = 13i =- U 6 = 13 з - 13з = 0, поэтому 3т, представляет собой сплошной импульс положительной полярности, обусловленный действием напряжен11я запнрания. На интервале Т/3 ( Т/2 U 8 — — U 1 p — — 1.3 3 — — U (з — — О; поэтому

13т = U11 н представляет собой сплошной импульс отрицательной полярности. На остальных интервалах периода напряжение Б„, формируется аналогично. Напряжение U-„,, формируемое так же, как 13т„, представляет собой зеркальное отображение последнего. В связи с этим Возникает формальная Воэможность формирования UT как инверсной функции UT

t0 jo

U>„. Однако экспериментальная проверка показывает, что вследствие неидеальностн фронтов импульсов возникает несимметрия в управлении транзнсторамн ПУ, что приводит к подмагничиванию выходного трансформатора. Поэтому схема должна быть симметричной.

Пусть U (О, чта означает подачу на вход

1J. импульсов напряжения — Б „(фиг. 2б).

В этом случае Оказыв11ю1гя задействованными элементы совпадения 26, 27; на выходах элементов И 24, 25 напряж< ний В1т: U. = U p —— О

61()

В остальном напряжения (J), ()г,„<1)орч)3()уlOTCH alla. fOTич)3о, HO ll() фазе (<<3 fij?)

1Jf„, при (1д -. О (фиг«3б) отстают от напряжений UT,, Ц,„ ffj)fl Uz )0 (фиг. За) на Т/3.

Вследствие перекрещивания шин I H II в блоке БУПУ-3 импульсы U поступают на элементы 22, 23, а импульсы (-U») — на элементы 24, 25. Следовательно при (./„<О напряжения (31„, (? ) „совпадают по фазе с напряжениями U)„, U) Ä Tfj)H U„< 0; при U„) 0 напряжения UqÄ, ()т,, совпадают по фазе с напряжениями Бт,, Б„„при U, оО, что и показано па фиг. 2.

Так как напряжения UT,, U>, при)(адлежат ко второй фазе, а напряжения UY„, Uq к

"третьей фазе, то при изменении полярности напряжения U ôàçû 2 и 3 меняются местами в смысле взаимной фазировки, т.е. изменяется порядок чередования фаз выходного напряжения, Рассмотрим теперь напряжения на нагрузке; допустим для определенности, что нагрузка Z)„ Zf), 7)3 соединена в треугольник (фиг. Зб).

Работа предварительного усилителя, управляемого напряж fff(BMH UT. — 1?т„подробно проанализирована в I3J. Поэтому поясним кратко работу схемы при 0 (t Т/6. Пусть Uy )0.

Тогда на этом интервале периода в соответствии с полярностью напряжений U. — UTÄ о крыты транзисторы 7 и 1, l I и 15; транзисторы 9, 10, и 3, 4 переключаются с относительной длительностью 2 . Поэтому фаза 7)3 закорочена транзисторами 1, 5, а на фазы

Х,(и Z, подаются однополярные импульсы напряжения.

На остальных интервалах схема работает . аналогично и на нагрузке формируется трехфазная система напряжений (фиг. Зв) с прямым порядком чередования фазы U)„Uf;, U(3, величина этих напряжений задается сигналом управления U .

Пусть (/ <О. В этом случае сдвиг фаз напряжении UT и LJT„, U»„и UÄ(«по отношению к напряжениям U, и Ц,, как вид.но из фиг. 2б, изменяется по сравнению со случаем U> >О (фиг. 2а), В результате этого на нагрузке формируется система трехфазных напряжений Ц, Uf), Uf; с обратным порядком чередования фаз. целом схема работает так,. Пусть вначале Ij> -0, а затем уменьшается до 0 и изменяет свой знак (U < О). При этом относительная длительность» напряжения Ц уменьшается; напряжение — U» — — О и напряжения

Ц, U>, Uj) уменьц)нются до нуля.

В момент, когда U — — 0; Ц =- О, -U» = О, Ьд — — Uq — — Uff = — О изменяется порядок чере. дования фаз. Затем по мере повышения отрицательного напряженйя U„(Uy (О) напряжения

U>, Uf;, U(3 вновь возраста)от, имея обратный порядок чередования. Так как порядок чередо20

ЗО

40 .45

И

8

f3dffffH (j)Ha изменя(т< я Hj)H Ui; == (..(=-- I J(, j J» —-— О, T<? j)("ll(j?< п<)1?я,(к<3 H j)(. jl<)(3

Ф<? ) ?<< ухи и ) об/? T E << ин

Трех<1)азный статический преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержа)ций связанные между <собой три ггерйый фазорасщепитель, два управляющих вывода, двухтактные транзисторные инверторы по числу фаз с предварительным усилителем и блоки управления последними, один из которых нереверсируемый, а два других, принадлежащих к реверсируемым фазам, состоят каждый из десяти элементов И, четырех элементов «Запрет» и двух элементов ИЛИ, отличаюи(ийсн тем, что, с целью повышения линейности регулировочной характеристики при реверсе порядка чередования фаз выходного напряжения в блоках управления предварительными усилителями второй и третьей фаэ, одноименные выходы первого и второго, второго и третьего, первого и третьего триггеров фаз расщепителя попарно подключены ко входам соответственно первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого элементов И, выходы первого и второго элементов И соединены со вторыми входами соответственно первого и второго элементов «Запрет» и с одним нз входов седьмого и восьмого элементов И, выходы когорых подключены к первым выходам упомянутых элементов «Запрет» и ко входам соответственно второго и первого элементов ИЛИ, а вторые входы элементов И присоединены к одному иэ управляющих выводов, выходы пятого и шес-того элементов И соединены со вторыми входами соответственно третьего и четвертого элементов «Запрет» и с одним из входов девятого и десятого элементов И, выходы которых подключены к первым входам указанных элементов «Запрет» и, ко входам соответственно второго и первого элементов ИЛИ, вторые входы элементов И соединены с другим управляющим выводом, а выходы первого, третьего и второго, четвертого элементов «Запрет» присоединены ко входам соответственно первого и второго элементов ИЛИ, ко входам которых кроме того подсоединены выходы соответственно третьего и четвертого элементов И, а выходы элементов ИЛИ подключены ко входам предварительных усилителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

I. Авторское свидетельство СССР № 252638, Н 02 P 13/18, 1967.

2 Авторское свидетельство СССР № 1961 66, H 02 М 7/48, 1966.

3. Авторское свидетельс) во СССР № 477508, Н 02 Р 13/16, 1974. б!0268

Фиа.! t5 ии а17 им

-иа и, и, Фиа аа авиа 5

Составитель Г. Огнев

Текред, О. Луговап Корректор Н. Тупипа

Тираж 892 Подписное

Редактор Ь Федотов

3 а к а з 3031/46

1/НИИПИ 1 осударственного комитета Совета Министров (:(.СР по делам изобретений и открытий

113(13,"к Москва, Ж-35, Раупгскаи наб., д. 4/5

Фялип.i 11..П «Патент», г. Ужгород, ул. проектная, 4