Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы

Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТИ Й ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотов Советскин

Социалистические

Республик

Н 02 N 7/48 (22)Запвле о29.12.77 (23)2561882/24-07 с присоединением заявки %в

Гвеудерсжинмй комитет

СССР ио делам изобретений. и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621.314.,572 (088.8) Опубликовано 15.07.80. Бюллетень ¹ 26

Дата опубликования описания 17.07.80

В. И. Сенько, А. В. Буденный, В. С. Смирнов и А. И. Солодовник ° (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-петия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯ ННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПЕРЕМЕННОЕ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к преобразованию и регулированию электрической энергии с помощью переключаюшкх элементов, например полупроводниковых приборов, и может быть использовано в системах эле ктропитания, в электроприводе для полу5 чения низкочастотного напряжения квазисннусондальной формы.

Известны преобразователи с квазнси- . нусоидальной формой выходного напряжет0 ния, содержащие амплитудные модуляторы, нагруженные на силовые трансформаторы Щи(2(.

Недостатком таких преобразователей является работа силовых трансформаторов, с низкой частотой выходного напряжения,» что неизбежно приводит к ухудшению массо габаритных показателей и,B свою очв » редь, является причиной узкого диапазона регулирования частоты выходного напряжения. Существуют преобразователи с променСуточным повышением частоты, обладающие улучшенными массо-габаритными показателями, включающие в себя де2 модулятор, подключенный к последователь но соединенным вторичным обмоткам силовых трансформаторов амплитудных модуляторов М и (41 .

Однако наличие на всем периоде в выходном напряжении этих преобразователей

/ провалов до нуля приводит к ухудшению его гармонического состава, Наиболее близким по технической сущности среди преобразователей с промежуточным повышением частоты является. преобразователь с квазисинусоидальной формой выходного напряжения, содержащий основные и дополнительные силовые амплитудные модуляторы, вторичные обмотки силовых трансформаторов которых соэдинэны последовательно и подключены ко входу демодулятора. При этом управляющие входы основных амплитудных модуляторов подключены к выходам вспомогательных амплитудных модуляторов, связанных с программным узлом, а управляющие входы дополнительных амплитудных модуляторов подключены к выходам фазовых модулято74873 ров, подключенных к выходам блоке обраъ ной связи $5J, Выходное напряжение такого преобразователя представляет собой ступенчатую функцию, формируемую основными амплитудными модуляторами, с широтно-импульсной модуляцией по синусоидальному закону на отдельных ступенях, получаемой с дополнительных амплитудных модуляторов.

Недостатком такого преобразователя яв- 1р ляется сложность перестройки программного узла при получении выходного напряжения любой другой формы, отличной от синусоидальной, что необходимо, например, при формировании управляюшего воздействия йсполнйтельнйми электромагнитными устройствами в системах автоматического

- регул ирования, Кроме того, данный преобразователь обладае1 малым диапазоном регулирования величины выходного напряжения, так как он " " Определяется только диапазоном регулиро-вания широтнО-модулированного напряжения, формируемого дополнительными амплитудными модуляторами, В ряде случаев, на- 25 -пример, при использовании такого преобразователя в устройствах частотно регулируемого электропривода, узкий диапазон регулирования недостаточен.

Цель изобре тения — расширение функциОнальных Возможе1ОСГей за счет получе» ния переменного напряжения любой заданной формы и увеличения диапазона его регулирования.

Указанная цель -достигается тем, что в известный преобразователь, содержаший амплит яные Модуляторы, силовые входы

"которых подключены к источнику постоян ного напряжения, . а вторичные обмотки их выходных трансформаФоров соединены по- 4О следовательно и подсоеднйены ко входу демодулятора, а также систему управления, включаюшую в себя эадаюший генератор, выходом подключенный к одним входам блока фазовых модуляторов, другие входы, которого соединены с выходами блсйа - амйлитудных компаратбров", прн этом выходы блока фазовых модуляторов соединены со входами одйой части ам»пйитудных модулятОров дОПОлниГельнО введены о источник эталонного напряжения, узел об- . ратной связи, выпрямитель, блок формирователей пилообразных напряжений, узел инвертирования фазы, нуль-орган, причем выход задаюшего генератора связан с одним из входов узла инвертирования фазы, другой" асхад коГОрого подключен к выходу нуль-органа, а также со входом блока формирователей пилообразных напряжений

7 4 и со входами другой части амплитудны;1 модуляторов, при этом выход демодулятора, управляющий вход которого подключен к выходу узла инвертирования фазы, подсоединен к одному входу узла обратной связи, другой вход которого подключен к выходу источника эталонного напряже-ния, связанного также со входом нуль-органа, выход узла обратной связи подсоединен ко входу выпрямителя, выходом подключенного к одним входам блока амплитудных компараторов, другие входы которых связаны с выходами блока формирователей пилообразных напряжений. При этом блок формирователей пилообразных напряжений может быть выполнен в виде генератора пилообразного напряжения и сумматоров, одни входы которых соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, а другие входы подключены к источникам различных эталонных уровней, причем вход генератора пилообразного напряжения является входом блока, а выходы сумматоров - его выходами.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы, .иллюстрирующие его работу; на фиг. 3— пример выполнения блока формирователей пилообразных напряжений; на фиг. 4пример выполнения амплитудного компаратора и фа свого модулятора; на фиг. 5— диаграммы, иллюстрирующие их работу на фиг. 6 — форма выходного напряжения преобразователя.

Преобразователь постоянного напряже ния в переменное заданной формы содержит амплитудные модуляторы 1,2,3,4, выполненные на основе идентичных схем, например, мостовых инверторов, подключенйых к источнику постоянного напряжения 5. Вторичные обмотки выходных трансформаторов инверторов соединены последовательно и подключены ко входу демодулятора 6, Система управления преобраэователя, синхронизируемая задающим генератором 7, содержит блок формирователей пилообразных напряжений 8, вход которого соединен с выходом задающего генератора 7, источник эталонного напряжения 9, узел обратной связи 10, один вход которо»

ro соединен с выходом генератора эталон» ного напряжения 9, а другой вход связан с выходом демодулятора 6. Выход узла обратной связи 10 подключен ко входу выпрямителя 11. Кроме того, система управления содержит блок амплитудных ком-параторов 12, випочаюший в себя ампли» тудные компараторы 13, 14, 15, причем

5. 748737 один из входов амплитудных компараторов напряжение постуйает ка один вход фазо

13 14 5

1 соединен с выходом выпря- вого модулятора 17, а на второй входмителя 11, а другой вход — с соответ- напряжение U задающего генератора 7. ствуюшими выходами блока формирова- При этом на выходе фазового модулятора талей пилообразного напряжения 8, блок g 17 формируется напряжение U l7 с фазофазовых модуляторов 16, содержащий фа- вым сдвигом относительно напряжения 0>,. зовые модуляторы 17,18,19, одни из задающего генератора 7 на величину дливходов которых подключены к выходам тельности импульсов напряжений U э комамплитудных компараторов, соответстввн- паратора 13. С момента времени 1 ко 13, 14, 15, а другие входы подхлю- io амплитуда напряжения U <1 с выхода

1 чены к выходу задающего генератора 7.. выпрямителя 11 превышает амплитуду пиУправляющие входы амплитудных моду- лообраэного напряжения U>, поступающего ляторов 1 связаны с выходом задающего на вход компаратора 13 и он прекращает генератора 7, а управляюшиевходы амппи- свою работу. При этом фазовый сдвиг тудных модуляторов 2,3,4 связаны co- Is напряжения 0 . на выходе фазового моду-. ответственно с выходами фазовых моду- лятора 17. в дальнейшем не изменяется, H ляторов 17,18,19. В состав системы сахраняет свое конечное значение, При управления входит также узел инвертиро- дальнейш м изменении этапойкого напрявания фазы 20, один иэ входов которого жения в интервале времени t - 1 встуi соединен с выходом задающего генера- щ пает в работу компаратор 14, что привотора 7, а другой вход сощинен с дит к аналогичному изменению фазы напвыходом нуль-органа 2 1, вход ко- ряжения U 8 на выходе фазового модуляторого подключен- к выходу . источ- тора 18. В интервале времени ника эталонного напряжайия 9. Выход уз- процессы изменения напряжений U U

l7 l8 ла инвертирования фазы 20 связан с уп- p$ ка выходах фазовых модуляторов 17 18

Э равляющим входом демодулятора 6. Вы- пРоисходят в обратном порядке. Напряжеход демодулятора 6 является выходом, ния U 7, U Ie На выходах фазовых модупреобразователя. ляторов 17, 18 являются управляющими

Р ссмотрим работу преобразовател веню 2 3 с выхо для амплитудных модуляторов соответстКОГО HBIIpIIIKBHHH GCTB амплитудныв модуляторы 1,2,3, фаэОвые модуляторы щего генера тора 7 и фаза их выхо ных а источник эталонного напряжения 9, фо мирует эталонное н прЯжение сикУсоидаль . B e льтате о мми ов ной формы. З.щйй rmepmop 7 (фиг.ц Р"У " У Ров " КР выРабатывает высокочастотное напРЯжение .: .ьног

U 7 (фиг. 2) типа меандр, поступающее торов 1,2,3 эа счет последовательного на вход блока формирователей пилообраэ ф p p д д мр лято а 6 соединения вто ичных обмоток их вь ных напряжений, с выходов которого илоР 4О трансформаторов на входе демо лято а 6 б °,, " Формиру Я напрЯ" ение 0зх Унра-ение о разные напряжения и О, смещен- . демо демодулятором 6 осуществляется выходные друг относительно друга на велйчин

"-у, ными импульсами узла инверти оваьия фаих амплитУды подаютсЯ на одни входы aM- эы 20 к

0 который "Од деиствивм напряж я

14, поступает напряжение 0 и с выпря . его вход, изменяет азу напряжений задан ющего генератора 7, поступающего на мителя 1, íà вход котоРого подается; :другой его вход,на 180 С, Изменение фазы, напряжение ссогласования с вь р рассогл сования с выхода уэ - на 180 С, ïpoèñõoäèò в моменты перехода ла об атной связи 10. П и р ной связи 10. При этом на адин эталонного напряжения через нуль, фиксивход узла 10 подается напряжение сину- руемые нуль-органом:21. П и атом. на точника выходе демодулятора 6 формируется выаталонного напряжения 9, а на вто ой т P ; ходное напРЯжение ПРвобРазователЯ 0 ь . напряжение с выхода демодулятора 6. При Н ф 4 а фиг. 4 представлен один из возиэменении эталонного напряжения,в инте вале в вмени 1 + на выхо е к

P можных вариантов выполнения схем ампр, 4 о . 4 q на ыходе ком- литудного компаратора 13 и фазового мо- паратора 13 формируется широтно-моду- дулятора 17, обеспечивающих сдвиг фазы .лированное напряжение U,> по закону управляющего напряжения амплитудного изменения эталонного напряжения. Это модулятора 2 в соответствии с измене7 7487

f нием напряжения эталонного генератора

8, а на фиг. 5 — диаграммы их работы.

На неинвертируюший и инвертирующий входы компаратора 13 поступают соответственно пилообразные напряжения

Дя- и напряжения U и (фиг. 2,4), пред >тавляющие собой выпрямленное напряжение рассогласования между напряжением эталонного генератора 8 и выходным напря» ением преобразователя. Широтно-модулированное напряжение 0, с выхода

KoMIIBpBTop8 1 3 поступает н& Один ВхОд фазового модулятора 17, выполненного на логических элементах И-НЕ, а на вто- рой вход подается напряжение 07 задающего генератора 7, Выходное напряжение схем И-НЕ 22,23,24,25,26,27 соответственно обозначены U, U<>, U<<

U„И „u „° Напряжения u „

U g7 являются управляющими дпя амплитудного модулятора 2. Схемы фазового модулятора 18 и компаратора 14, связанные с амплитудным. модулятором 3, аналогичны. Отличие состоит только в том, что пилообразное напряжение U 8, подаваемое на вход компаратора 14, смещено

I на величину амплитуды напря>кения 08

Таким Образом, напряжение 0 и при выходе из зоны р егулирования дпя амплитудного модулятора 2 попадает в зону регу- gII лирования для амплитудного модулятора 3, чем достигается непрерывное слежение выходного напряжения преобразователя за напряжением эталонного источника. Следует отметить, что в преобразователе обеспечи- з вается однозначная связь между текущим значением напряжения эталонного источника 8 и значениями сдвига фаз напряжений амплитудных модуляторов. Изменением эталбнного напряжения как по амплитуде,,щ так и по частоте осуществляется соответствующее регулирование параметров выходного напряжеИия преобразователя. При необходимости улучшения формы выходного напряжения по сравнению с рассмотренной yg количество амплитудных модуляторов тре.буется увеличить, что приведет к увеличению числа ступеней в вйходном напряжении, и ках следствие, уменьшению доли широтно-импульсного напряжения. Например, на. gII фиг. 6 показан вид выходного четырехступенчатого напряжения для случая, когда в его формировании участвуют пять амплитудно-импульсных модуляторов.

С целью упрощения графического изображения диаграмм работы преобразователя кратность промежуточной и модулирующей частот выбрана небольшой. В связи с =..:

37 8 эти>, выходное напряжение преобразователя имеет незначительную несимметрию.

Однако, в случае б пьшой кратности этих частот, например, 2 „„,, =20 кГц,,„=50 Гц несимметрия выходного напряжения несущественна.

На фиг, 3 представлен один из возможных вариантов выполнения блока формирователей пилообразных напряжений 8. Он содер>кит > енератор пилообразного напряжения 28, вход которого является входом блока 8, и сумматоры 29,30,31, выходы которых являются выходами блока 8. Одни входы сумматоров 29,30,31 соединены с выходом генератора пилообразного напря>кения 28, а другие входы подключены к источникам различных постоянных эталонньг< уровнеи 0 t 2, этим э.т2

На выходе генератора пилообразэтЪ ного напряжения 28, синхронизируемого выходными импульсами задающего генератора 7, формируется пилообразное напря>кение, которое поступает на одни входы сумматоров 29, 30, 31. На другие входы сумматоров 29, 30, 31 подаю ся постоянные, но различные по величине эталонные напряжения 0, U2,,U эт1 эт2 эт3 величина которых отличается друг от друга соответственно на величину амплитуды пилообразного напря>кения, формируемого на выходе генератора пилообразного напря>кения 28. В результате на выходах сумматоров 29, 30, 31 формируются пилообразные напряжения, смещенные друг относительно друга на величину амплитуды пилообразного напряжения.

Использование в предлагаемом преобразователе новых блоков и схем выгодно

Отличает его от указанного прототипа.

Если в известном преобразователе необ.ходимость изменения формы выходного напряжения неизбе>кно приводит к необходимости полной функциональной перестройки программного узла, то в предлагаемом греобразователе одио лишь изменение формы эталонного напряжения приводит к соответствующему изменению формы выходного напря>кения преобразователя, причем любое изменение параметров эталонного сигнала приводит к соответствующему изменению параметров выходного напряжения. Следует отметить, что любому мгновенному значению эталонного сигнала от нуля до максимума соответствует определенный фазовый сдвиг выходных напряжений амплитудных модуляторов, одно- значно определяющий величину выходного напри>кения преобразователя. Таким об9 7487 разом, преобразователь обладает значительно большим диапазоном регулирования выходного напряжения, так как имеется практическая возможность регулировать его от нуля до максимального зна5 чения. В качестве примера был рассмотрен вариант работы преобразователя с синусоидальным выходным напряжением.

В этом случае в качестве источника эталонного напряжения используется генератор синусоидального сигнала. Для получения другой формы выходного напряжения необходим генератор с напряжением соответствующей формы. При необходимости управления разнообразными процессами (гальванопластика, пропорциональное управление электромагнитными исполнительными устройствами, использование в цепях питания мощных модуляторов и т.д.) возможности преобразователя могут быть значитвпьно расширены, если в качестве источника эталонного напряжения использовать аналоговую или цифровую электронно-вычислительную машину с цифроаналоговым преобразователем. При этом выходное напряжение преобразователя может изменяться по заранее установленному закону (программе) или в соответствии с изменениями характера протекания процесса,. 30

Формула иэобр ет ения

37 10 вания фазы, нуль-орган, причем выход задающего генератора связан с одним иэ входов узла инвертирования фазы, второй вход которого подключен к выходу нульоргана, а также со входом блока формирователей пилообразных напряжений и,со входами другой части амплитудных модуляторов, при этом выход демодулятора, управляющий вход которого подключен к выходу узла инвертирования фазы, подсоединен к одному входу узла обратной связи, второй вход которого подключен к выходу источника эталонного напряжения, связанного также со входом нуль-органа, выход узла обратной связи подсоединен ко входу выпрямителя, выходом подключенного к одним входам блока амплитудных компараторов, другие входы которых связаны с выходами блока формирователей пилообразных напряжений.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, чтс. блок формирователей пилообразных напряжений выполнен в виде генератора нилообраэного напряжения и: сумматоров, одни входы которых соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, а другие входы подключены к источникам различных эталонных уровней, причем вход генератора пилообразного напряжения является входом блока, а выходы сумматоров - его выходами.

1, Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной формы, содержащий амплитудные модуляторы, силовые входы которых подкшочены к источнику постоянного напряжения, а вторичные обмотки нх выходных трансформа- 4, торов соединены последовательно и подсоединены ко входу демодулятора, а также систему управления, включаюшую в себя задающий генератор, выходом подключенный к одним входам блока фазовых модуляторов, другие входы которого соединены с выходами блока амплитудных компараторов, при этом выходы блока фазовых модуляторов соединены со входами одной части амплитудных модуляторов, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения переменного напряжения любой заданной формы и увеличения диапазона его регулирования, в преобразователь дополнительно введены источник эталонного напряжения, узел обратной связи, BbIIIpSIMHTMIb> блок формирователей пилообразных напряжений, уэвп инвертироИсточники информации, принятые во внимаиие при экспертизе

1; Патент США № 3723848> кл. 321-45, 1973.

2. Заявка Йеликобритании ¹ 1371717, кл. Н 2 F> 1974.

3. Миловзоров Б; H. Мусолин А. К., Морозов А. С. Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения в переменное ступенчато- синусоидальное.- Современные задачи преобразовательной техники", Киев, изд. АН УССР, 1975 ч,4, с, 150-157.

4. Тонкаль B. Е„Мельничук Л, П, Новосельцев A. B. Дыхненко 10. И. Метод биений и построение на его основе тиристорных преобразователей частоты с регулируемыми параметрами синусоидального напряжения.-"Современные задачи преобразовательной техники, Киев, изд. АН

УССР, 1975, ч. 3, с. 187-197.

5, Авторское свидетвпьство СССР по заявке ¹ 246357/07(0321156}.