Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в постоянное

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4(51) Н 02 М 3/335 с 1, отлто фазосдв иство по п. с я тем, ч содержит дв счетчика с п(72) А.М. Азаров, С.М. Гавриленко, В.И. Авдзейко и 10.А, Шурыгин (71) Научно-исследовательский инсти тут автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 509974, кл. Н 02 Р 13/18, 1974,2. Авторское свидетельство СССР У 699504, кл. С 05 Р 1/22, 1977.3. Кобзев А.В. Воспроизведение сигналов методом многозонной импуль ной модуляции. - Автоматизация управления организационными и техническими системами. Томск. Из-во Томск. ун-та, 1979 с. 44-57,(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащимсоединенные последовательно модулятор, выполненный в виде четырех однофазных мостовых инверторов, нагруженных на первичные обмотки трансформаторов, вторичные обмотки которых связаны последовательно и образуют общий выход модулятора, высокочастотный выпрямитель и высокочастотный фильтр, выход которого образует общий выход преобразователя,содержащее задающий генератор, снабженный прямым и инверсным выходамии выходом кратной частоты, подключенными к входам фазосдвигающегоблока, и блок буферных усилителей,ЯО 144174 А выполненный в виде восьми оконечных усилителей мощности, входы двухиз которых соединены с выходамифазосдвигающего блока, а выходы блока буферных усилителей соединены суправляющими входами силовых ключей модулятора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью уменьшениямассы и габаритов преобразователя иего влияния на питающую сеть, оноснабжено преобразователем кода, регистром, блоком коммутаторов, состоящим из пяти коммутаторов, снабженных управляющим и двумя информационными входами, причем выходы преобразователя кода подключены к первойгруппе информационных входов регистра, первая. группа выходов которогосоединена с управляющими входамикоммутаторов, а вторая группа еговыходов - с управляющими входамифазосдвигающего блока, прямой и инверсный выходы задающего генератора подключены к информационнымвходам каждого коммутатора, выходыкоммутаторов подключены к пяти входам блока буферных усилителей, прямой выход задающего генераторасоединен с одним входом блока буферных усилителей и с входом перезаписи регистра, а входы преобразователя кода и вторая группа входоврегистра образуют цифровой входуправления преобразователем.1144174 таЯ 1 ица 7 Составитель А. ПридатковРедактор В. Данко Техред Ж.Кастелевич Корректор Е. Сирох одписно нт", г. Ужго Филиал ППП л. Проектная,Заказ 942/43 ВНИИПИ по 113035, Мо1144174 10 20 25 30 ход которого подключен к входампредварительной записи счетчиков ик Б-входам КБ-триггеров, выходыэлементов 2 И-НЕ соединены соответственно с входом обратного счетапервого счетчика и входом прямогосчета второго счетчика, выход обрат"ного переноса первого счетчика связан с С- и К-входами первых 0- иКЗ-триггеров, выход прямого переноса второго счетчика подключен к Си К-входам вторых Э- и КЯ-триггеров, прямые выходы КЯ-триггеров соединены соответственно с вторыми входами элементов 2 И-НЕ, причем вход формирователя импульсов и В-входпервого Э-триггера объединены и образуют первый прямой вход фазосдвигающего блока, П-вход второго 0-триггера образует первый инверсный вход Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях и регуляторах постоянного напряжения, когда требуется обеспечить широкий диапазон регулирования, минимальную массу и габариты, малое влияние на питающую сеть, высокое быстродействие.Известно устройство для управления преобразователем постоянного напряжения в постоянное, содержащееИ однофазных инверторов нагруженных на трансформаторы, вторичныеобмотки которых соединены последовательно и через выпрямитель ифильтр подключены к нагрузке, обеспечивающее сдвиг выходных напряжений Н-го инвертора относительнопервого. В результате создаетсяН зон регулирования выходного напряжения 1. Недостатком данного устройства является то, что для обеспечения широкого диапазона регулирования с вьоким качеством выходного напряжения требуется увеличение числа инверторов, что приводит к усложнению схемы управления увеличению мощности выходного фильтра, массы и габаритов. фазосдвигающего устройства, первыевходы элементов 2 И-НЕ объединеныи образуют второй вход фаэосдвигаю- .щего блока, одноименные информационные входы счетчиков попарно объединены и образуют управляющие входыфазосдвигающего блока, выходыП-триггеров образуют выходы фазосдвигающего блока,3, Устройство по пп. 1 и 2,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,каждый коммутатор содержит логический элемент 2-2 ИИЛИ между втоРрым и третьим входами которогоподключен элемент НЕ, первый, второй и управляющий входы коммутатора образованы соответственно первым, четвертым и вторым входамиэлемента 2-2 ИИЛИ, а выход последнего является выходом коммутатора2Известно также устройство управления регулятором напряжения со звеном повышенной частоты, содержащее мостовой модулятор, нагруженный на трансформатор, вторичные обмотки которого включены в диагонали и мостовых демодуляторов, включенных последовательно между собой иУисточником питания, в котором входное напряжение регулятора преобразуется с помощью модулятора в напряжение высокой частоты. Напряжения вторичных обмоток модулятора с помощью и демодуляторов суммируются или вычитаются с напряжения питания, в результате обеспечивается 2 п зон регулирования выходного напряжения регулятора 2 .Недостатком устройства является то, что расширение диапазона регулирования высокого качества выходного напряжения требует увеличения мощности модулятора, увеличения числа демодуляторов, мощности фильтра, что влечет за собой увеличение массы и габаритов. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для управления преобразователем постоянного напряжения1144 в постоянное, содержащим соединенные последовательно модулятор, выполненный в виде четырех однофазныхмостовых инверторов, нагруженныхна первичные обмотки трансформаторов, вторичные обмотки которых связаны последовательно, высокочастотный выпрямитель и высокочастотныйфильтр, выход,. которого образует общий выход преобразователя, содержащее задающий генератор, снабженныйпрямым и инверсным выходом и выходом кратной частоты, подключеннымик входам фазосдвигающего устройства,и блок буферных усилителей, выходыкоторых соединены с управляющимивходами силовых ключей модулятора.Инверторы модулятора формируют прямоугольные напряжения равной амплитуды, которые суммируются или вычитаются из напряжения одного иэинверторов, принятого за основной.В результате создается 2 Бзонрегулирования выходного напряженияпреобразователя ГЗ ,25Недостатком известного устройства является то, что при увеличениидиапазона регулирования при заданном числе инверторов модуляторавозрастают пульсации выходного то 30ка и выходного напряжения преобразователя. Это увеличивает влияниепреобразователя на питающую сетьи требует увеличения мощности входных и выходных фильтров или числаинверторов модулятора, что влечетза собой увеличение массы, габаритов преобразователя и влияния егона питающую сеть.Цель изобретения - уменьшениемассы и габаритов преобразователя 40и влияния его на питающую сетьПоставленная цель достигается тем, что устройство для управления преобразователем постоянного напря жения в постоянное, содержащим соединенные последовательно модулятор, выполненный в виде четырех однофазных мостовых инверторов, нагруженных на первичные обмотки транс форматоров, вторичные обмотки которых связаны последовательно и образуют общий выход модулятора, высокочастотный выпрямитель и высокочастотный фильтр, выход которого 55 образует общий выход преобразователя, содержащее задающий генератор, снабженный прямым и инверсным 174 4выходами и выходом кратной частоты, подключенными к входам фазосдвигающего блока, и блок. буфер.ных усилителей, выполненный в виде восьми оконечных усилителей мощности, входы двух из которых соединены с выходами фазосдвигающего блока, а выходы блока буферных усилителей - с управляющими входами силовых ключей модулятора, снабжено преобразователем кода, регистром, блоком коммутаторов, состоящим из пяти коммутаторов, снабженных управляющим и двумя информационными входами, причем выходы преобразователя кода подключены к первой группе информационньж входов регистра, первая группа выходов которого соединена с управляющими входами коммутаторов, а вторая группа его выходов - с управляющими входами фаэосдвигающего устройства, прямой и инверсный выходы задающего генератора подключены к информационным входам каждого коммутатора, выходы коммутаторов подключены к пяти входам блока буферных усилителей, прямой выход задающего генератора соединен с одним входом блока буферных усилителей и с входом перезаписи регистра, а входы преобразователя кода и вторая группа входов регистра образуют цифровой вход управления преобразователем, причем фазосдвигающий блок содержит два.логических элемента 2 И-НЕ, два счетчика с предустановкой, два О-триггера, два КБ-триггера, формирователь импульсов, выход которого подключен к входам предварительной записи счетчиков и к Б-входам КЯ-триггеров, выходы элементов 2 И-НЕ соединены соответственно с входом обратного счета первого счетчика и входом прямого счета второго счетчика, выход обратного переноса первого счетчика связан с С- и К-входами первых 0- и КЯ-триггеров, выход прямого переноса второго счетчика подключен кС- и К-входам вторых 0- и КЯ-триггеров, прямые выходы КЯ-триггеровсоединены соответственно с вторыми входами элементов 2 И-НЕ, причем вход формирователя импульсов и 0-вход первого 0-триггера объединены и образуют первый прямой вход фаэосдвигающего блока, 0-вход второгоЭ-триггера образует первый инверсный вход Фазосднигающего устройства,первые входы элементов 2 И-НЕ объединены и образуют второй вход Фазосднигающего блока, одноименныеинФормационные входы счетчиков попарно объединены и образуют управляющие входы Фазосдвигающего блока,выходы 0-триггеров образуют выходы Фазосднигающего блока, при этом,каждый коммутатор содержит логический элемент 2-2 ИИЛИ, между вторым и третьим входами которого подключен элемент НЕ первый, второйи управляющий входы коммутатора образованы соответственно первым,четвертым и вторым входами элемента 2-2 ИИЛИ, а выход последнегоявляется выходом коммутатора.На Фиг, 1 представлена принципиальная схема преобразователя; наФиг. 2 - принципиальная схема Фазосднигающего блока; на Фиг, 3 -Функциональная схема задающего генератора; на Фиг. 4 - диаграммы,поясняющие принцип формированиядискретных зон выходного напряжения преобразователя без учета регулируемого инвертора; на Фиг. 5 -диаграммы, поясняющие принцип работы фазосдвигающего устройства; наФиг. 6 - диаграммы, поясняющиепринцип Формирования выходногонапряжения преобразователя; наФиг, 7 - таблица состояний преобразователя кода,Преобразователь (Фиг. 1) содержит модулятор 1, состоящий из треходноФазных мостовь 1 х нерегулируемыхинверторов 2.1-2.3, и один регулируемый инвертор 3. Инверторы 2 инагружены соответственно.натрансФорматоры 4.1-4.3 и 5, вторичные обмотки которых соединены последовательно и через выпрямитель6 и Фильтр 7 связаны с выходнымивыводами преобразователя.Устройство для управления преобразователем содержит задающийгенератор 8, имеющий два выхода:прямой 9 и инверсный 10 и выход 11кратной частоты, которые подипочень. к входам Фазосдвигающего блока 12. Кроме того, выходы 9 и 10задающего генератора 8 соединеныс соответствующими входами каждого из пяти коммутаторов 13.1-13.5блока 14 коммутаторов. Каждый ком,мутатор состоит из одного логического элемента НЕ и одного логического элемента 2-2 ИИЛИ, выходкоторого является выходом коммутатора, а второй вход подключен через указанный элемент НЕ к еготретьему входу и образует управляющий вход коммутатора. Выход 9 связан также с одним входом блока 15буФерных усилйтелей и с входом Сперезаписи регистра 16, Выходыпреобразователя 17 кода подключенык первой группе 18 входов регистра 16. Вторая группа 19 входов регистра 16 и входы 20 преобразователя 17 кода являются входными выводами управления преобразователем.Первая и вторая группы выходоврегистра 16 соединены соответственно с управляющими входами блока 14коммутаторов и с управляющимивходами Фазосдвигающего блока 12.Выходы последнего, а также выходыблока 14 коммутаторов и выход 9задающего генератора 8 связанычерез блок 15 буФерных усилителейс управляющими входами силовых ключей модулятора 1,ЗО 35 40 45 50 55 5 О 15 20 25 Фазосдвигающий блок 12 (Фиг. 2) содержит Формирователь 21 коротких импульсов по Фронту и срезу входного сигнала, выход которого подключен к входам предварительной записи первого 22 и второго 23 счетчиков и к Я-входам первого 24 и второго 25 Ы-триггеров. Выходы первого 26 и второго 27 элементов 2 И-НЕ соединены соответственно с входом обратного счета счетчика 22 и входом прямого счета счетчика 23. Выход обратного переноса счетчика 22 связан с С-нходом первого Р-триггера 28 и К-нходом КБ-триггера 24. Выход прямого переноса счетчика 23 подключен к С-входу В-триггера 29 и К-входу КЯ-триггера 25. Прямые . выходы КЯ-триггеров 24 и 25 соединены соответственно с вторыми входами элементов 2 И-НЕ 26 и 27, причем вход Формирователя 21 импульсов и Р-вход В-триггера 28 объединены и образуют первый прямой вход Фазосдвигающего блока 12. 0-вход Э-триггера 29 образует первый инверсный вход Фазосднигающего блока 12, Первые входы элементон 2 И-НЕ 26 и 27 объединены и образуют второй вход Фаэосднигающего блока 12,15 Одноименные информационные входысчетчиков 22 и 23 попарно объединены и образуют управляющие входы фаэосдвигающего блока 12, выходыР-триггеров 28 и 29 образуют выходы фазосдвигающего блока 12.Задающий генератор 8 (фиг. 3)содержит последовательно связанныегенератор 30, делитель 31 частоты,триггер 32, прямой 9 и инверсный 1010 выходы которого образуют первыйвыход задающего генератора 8 частотой Г, Выход генератора 30 образуетвторой выход задающего генератора8 частотой Г .1)Диаграммы 33-72 (фиг. 4-6) представляют формы импульсов элементовпреобразователя:33 и 34 - зацающего генератора 8(выходы 9 и 10 соот 20ветственно);35-38 - на входах 20 преобразователя 17 кода (сигналы старших разрядовкода управления);39 - 43 - преобразователя 17кода;44 - 49 - на входах блока 15 буферных усилителей;50 - 52 - трансформаторов 4;ЗО53 - модулятора 1 (без учетарегулируемого инвертора 3);54 - выпрямителя 6 (без учета регулируемого инвер- Э 5тора 3);55 - задающего генератора8 (выход 11);56 и 57 - задающего генератора 8(выходы 9 и 10 соответственно);,58 - формирователя 21 коротких импульсов по переднему фронту и срезувходных импульсов,59 и 64 - логических элементов2 И-НЕ 26 и 27;60 и 65 - триггеров 24 и 25;61 - обратного переносасчетчика 22 5062 и 63 - триггера 28 (прямой .и инверсный сигналы)66 -прямого переноса счетчика 23;67 и 68 - триггера 29 (прямой иинверсный сигналы);69 - регулируемого инвертора 3; 70 в .модулятора 1 (без учета регулируемого инвер"тора 3)71 - модулятора 1;72 - выпрямителя 6,Устройство работает следующимобразом.Для уменьшения пульсаций входного тока и выходного напряженияпри широком диапазоне регулирования, т.е. уменьшения массы и габаритов входного и выходного фильтрови влияния на питающую сеть, в пре"образователе применен принцип многозначного регулирования. Для этого постоянное входное напряжениепреобразуется с помощью трех нерегулируемых инверторов 2 в рядпеременных высокочастотных напряжений, которые суммируются на вторичных обмотках трансформаторов4 в различных сочетаниях, и на выходе выпрямителя 6 создается 13дискретных зон (уровней регулирования). Для увеличения числа зонпри неизменном числе инвертороввеличины из выходных напряженийдолжны выбираться из соотношения1:3:9,Для плавного регулирования напряжения и увеличения числа зонрегулирования используется регулируемый широтным способом инвертор3, работающий в вольтореверсивномрежиме. Амплитуда его выходногонапряжения выбирается равной половине величины напряжения зоны. После суммирования напряжений всех инверторов число зон регулированиявозрастает до 27,Задающий генератор 8 формирует на выходах 9 и 10 прямую 33 и инверсную 34 последовательности импульсов, которые поступают на соответствующие входы коммутаторов 13. Сигналы 35-38 старших разрядов кода управления преобразуются с помощью преобразователя 17 кода в код управления 39-43 коммутаторов 13 и поступают на первую группу 18 входов регистра 16. Структура кода управления коммутаторами 13 определяется требуемым алгоритмом работы силовых ключей инвертора 2 который обусловлен заданной величиной выходного напряжения преобразователя. Сигнал с прямого выхода 9 задающего генератора 8 производит пере 1144174запись входного кода регистра 16на выход, т.е. подачу его на управляющие входы коммутаторов 13. В зависимости от логического уровня управляющих сигналов на управляющих 5входах коммутаторов 13 (логические"1" или "0") на входы блока 15 буФерных усилителей проходит прямая33 или инверсная 34 последовательности импульсов с выходов 9 и 10 эа Одающего генератора 8. В результатеформируются последовательности44-49 управляющих импульсов силовыми ключами нерегулируемых инверторов 215 Сигналы с выхода блока 15 буферных усилителей поступают на управляющие входы силовых ключей инверторов 2, Смена прямой последовательности импульсов на инверсную илинаоборот, на одном входе блока 15буферных усилителей приводит к изменению фазы работы ключей соответствующей стойки инвертора 2 на180 эл. град. При этом одновременновключаютея два ключа инвертора,связанные с одной из шин источникапитания, шунтируется первичная обмотка трансформатора, и выходное 30напряжение становится равным нулю.Для изменения на 180 эл. град. Фазы выходного напряжения инверторовтребуется изменение Фазы импульсовуправления ключей двух стоек. Причем фаза выходного напряжениятретьего нерегулируемого инвертораостается неизменной в любом режиме,поэтому одна из его стоек управляется непосредственно от задающего генератора 8.В рассматриваемом случае использование трех нерегулируемых инверторов 2 с выходными напряжениями,равными соответственно Б= П, 45Б 2 = 30, 0 8 = 90 обеспечивает получение 13 дискретных уровней -зон регулирования, (Б - напряжениемежду двумя смежными уровнями).11 и Пф П 2 П ч 2 Пи 50+Ц+0=130,где О, - 0 - напряжения уровней с первого по тринадцатый.Диаграммы, поясняющие получение 13 дискретных уровней выходного напряжения с помощью трех нерегулируемыхинверторов 2, представлены на фиг. 4.Пусть требуется получить выходное напряжение преобразователя, равное 80 (8-й интервал). Тогда код старших разрядов 35-38 общего кода управления имеет вид 1000. Этот код преобразуется преобразователем 17 кода .в код .10010 управления 39-43 коммутаторами 13. Причем на коммутаторы, связанные с первым, вторым и третьим нерегулируемыми инверторами 2, поступают логические сигналы 01, 00, 1 (диаграммы 39-43) соответственно, т,е. начи,ная с младших разрядов преобразован.ного кода. Поэтому выходные напряжения 50 и 52 первого и третьего инверторов находятся в противофазе, а напряжение 51 второго инвертора равно нулю на данном интервале. Результирующие выходные напряжения 53 и 54 модулятора и преобразователя (8-й интервал) равны алгебраической сумме напряжений инверторов08 ых П из 0 исСигналы младших разрядов кода управления преобразователем поступают на вторую группу 19 входов регистра 16, В момент перезаписи эти сигналы поступают на управляющие входы Фаэосдвигающего устройства 12, т,е. на информационные входы счетчиков 22 и 23 (фиг. 2), На другие входы Фаэосдвигающего устройства 12 поступают прямые и инверсные сигналы 56 и 57 (фиг. 5) частотой Г 1 с выходов 9 и 10 и импульсы 55 с выхода 11 частотой Г 2 задающего генератора 8. Частота Е, определяет частоту работы инверторов 2 и 3, а частота Г определяется разрядностью кода младших разрядов кода управления преобразователем. Управляющий код младших разрядов совместно с сигналами частотой Г 2 определяет время работы счетчиков 22 и 23 на полу- периоде частоты 1, т.е. величину Фазового сдвига импульсов управления силовыми ключами регулируемого инвертора 3 относительно импульсов 56 и 57. По переднему или заднему Фронтам импульсов задающего генератора 8 частотой Г, поступающих с выхода 9, формирователь 21 коротких импульсов формирует импульс 58, которым осуществляется запись кода управления в счетчики 22 и 23 и установка КБ-триггеров 24 и 25 в состояние "1" (диаграммы 60 и 65).Выходные сигналы 60 и 65 КЗ-триггеров 24 и 25 поступают соответственно на вторые входы логических элементов 2 И-ЫЕ 26 и 27 и обеспечи-. вают прохождение сигналов 59 и 64 частотой Е с выхода 11 задающего генератора 8 на входы обратного и прямого счета счетчиков 22 и 23 соответственно. По окончании счета . счетчиком 22 в моментна его выходе обратного переноса формируется импульс 61, который переключает КЯ-триггер 24 в состояние "0" (диаграмма 60) и Р-триггер 28 в состояние "1" (диаграммы 62 и 63). Сигналом с выхода КБ-триггера 24 запирается логический элемент 2 И-НЕ 26 и прекращается подача импульсов 59 частотой Г на вход обратного счетчика 22. Аналогично по окончании счета счетчиком 23 в момент й на его выходе прямого переноса формируется импульс 66, который переключает КЯ-триггер 25 в состояние "0" (диаграмма 65) и Р-триггер 29 в состояние "0" (диаграммы 67 и68). Сигналом с выхода КБ-триггера25 запирается логический элемент2 И-НЕ 27 и прекращается подача 5 импульсов 64 частотой Г на вход прямого счета счетчика 23. Выходныесигналы Р-триггеров 28 и 29 черезблок 15 буферных усилителей управляют соответственно силовыми ключами первой и второй стоек регулируемого инвертора 3. При изменениикода управления младших разрядовменяется время счета С и с счетчиков 22 и 23 что обеспечивает ре-гулирование выходного напряженияинвертора 3 широтным способом, ЕслиС , то происходит изменениена 180 эл. град, фазы выходного напряжения регулируемого инвертора 3, 20 Диаграммы 69-72 (фиг. 6) поясняютработу преобразователя при последовательном увеличении кода управления (ш соответствует номеру дискретной зоны).25 Предлагаемое устройство для управ" ления преобразователем постоянного напряжения в постоянное позволяет уменьшить, массу и габариты и влияние на питающую сеть, так как при одинаковом числе инверторов обеспечивает большее число зон регулироваВ ния.