Однофазный инвертор

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 11,771829 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУпр делам изебретеиий и открытий(54) ОДНОФАЗНЫЛ ИНВЕРТОР Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания обмоток шаговых и вентильных электродвигателей и других электромеханических преобразователей.Известны устройства, в которых значение напряжения на нагрузке, определяемое задающим сигналом, поддерживается за счет широтно-импульсной модуляции напряжения на выходе управляемого ключа и последующей его фильтрации. Коэффициент широтно-импульсной модуляции зависит от 10 сигнала ошибки системы, образуемого в результате сравнения задающего сигнала и сигнала, прямо пропорционального напряжению на выходе фильтра 1. Такие устройства используются и для формирования заданных законов изменения напряжения на обмотках щаговых или вентильных электродвигателей, например, в системах регулирования скорости и других электромеханичес-ких преобразователях.Однако наличие широтно-импульсного модулятора может вызвать субгармонические колебания напряжения на нагрузке, а необходимость использования фильтра в силовой цепи приводит к увеличению массы и 2габаритов регулятора и уменьшает его быстродействие.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство 2, которое содержит измеритель напряжения, схему сравнения, релейный элемент с петлей гистерезиса, схему формирования управляющих сигналов, интегратор (сглаживающий фильтр) и силовой усилитель напряжения,В этом регуляторе напряжение на нагрузке поддерживается за счет релейной обратной связи, что исключает возникновение субгармонических колебаний.Однако интегратор включен в силовую цепь, что приводит к уменьшению быстродействия регулятора и увеличению его массы и габаритов.Целью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия устройства и уменьшение его массы и габаритов.Поставленная цель достигается тем, что в однофазный инвертор, содержащий интегратор, измеритель напряжения, связанный по входу с выходными выводами, узел сравнения, выход которого подключен ко входу релейного элемента, а его выходы через узелформирования управляющих сигналов связаны с усилителем напряжения, введены второй интегратор, четыре аналоговых ключа и сумматор, который своим выходом связан со входом сигнала обратной связи узла сравнения, а выход измерителя напряжения через две последовательные цепочки, содержащие первый аналоговый ключ, интегратор и второй аналоговый ключ, связан с соответствующими входами сумматора, причем прямой выход релейного элемента соединен с управляющими входами аналоговых ключей первой цепочки и интегратора второй, а его инверсный выход - с управляющими входами аналоговых ключей второй цепочки и интегратора первой.На фиг, 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2, 3 показаны осциллограммы сигналов в отдельных точках схемы.Устройство содержит силовой усилитель 1 напряжения, который в случае мостовой схемы состоит из четырех полностью управляемых ключей 2, 3, 4, 5. К выходу силового усилителя подключена нагрузка 6, параллельно которой подсоединена входная цепь измерителя 7 напряжения. Выход измерителя напряжения через первые аналоговые ключи 8 и 9 связан соответственно с входами интеграторов О и 11, а их выходы через вторые аналоговые ключи 12 и 13 - с соответствующими входами сумматора 14, выход которого подсоединен к входу сигнала обратной связи схемы 15 сравнения. Второй вход этой схемы связан с шиной входного сигнала, а выход - с входом релейного элемента с петлей гистерезиса 16. Г 1 рямой и инверсный выходы релейного элемента подключены к входам схемы 17 формирования управляющих сигналов и управляющим входам аналоговых ключей интегратора, а выходы этой схемы соединены с входами силовых ключей 2, 4 и 3, 5 соответственно. Устройство работает следующим образом.Предположим, что входной сигнал 1.)ь= =0 н в начальный момент времени о открыты силовые ключи 2 и 4. Напряжение питания Г)п приложено к нагрузке с положительным знаком, под действием сигнала Г 1 П 0 р с прямого выхода релейного элемента, равного логической единице (лог. ), открыты аналоговые ключи 8 и 12 и выход измерителя 7 напряжения подключен к входу интегратора 10, выход которого через ключ 12 соединен с входом сумматора 14. Сигнал Ьдь с инверсного выхода релейного элемента, равный логическому нулю (лог. 0), отключает цепь установки нулевых начальных условий интегратора 10, и он начинает интегрировать скачкообразный сигнал Г)поступивший на его вход с измерителя 7 напряжения. Сигнал на выходе интегратора 10 Г)ин 1 будет изменяться по о 15 2 О 2 36 35 49 45 линейному закону, так как можно считать, что напряжение на нагрузке за время интегрирования практически постоянно. Наклон прямой линии зависит от. постоянной интег-. рирования интегратора и напряжения 11 нм, Как только сигнал Г 3 ин 1 достигнет порога петли гистерезиса релейного элемента Спорая, характеристика вход-выход которого приведена на фиг. 3, сигналы на его выходах изменяются на противоположные: Г 3 п 0 р = =лог 0. Синь = лог. 1 и в момент времени 1, силовые ключи 2, 4 под действием сигналов от схемы 17 формирования будут закрыты, а откроются ключи 3, 5. К нагрузке будет приложено напряжение питания 1 с противоположным знаком. Одновременно закроются аналоговые ключи 8 и 12 и откроются аналоговые ключи 9 и 13, отключится цепь установки нулевых начальных условий интегратора 11 и включится цепь установки нулевых начальных условий интегратора 10. В результате этого интегратор 11 окажется подключенным к входу измерителя напряжения и начнет интегрировать скачкообразный сигнал противоположной полярности, а на интеграторе 10 за некоторый короткий конечный интервал времени установятся нулевые начальные условия. Сигнал Би на выходе интегратора 11 изменяется по линейному закону и по достижении отрицательного порога порпетли гистерезиса релейного элемента (фиг. 3) вызовет в момент времени тв следующую коммутацию в схеме, после которой откроются ключи 2 и 4, ключи 3 и 5 закроются, к нагрузке будет приложено положительное напряжение питания, а к измерителю напряжения будет подключен вход интегратора 10. Как видно на фиг. 2, благодаря наличию ключей 12 и 13 на входах сумматора 14 наличие конечного времени установки нулевых начальных условий в интеграторах не сказывается в определенных пределах регулирования напряжения на нагрузке на форме напряжения Г)с на выходе сумматора и точности схемы. Если постоянные времени интеграторов равны и (ьх -- О, то очевидно, что при симмЕтричной тепле гистерезиса среднее напряжение на нагрузке равно нулю. Хотя пульсации напряжения на нагрузке максималЬны, это не проводит к отрицательным последствиям, поскольку для активно-индуктивной нагрузки важны пульсации тока, а не напряжения. Пульсации тока можно установить требуемой величины, варьируя соотношения постоянных времени интеграторов и нагрузки при заданном напряжении питания и ширину петли гистерезиса релейного элемента, Легко установить, что при Г)вх ФО и Г)порфвх 1 Гвд временная симметрия пульсаций напряжения на нагрузке нарушится и среднее напряжение на нагрузке будет пропорционально входному сигналу 1-вхИспользование в однофазном инвертореинтеграторов в управляющей цепи и анало 771829говых ключей, осуществляющих их поочередное подключение в цепи отрицательной обратной связи в порядке, описанном выше, позволяет повысить быстродействие преобразователя, определяемое допустимыми пульсациями тока в нагрузке и постоянной времени интегрирования, и уменьшить его массу и габариты, поскольку интегрирующие элементы вынесены из силовой цепи.Формула изобретенияОднофазный инвертор, содержащий интегратор, измеритель напряжения, связанный по входу с выходными выводами, узел сравнения, выход которого подключен ко входу релейного элемента, а его выходы через узел формирования управляющих сигналов связаны с усилителем напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения его массы,и габаритов, в него введены второй интегратор, аналоговые ключи и сумматор, который своим выходом связан со входом сигнала обратной связи узла сравнения, а выход измерителя напряжения через две последовательные цепочки, содержащие первыйаналоговый ключ, интегратор и второй аналоговый ключ, связан с соответствующимивходами сумматора, причем прямой выходрелейного элемента соединен с управляющими входами аналоговых ключей первой цепочки и интегратора второй, а его инверсный выход - с управляющими входами анав логовых ключей второй цепочки и интегратора первой.Источники информацми,принятые во внимание при экспертизе1, Мелешин В. И., Опадчий Ю. И. Устойчивость установившегося режима импульсного стабилизатора напряжения. - Электронная техника в автоматике. Вып. 8, ред.Ю. И. Конев. М., Советское радио, 1976,с, 69-80.2. Шало В. П, Линейные интервальные2 ю схемы. М., Советское радио, 1974, с. 212 -213.1130 лиал Редактор Т. Лошк За каз 6714/69 ВНИИИ Государсделам изобосква, Ж -Патент,ставитель ред К. Шу аж 783 енного к тений и 5, РзушсУжгород Никитинич Корректор В. БутягПодписное итета СССР открытий я наб., д. 4/5 ул. Проек гная