Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 617 А(191 2 М 7/53 БРЕТЕН ПИСАНИ ИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКОМ М ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт технической кибернетики АН БССР(56) Авторское свидетельство СССР У 972650, кл. Н 02 М 7/48, 1982.Авторское свидетельство СССР Нф 316162, кл, Н 02 М 7/48, 1969. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СТУПЕНЧАТОЕ ПЕРЕМЕННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения, Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей. На выходе реверсивного счетчика 1 формируется двоичный код, поступающий на адресный вход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 15 каждого из трех преобразователей код - напряжение 2, 3 и 4, В каждое из трех ПЗУзаписаны ступенчатые значения двоичного кода двух первых полупериодовфункции синуса, сдвинутых по фазе отоносительно друг друга на 120 . Цифроаналоговый преобразователь 16 преобразует значение в-разрядного кода наего входе в постоянное напряжение навыходе, которое через фильтр 17 поступает на первый вход компаратора 23,на второй вход которого поступает напряжение, пропорциональное току черезданную обмотку электродвигателя 6.Если напряжение на первом входе компаратора превышает напряжение на втором входе, то на его выходе сохраня-.ется высокое напряжение, которое пос- ф/тупает на одни входы элементов И 21, ф ф22, на другие входы. которых поступают сигналы с (в+1)-го выхода ПЗУ 15,значение которых соответствует знаку 3функции синуса. 1 з,п. ф-лы, 1 ил,131Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения в ступенчатое переменное заданной формы в устройствах автоматики, энергетики, электроприводах общепромьппленного назначения с асинхронными, синхронными и шаговыми электродвига.телями.Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей преобразователя. На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения в ступенчатое переменное, используемого для управления асинхронным электродвигателем с тремя обмотками.Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное содержит счетчик 1, имеющий и выходов, которые соединены соответственно с и входами каждого из трех преобразователей 2 - 4 код - напряжение.Каждый из трех преобразователей 2 - 4 код - напряжение содержит мостовой транзисторный переключатель 5, диагональ которого, служащая для подключения нагрузки 6 (соответствующей обмотки электродвигателя), образована общей точкой соединения коллектора первого транзистора 7 с эмиттером второго транзистора 8, анода второго диода 9 с катодом первого диода 10 и общей точкой соединения коллектора третьего транзистора 11 с эмиттером четвертого транзистора 12, анода четвертого диода 13 с катодом третьего диода 14, общая точка соединения коллекторов второго 8 и четвертого 12 транзисторов с катодами второго 9 и четвертого 13 диодов предназначена для подключения к плюсовой шине питания, а общая точка соединения анодов первого 10 и третьего 14 диодов - для подключения к минусовой шине питания, Кроме того, каждый преобразователь включает постоянное запоминающее устройство 15 с записанными ступенчатыми значениями ш-разрядного двоичного кода двух первых полупериодов функции синуса со знаком, цифроаналоговый преобразователь 16, фильтр 17, элемент НЕ 18, первый 19 и второй 20 элементы задержки фронта, первый 21 и второй 22 элементы И, компаратор 23 и резистор 24 причем и 7617входов постоянного запоминающего устройства 15 соединены с и выходамисчетчика 1, ш выходов - с ш входамицифроаналогового преобразователя 16,5 а (в+1)-й выход - с входом первогоэлемента 19 задержки фронта и черезэлемент НЕ 18 с, входом второго элемента 20 задержки фронта, выход которого соединен с первым входом первого10 элемента И 21 и с базой третьеготранзистора 11 мостового переключателя 5, а выход первого элемента 19задержки фронта соединен с первымвходом второго элемента И 22 и с ба 15 зой первого транзистора 7, выходыпервого 21 и второго 22 элементов Исоединены соответственно с базамивторого 8 и четвертого 12 транзисто,ров, вторые входы первого 21 и вто 20 рого 22 элементов И соединены с выходом компаратора 23, первый вход которого соединен через фильтр 17 с выходом цифроаналогового преобразователя 16, а второй вход - с общей точкой25 соединения эмиттеров первого 7 и третьего 11 транзисторов и первым выводом резистора 24, второй вывод которого соединен с минусовым выводомисточника питания,30Счетчик 1 выполнен реверсивным,имеющим два входа для подачи на нихвходных импульсов заданной частоты(для прямого и обратного счета);Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное работает следующим образом.Входные импульсы заданной частоты,поступая на один из входов (прямого 40 или обратного счета) реверсивногосчетчика 1, формируют на его выходедвоичный код, соответственно увеличивающийся или уменьшающийся по величине. Этот код подается на п-адресный 45 вход постоянного запоминающего устройства 15 каждого из трех преобразователей 2 - 4 код - напряжение, Вкажцое из трех постоянных запоминающих устройств 15 предварительно запи саны ступенчатые значения ш-разрядного двоичного кода двух первых полупериодов функции синуса со знаком,Причем одним и тем же значениям празрядного кода на входах всех трех 55 постоянных запоминающих устройствах15 соответствуют на ш выходах последних ступенчатые значения ш-разрядногодвоичного кода двух полупериодов функции синуса, сдвинутых по фазе отно3 13176 сительно друг друга на 120 , а на (ш+ 1)-й выходе соответствует знаку функции синуса напряжение, принимающее единичное значение для одного и нулевое значение для другого полупе 5 риодов функции синуса. Цифроаналоговый преобразователь 16 преобразует .значение ш-разрядного кода на его " входе в постоянное напряжение на выходе, которое через фильтр 17 посту пает на первый вход компаратора 23, на второй вход которого поступает напряжение с резистора 24, пропорциональное току через данную обмотку 6 электродвигателя. Если напряжение на первом входе компаратора 23 превышает напряжение на его втором входе, то на выходе компаратора 23 сохраняется высокое напряжение, которое поступает на вторые входы элементов И 21 и 22,Предположим, что в данный момент на ш выходах постоянного запоминающего устройства 15 (для первой обмотки 6 электродвигателя) появляется какой то двоичный код, а на (ш+1)-й выходе - единичное значение напряжения, которое через элемент 19 задержки фронта передается на базу транзистора 7, открывая последний, и на первый 30 вход элемента И 22. Предположим также, что и на второй вход элемента И 22 в данный момент поступает высокое напряжение с выхода компаратора 23, тогда с выхода элемента И 22 высокое напряжение передается на базу транзистора 12, открывая его. В связи с этим ток от плюса источника питания через транзистор 12, соответствующую обмотку б электродвигателя, открытый 4 О транзистор 7 и резистор 24 поступает. на минус источника питания. Ток, проходя через индуктивную нагрузку обмотки 6 электродвигателя, возрастает и увеличивает соответственно величину 45 падения напряжения на резисторе 24 и, следовательно, на втором входе компаратора 23. Как только величина напряжения на втором входе компаратора 23 станет больше величины напря О жения на его первом входе, компаратор 23 изменяет выходное напряжение скачком до нуля, через элемент И 22 закрывая транзистор 12 и прекращая через последний прохождение тока от источника питания.После этого ЭДС самоиндукции, запасенная в обмотке 6 электродвигателя, поддерживает прохождение тока в 17 4том же направлении по цепи: обмотка 6 электродвигателя, транзистор 7, резистор 24, диод 14, обмотка 6 электродвигателя, до тех пор, пока напряжение на резисторе 24 не станет меньше напряжения на первом входе компаратора 23, после чего на выходе последнего напряжение скачком принимает высокий уровень и через элемент И 22 снова открывает транзистор 12, поддерживая через обмотку 6 электродвигателя величину тока, пропорциональную в данный момент весу кода постоянного запоминающего устройства 15, С изменением в последнем веса кода изменяется величина напряжения на первом входе компаратора 23 и преобразователь отслеживает новую величину тока через обмотку 6 электродвигателя по описанному способу.Подавая на вход реверсивного счетчика 1 количество импульсов, укладывающееся в половину периода синусоиды, получают первую полуволну синусоиды тока на обмотке 6 электродвигателя. Скачкообразное изменение напряжения с высокого уровня до нуля на (ш+1)-м выходе постоянного запбминающего устройства 15, отражающего изменение знака функции синуса, передается низким уровнем через элемент 19 задержки фронта на базу транзистора 7 и через элемент И 22 на базу транзистора 12, закрывая их без задержки, а на выход элемента НЕ 18 - высоким уровнем, которое, проходя через элемент 20 задержки фронта, передается на выход последнего с заданной задержкой только переднего фронта и поступает на базу транзистора 11 и через элемент И 21 на базу транзистора 8, открывая их, Задержка переднего фронта сигнала необходима для предотвращения сквозных токов через закрывающийся транзистор 12 и открывающийся .транзистор 11, а также через закрывающийся транзистор 7 и открывающийся транзистор 8.В связи с этим ток от плюса источника питания через транзистор 8, обмотку 6 электродвигателя, транзистор 11 и резистор 24 поступает на минус источника питания. Ток, проходя через резистор 24, увеличивается, и как только он создаст на резисторе 24 напряжение, большее чем на первом входе компаратора 23, последний изме5 13176 няет выходное напряжение с высокого на низкое и через элемент И 21 закрывает транзистор 8. ЭДС самоиндукции, запасенная в обмотке 6 электродвигателя, поддерживает прохождение тока по цепи: обмотка 6 электродвигателя, транзистор 11, резистор 24, диод 10, обмотка 6 электродвигателя, до тех пор, пока напряжение на резисторе 24 не станет меньше величины 1 О напряжения на первом входе компаратора 23, после чего на выходе последнего скачкообразно изменяется напряжение с низкого на высокое, которое своим уровнем открывает через элемент 15 И 21 транзистор 8 для прохождения тока через обмотку 6 электродвигателя от источника питания аналогично описанному. Подавая следующую порцию импульсов на вход реверсивного счетчи О ка 1, формируют второй отрицательный полупериод синусоидального тока через .обмотку 6 электродвигателя, Такие же процессы происходят и во всех остальных обмотках 6 электродвигателя с за данным сдвигом по фазе.Фильтр 17 служит для сглаживания ступенчатой формы напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 16, уменьшая искажения ступенчатой 3 О синусоидальной формы напряжения на первом входе компаратора 23, Диоды 9 и 13 предназначены для защиты транзисторов от выбросов напряжения на обмотках 6 электродвигателя во время их коммутации.1 Таким образом, при подаче на входы реверсивного счетчика 1 импульсов заданной частоты по обмоткам 6 электродвигателя протекают токи синусоидальной формы в соответствии с вы- ражениями 27Т =Т зьпМ;с "452 2 ц1 =1 зп (- - И - ) "с 12 ф М 32 ц 2 п1 =1 зп ( - И + - )с 3 3где 1 50 1 С 1, Т,1 - ток соответственно черезпервую, вторую и третьюобмотки 6 электродвигателя;1 - максимальный ток через обмотки 6 электродвигателя;М - число периодов Т входныхимпульсов, укладывающихсяв два полупериода функции 7 6синуса, записанных в постоянном запоминающем устройстве 15;Я - число входных импульсов,поступающих на вход реверсивного счетчика 1,При подаче входных импульсов напрямой вход реверсивного счетчика 1электродвигатель вращается в однусторону, а при подаче входных импульсов на обратный вход - в другую.Частота тока, питающего обмотки 6электродвигателя, определяется выражением 1ТМгде Т - период частоты следованиямвходных импульсов.Число М выбирают, и для формирования симметричного по трем фазам синусоидального переменного напряженияоно должно быть кратно трем. Причемчем больше число И, тем меньше повеличине разница между соседними ступеньками синусоидальной формы тока,питающего обмотки 6 электродвигателяи тем менее заметна ступенчатостьформы тока.С увеличением частоты входных импульсов (уменьшение периода Т ) увеличивается частота Гс тока, питающего обмотки 6 электродвигателя, и,наиборот, уменьшением частоты входныхимпульсов можно довести час;оту тока,питающего обмотки 6 электродвигателядо нуля.Принципиальная схема преобразователя, представленная на чертеже,ипринцип ее работы применимы без изменений для получения переменного трехфазного напряжения на трех трансформаторах, если вместо обмоток 6 электродвигателя подключить соответственно первичные обмотки трех трансформаторов к выходам преобразователей 24 код - напряжение,Для получения переменного напряжения на одном трансформаторе необходимо использовать счетчик 1 и один преобразователь 2 код - напряжение, к выходу которого подключить первичную обмотку трансформатора.Для управления ш-фазным шаговым электродвигателем (с электронным делением шага) необходимо использовать реверсивный счетчик 1 и по количеству фаз электродвигателя ш преобразователей 2 код - напряжение, выходы каждоСоставитель С,СтанкевичТехред В.Кадар Корректор М.Демчик Редактор А.Огар Заказ 2432/53 Тираж 660 Подписное ВНУШИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 7 13176 го из которых должны быть подключены к соответствующим щ обмоткам шагового электродвигателя, а в каждое постоянное запоминающее устройство 15 должны быть записаны ступенчатые значения двоичного кода заданной Функции тока (напряжения) с соответствующим сдвигом Фазы.Таким образом, изобретение позволяет уменьшить массогабаритные пока затели преобразователя и расширить его Функциональные возможности,Формула изобретения151. Преобразователь постоянного напряжения в ступенчатое переменное, содержащий счетчик, по числу фаз преобразователи код - напряжение, мостовой транзисторный переключатель, диа гональ которого, служащая для подключения нагрузки, образована общей точкой соединения коллектора первого транзистора с эмиттером второго, анода второго диода с катодом первого и 25 общей точкой соединения коллектора третьего транзистора с эмиттером четвертого, анода четвертого диода с катодом третьего, общая точка соединения коллекторов второго и четверто го транзисторов с катодами второго и четвертого диодов предназначена для подключения к плюсовой шине питания, а общая точка соединения анодов первого и третьего диодов предназначена для подключения к минусовой шине питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и расширения Функциональных возможностей, преобразователь 40 17 8код - напряжение снабжен постояннымзапоминающим устройством с записанными ступенчатыми значениями и-разрядного двоичного кода двух первых полупериодов функции синуса со знаком,цифроаналоговым преобразователем,фильтром, элементом НЕ, первым ивторым элементами задержки фронта,первым и вторым элементами И, компаратором и резистором, причем и входовпостоянного запоминающего устройствасоединены с и выходами счетчика, швыходов с ш входами цифроаналоговогопреобразователя, а (ш+1)-й выход - свходом первого элемента задержкифронта и через элемент НЕ с входомвторого элемента задержки фронта, выход которого соединен с первым входомпервого элемента И и с базой третьеготранзистора мостового переключателя,а выход первого элемента задержкифронта соединен с первым входом второго элемента И и с базой первоготранзистора, выходы первого и второгоэлементов И соединены соответственнос базами второго и четвертого транзисторов, вторые входы первого и второго элементов И соединены с выходомкомпаратора, первый вход которого соединен через фильтр с выходом цифроаналогового преобразователя, а второйвход соединен с общей точкой соединения эмиттеров первого и третьеготранзисторов и первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с минусовым выводом источника питания,2, Преобразователь по п,1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что счетчиквыполнен реверсивным.