Трехфазный статический преобразователь постоянного напряжения в переменное

(22) Заявлено 02,08, с присоединением за 02 М 7/5371 02 Р 13/16 ки М 2 96 50/О осударотаенный иомитетСовета Министров СССРоо делам изооретенийи открытий(23) Приоритет (43) Опубликов Зт УДК 621.,314 585,06,78.Бюллетеи 5) Дата опублик я описания 172) Автор изобретеит Лянзбург 71) Заявитель ЕХФЛЗНЫИ СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ скис нреоб- регулирова 2 и 3. Обо для ревер- необходимо шенин вала зси Известны многофазные статичазователи с широтноимпульснымнием выходного напряжения 1,ший их недостаток состоит в том, чсирования выходного напряжения1 ереключать цепи. Преобразователь, принятый за прототип 3), состояший 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 Ц Ы, Ц а второй - обратное; Ц, , (.)ь, Результирующий вектор выходного напряжения (векторная сумма Ц, + 1.), + 0,) в первомслучае вращается по часовой стрслке, а во втором - против нее, что необхолимо, например, для изменения направления вра нхронного двигателя.Оба пороговыхэлемента срабатывают при очень малых входных сигналах лля уменьшения зоны нечувствительности, олнако полно. стью устранить зону нечувствительности и гистереэис принципиально невозможно по соображениям помехо- и термоустойчиности: при очень малых уровнях срабатывания порогового элемента случайный импульсный сигнал помехи вызывает срабатывание порогового элемента и, следовательно, сбой в работе преобразователя, Изменения температуры при малых порогах срабатывания потенциально могут при. вести к перекрещиванию уровней срабатывания, т.е, тот пороговый элемент, который сра. батывал при положительной полярности, на. чинает 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 свою очерель, означает, что ухудшается регулировочная характеристика преобразователя, т,е. зависимость его нц ходного напряжения от величины входного сигнала. При использовании статического преоб. разователя в замкнутой системе автома 1 н и с.кого регулирования зона нечувствительностии гистерезис приводят к автоколебаниям, понижению чувствительности и становятся непреодолимым препятствием для цовьццения точностисистемы.Цель изобретения - устранение зоны нечувствительности и гнстерезиса регулнровочной характеристики, т.е, повышение ее лицей.ности, при реверсироваини выходного напряжения,Для этого в трехфазицй статический преобразователь постоянного напряжения в переменное введены связанные между собойтриггерный фазорасщепитель, два управляющих вы,вода, двухтактные транзисторные иегверторы почислу фаз с предварительными усилителями иблоки управления последнимн, один из которыхнереверсируемый, а два других, принадлежащих реверсируемым фазам, состоят каждыйиз десяти элементов И, четырех элементов Заирет и дВух элемеитОВ ИЛИ.ОлцоихгеегньЕе выходы первого и второго, вто.рого и третьего, первого и третьего триггеровфазорасщеццтеля попарно подключсны ко входам соотаетстиенцо первого ц второго, третьего и четвертого, пятого ц еезестого элемеегтовфИ, выходы первого ц второго элементов Исоединены со вторыми входами соответственно 2первого и второго элементов Запрет и сОДНИМ ЦЗ ВХОДОВ СЕДЬМОГО И ВОСЬМОГО ЭЛЕМСЦтов И, выходы которых подключены к первымвыходам упомянутых элемецтои Запрет и ковходам соответственно второго и первого элементов ИЛИ, а вторые входц элементов И пол- ЗОсоелццсцы к одному из управляющих иьгиодов,- ьыходы пятого и шестого элементов И соединены со вторыми входамц соответственно третьего и четвертого элементов Запрет и сОлццм из Входов девятого и десятоо элемец.ТОИ, ВЫХОДИ КОТОРЬЕХ ИОДКЛК)ЧЕНЦ К ПЕРВЫМВходам указанных элементов Запрет и ковходам соотиетстиееьцо второго и первого элементов ИЛИ, вторые входы элементов И соединсцы с другим упраиляк)щиы выводом, и выходы первого, третьего ц второго, четвертогоэлементов Запрет присоедицеееы ко входамсоответствеццо первого и второго элементовИЛИ, ко входам которых кроме того нодсоедииены выходы соответственно третьего и четВертого элементов И, а выходы элементов ИЛИподключены ко входам предварительных усилцтелей.На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг, 2 и 3диаграммы его ееапряжее)ий.Преобразователь содержит три двухтактцыхиниертора на транзисторах 1 - 6, предварцтельЯнце усилители (ПУ) с трансформатооцыми выходами на транзисторах 7 - 12 и три блокауправления предварительными усилителчми(БУПУ) соответственно БУПУ - 1 первой фазы (а), БУПУвторой фазы (б), БУПУ.З 55третьей фазы (В).Схема содержит также фазорасщепитель, со.стоящий из взаимно сицхроццзируемцх триггеров 13 - 5 которые могут быть сицхроцизировацы любим известным способом, напримерОт задающего генератора,60 г) 0268Блок управления п 1)елварительными усилителями второй и третьей фаз состоит из эле.ментов И 16 - 25, элементов Запрет "6 - 29и элементов ИЛИ 30, 31.Олнонмецнце выходы триггеров 13 и 45 1 А 1114 и 15, 1) и 15 фазорасщешетеля попарноподключены ко вхолам соответственно элементов И 16 и 17, 18 и 9, 20 и 21. Ко входамэлемента И 16 подключены левые (по расположению ца фиг. 2) выходи триггеров 13 и14; ко входам элемента И7 подключеныправые выходы этих триггеров. Аналогично совходом элемецтов И 18, 20 подключены парами левые выходы триггеров соответственно 14и 15, 13 и 15; ко входам элементов И 19,21 подключены парами правые выходы этих же15 триггеров, т,е. на каждый элемент совпадениягц)ступают дВВ Одноименных (ле Вых или правых) Выхода триггеров фазорасщепителя.Выходы элементов И 16 и 17 соединены совходами 11 соответственно элементов Запрет26 и 27, а также с одним из входов элементов И 22 и 23, выходы которых подключенык первым входам элементов Запрет 26, 27и ко входам элементов ИЛИ 3 и 30. Вторыевходы элементов И 22, 23 присоелинены ковходу И преобразователя, Выходы элементовИ 20, 2 соединены со вторыми входами соответственно элементов Запрет 28 и 29, а также с одним из входов элементов И 24 и 25,выходы которых подключены к первым входам элементов Запрет 28, 29 и ко входамсоответственно элементов ИЛИ 31 и. ЗО.Вторь)е входы элементов И 24, 25 присоединены ко Вхолу 1 преобразователя. Выходыэлементов Запрет 26, 28 и 27, 29 подключены ко входам соответственно элемегетои ИЛИ30 и 31, к которым, кроме того, подсоединенывыходы соответственно элементов И 18 и 19,и выходы элементов ИЛИ 30 и 31 подключеныко входам предварительных усилителей.Такую же структуру имеет блок управленияпредварительным усилителем ца транзисторах11, 12 третьей фазы (БУПУ-З),Блок уцрае)ленин БУПУ сОстоит из элемецта ИЛИ 32, элементов Запрет 33, 34,элементов И 35, 36 ц элементов ИЛИ 37, 38.Иа входы 1 и 1 преобразователя ггоступаютуправляющие сигналы соответственно1, и-Ь с выходов ейиротно-импульс)гого модулятора (ШИМ). Кроме того, на блоки БУПУчоступаеот сигналы с триетеров 13 - 15 фазорасщепителя. Предполагается, что импульсыШИМа селектируются, например, лиумя диодами, подключенными к выходу ШИМа, по полярегостц. Поэтому црц Г )О импульсы ШИМа)1 астг)та уцраиляюцщх импульсов много больше частоты вцходцого напряжения преобразователя (в 10 - 30 раз), а цх относительнаядлительность у = 7/7, гле 7 ч - ллительность импульса; Т - - период следования,Работу реверсивного статического преобразователя поясним с помощью диаграмм цафиг. 2, 3. Триггеры 35 фазорасщепителяВырабатциак)т напряжения .)А, 118, г)ь (Феег. 2)с Вериолом Т. Положительная полуиолна со610268 5ответствует наличию сигнала на правом, а отрицательная - на левом (ло расположению ца фнг. 2) выходах триггеров. На выходах элементов И 16 - 21 формируются импульсы 13, - 13 в длительностью Т/6, так как и течение такого времени совпадают во вр"мени импульсц на выходах соответствующих триггеров, Как н напряжения 1313 в 13 в, напряжения 13, - 13 в изображены условно: импульсы показывают наличие сигнала, цо не его полярность, Так же изображены другие напряжения за )в исключением напряжений 13 т, - 13 т управ ления транзисторами 7 - 12 предварйтельццх усилителей.Рассмотрим вначале работу блока управления предварительнцм усилителем первой фазы (БУПУ). Независимо от полярности на пряжения управления преобразователем 13 ца выходе элемента ИЛИ имеются импульсы напряжения 13 в (фиг. За), которые запрещают подачу на выход элементов Запрет 33, 34 напряжений 13, и Б. Поэтому на выходах этих элементов формируются пачки импульсов 13 в, 13 в с относительной длительностью импульса в пачке- т. На выходе элементов И 35, 36 формируются пачки импульсов 13,7, 13 в, соответствующие по времени напряжения 134 и 13 з, относительная длительность импульсов д в пачке г. Из фиг. За видно, что импульсы 13,ь и 131 в следуют во времени непосредственно за импульсами 13,в и 13, соответственно,На выходе элемента ИЛИ 37 складываются во времени напряжения 1313 ь, 13 у, 13 ь, а на выходе элемента ИЛИ 38 - напряжения 132 13 в, 13 в. 13 в При наличии импульса одного из этих напряжений на базу соответствующего транзистора подается открываюц 1 ее напряжение - 13 в, при отсутствии - запирающее напряжение 13,. Цепи звпиранця для упрощения фиг. 1 не показаны. На интервале перио 35 да О 1 Т/ь, поэтому на базу транзистора 7 подается напряжение 13 ь величиной - 13 о Иа интервале Т/ь 1 Т/з 13 = 13 ь = 131 ь напряжение 13 7 имеет вцд импульсов длительностью к и поступает на базу транзистора 7, 4 о В интервалах между импульсами 13у на. баэу подается запирающее напряжение 130.На интервале Т/в 1 Т/ 13 ь = 13ь = 13 = 6причем фаэировка обмоток такова, что когдаоткрыт транзистор 7, на вход транзистора 1подается отрицательное напряжение, когдатранзистор 7 заперт - положительное. Аналогично для транзисторов 8, 1,1 ак как управляющие цмч/льсь 13, и - 13проходит через схему ИЛИ, то картина процессов и форма напряжений 13 т 13 тв це зависит от знака напряжения управления преобразователем.Рассмотрим работу БУПУ, Пусть 13 з О,что означает подачу на вход 1 импульсов напряжения Бт (фнг. 2 а), В результате совпадения импульсов напряжений Ц 13 в, 13 в,поступающих с соответствующих выходов триггерои )3 - 15, на выходах элементов И 16 - 21формируются импульсы 13, - 13 в, Так как совхода 1 импульсы 13 поступают на входыэлементов И 24, 25, то на выходе этих схемформируются паки импульсов 139, 13О длительцостью у. Так как импульсы-Ц, отсутствуют, то ца выходе элементов И 22, 23 сигналов нет; 13 в = 13, = О. Импульсы 13, 13,поступают на запреща 1 оцпе входы элементовЗапрет 28, 29, На вторые входы этих схемподаются импульсы напряжения 13 ь, 1) ь. Каждый из импульсов 13 в, 13 о запрещает подачуна выход элемецта Запрет иалряженнй, поступающих ца вторые входы, Поэтому на выходе элементов Запрет 28, 29 формируютсянапряжения 131, 13,с длительностью импульсов в пачке 3 - ,в . Элемент ИЛИ 20 выполняет логическое сложение во времени напряжений Б, ь 13,в, 13 13 в, 13 Элемент ИЛИ 31аналогично складывает напряжения 13,г, 131,13, 13, 13 . Так же, ка блоке ЬУПУ,при отсутствии импульсов с выходов элементов ИЛИ ЗО, 31 транзисторы ПУ запираютсянапряжением положительной полярности, цепиподачи которого на фиг. 1 не показаны.Рассмотрим интервал О 1 Тв. Напряжения 13 в = 13= 13 о = 13 з = О; поэтому 13 т=Б,в и представляет собой импульсы длительностью ) - ,г . На интервале Т/6 (т. (Т/313 в = 131 =- 13в = 13 з - 13 ь = О, поэтому 13 т,представляет собой сплошной импульс положительной полярности, обусловленцый действием напряжения запирания. На интервале Т/3 ((1 Т/2 13, = 13= 13, = 13 = О; поэтому13 т, = 13и представляет собой сплошной импульс отрицательной полярности. На остальных интервалах периода напряжение 13 т, формируется аналогично. Напряжение 13 т, формируемое так же, как 13 т, представляет собойзеркальное отображение последнего, В связис этим возникает формальная воэможность формирования 13 т как инверсной функции 13 т19 6=13 т, Однако экспериментальная проверка показывает, что вследствие нендеальности фронтов импульсов возникает неснмметрия в управлении транзисторами ПУ, что приводит к лодмагничцванию выходного трансформатора, Поэтому схема должна быть симметричной.Пусть 13 (О, что означает подачу на вход11 импульсов напряжения - 131 фпг. 2 б).В этом случае оказываючгя задействованнымиэлементы совладения 26, 27; на выходах элементов И 24, 25 напряжений нет: 13., = 13в =0 13, = 13 тСледующий полупериод формируется аналогично.13 13Транзистор 8 управляется напряжениямиь ив 13 тв, 13 тв (фиг. 1). Его напряжениебаза-эмиттер 131 ь формируется так же, как 5 Ов случае транзистора 7. Рассматривая напряжения от 13 т видим, что в любой моментвремени один нз этих транзисторов открыт,а другой закрыт. Следовательно, в любой момент времени одна иэ первичных,обмоток трансфарматора усилителя на транзисторах 7, 8,находится лод напряженнем питания, и ЭДСсамоиндукцнц трансформатора не искажает форму трансформнруемого напряжения. Значит, совторичных обмоток трансформатбра на входытранзисторов 1, 2 подаются напряжения, поформе совпадающие с 13 т 13 т, соответственноlВ остальном напряженияИг ф)рли)уютс 5 аналогично, ИГ) по фазе нанр 5)кении И3 нри И . О (фиг Зб) отстают от напряжений Ит Ит,при (3 ц О (фиг. За) на Т/3.Вследствие перекрещивания шин 1 и 11 вблоке БУПУимпульсы Ипоступают на элементы 22, 23, а импульсы (-И ) - на элементы 24, 25. Следовательно при (30 на.пряжения (37 и, Ит совпадают по фазе снапряжениями (3), И) при И О; при ИОнапряжения Ит, Ит,. совпадают по фазе снапряжениями Ит Ипри И, О, что ипоказано па фиг. 2,Так как напряжения Ит 03 т, принадлежатко второй фазе, а напряжения Ит Ит к"третьей фазе, то при изменении полярности напряжения Ифазы 2 и 3 меняются местамив смысле взаимной фазировки, т.е. изменяетсяпорядок чередования фаз выходного напряжения,Рассмотрим теперь напряжения на нагруз.ке; допустим для определенности, что нагрузка 7 л, 7 в, 7 в соединена в треугольник (фиг, Зб).Работа предварительного усилителя, управляемого напряжениями Ит, - Итподробно проанализирована в (3. Поэтому поясним краткоработу схемы при 0-:.Т/6. Пусть .35, О.Тогда на этом интервале периода в соответствии с полярностью напряжений И ., - Итоткрыты транзисторы 7 и 1, 11 и 15; транзисторы 9, О, и 3, 4 переключаются с относительной длительностью 2. Поэтому фаза ,закорочена транзисторами 1, 5, а на фазыХл и Х; подаются однополярные импульсынапряжения.На остальных интервалах схема работает.аналогично и на нагрузке формируется трех.фазная система напряжений (фиг, Зв) с прямым порядком чередования фазы Ид, ИБ, 13;величина этих напря)кений задается сигналомуп)авлени 5 Ич.Пусть И О. В этом случае сдвиг фаз5)апря)кснии (3 и И 7, Ит,и 3 тпо отношению к напряжениям И, и Ит как вид.но из фиг. 2 б, изменяется по сравнению сослучаем И О (фиг. 2 а), В результате этогона нагрузке формируется система трехфазныхнапряжений Ц Ив, Ив с обратным порядкомчередования фаз.,)28 целом схема работает так,. Пусть вначале Ьу -О, а затем уменьшается до 0 и изменяет свой знак (ОсО). При этом относительная длительностью напряжения Ц уменьшается; напряжение - И, = 0 и напряжения Ц, Ив, Ив уменьп)нются до нуля.В момент, когда И -- 0; И =- О, -И = О,Ид -- И = Ин = О изменяется порядок чере дования фаз. Затем по мере повышения отрицательного 55 апряженЙЯ И(Иу ( 0) напряжения И, Ц Ив вновь возраста)от, имея обратный порядок чередования. Так как порядок чередо 2 Р 25 30 35 40 45 И 55 8)ания Нз измен 5 н)5 И 1)и И, .=- Ил = . И --О, то ре)5)е.рс н1 ядк) )е)с)Она ни 5 фаз е ухудшает линейнести р"гулировочной характе. ристики (зависимости выходного нанряже.ння преобразователя от входного) и регулировочна 5 характеристика стре)57) ли ней на. ФГ мулл 147 е) б/) Стен и.1Трехфазный статический преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий связанные между гобой триггер)5 ый фазорасщепитель, два управляющих вывода, двухтактные транзисторные инверторь по чис. лу фаз с предварительныл 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, отличаюиийсн тем, что, с целью повышения линейности регулировочной характеристики при реверсе порядка чередования фаз выходного напряжения в блоках управления предварительными усилителями второй и третьей фаз, 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 из входов седьмого и восьмого элементов И, выходы когорых подключены к первым выходам упомянутых эле. ментов Запрет и ко входам соответственно второго и первого элементов ИЛИ, а вторые входы элементов И присоединены к одному из управляющих выводов, выходы пятого и шестого 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:1. Авторское свидетельство СССР252638, Н 02 Р 13/18, 1967.2 Авторское свидетельство СССР1961 66, Н 02 М 7/48, 1966.3. Авторское свидетельс 7 во СССР477508, Н 02 Р 13/16, 1974.-иа Составитель Г. Огневекред, О. Луговапираж В 92 Тупица орректор одписное 1 ИПИ 1 осударственного комитета по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раупгс Фялипп 11 П Патент, г. УжгорРедактор Ь федотоЗаказ 3031/46 ив ии и 17 ид овета Министров О.Соткрытийаи наб., д. 4/5д, ул. Лроектная, 4