Способ формирования регулируемого по частоте напряжения заданной формы

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфев Советских Соцнаектнчвспих Республик(21)2655424/24-07.явкиМ(51)М. Кл Н 02 Р 13/1 Государственный комитет СССР но хедем изобретений н открытийРУЕМОГОННОВ 2 тся к преобразоожет найти приэлектроприводепеременного наИзобретение относивательной технике и мменение, например, вили в стабилизаторах5 пряжения.Известны способы формирования скнусондального напряжения, по технкческой сущности и результату, достигаемому при их использовании, сходныес предлагаемым.Известен формирователь, состоящий иэ регулируемого по частоте задающего генератора, пересчетной схемы и цифроаналоговых преобразователей в каждой 15 фазе. На выходе подобного устройства получают многофазные напряжения ступенчато-апроксимированной синусоидальной формы. Полученные напряженйя поступают на широтно-импульсные мо дуляторы, где сравнивается с напря- жением треугольной нли пилообразной. форм. Импульсы с выходов модулятОров управляют работой усилителя мощности 11 азНедостатком этого способа является сложность аппаратурной реализации.Известен также способ широтно-импульсной модуляции, согласно которому используют для широтно-импульсной 36 модуляции высокочастотное инизкочас. тотное синусоидальное напряжение 2.,Недостаток этого способа заключается в том, что огибающая полученного широтно-импульсного напряжения имеет треугольную форму.Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является способ формирования частотно-регулируемого синусоидального напряжения, согласно которому поставленная цель достигается перемножением регулируемого по частоте напряжения треугольной формы синусоидального напряжения постоянной частоты с последующей фильтрацией и сравнением на компараторе, полученного на выходе фильтра регулируемого по чаатоте низкочастотного синусоидального напряжения и пилообразного напряжения высокой частоты 3 1.Недостатками этого способа являются низкая точность регулирования частоты выходного напряжения, ухудшение динамических свойств формирователя за счет введения промежуточного фильтра, невозможность получения различных требуемых форм частотно-регулируемого напряжения, что может оказаться необходимым при глуДействительно, если уз 1 с й, а уагсэпШй, то в точках равенства нулю разности этих сигналов, т.е. при ассагсэпЮс получаем, что этот процесс эквивалентен сравнению таких сигналовуз впий и у 4Е с.Между частотами используемых сиг" налов должны выполняться следующие соотношениякь-го, згоэ,боком регулйровании синхронных электродвигателей.Целью изобретения является увеличение точности регулирования частоты и расширение Функциональныхвозможностей формирователя.Поставленная цель достигается тем, что в качестве первого высокочастот 1 ного сигнала задают сигнал с формой функциойально обратной заданной в качестве регулируемого по частоте низкочастотного сигнала используют сигнал треугольной формы, причем первый высокочастотный сигнал, с Формой функционально обратной заданной, формируют путем сравнения второго сфор" мированного высокочастотного сигнала 15 заданной Формы с частотой, по крайней мере, на порядок большей частоты первого высокочастотного сигнала с третьим сформированным сигналом треугольной Формы, частота которого рав-,Щ на частоте первого высокочастотного сигнала, и последующей Фильтрации полученного в результате сравнения широтно-импульсного сигнала.На Фиг. 1 приведена Функциональная схема Формирователя, работающего по предлагаемому принципу, на Фиг.2 - временные диаграммы напряжений на выходах, блоков формирователя по фиг. 1; на Фиг. 3 - пример функциональной схемы преобразователя фнап- Зф ряженке-частотаф.Формирователь (фиг. 1) содержит генератор напряжения постояннбй высокой частоты требуемой формы 1, генератор напряжения треугольной Формы с постоянной частотой, по крайней ме ре, на порядок меньшей, чем частота напряжения первого генератора 2, Формирователь регулируемого по частоте многофазного низкочастотного напряже- ф) ния треугольной Формы 3, вспомогатель" ный компарато 4, Фильтр 5, выходные компараторы б - басф.На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 0 в ,напряжение заданной Фор; мы, О- напряжение треугольной Формы, О - напряжение на выходе вспомо. гательного компаратора, 04 - напряжение на выходе фильтра, Оф - напряже; ние регулируемой частоты, треугольной, Формы, Оэ - напряжение на выходе одного иэ выходныхкомпараторов.На фйг; 3 представлена функциональ- ная схема преобразователя "напряжение-частотаф.Схема (фиг. 3) содержит компаратор 7, фазоинвертор 8, диоды схемы совпадения 9-12, реле с гистеризисом 13, интегратор 14, резисторы 15 и 16,В качестве примера рассмотрим работу формирователя регулируемого по час-бО тоте синусоидального напряжения.Высокочастотное напряжение синусоидальной формы сравнивают на компараторе 4 с напряжением треугольной формы и в момент равенства их величин формируют широтно-импульсное напряжение. В таком случае напряжение О становится осью симметрии для нелинейного приращения О, относительно О. Напряжение 03 отражает уже зависимость по временной оси от амплитуды О При этом оси амплитуды и времени как бы меняются местами, т.е. на выходе вспомогательного компаратора 4 Формируются квазиарксинусоидальное напряжение.Для образования этого утвержде", ния можно рассмотреть следующие соотношения.Обозначим у в 1 пЩс - напряжв" нив синусоидальной Формы постоянной высокой частоты,у в К 1 - напряжение треугольной Форма с частотой на порядок мень- шей частоты первого направления.При этом делается допущение, что Формы напряжений строго соответствуют заданным и в треугольных напряжениях рассматриваются только участки с постоянным наклоном.Определим точки равных значений для напряжений . Это условие выполняется при у = у , т.ев 1 псОчевидно, что последнее соотношение к эквивалентно такому соотношениюбяй .вгсв 1 п 3,фйгде Ю- определяет крутизну треугольного напряжения,М - определяет круговую частоту.Два рассмотренныМ соотношения показывают,.что использование в ка честве модулирующего напряжения у вКй, а в качестве модулированного напряжения уэи (щ с эквивалент 4но использованию модулирующвго напряжения у щ вгсэ иЮ е, а в качвст" ве модулирувмого напряжения уМ е, так как моменты равенства нулю раз ностн этих налряжвиий совпадают в обоих случаяхеПолученное после фильтрации напряжение. 0, имеющее арксинусоидальную форау, савнивают на компараторах б - б с Фазовыми напряжениями Об - 0 . Здесь картина обратная рассмотреийой. Новая смена мест осей амплитуды и времени приводит к тому, что на выходе компараторов б - б 1 огибакщая напряжения имеет синусои. дальную форму.где 1 - частота напряжения О,12 - частота напряжения О,- максимальная частота напряжения О Э.Для получения многофаэного регулируемого по частоте напряжения треугольной формы может быть использовано устройство, Функциональная схемакоторого представлена на фиг. З.Принцип его действия заключается в слецующем.10Модуль входного напряжения О сравнивают на компараторе 7 с пйлообразным напряжением Оп . Выходной сигнал компаратора инвертируется фаэоинвертором 8. Сигналы с компаратора 7 и фазоинвертора 8 с помощью схемы совпадения, собранной на дио" дах 9 - 12, модулируют в свою очередь, выходной сигнал реле 13, управляющий работой интегратора 14.При включении схемы (фиг. 3), за 20 счет положительной обратной связи она находится в одном из устойчивых состояний, предположим положительном.На- чинается интегрирование на интеграторе 14. Интенсивность этого процесса 25 определяется скважностью импульсов с компаратора 7 и фазоинвертора 8. В этом случае сигнал в реле 13 проходит на вход интегратора по цепи 15-11. При достижении напряжением на выходе интегратора заданного значения происходит изменение знака сигнала на выходе реле 13, за счет чего изменяется направление интегрирования, Интенсивность интегрирования равняется заданной, причем независимо от направления интегрирования. В итоге на выходе интегратора имеем напряжение треугольной формы и регулируемой чатоты, определяемой управляющим сигна лом. 40Для получения трехфазной системы Формируемых напряжений используется устройство, состоящее из трех описанных преобразователей "напряжение - частотаф. 45Выходное напряжение преобразова,теля первой Фазы является синхроиизирующим для преобразователей остальных фаз. Для атого на вход гестерезисных реле этих фаз подается сумма или разность сигналов первой фазы и рассматриваемой фазы. Регулируя напряжение положительной обратной связи реле 13, можно добиться требуемого фазового сдвига относительно первой фазы, Необходимо отметить, что синхронизация фазных сигналов происходит автоматически. Таким об; разом, отпадает необходимость в задании начальных условий.Формирователь, реализУющий предлагаемый способ, выполнен иа двенадцати операционных усилителях и двенадцати диодах, т.е. гораздо проще в реализации, чем известные, имеет диапазон регулирования частоты более чем 1:1000. Содержание высших гармоник в выходных напряжениях, как было показано, равно содержанию высших гармоник в выходных напряжениях известного формирователя.При соизмеримой сложности реализации предлагаемого формирователя и известного первый имеет большую точность регулирования выходной частоты, которая в макетном образце не превышает 2 от текущегозначения во всем рабочем диапазоне. Если использовать в известном формирователе генераторы сигналов с суммарной ошибкой не более 2, то при "нулевой" частоте этих сигналов, равной 1000 Гц,абсолютная ошибка равна 20 Гц . ДЛя получения в известном формирователе ошибки около 2 по выходной частоте необходимо использовать кварцевые генераторы и цифровое устройство, что существенно усложняет схему реализации.Кроме того, при реализации предлагаемого способа в отличие от известного отпадает необходимость установки фильтра в выходных цепях формирователя, что повышает его быстродействие, особенно важное при управлении синхронными машинами.Возможность формирования различных Форм многофазных симметричных напряжений дает возможность компенсировать неравномерность распределения магнитного потока в воздушном зазоре электрических машин переменного тока.Таким образом, использование предлагаемого способа при оцной из наиболее простых схем реализации, в сравнении с известными, позволяет формировать многбфаэные симметричные и частотно-регулируемые напряжения различных требуемых форм, увеличить точность регулирования частоты тока статора в электроприводах тока, за счет чего повышаются эксплуатационные характеристики приводов в статических и динамических режимах ра" боты.формула изобретенияСпособ Формирования регулируемого по частоте напряжения заданной формь путем сравнения первого высоко-.частотного сигнала с другим регулируемам по частоте низкочастотным сигналом и последукщего формирования широтно-импульсного сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности регулирования частоты выходного сигнала и расширения функциональных возможностей,в качестве первого высокочас- . тотного сигнала задают сигнал с фор" Мой функционально обратной заданной, а в качестве Регулируемого почастоте низкочастотного сигнала используют:сигнал треугольной формы, причем первый высокочастотный сигнал,с Формойфункционально обратной заданной,формируют путем сравнения второго сформированного сигнала заданной Формыс частотой, по крайней мере, на порядок большей частоты первого высокочастотного сигнала, с третьим сформированным высокочастотным сигналомтреугольной Формы, частота которогоравна частоте первого высокочастотно-.го сигнала, и последующей Фильтрацииполученного в результате сравненияширотно-импульсного сигнала,. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе873373 4 ЬгЗ Составитель Г.ИыцыРедактор Е.Дорошенко Текред.М,Рейвес ектор И.Демчи исн филиал ППП Патент, г. Уагород, ул. Проектная, 4 Заказ 9063/82.ВНИ 113035, Тираи 73 ПИ Государственно делам изобретен осква, Ж, РаушсПодпкомитета СССРи открытийая наб., д. 4/5