Преобразователь частоты

(19) О 1)ноги ЕТЕНИ ТЕЛ ЬСТ структорско-т офизической т(72) Ю.А.Мор (53) 621.314 (56) Проблемь техники, Кие с.39-41. винов27 (088.8)преобразоватеИэд-во АН УС ной197 ТЫ повысить ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР, ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(21) 3759106/24-07 (22) 25.06,84 (46) 15.01.86, Бюл (71) Специальное к нологическое бюроники Электронная техника в автоматиквып. 11, М.: Сов. радио, 1980,с.233-240,Авторское свидетельство СССРУ 1092680, кл, Н 02 М 5/27, 1982.Авторское свидетельство СССРУ 1150711, кл, Н 02 М 5/27, 1982.(57) Изобретение позволяетнадежность КГЩ преобразователя час тоты путем уменьшения количествауправляемых ключевых элементов 5,6 и 15, 16, выполненных на полностью управляемых вентилях 7, 8, 9,10 и 17, 18, 19, 20, Выходные выводы вентилей подключены соответственно к обкладкам конденсаторов 1,2 и силовым электродам разрядныхключей 13, 14 переменного тока,Импульсы управления с выхода блокауправления 21 поступают на цепи управления управляемых вентилей 9,17которые будут включены до тех пор,пока напряжение на конденсаторе 1не будет соответствовать задающемунапряжению, Последовательность поступления импульсов управления науправляющие вентили 9, 17 10, 18;7, 19 и 8, 20 от блока управления 2обеспечивает заряд запоминающихконденсаторов 1,2. 3 ил.10 20 30 4 О Изобретение относится к электротехнике, в частности к бестрансформаторным статическим преобразователям переменного напряжения однойчастоты в переменное напряжениедругой частоты,Целью изобретения является повы"шение надежности и КПД путем уменьшения количества управляемых ключевых элементов,На фиг.1 представлена схема преобразователя частоты; на фиг,2блок управления в развернутом виде;на фиг,3 - диаграммы напряжений наотдельных элементах схемы,Преобразователь частоты содержит два запоминающих конденсатора 1,2, первые объединенные обкладки которых связаны с входными вы-,водами 3,4 через первый 5 и второй 6ключевые элементы, выполненные ввиде встречно-параллельно соединенных полностью управляемых вентильных элементов (транзисторов или ти.ристоров) 7,8 и 9,10, а вторые обкладки конденсаторов (верхняя у конденсатора 1 и нижняя у конденсатора 2) - с первыми 11 и 12 силовымиэлектродами разрядных ключей 13 и 14переменного тока и с входными выводами 3,4 через третий 15 и четвертый 16 ключевые элементы, выполненные в виде встречно-параллельно соединенных полностью управляемых вентильных элементов 17, 18 и 19,20,и блок управления 21, причем объединенные обкладки запоминающих конденсаторов 1,2 подключены к первому выходному выводу 22, вторые силовые электроды 23, 24 ключей 13,14переменного тока объединены и подключены к второму выходному выводу 25.При этом йчок управления 21 содержит (фиг.2) первый формирователь 26прямоугольного напряжения, подклю-.ченный к входным выводам 3,4 а выходами к соответствующим первым входам первой пары двухвходовых логических элементов И 27, 28 и к входупервой фазосдвигающей схемы 29, вы"ходы которой подключены к вторымвходам пары логических элементовИ 27, 28, первую пару трехвходовыхлогическйх элементов И 30, 31, подключенных своими первыми и вторымивходами к соответствующим выходамупомянутого формирователя 26 и двухамплитудных компараторов 32, 33,входы которых связаны с различными запоминающими конденсаторами 1 и 2 и с источником 34 задающего напряжения, а также вторую пару трехвходовых логических элементов И 35, 36, первые и вторые входы которых подключены к соответствующим выходам первой пары двухвходовых логических элементов И 27, 28, и к выходам пары логических элементов НЕ 37, 38, входами подключенных к соответствующим выходам указанных амплитудных компараторов 32, 33, первую и вторую пары двухвходовых логических,элементов ИЛИ 39, 40 и 41, 42, выходы которых связаны с управляющими электродами ключевых элементов 8,20;10 р 18; 9, 17; 7, 19, третью пару трехвходовых элементов И 43, 44,подключенных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам первой пары цвухвходовых логических элементов И 27, 28 и к выходам пары логических элементов НЕ 37, 38, четвертую пару трехвходовых логических элементов И 45, 46, подключенных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам первого формирователя 26 прямоугольного напряжения и указанных амплитудных компараторов 32, 33, вторую фазосдвига ющую схему 47 и второй формирователь 48 прямоугольного напряжения, вход которого соединен с источником 34 задающего напряжения, а выход - с второй фазосдвигающей схемой 47, вторую и третью пары двухвходовых логических элементов И 49, 50 и 51,52, соединенных входами с соответствующими выходами второй фаэосдвигающей схемы 47 и второго формирователя прямоугольного напряжения 48, а выходами - с третьими входами упомянутых трехвходовых логических элементов И 30 31 43,44 35,36,4546 выходы которых подключены к соответствующим входам упомянутых двухвходовых логических элементов ИЛИ 39"42 четвертую и пятую пары двухвходовых логических элементов И 53, 54 и 55,56, входы которых связаны с различными выходами упомянутых формирователей 26, 48 прямоугольных напряжений, третью пару двухвходовых логических элементов ИЛИ 5758, входы которых подключены к выходам четвертой и пятой пар двухвходовых логических элементов 53-56; а выхо" 1 ы к управляющим электродам разрядных ключей переменного тока 14 и 13.1 О 20 25 30 35 О 5 Заряд момен денса чем о На фиг, 3 представлены напряжение 59 сети, подаваемое на входные выводы, напряжение 60, формируемое на выходе источника 34 задающего напряжения, напряжение 61 на выходных выводах преобразователя, напряжения 62 и 63, получаемые на выходах первого формирователя 26 прямоугольного напряжения, напряжения 64, 65 формируемые на выходах первой фазосдвигающей схемы 29, выходные напряжения 66, 167 второго формирователя 48 прямоугольного напряжения, выходные напряжения 68, 69 второй фазосдвигающей схемы 47, напряжения 70-73, поступающие на ключевые элементы 9,17; 10,18; 7,19; 8,20 соответственно с выходов двухвходовых логических элементов ИЛИ 41,40, 42, 39.Преобразователь частоты работает следующим образом.При подаче напряжения 59 сети навходные выводы первый формирова тель 26 прямоугольного напряжения формирует на входах прямоугольные напряжения 62,63, фазы которых совпадают с фазой напряжения 59. На выходах первой фазосдвигающей схемы 29 формируются напряжения 64,65, .фазы которых сдвинуты на 90 эл,град относительно напряжений 62 и 63. Генератор 34 задающего напряжения формирует задающее напряжение 60, которое поступает на второй формирователь 48 прямоугольного напряжения. На выходе последнего формируются напряжения 66,67, совпадающие по аэе с задающим напряжением Гз 60, а выходе второй фазосдвигающей схе 47 формируются напряжения 68,69, сдвинутые на 90 эл,град относительно напряжений 66, 67. При этом на разрядный ключ 14 переменного тока в интервалах времени й -С поступают импульсы 62, а в интервалах времени С -С, 4 з -импульсы 63, На разрядный ключ 13 переменного тока импульсы 63 и 62 управления поступают соответственно в интервалы времени С -1 л "зо зи ., 1- щ,-, Необходимую последовательность импульсов управления ключами 13 и 14 переменного тока обеспечивают двухйходовые логические элементы И 53-56 и двухвходовые логические элементы ИЛИ 57, 58. На выходах двухвходовых логических элементов 49-52 формируются импульсы напряжения ("единицы") длительностью Тщ/4 соответственно сгь я интервалом времени ( + 1 )Свв ст а О- ( - : - + с ) ( - :")+е )- 2 72 7багз Тз 2( --- -+С ), Вин ф2тервале времени С, -С "единица" 62 поступает на трехвходовой логический элемент И 31 от первого формирователя 26 прямоугольного напряжения, куда в интервале времени1, -т /4 поступает"единица" и с выхода двухвходового логического элемента И 50. На третий вход трехвходовогологического элемента И 31 поступаетсигнал Р (1),величина которого равна"единице" при положительной разности Р(С)=Г (С)-Г, (г.) и равна нулю при отрицательной разности Р(С)=Г,(С)-й,(Е), где й(Е) функция, описывающая закон изменения амплитуды напряжения на запоминающем конденсаторе 1, В указанный интервал времени 1 -С нагрузка, подключенная к выходным выводам 22, 25, соединена через ключ 14 переменного тока с запоминающим конденсатором 2, напряжение которого равно первой ступени напряжения 61, Момент выключения транзисторов 10,18 определяется функцией Р(С),которая определяет момент заряда запоминающего конденсатора 1 до соответствующей величины функции Йз(С). В момент времени Т ключ 14 переенного тока отключает нагрузку от онденсатора 2, а ключ 13 переменноо тока подключает запоминающий конденсатор 1 к нагрузке, напряжение которого равно второй ступени напряжения, В этот же момент времени согласно фиг.3, включаются транэи торы 8,20 счет подачи импульсов управления 3, 74 через двухвходовой логический элемент ИЛИ 39 от трехвхо дового логического элемента И 30 на цепи управления укаэанных транзисторов. Однако запоминающий конденсатор 2 в момент временизаряжаться не начнет из-эа диодов, включенных последовательно с транзисторами 8,20, т.к, конденсатор 2 заряжен, а входное напряжение равно нулюконденсатора 2 начинается в т равенства напряжения на конторе 2 и входного напряжения 69, беспечивается ограничение по1205 10 20 амплитуде зарядного тока запоминающего конденсатора 2, Импульсы управления 74, 73 формируются за счет подачи на входы трехвходового логического элемента И ЗО напряжения 63"единицы" от двухвхоцового логического элемента И 50 в интервале времени 1 О -Т/4 и напряжения Р(1), величина которого равна"единице" приположительной разности Р(С)= Г (С)-Е (Е), где Г И) - функция, описывающая закон измененияамплитуды напряжения на запоминающем конденсаторе 2, При Рд(С) = Отранзисторы 8,20 выключаются. Далее 15в момент времени Т выключаетсякточ 13 переменного тока, а нагрузка подключается через ключ 14 переменного тока к конденсатору 2 и т,д,Отметим, что импульсы управленияна транзисторы 8,20 и 10,18 поступают согласно 73 и 71 в интервалывремени 0 -Т/4, (Тн +Гн/4)ФТ, В интервалы времени Т /4- Т /2,Т Т 25(Т+ ") - (Т+ - ")требуетсяосуществлять разряд запоминающихконденсаторов 1 и 2 через транзисторы 9,17 и 7, 19. Управление указанными транзисторами осуществляется через двухвходовые логические элементы ИЛИ 41, 42 от трехвходовыхлогических элементов И 35, 36 Ва-тинтервале времени (- + 1)у 8импульсы управления на вход трехвходового логического элемента И 36 по,ступают от двухвходового логическо-.го элемента И 27. Одновременно навторой вход элемента И 36 поступает . 4 ц"единица" с выхода двухвходовогологического элемента И 51 в интервале времени Т /4 - Тн /2, (Т+Та /4)ЗТа на третий вход - когда 45Р 1(1) = О. Ключевые элементы 7 и 19включены до тех пор, пока напряжениена конденсаторе 2 не уменьшится дозадающего напряжения йз(С). Согласно72, импульсы управления поступаютна вентильные элементы 7,19 в момент максимального значения входноганапряжения 59, что обеспечивает разрыв цепи разряда кондаясатора дотех пор, пока мгновенное значение 55напряжения 59 входной сети не станеравным напряжению на конденсаторе 2,С этого времени начинается разряд 240 Ьконденсатора 2 через сеть переменного тока до момента поступления "нуля" с выхода логического элемента НЕ 37, что свидетельствует о равенстве мгновенного значения задающего напряжения Ги напряжения на конденсаторе 2 (Р (г.) = О). В момент времени 18 импульс управления поступает на разрядный ключ 14 переменного тока и снимается с разрядного ключа 13 переменного тока, что обеспечивает подключение выходных выводов к конденсатору 2 и т,д. В интервале времени (- -+ С )-С2 9 импульсы управления на трехвходовый логический элемент И 35 поступают от двухвходовых логических элементов И 28, 51 и логического элемента НЕ 37, Импульсы управления с выхода трехвходового логического элемента И 35 через двухвходовый логический элемент ИЛИ 41 поступают на цепи управления вентильных элементов 9,17, которые включены до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 1 не будет соответствовать задающему напряжению Ез и т.д. Последовательность поступления импульсов управления на вентильные элементы 9,17; 10,18; 7,19; 8,20 представлена на фигЗ(соответственно 70, 71, 72 и 73). При этом незачерненные импульсы поступают на ключевые элементы соответственно от трехвходовых логических элементов И 35, 31/36 и ЗО и обеспечивают заряд запо" минающих конденсаторов 1 и 2, а зачерненные импульсы поступают соответственно от трехвходовых логических элементов И 45, 44,46 и 43 и обеспечивают разряд запоминающих конденсаторов 1 и 2.Формупа изобретениПреобразователь частоты, содержащий два запоминающих конденсатора, первые объединенные обкладки кото" рых связаны с входными выводами через первый и второй ключевые элементы, а вторые обкладки - с первыми силовыми электродами разрядных ключей переменного тока и с входнымивыводами через полностью угравляемыетретий и четвертый ключевые элементы, и блок управления, включающий в себя первый формирователь прямоугольного напряжения, подключенный к входным выводам, а выходами - ксоответствующим первым входам первой пары двухвходовых логических элементов И и к входу первой фазосдвига ющей схемы, выходы которой подключены к вторым входам укаэанной пары логических элементов И, первую пару трехвходовых логических элементов И, подключенных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам упомянутого формирователя и двух амплитудных компараторов, входы которых связаны с различными запоминающими конденсаторами и источником задающего напряжения, а также вторую пару трехвходовых,.логических элементов И, первые и вторые входы которых подключены к соответствую щим выходам первой пары двухвходовых логических элементов И и к выходам пары логических элементов НЕ, входами подключенных к соответствуюпрм выходам указанных амплитудных компараторов, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повьппения надежности и КПД, первые и вторые ключевые элементы выполнены на полностью управляемых вентилях, а выходные выводы подключены соответственно к объединенным обкладкам запоминающих конденсаторов и объединенным вторым силовым электродам разрядных ключей переменного тока, при этом блок управления дополнительно снабжен первой и второй парами двухвходовых логических элементов ИЛИ, выходы которых связаны с управляющими электродами четырех ключевых элементов, третьей парой трехвходовых логических элементов И, подключенных 12 ОЗгДО 8своими первыми и вторыми выходамик сбответствующим выходам первойпары двухвходовых логических элементов И и к выходам пары логическихэлементов НЕ, четвертой парой трехвходовых логических элементов И,,подключенных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам первого формирователя пря моугольного напряжения и указанныхамплитудных компараторов, второйфазосдвигающей схемой и вторым формирователем прямоугольного напряжения, вход которого соединен с ис точником задающего напряжения, а выход - с второй фазосдвигающей схемой, второй и третьей парами двухвходовых логических элементов И,соединенных входами с соответствую щими выходами второй фазосдвигающей схемы и второго формирователяпрямоугольного напряжения, а выхо.дами - с третьими входами упомянутых трехвходовых логических эле ментов И, выходы которых подключены к соответствующим входам двухвходовых логических элементов ИЛИ,четвертой и пятой парами двухвходовых логических элементов И, входы которых связаны с различнымивыходами формирователей прямоугольных напряженЯ, третьей парой двухвходовых логических элементов ИЛИ,входы которых подключены к выходамчетвертой и пятой пар двухвходовых логических элементов И,а выходы - к управляющим электродам разрядных ключей переменноготока.ИИПИ Заказ 853756 Тир илиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 в,гв Мю 1 щ йуна 1 О г 4 О Подпи