Регулятор частоты электромашинного преобразователя постоянного напряжения в переменное

(51) 4 Н 02 Р РЕТЕНИ ЕЛЬСТ Н- Ас Ю ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОЛИСАНИЕН АВТОРСЯОМУ СВИ(54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОМАШИНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ(57) Изобретение относится к электротехнике и м.б, использовано в различного рода электромашинных преобразователях пост. тока в перем. Цельюизобретения является повышение точности стабилизации частоты напряженияна выходе электромашинного преобразователя;. Регулятор частоты содержитизмерительный орган 1, фазовый детектор 2, усилитель 3 мощности, фильтр 4 низких частот, управляемыи г-р импульсов, выпрямитель 7 и элементИЛИ 6. Измерительный орган 1 состоитиз триггера 8 Шмитта, трех элементов И 9, 10 и 11, Т-триггера 12, КБ-.триггера 13, г-ра 14 счетных импульсов, счетчика 15 импульсов и двухэлементов 16 совпадения. Требуемаячастота вращения задается выбором величины частоты управляемого г-ра импульсов при отсутствии захвата напряжения на его входе и выбором шириныполосы захвата, определяемой областьюначальных расстроек частоты, в к-ройпри любых начальных условиях устанавливается режим удержания. Повышениеточности обеспечивается тем, что навеличину частоты не оказывает влиянияизменение амплитуды регулируемогонапряжения. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам управления электромашинными преобразователями постоянного напряжения в пере. - менное. .5Целью изобретения является повышение точности стабилизации частоты напряжения на выходе электромашинногопреобразователя,На фиг, 1 приведена блок-схема. регулятора частоты электромашинногопреобразователя постоянного напряжения в переменное;на фиг, 2 - диаграммы напряжений соответственно навыходе элементов от времени"Г при регулируемой частоте Й, много меньшейноминальной Е (а) и й "-(Б)Регулятор частоты электромашинно- .го преобразователя постоянного напряжения в переменное содержит измерительный орган 1 частоты, вход которого предназначен для связи с силовымвыходом электромашинного преобразователя, вырабатывающего напряжение У ,а выход подключен к входу фазовогодетектора 2 с выходом, предназначенным для связи через усилитель 3 мощности с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя, Регулятор частоты также содержит фильтр 4 низкихчастот, управляемый генератор 5 импульсов, элемент ИЛИ 6, выпрямитель 7.Фазовый детектор 2 выполнен в виде первого КБ-триггера, усилитель 3 35мощности - в виде электронного ключа,а измерительный орган 1 частоты - натриггере Шмитта 8, трех элементах И9 - 11, Т-триггере 12, втором К 8 триггере 13, генераторе 14 счетных 40импульсов, счетчике 15 импульсов, идвух элементах 16 совпадения (первый1имеет выходное напряжение 06, а втоИрой 0 )Первый вход первого элемента И 9 подключен к выходу генератора 14 счетных импульсов, второй вход - к прямому выходу Т-триггера 12, вход которого соединен с первыми входами второго 10 и третьего 11 элементов И и выходом триггера Шмитта 8 с входом, подсоединенным к входу измерительного органа 1 частоты. Счетный вход счетчика 15 импульсов подключен к вы ходу первого элемента И 9, вход нулевой установки к инверсному выходу Т- триггера 12, а выход - к входам первого и второго элементов 16 совпадения, Б- и К-входы второго КБ-триггера 13 соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, прямой и инверсный выходы соответственно с вторыми входами второго 10 и третьего 11 элементов И, Б-вход первсго КЯ-триггера 2 подключен к выходу второго элемента И 10, К-вход к выходу управляемого генератора 5 импульсов, а прямой выход - к первому входу элемента ИЛИ 6 и через фильтр 4 низких частот - к входу управляемого генератора 5 импульсов, Второй вход элемента ИЛИ 6 подсоединен к выходу третьего элемента И 11, а выход - к управляющему входу электронного ключа 3, выход которого предназначен для связи с обмоткой возбуж дения приводного электродвигателя электромашинного преобразователя, а вход подсоединен к выходу выпрямителя 7 с входом, подключенным к выходу измерительного органа 1 частоты.Регулятор частоты работает следующим образомВ процессе пуска и в случае, когда частота Г вырабатываемого напряжения значительно меньше номинальной Е, т.е, й:. Г(фиг. 2 а), имеет мес. то сигнал на втором выходе измерительного органа частоты (выходе третьего элемента И 11). Это достигается следующим образом, Импульсы, следующие с выхода триггера Шмитта 8, поступают на вход Т-триггера 12. Выходной сигнал на прямом выходе этого триггера имеет форму импульсной последовательности, длительностьимпульсов которой равна длительности пауз и периоду входного напряжения Б . Выходной сигнал инверсного выхода представляет собой инвертированный сигнал прямого выхода. На выходе первого элемента И 9 появляется сигналв каждом нечетном периоде входного напряжения в момент, когда имеется сигнал на выходе генератора 14 счетных импульсов, В счетчике 15 импульсов производится подсчет числа совпадений импульсов с выхода генератора 14 счетных импульсов в течение нечетных периодов входного напряжения ЦвкСигнал У, на выходе первого элемента совпадения появится тогда, когда в счетчике 15 импульсов будет подсчитано число И т.е. спустя время с выбираемое равным, например, по 1302416ловине периода входного напряжения1 1 при номинальной частоте Г 7 =-Т = -- ,нф 2 н 2 Ун Спустя время 7, в счетчике 15 импуль-. сов будет подсчитано число М и появПляется сигнал О, на выходе второго элемента совпадения. Время Г выбирается равным периоду входного напряжения Т , частота которого равна частоте полосы захвата Г управляемо го генератора 5 импульсов, т.е.с1Т = - . В процессе пуска Г сс Е а з у г чфз П значит ГгЙ . Поэтому сигнал Б, появляется раньше, чем произойдет уста новка счетчика 15 импульсов в нуль сигналом с инверсного выхода Т-триггера 12.Сигнал О, переводит второй КЯ- триггер 13 в единичное состояние, а 20Нпоявление сигнала Ц возвратит второй КЯ-триггер 13 в нулевое состояние, при котором разрешено прохождение импульсной последовательности с выхода триггера Шмитта 8 через третий 25 элемент И 11 и элемент ИЛИ 6 на управ - ляющий вход электронного ключа 3, Электронный ключ 3 с входной частотой открывается на малые промежутки времени и подключает цепь обмотки воз- ЗО буждения приводного двигателя электромашинного преобразователя к выходу выпрямителя. При этом среднее значение напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения, будет малым, что обеспочивает незначительный ток в об. мотке возбуждения приводного двигателя и быстрый разгон электромашинного преобразователя.В случае, когда частота Й, выраба тываемого напряжения примерно равна ,номинальному значению Е (фиг. 2 Е), т.е. частота Г находится в полосегзахвата управляемого генератора 5 импульсов; то происходит переключение 45 выходов измерительного органа 1 и появляется напряжение на его первом выходе (выходе второго элемента И 10). Происходит это следующим образом.50После появления сигнала У вто 6рой КЯ-триггер 13 перебрасывается в положение, при котором на его прямом выходе появляется высокий потенциал.К моменту установки счетчика 15 имИпульсов в нуль сигнал Б на выходе второго элемента совпадения не появляется, так как йг 1 з, а ТгТ, т.е.второй КЯ-триггер 13 остается в единичном состоянии, разрешающем прохож. дение импульсной последовательности с выхода триггера Шмитта 8 через вто рой элемент И 10 на Я-вход первого КЯ-триггера 2. На К-вход первого КЯ- триггера 2 поступает импульсная последовательность с выхода управляемого генератора 5 импульсов. Собственная частота Г, управляемого генератора импульсов выбирается заведомо меньше номинальной частоты Г вырабатынваемого напряжения.Длительность напряжения на выходе первого КЯ-триггера 2 определяется фазовым сдвигом между входными импульсными последовательностями и зависит от начальной разности частот Ег и Г . Напряжение с выхода первого КЯ-триггера поступает через фильтр 4 нижних частот на вход управляемого генератора 5 импульсов. При этом происходит перестройка частоты следования импульсов на выходе этого генератора и ее автоматическая подстройка к значению Г =Й, т.е. происходит так называемый захват частоты управляемого генератора импульсов. При этом частота Е становится равной1 оФф(1) где К - частота следования импульсовуправляемого генератора импульсов при отсутствии напряжения на его входе;К - коэффициент передачи управляемого генератора импульсов;Б - управляющее напряжение навыходе фильтра нижних частот.Напряжение У , поступающее на вход управляемого генератора импульсов, равно 4 4 2 с(2) где К - коэффициент передачи фильтра нижних частот;- среднее напряжение на выхо"де первого КЯ-триггера.После того, как произошел захват, управляемый генератор импульсов начинает генерировать импульсы Б с частотой, равной действительной частоте вырабатываемого напряжения, Эти импульсы сдвинуты по фазе в сторону отставания на уголпо отношению к импульсам Бщ с первого выхода измерительного органа. Величина угла сдвига фазпропорциональна требуе-, мой величине управляющего напряжения, необходимого для подстройки частотыуправляемого генератора импульсов.При поступлении на вход первого КБ- триггера импульсов П , сдвинутых по Фазе на угол Р по отношению к импульсам П, , напряжение на выходе фазового детектора будет равно(3) где К - коэффициент передачи первогго КБ-триггера 2.В соответствии с выражениями (1) - 10 (3) и равенством К =1 уголпропорционален скольжению действительной частоты вырабатываемого напряжения по отношению к фиксированной частоте Й управляемого генератора имопульсов(4) Таким образом, величина угла сдвига фаз, а значит, и длительность импульсов У пропорциональны отклонению частоты от заданного значения.Чем больше это отклонение, тем больше открыт электронный ключ 3, тембольше среднее напряжение, прикладываемое к обмотке возбуждения приводного двигателя электромашинного преобразователя, тем меньше частота еговращения и, следовательно, меньшечастота Г . Регулятор частоты реагирует на любое изменение частоты Х,электромашинного преобразователя.При увеличении Г очередной импульс с первого выхода измерительного органа 1 на Б-вход первого КБ 35триггера приходит раньше и увеличивается Фазовый сдвиг между импульсными последовательностями с первого выхода измерительного органа и с выхода управляемого генератора 5 импульсов,При этом увеличивается управляющее напряжение на выходе фильтра 4низких частот и управляемый генератор импульсов начинает генерироватьимпульсы с частотой Е , т.е. подстраивается под частоту генератораэлектромашинного преобразователя,Для того, чтобы частота управляемогогенератора импульсов оставалась постоянно равной Й, необходимо существование Фазового сдвига Р между импульсными последовательностями навходах первого КБ-триггера, при кото 55ром выполняется равенство,(4).Кроме того, чем больше величинаугла , тем больше открыт электронный ключ 3 и тем больше величина среднего напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения приводного двигателя электромашинного преобразователя, что вызовет уменьшение частоты Г до прежнего уровня.Если частота вырабатываемого напряжения становится меньше, то происходит обратный процесс,В устройстве нет источника эталонной частоты, его роль как бы выполняет управляемый генератор импульсов.Требуемая частота вращения двигателя задается выбором величины частоты Г управляемого генератора импульсов при отсутствии захвата напряжения на его входе и выбором ширины полосы захвата + ь Й . Под полосой захвата понимают область начальных расстроек частоты, в которой при любых начальных условиях устанавливается режим удержания. Если частоту управляемого генератора импульсов при отсутствии управляющего напряжения на его входе обозначить через Й , а ширину полосы захвата - через 1 йГ , то частота захвата определится по формулез о- эЕсли разность частоты генератора электромашинного преобразования и управляемого генератора импульсов не превышает ширину полосы захвата, то частота управляемого генератора импульсов подстраивается под частоту генератора электромашинного преобразователя и система фазовой автоподстройки частоты находится в режиме удержания (режиме захвата).Если начальная расстройка частот больше ширины полосы захвата 6 Е , то имеет место режим биений и частоту управляемого генератора нельзя подстроить под частоту генератора элект ромашинного преобразователя.При выборе величин Е и й 4 Й следует учесть величину максимально возможного заброса частоты при сбросе нагрузки электромашинного преобразователя. При этом величины 1 и+ай должны быть выбраны таким образом, чтобы при максимальном забросе частоты система Фазовой автоподстройки частоты оставалась бы в режиме удержания. Преимущества регулятора частотыдля электромашинных преобразователейсостоят в том, что его использованиепозволяет повысить точность стабили 130241 бзации частоты, так как на величину частоты Г, не оказывает влияние изменение амплитуды регулируемого напряжения, а также обеспечить быстрый пуск электромашинного преобразователя.Формула изобретенияРегулятор частоты электромашин ного преобразователя постоянного напряжения в переменное, содержащий измерительный орган частоты, вход которого предназначен для связи с силовым выходом электромашинного преоб разователя, а выход подключен к входу фазового детектора с выходом, предназначенным для связи через усилитель мощности с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя электромагнитного преобразователя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации частоты, введены фильтр низких частот, управляемый генератор импульсов, элемент ИЛИ, выпрямитель, причем фазовый детектор выполнен в виде первого КЯ- триггера, усилитель мощности в виде электронного ключа, а измерительный орган частоты - на триггере Шмитта, трех элементах И, Т-триггере, втором КЯ-триггере, генераторе счетных импульсов, счетчике импульсов и двух элементах совпадения, первый вход первого элемента И подключен к выходу 35 генератора счетных импульсов, второй вход - к прямому выходу Т-триггера, вход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И и выходом триггера Шмитта с входом, подсоединенным к входу измерительного органа частоты, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу первого элемента И, вход нулевой установки к инверсному выходу Т-триггера, а выход - к входам первого и второго элементов совпадения Я- и К-входы второго КЯ-триггера соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, прямой и инверсный выходы соответственно,с вторыми входами второго и третьего элементов И, Я-вход первого КЯ-триггера подключен к выходу второго элемента И, К-вход к выходу управляемого генератора импульсов, а прямой выход - к первому входу элемента ИЛИ и через фильтр низких частот к входу управляемого генератора импульсов, второй вход элемента ИЛИ подсоединен к выходу третьего элемента И, а выход - к управляющему входу электронного ключа, выход которого предназначен для связи с обмоткой возбуждения приводного электродвигателя элект ромашинного преобразователя, а вход подсоединен к выходу выпрямителя с входом, подключенным к входу измерительного органа частоты, уставка первого элемента совпадения меньше уатавки второго элемента совпадения, управ. ляемый генератор импульсов настроен на частоту при отсутствии управляющего напряжения, меньшую заданной частоты напряжения на силовом выходе электромашинного преобразователя.1302416 тор Г.Решетни Заказ 1223/55Ц го ени графическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 1 роизводственн Составитель А.АкимактоР А,ЫандоР ТехРед И.Ходанич Тираж ЬЬ 1 НИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, Ж Подписноеомитета СССРоткрытийшская наб.,