Способ управления фазовым сдвигом импульсов

)5 ЕНИ ат амим На Фиг,1 пр устройства, ре Фиг.2 - времен щие способ при ставлена б изующего с к-схема соб; на ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ННТ ССС(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ФАЗОВЫМ СДВИГОМ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при реализации систем управления трансформаторно-тиристориыми регуляторами. Целью изобретенияявляется расширение Функциональныхвозможностей за счет увеличения диапазона управления Фазовым положениемимпульсов. Указанная цель достигаетзобретение относится к преобразоельной технике, а именно к спосоФормирования импульсов управления пульсных преобразователях.елью изобретения является расшие функциональных возможностей заувеличекия диапазона регулировае диаграммы, поясняю и ш=;а - вре 2ся тем, что Формируют синхронмпульсы в Фиксированной Фазе сетевого напряжения, делят частоту этих синхроимпульсов на п (где и - целое число), Формируют линейно изменяющееся напряжение, это напряжение синхронизуют синхроимпульсами пониженной частоты, подают напряжение управления,сравнивают это напряжение с линейно изменяющимся напряжением и в момент равенства этих напряжений Формируют тактсвый импульс, дифференцируют напряжение управления, результат дифференцирования интегрируют с постояннойвремени, равной частному от деленияпериода сетевого напряжения на числовыходных импульсов за период сетевого напряжения, а затем линеино преобразуют в частоту квазипериодического сигнала, причем начальную фазу квазипериодического сигнала восстанавливают в момент прихода очередноготактового импульса, а выходные импульсы Формируют в Фиксированной фазеквазипериодического сигнала. 3 ил,менная диаграмма напряжения синхроимпульсов с частотой Е; б - временная диаграмма напряжения синхроимпульсов после деления частоты; в .".график зависимости от времени периодического линейно изменяюцегося напряжения и напряжения управления; г -временная диаграмма напряжения тактовых импульсов: д - график зависимости от времени напряжения управления после проведения операций дифферекцирования и интегрирования с по 1575275стоянной времени е - временнаядиаграмма напряжения выходных импульсов; ж - гистограмма Фазовогосдвига выходных импульсов в зависимо 5сти от времени); на Фиг.З - временные диаграммы, поясняющие способ прии = 4 и ш = 2 (а - временная диаграмма напряжения синхроимпульсов с частотой 1 с; а - временная диаграмманапряжения синхроимпульсов после деления частоты; б - график зависимости от времени периодического линейно изменяющегося напряжения и напряжения управления; б - временная диаграмма напряжения тактовых импуль-.сов; в - график зависимости от времени напряжения квазипериодическогосигнала; г - временная диаграмма напряжения выходных импульсов; д - ги О.стограммы Фазового положения выходных импульсов в зависимости от времени; гистограмма а у соответствуетсдвигу тактового импульса для данногоУа гистограмма а соответствует 25Фактически воспринятому потребителемизменению Фазы при скачкообразном изменении управляющего напряжения иотсутствии интегрирования. ГУстройство, реализующее способ содер- ЗОжит (фиг.1) последовательно соединенные синхронизатор 1.,делитель 2 частотыи генератор 3 пилообразного напряжения, выход которого соединен с однимвходом нудь-органа 4 амплитудно-часР 35тотный преобразователь 5, тактовыйвход которого соединен с выходом нульоргана 4, последовательно соединенные дифференциатор 6 и интегрирующуюцепь 7, выход которой подключен навход амплитудно-частотного преобра зователя 5, причем управляющее напряжение поступает на другой входнуль-органа 4 и на вход дифференциатора 6, вход синхронизатора 1 является входом устройства, а выход формирователя 8, входом подключенного квыходу амплитудно-частотного преобразователя 5 - его выходом,В предлагаемом способе первоначально в определенной Фазе сетевогонапряжения формируют синхроимпульсы,которые будут следовать с периодомТ сетевого напряжения (Фиг.2 а). Затем делят частоту следования синхроимпульсов в и раз, например, выделяяказей и-й импульс (на Фиг.2 б и =10).Одновременно Формируют периодическоелинейно изменяющееся напряжение, которое синхронизируют в определенной фазе синхроимпульсами пониженной частоты (Фиг.2 в). При этом период линейного напряжения Т, = и Т . На Фиг.2 в . в качестве примера изображено линейно падающее напряжение. Сформированное описанным образом напряжение сравнивают по величине с поступающим извне напряжением управления и в момент равенства этих напряжений формируют тактовый импульс (Фиг.2 г).Если напряжение управления равно кулю, то тактовый импульс будет синфазен с каждым п-м синхроимпульсом.Если напряжение управления не равнонулю, то приращение угла Фазовогосдвига дможет превысить периодсетевого напряжения. В частности, наФиг.2 1 ЙЧ,11, где с 3. измеряется вдолях периода сетевого напряжения,Напряжение управления дифференцируют, интегрируют с постоянной времени 7,(Т , а результат интегрирования линейно преобразуют в частоту, причем начальную фазу этого преобразованного квазипериодического сигнала восстанавливают в момент прихода очередного тактового импульса. При этом частота преобразования Есоответствующая нулевой скорости изменения сигнала управления, выбирается равной й= вК, где Е- частота сети, а щ - целое положительное число, В этом случае, если скорость изменения сигнала управления действительно равна нулю, то в промежутках между тактовыми импульсами квазипериодический сигнал будет изменяться синхронно с синхроимпульсами сети, фазу Формирования выходных импульсов необходимо выбрать Фиксированной поотношению к квазипериодическому сигналу. Например, ее можно выбрать так,чтобы один иэ в выходных импульсовбып синфазен с синхроимпульсом сети.Эта синфазность будет соблюдаться ив любой момент времени, т.к. незначительный набег Фазы, связанный с неточностью установки начальной частоты преобразования, будет устраняться в момент восстановления начальной фазы квазипериодического сигнала тактовыми импульсами через каждые и периодов сети.Изменение сигнала управления вызывает сдвиг тактового импульса на а а после дифференцирования сигна 1 а управления получается сигнал, 1575275пропорциональный скорости изменениясигнала управления (Фиг.2 д). Приэтом изменение напряжения управленияот нуля до максимального значениялинейно изменяющегося напряжения обеспечивает Фазовый сдвиг выходных импульсов, численно равный и,Практически изменение сигнала может происходить с любой скоростью,причем быстрое изменение управляющего сигнала может быть полезным(т.е. связанным с необходимостью быстрого изменения фазы) и параэитным(связанным, например, со случайнымифлуктуациями управляющего сигналаили коммутационными помехами). Поскольку операция дифференцированияформирует напряжение, пропорциональное скорости изменения сигнала управления, то даже небольшие по амплитуде, но быстрые его изменения могутпривести к искажению как переходнойхарактеристики способа, так и его регулировочной характеристик. На фиг.Збд показано, к каким последствиям может привести отсутствие операции интегрирования, если в момент Со происходит скачкообразное изменение сигнала управления. Как видно из графикон, тактовый импульс сдвигается на.3 с и в установившемся режиме результирующий Фазовый сдвиг такжедолжен равняться д Ч", Но за счет того, что после дифференцирования вмомент С - г.о возникает импульс большой амплитуды ( сф- Функция), амплитудно-частотное преобразование даетмгновенный Фазовый сдвиг на величинуй ц . Этот сдвиг уже не связан с ам 1плитудой Б напряжения управления, азависит от момента времени егоовключения. Окончательное изменениефазы после операции формирования выходного импульса будет воспринято потребителем так, как это изображенона Фиг.Зд (,дц), не так как нафиг.Зд ( Д( )Другими словами, приотсутствии операции интегрированиябыстрое изменение управляющего напряжения в рассмотренном случае приводит к искажению переходной характеристики, а также.к искажению регулировочной их характеристики Флуктуациисигнала, и коммутационные помехи могут привести к аналогичным искажениям.Введение операции интегрированияограничивает амплитуду сигнала послепроведения дифференцирования и делает возможным практическое использованиеспособа.Введение операции интегрирования 5сигнала управления с постоянной времени = Тс/ш после его дифференцирования обеспечинает, с одной стороны монотонность, определяемую способом переходной характеристики (и линейность регулировочной характеристики), с другой стороны, уменьшаетвероятность сбоев в Фазоном управлении, т.к. производит Фильтрацию Флуктуаций (шумов) уиравлякицего напряже ния и коммутационных помех.Таким образом, предлагаемый способпозволяет расширить диапазон управления Фазовым положением импульсовдо величины, равной и, и тем самым 20 обеспечить возможность использованияспособа для Формирования управляющихимпульсов н транспортно-тиристорныхпреобразователях, т.е. позволяет расширить Функциональные возможности 25 способа.Деление частоты синхроимпульсов ви раз позволяет в и раз увеличить период линейно изменяющегося напряже ния и тем самым расширить диапазон ЗО изменения Фазового положения тактового импульса.Синхронизация линейно изменяющегося напряжения синхроимпульсами, следующими с частотой в и раз меньше,чем частота сети, осуществляет "привязку" момента начала Формированиялинейно изменяющегося напряжения кфиксированной Фазе сетевого напряжения.40 Дифференциронание управляющегонапряжения Формирует сигнал, пропорциональный скорости изменения основного сигнала управления. Такойсигнал необходимо для его дальнейше го преобразования и частоту, непрерывное изменение которой обеспечи-,вает плавный сдвиг по Фазе выходногосигнала в промежутках между тактоными импульсами.Интегрирование продифференцированного сигнала с постоянной времени Собеспечивает Фильтрацию управляющегонапряжения от Флуктуационных выбросон и коммутационных помех, которыеусиливаются операцией дифференцирования. Кроме того, эта операция обеспе- .чивает монотонность переходной илинейность регулировочной характеристик.Линейное преобразование амплитудысигнала, проинтегрированного с постоянной времени , в частоту кваэипериодического сигнала обеспечивает заполнение промежутков времени между тактовыми импульсами квазипериодическим сигналом, сдвиг по фазе которого относительно синхроимпульсов зависит от скорости изменения сигнала10.управления.Восстановление пачальной фазы квазипериодического сигнала тактовыми импульсами обеспечивает фаэовую синхронизацию квазипериодического сигнала.Поскольку эта синхронизация осуществляется в широком диапазоне фаэ, тои диапазон Фазового изменения квазипериодического сигнала относительносинхроимпульсов будет широк,. Формирование выходного сигнала вфиксированной фазе кваэипериодическо-.го сигнала обеспечивает Фазовую "привязку" выходного сигнала к квазипериодическому и гарантирует тем самым 25сохранение выработанных предыдущнмиоперациями Фазовых соотношений,Устройство, реализующее способ,работает следующим образом.Сигнал, пропорциональный сетевомунапряжению, поступает на вход синхронизатора 1, где преобразуется в последовательность импульсов длительностью 500 мкс, передний фронт которых совпадает с моментом смены поляр 35ности входного сигнала с отрицательной на положительную,Таким образом осуществляется реализация операции по формированию синхроимпульсов в Фиксирон анной Фаэ е 4сетевого напряжения. Операция деления частоты синхроимпульсов в 10 разосуществляется при помощи цифровогоделителя частоты с использованием регистра сдвига. Генератор пилообразного напряжения работает на принциперазряда конденсатора током, постоян;ным по величине, с периодическим возвратом в исходное состояние. Такимобразом реализуется операция Формирования периодического линейно изменяющегося напряжения, Кроме того, генератор имеет вход синхронизации, позволяющий вернуть его в исходное со"стояние до момента окончания его собственного периода. На вход синхрони"55зации генератора подаются импульсы свыхода делителя частоты, за счет чегои осуществляется реализация операции по синхронизации линейно изменяющегося напряжения. При этом период этого напряжения становится равным 0,2 с.11 оследующая операция сравнения напряжения управления, которое подается извне с линейно изменяющимся напряжением осуществляется при помощи нуль. органа 4. В момент равенства напряжений на входах нуль-органа 4 его выводной сигнал мгновенно меняется с +1 на -1, Здесь же, в,нуль-органе 4, это напряжение дифференцируется на дифференцирующей цепи с С =500 мкс"2и ограничивается. При этом на выходе компаратора появляется импульс, аналогичный импульсу на выходе синхронизатора 1, но сдвинутый относительно последнего по Фазе, величина которой- пропорциональна напряжению управления. При этом приращение Фазы от одного тактового импульса к другому пропорционально скорости изменения сигнала управления. Диапазон изменения фазового сдвига в данном случае равен 9,5 периодам сетевого напряжения, а коэффициент, преобразования напряжения в фазовый сдвиг=0,53 1/В (здесь фазовый сдвиг измеряется в долях периода сетевого напряжения и является безразмерной величиной)Одновременно напряжение управления дифференцируется на дифференциаторе 6 с коэффициентом пропорциональности К 1= 1 с (операция дифференцирования), затем пропускается через интегрирующую цепь 7 с с,д = 10 с и коэффициентом пропорциональности К= 1 (операция интегрирования) и поступает на вход амплитудно-частотного преобразователя 5. Этот преобразователь осуществляет операцию преобразования амплитуды проинтегриро- .- ванного с постоянной временисиг. нала в частоту квазипериодического угнала. Указанное преобразование реализуется в преобразователе генератором линейно падающего напряжения, период которого линейно зависит от входного напряжения, При незначительных изменениях периода можно считать,что и частота колебаний этого генератора зависит от входного напряжения также линейно, Генератор линейно падающего напряжения отрегулирован так, что частота Е ; соответствующая нулевому входному напряжению, равна 2 Е а коэффициент амплитудно-частотного преобразованиящ 0,5.9 15Поскольку входное напряжение пропорционально скорости изменения напряжения управления, то отклонениечастоты на выходе генератора будеттакже пропорционально скорости изменения управляющего сигнапа. Интегрирование в данном случае устраняетбыстрые флуктуации сигнала управления и сбои, происходящие при быстромизменении, но не аннулирует результат дифференцирования.Период сигнала на выходе амплитудно-частотного преобразователя меняется, но достаточно медленно, поэтому этот сигнал можно назвать квазипериодическим,Также как генератор 3 пилообразного напряжения, генератор линейно-падающего напряжения в преобразователе5 имеет вход синхронизации. На этотвход поступают тактовые импульсы свыхода нуль-органа и возвращают генератор в исходное Фазовое состояние.Этим реализуется операция восстановления начальной Фазы квазипериодического сигнала в момент появления очередного тактового импульса,Формирование выходных импульсов вфиксированной фазе выходного напряжения осуществляется при помощи Формирователя 8, Это формирование осуществляется путем фиксации начала кваэипериода компаратором с последующимформированием короткого импульса дифФеренцирующей цепью. Окончательноеформирование осуществляется транзистором.В рассмотренном примере частотаследования управляемых по Фазе импульсов равна 2 Гс, а практически достигаемый диапазон управления (диапазон изменения Фазы) равен 9,5, чтопозволяет испольэовать устройство дляуправления трансформаторно-тиристорным регулятором с числом трансформаторных отводов, равным 8.Таким образом, предлагаемый способ обладает более широкими Функциональными возможностями а именно: засчет увеличения диапазона управленияфазовым положением импульсов он позволяет использовать эти импульсы дляуправления трансформаторно-тиристор 75275ным регулятором напряжения, чего необеспечивал прототип.Другое преимущество заключается в 5том, что способ позволяет одновремен"но с управлением Фазовым положениемвыходных импульсов за счет выборакратности начальной частоты преобразования частоте сети осуществлять одновременное умножение частоты входногосигнала (частоты сети), Это, в своюочередь, позволяет при наличии дополнительного Фаэного распределителяиспольэовать способ для Формированияуправляющих импульсов в многофазныхпреобразователях.Формула изобретения20 Способ управления Фазовым сдвигомимпульсов, заключающийся в том, чтоформируют импульсы синхронизации ссетевым напряжением, Формируют периодическое линейно изменяющееся на пряжение, период которого определяется периодом импульсов синхронизации, сравнивают периодическое линейно изменяющееся напряжение с напряжением управления, Формируют тактовыесигналы в момент равенства периодического линейно изменяющегося напряжения и напряжения управления и Формируют выходные импульсы, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей, за .счет увеличения диапазона регулирования, импульсы синхронизации Формируют один раэ за и периодов сетевогонапряжения, где и ) 1, Формируютвспомогательный сигнал путем диф ференцирования и интегрирования напряжения управления с постоянной времени, равной частному от деления периода сетевого напряжения на число выходных импульсов эа период сетевогонапряжения, формируют квазипериодическое напряжение, частота котороголинейно зависит от амплитуды вспомогательного сигнала, начальную фазутактового сигнала устанавливают в момент появления синхронизирующего сигнала, а выходные импульсы Формируютв начале каждого сигнала кваэипериодического сигнала.Составитель А,КиТехред М.Дидык в Корректор Т.11 апий дактор ки Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагари Заказ 1790 Тираа 493 ВНИИПИ Государственного. комитет 113035, Москва-35,Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СЧСРушская наб., д.4/5