Однофазный преобразователь частоты

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я)5 Н 02 ПИСАН ОБ ТО надежности пу пряжения нэ (КПТ). Устройс щих конденсат КПТ соединен через разряд выводэми, К вертого КПТ первым и вто ния, 3 ил. трукторско-техн олоической техники ЕОБРАЗОВАТЕЛ осится к преобрэзоЦель - повышение ОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) УУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Специальное конгическое бюро геофи(57) Изобретение отнвэтельной технике,Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобрэзовэтелям переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты.Цель изобретения - повышение нэдежности путем уменьшения рабочего нэпряжения нэ ключах переменного тока.Нэ фиг, 1-3 изображены схема преобрэзовэтеля частоты, диаграммы нэпряжений и блок управления в развернутом виде,Преобразователь частоты содержит двэ запоминающих конденсатора 1, 2, первые обкладки 3, 4 которых связаны с входными выводэми 5, 6 через первый 7 и второй 8 зарядные ключи переменного токэ нэ ключевых элементах 9 - 12 и с первым входным выводом 13 через первый 14 и второй 15 рэзрядные ключи переменного тока и блок управления 16, выходные каскады которых связаны с соответствующими управляющими электродами зарядных и разрядных ключей переменного тока и обеспечивэют коммутацию разрядных ключей переменного тока с частотой входного напряжения с тем уменьшения рабочего нэключах переменного тока во содержит двэ запоминаюорэ, которые через зэрядные ы с входными выводами и ные КПТ - с выходными огл мутэ ция третье го и четобеспечивается в фазе с рым КПТ блоком упрэвлеизменением последовательности переключения при переходе с одного полупериодэ выходного напряжения нэ другой и включение соответствующих зарядных ключей переменного тока в момент перехода через нуль входного напряжения нэ интервалэх 0-Твых/4 и Твых/2 - ЗТвых/4 и в момент мэксимумэ входного напряжения нэ интервэлэх Твых/4 - Твых/2 и ЗТвых/4 - Твых каждого периода Твоих выходного напряжения, э их включение - в момент равенства мгновенных значений напряжения зэпоминэющих конденсаторов и задающего напряжения, третий 17 и четвертый 18 рэзрядные ключи переменного тока, первые 19, 10 силовые электроды которых объединены и подключены к второму выходному выводу 21, вторые 22, 23 силовые электроды соединены с соответствующими выводами 5, 6 и вторыми обкладками 24, 25 запоминающих конденсаторов, э управляющие электроды связаны с выходными каскадами блока управления, обеспечивающими коммутэцию указанных ключей переменного тока в фазе с первыми 14 и вторыми 15разрядными ключами переменного тока. На фиг, 2 представлено входное 26 напряжение, задающее 27 напряжение, напряжения 28 - 35, формируемые на отдельных элементах блока управления, показанных на фиг. 3, напряжение 36 управления, подаваемое на разрядные ключи 17, 15 и 14, 18 переменного тока, выходное 37 напряжение на выходных выводах 13 и 21, напряжения 38-41 управления, подаваемые соответственно на ключевые элементы 9 - 12. На фиг. 3 показан блок управления в развернутом виде. Он содержит первый 42 формирователь прямоугольного напряжения, первую 43 фазосдвигающую схему, второй 44 формирователь прямоугольного напряжения, подключенный входом к источнику 45 задающего напряжения, вторую 46 фазосдвигающую схему, восемь двухвходовых логических элементов И 47 - 54, два амплитудных компаратора 55; 56, два логических элемента НЕ 57, 58, восемь трехвходовых логических элементов И 59 - 66, шесть двухвходовых логических элементов ИЛИ 67 - 72 выходные каскады блок правления), выходы которых соединены с соответствующими управляющими электродами ключей переменного тока.Преобразователь частоты работает следующим образом, Входное 26 напряжение поступает на первый 42 формирователь прямоугольного напряжения, который обеспечивает получение на выходах двух напряжений 28 и 28 (напряжение 28 получается инвертированием напряжения 28), Такие формирователи могут выполняться по различным схемам, например на основе амплитудного компаратора, логического элемента НЕ, одновибраторов и логического элемента ИЛИ, которые обеспечивают получение импульсов напряжения в момент перехода входного 26 напряжения через нуль. Далее эти импульсы напряжения синхронизируют, например, триггер или мультивибратор, на выходе которых формируются напряжения 28 и 28. Напряжение 29 формируется из напряжения 28 (принципиально его можно сформировать из напряжения 26) первой 43 фазосдвигающей схемой. Принцип построения таки;.:, м достаточно известен. На двух выхода фазосдвигающей схемы 43 формируют.я напряжение 29, сдвинутое на 90 относительно напряжения 28, и проинвертираванное напряжение 29, Источник 45 задающегнапряжения формирует на выходе задающий сигнал, например, по форме задающего напряжения 27, Второй 44 формирователь прямоугольного напряжения и вторая 46 фэзосдвигэющэя схема выполнены по аналогии с первым 42 форм 4 оователем прямоугольного напряжения и первой 43 фазосдвигающей схемой и формируют на выходах соответственно напряжения 30, 30, 31, 31, Двухвходовые логи ческие элементы И 47-50 обеспечиваютполучение на выходах импульсов напряжения 32, 33, 35, 34, Для получения импульсов напряжения 36 и 36 управления, применяемых для управления разрядными ключами 10 переменного тока 15, 17 и 14, 18 с частотойвходного 26 напряжения и с изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напряжения на другой, используют двух входовые логические элементы И 51-54 идвухвходовые логические элементы ИЛИ 71, 72, Нэ выходе логического элемента И 51 формируется напряжение 36 в интервале времени логической единицы напряжения 20 30. На выходе логического элемента И 52формируется напряжение 36 в интервале времени логического нуля (30) напряжения 30. Аналогичным образом формируется напряжение 36 управления на выходе двухвхо дового логического элемента ИЛИ 72, Вмомент времени 10 импульс напряжения 39 управления поступает на ключевой элемент 10, что обеспечивает подключение конденсатора 1 к питающей сети для заряда, В это ЗО время импульс напряжения 36 управленияпоступает на ключи переменного тока 15, 17 и нагрузка получает питание от конденсатора 2. Импульс напряжения управления нэ ключевой элемент 10 поступает с выхода 35 логического элемента ИЛИ 68 следующимобразом, На первый вход логического элементИ 62 поступает напряжение 28, на второй вход - логическая единица с выхода амплитудного компаратора 56, а на третий 40 вход- напряжение 35. На вход амплитудного компаратора поступает задающее 27 напряжение и напряжение с конденсатора 1, При условий, что задающее 27 напряжение больше напряжения конденсатора 1 (а это 45 Твыхвсегда будет на интервале 0-на вы 4ходе амплитудного компаратора будет логическая единица. Логический нуль будет на выходе амплитудного компаратора в момент равенства указанных напряжений, что приведет в конечном итоге к выключению ключевого элемента 10. При этом в ампли- тудном компараторе нужно сделать "защелку", которая исключает заряд конденсатора 1 в интервале то - 11 после первого срабатывания амплитудного компарэ 1 ора, В интервале с 2-14 к нагрузке подключается конденсатор 1 за счет подачи импульсов напряжения 36 управления на ключи перемен10 15 20 30 35 40 45 50 55 ного тока 14, 18, и в момент т 2 включается ключевой элемент 11, обеспечивающий заряд конденсатора 2 от сети переменного тока. При этом моменты то, 12, 14, т. е, моменты включения зарядных ключевых элементов, совпадают с моментом перехода входного 26 напряжения через нуль, что обеспечивает "мягкий" заряд конденсаторов 1 и 2, Напряжение 40 управления, поступающее на ключевой элемент 11, подается с выхода логического элемента ИЛИ 70 следующим образом. На первый вход логического элемента И 66 поступает напряжение 28 с выхода первого 42 формирователя прямоугольного напряжения, на второй вход - логическая единица с выхода амплитудногокомпаратора 55, а на третий вход - напряжение 35 с выхода логического элемента И 49, Амплитудный компаратор 55 работает аналогично компаратору 56, В момент равенства амплитуды задающего напряжения и напряжения на конденсаторе 2 амплитудный компаратор формирует на выходе логический нуль, что приводит в конечном итоге к выключению ключевого элемента 11, Далее в интервале т 4-т 6 включены опять разрядные ключи 15, 17 переменного тока и ключевой элемент 10 согласно напряжению 39 управления. Последовательность поступления импульсов напряжения управления на ключевые элементы 10, 11 представлены на диаграммах напряжения 39,40 управления, а на разрядные ключевые элементы - на диаграммах напряжения 36 управления, В интервале тзо - тбо импульсы напряжения 38-41 напряжения поступают соответственно на ключевые элементы 9 - 12 в моменты максимума входного 26 напряжения, чем обеспечивается "мягкий" разряд конденсаторов 1 и 2, Импульс напряжения 41 управления в интервале газо-тз 2 подается на ключевой элемент 12 с выхода логического элемента ИЛИ 69 следующим образом, На первый вход логического элемента И 63 поступает напряжения 29 с выхода первой 43 фазосдвигающей схемы, на второй вход - логическая единица с выхода логического элемента НЕ 58, так как в указанный момент времени мгновенное значение напряжения конденсатора 2 может быть больше задающего 27 напряжения, а на третий вход - напряжение 32, Длительность импульса напряжения 41 управления, поступающего на ключевой элемент 12, определяется интервалом времени, когда напряжение конденсатора 2 больше текущего значения задающего 27 напряжения, В интервале тз 2 - тз 4 аналогичным образом включается ключевой элемент 9 согласно диаграмме напряжения 38 управления. Импульсы напряжения 38 управ. ления формируются на выходе логического элемента ИЛИ 67 следующим образом, На первый вход логического элемента И 59 поступает напряжение 29 с выхода первой 43 фазосдвигающей схемы, на второй вход - логическая единица с выхода логического элемента НЕ 57, так как в указанный момент времени мгновенное значение напряжения конденсатора 1 может быть больше задающего 27 напряжения, а на третий вход - напряжение 32. Длительность импульса напряжения 38 управления, поступающего на ключевой элемент 9, определяется интервалом времени, когда напряжение конденсатора 1 больше текущего значения задающего 27 напряжения. Последовательность поступления импульсов напряжения управления на ключевые элементы 9-12 наглядно иллюстрирует работу преобразователя частоты, Отметим, что логические элементы И 60, 62, 64 и 66 обеспечивают формирование импульсов управления напряжения на поднимающейся части выходного,синусоидального напряжения 0 - Твых/4, Твых/2 - ЗТвых/4), а логические элементы И 59, 61, 63, 65 - на ниспадающей части выходного синусоидального напряжения (Твых/4-Твых/2, ЗТвых/4-Твых),В предлагаемом преобразователе применяются разрядные ключи переменного тока, классность которых в два раза меньше, чем в прототипе. Это повышает надежность преобразователя.Формула изобретения Однофазный преобразователь частоты, содержащий два запоминающих конденсатора, первые обкладки которых связаны с различными входными выводами через первый и второй зарядные ключи переменного тока и с первым выходным выводом через первый и второй разрядные ключи переменного тока, а также блок управления, выходные каскады которого связаны с управляющими электродами соответствующих зарядных и разрядных ключей переменного тока и выполнены обеспечивающими коммутацию разрядных ключей переменного тока с частотой входного напряжения с изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напряжения на другой и включение соответствующих зарядных ключей переменного тока в момент перехода через нуль входного напряжения на интервалах 0 - Твых/4 и Твых/2 ЗТвых/4 и в момент максимума входного напряжений на интервалах Твых/4Теых/2 и ЗТцых/4 - Твых каждогопериода Т,ывыходного напряжения,а их включение - в момент равенства мгновенных значений напряжений запоминающих конденсаторов и задающего напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности путем 5 уменьшения рабочего напряжения на ключах переменного тока дополнительно введены третий и четвертый разрядные ключи переменного тока, первые силовые электроды которых обаединены и подключены 10 к второму выходному выводу, вторые силовые электроды соединены с соответствующими входными выводами и вторыми обкладками запоминающих конденсаторов, а управляющие электроды связаны с выходнымикаскадами блока управления, обеспечивающими коммутацию указанных ключей переменного тока в фазе с первым и вторым разрядными ключами переменного тока.. Рожкова хр Производственно-издательски комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина. 10 аказ 1171 ВНИИПИ Голу Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5