Одноканальное устройство для управления -фазным преобразователем

ОПИСАИЗОБРЕТЕНИЯ Своз Советскии Социадистическик Республик(22) Заявлено 051078 (21) 2671323/24-07с присоединением заявки Нов(51)м, к. Н 02 Р 13/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 301080(72) Авторы изобретения А.Г.Азаров, С.И.Королев, В.В.Полонский и Г.И.Цветков Научно-исследовательский институт автоматикии электромеханики при Томском институте автоматизированныхсистем управления и радиоэлектроники(54) ОДНОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ щ-ФАЗНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Изобретение относится к области электротехники, а именно к системам управления статическими преобразова телями, в частности автономными инверторами напряженияпреднаэна чениыми для работы в системах гарантированного электропитанияИзвестно одноканальное устройство для управления щ-Фаэным преобразователем, содержащее Формирователь 10 синхронизирующих импульсов, подключенный к трехфазной сети и формирующий эа период сетевого напряжения шесть узких импульсов, блок фазосмещения, выполненный на трех последо вательно соединенных ждущих блокинггенераторах, блок задержки и распределитель импульсов. Достоинствоустройства - высокая степень симметрии управляющих импульсов (асиммет рия не превышает 0,2 эл. град.).Однако указанное устройство не пригодно для управления автономныминвертором, так как формирует только одну Фаэорегулируемую последо вательность узких управляющих импульсов. устройство интерционно, так как задержка импульсов осуществляется за счет подмагничнвания трансформаторов блокинг-генераторов. Устройство 30 не допускает синхронизации от одноФазной сети.Известно устройство для управления многофазным инвертором, содержащее две группы магнитогранэисторных мультивибраторов. Мультивибраторыкаждой группы соединены между собой череэ нерегулнруемые магнитные усилители так, что выходное напряжение любого мультивибратора отличается по Фазе от напряжения соседнего мультивибратора на 180/в эл. град где в - количество мультивибраторов. В результате каждая группа мультивибраторов Формирует в-Фаэ" ную последовательность управляющих импульсов со скважностью два. С целью регулирования выходного напряжения инвертора обе группы мультивибраторов синхронизируются между собой через управляемый магнитный усилитель, выполняющий роль формирующего устройства. Изменяя ток управления магнитного усилителя, регу" лируют угол между двумя в-фаэными последовательностями в пределах 0 - 160 эл.град. К недостаткам устройства следует отнести инерционность, обусловленную наличием в канале регулирования угла магнитного уснли 775855толя, невысокую симметрию управляющих импульсов, зависящую от точности настройки нерегулируемых магнитных усилителей, температуры окружающей среды, стабильности частоты синхронизирующего напряжения инапряжения питания. Кроме того,из-за одностороннего регулирования угла фаза выходного напряженияинвертора изменяется в процессе регулирования относительно синхрониэирующего напряжения н пределах О -90 эл, град.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является одноканальное устройство для управления щ-Фазным преобразователем, со-. 15держащее соединенные последовательно Формирователь синхронизирующихимпульсов, выполненный на триггереЮмИдта первый блок Фаэовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), регистрсдвига, Формирователь развертывающего напряжения, выполненный в видегеиератора пилообразного напряжения,блок сравнения пилообразного напряжения с управляющим, Фаэорегулируемый генератор, состоящий иэ логического ключа и второго блока ФАПЧ,процессор, являющееся прототипомпредлагаемого устройства. Оба блока ФАПЧ выполнены по одной и той жесхеме и содержат соединенные в кольцо Фазовый детектор, преобразователь длительности импульсов н напряжение, управляемый генератор и делитель частоты. С выхода первого блока ФАПЧ импульсы поступают на вход 35реГистра сдвига, на выходе которого .:Формируется нерегулируемая щ-Фазная последовательность импульсов. Свыхода регистра сдвига импульсы длительностью 150 эл.град. через жду Ощий мультивибратор поступают наинтегратор и преобразуются в пилообразное напряжение, которое поступает на один иэвходов блока сравнения. Импульсы с выхода блока сравнения поступают на логический ключ, 45формирующийрегулируемые по Фазе нпределах 0-150 эл. град. однофазныепрямоугольные импульсы со скважностью"два", Эти импульсы поступают навход второго блока ФАПЧ, на выходе 50формируется вторая щ-фаэная последовательность импульсов, регулируемаяпо Фазе. К выходам второго блокаФАПЧ и регистра сдвига подключенпроцессор на выходе которого Формируются управляющие импульсы стребуемыми параметрами. Достоинствауказанного решения - высокая степеньсимметрии управляющих импульсов,воэможность управления щ-фаэным автономным инвертором, воэможность синхронизации преобразователя от сетис любым количеством фаэ, в том чис.ле и однофазной.Однако укаэанному решению присущи недостатки. Из-за того, что в блол 65 ке ФАПЧ, представляющем собой замкнутую систему автоматического регулирования, имеется инерционное звено - преобразователь длительности импульсов в напряжение, регулирование Фазы второй щ-Фазной последовательности происходит с запаздыванием. Поэтому несмотря на вертикальный принцип Фазосмещения управляющих импульсов, быстродействие преобразователя остается невысоким. Так как регулирование угла между двумя щ-фаэными последовательностями осуществляется односторонним способом, то при использовании указанного устройства для управления автономным инвертором наблюдается изменение Фазы выходного напряжения при регулировании его модуля, которое составляет 0-90. эл. град.Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения преобразователя н переходных и установиншихся режимах.Поставленная цель достигается тем, что одноканальное устройство для управления щ-Фазным преобразова-телем, содержащее последовательно соединенные формирователь синхронизирующих импульсов, блок фазовай автоподстройки частоты, Формирователь развертывающего напряжения, блок сравнения и логический ключ, причем блок Фаэоной антоподстройки частоты содержит соединенные в кольцо фазовый детектор, преобразователь длительности импульсон в напряжение, управляемый генератор и делитель частоты, снабжена дополнительным логическим ключом и двумя подключенными к укаэанным ключам Фаэорасщепителями, каждый нэ которых содержит два Формирователя коротких импульсов, элемент ИЛИ, счетчик импульсов и последовательный регистр сдвига, тактовые входы триггеров которого подключены к выходу счетчика импульсов, вход установки которого через элемент ИЛИ подключен к выходам Формирователей коротких импульсов и ко входам установки триггера младшего разряда последонательного регистра сдвига, информационные входы которого соединены со входами формирователей коротких импульсов и с выходами логического ключа, тактовый вход одного нз.которых подключен к прямому выходу блока сравнения, управляющие входы - к выходам первого триггера делителя частоты, выполненного в виде кольцевого регистра сдвига на 2 п триггерах ( п=1,2,3), тактовый вход другого логического ключа подключен к инверсному выходу блока сравнения, управляющие входы - к выходам (и + 1)-го триггера кольцевого регистра сдвига, счетные входы обоих счетчиков в Фазорасщепителях объединены и подключены к ны 775855ходу управляемого генератора, а формирователь развертывающего напряжения выполнен в виде генераторатреугольного напряженияПоследовательный регистр сдвигасоставлен из (в) Р-триггеров, приэтом информационный вход триггерамладшего разряда подключен к прямомувыходу логического ключа.На фиг, 1 представлена схема предложенного устройства для управленияв-Фазным преобразователем, где т=б. ОНа фиг. 2 приведены диаграммы, поясняющие работу предложенного устройства.Устройство содержит формирователь1 синхронизирующих импульсов, блок 2 15фаэовой автоподстройки частоты,содержащий соединенные. в кольцо фазовый детектор З,преобразователь 4 длительности импульсов в напряжение, управляемый генератор 5 и делитель час Ототы 6, генератор 7 треугольногонапряжения, блок сравнения 8, логические ключи 9 и 10 и Фазорасщепители 11 и 12,каждый из которых содержит два формирователя 13 и 14 коротких импульсов, элемент ИЛИ 15,последовательный регистр сдвига 1 б,составленный из (в) 0-триггеров 17-21 исчетчик импульсов 22.На диаграмме представлены импульсы 23-41 с выходов элементов устройства.Устройство работает следующим образом.На выходе формирователя 1 синхрониэирующих импульсов Формируются прямоугольные импульсы 23 со скважностьюдва, которые поступают на блок2 фазовой автоподстройки частоты, аточнее - на один иэ входов фазовогодетектора 3, на другой вход которого 4 Опоступают прямоугольные импульсы 2со .скважностью два с прямоговыхода первого триггера делителя частоты,б. На выходе фазового детектора 3 формируются импульсы 24,длительность которых прямо пропорциональна рассогласованию по Фазе между сигналами .23 и 27.При этом, если выходной сигнал 23 формирователя 1 синхронизирующих импульсов опережает по фазе сигнал 27, поступающий с выхода делителя частоты б,полярность выходных импульсов 24 фазового детектора 3 положительная,как показано на фиг. 2, если жеотстает, то отрицательная. На выходе55преобразователя 4 длительности импульсов в напряжение, подключенногок выходу фазового детектора 3, форми.руется постоянное напряжение 25,уровень которого прямо пропорционален длительности импульсов 24, т.е.рассогласование по фазе между сиг.налами 23 и 27Постоянное напряжение 2 поступает на вход управляемого генератора 5, который в уста новившемся режиме генерирует импульсы26 с частотой, превышающей частотусинхрониэирующих импульсов 23 в целое число раз. . К выходу управляемого генератора 5 подключен делительчастоты б на 2 п триггерах, где и 1,2,3, , охваченных перекрестнымиобратными связями, На прямом выходепервого триггера делителя частотыб формируются импульсы 27, на прямом выходе (и+1) -го триггера Формируются импульсы 28, сдвинутые относительно импульсов 27 на 90 эл.град.Пусть по каким-либо причинам частота синхрониэирующих импульсов 23увеличилась. Тогда возрастет длительность импульсов 24 на входе фазового детектора 3 и увеличится постоянное напряжение 26 на выходе управляемого генератора 5. Это вызоветувеличение частоты управляемого генератора и Фаза выходных имйульсов27 и 28 изменится так,что частотысигналов 23,27 и 28 будут вновь равны друг другу. Таким образом, с помощью блока 2 фазовой автоподстройки частоты осуществляется синхронизация устройства управления, а значит, и преобразователи в целом отдругого источника и формируется трипоследовательности импульсов: высокочастотные импульсы 26, частота которых строго в целое число разпревышает частоту синхронизирующихимпульсов 23 и две последовательности импульсов 27 и 28,синхронныхс последовательностью синхрониэирующих импульсов 23 и сдвинутыхотносительно друг друга. на 90 зл.град.Эти две последовательности импульсов поступают на формирователь 7 развертывающего напряжения, на выходекоторого Формируется треугольноенапряжение двойной частоты 29. В блоке сравнения 8, подключенном к Формирователю развертывающего напряжения,в момент равенства треугольного напряжения 29 с управляющим Оформируютсяпрямой и инверсный сигналы 30 и 38,которые поступают на тактовые входылогических ключей 9 и 10. На управляющие входы логического ключа 9 поступают прямой и инверсный сигналы свыхода первого триггера делителя частоты б. Переключение логического ключа 9 происходит при подаче на еготактовый вход сигнала логической1, т.е. передний Фронт импульсов30 определяет фазу прямоугольныхимпульсов 31, формируемых логическимключом 9На управляющие входы логического ключа 10 поступают прямойи инверсный сигналы с выхода (и + 1)го триггера делителя частоты 6. Переключение логического ключа 10 происходит также при подаче на его так"товый вход сигнала логической 1,т.е. передний фронт импульсов 38 определяет Фазу прямоугольных импульсов39, формируемых логическим ключом 10. Таким образом, на выходах логических ключей 9 и 10 формируются дне однофаэные последовательности прямоугольных импульсов 31 и 39, регулируемых по фазе. При изменении управляющего напряжения У от 0 до амплиМтуды треугольного напряжения фаза выходных импульсов логического ключа Э изменяется на 90 эл.град. в сторону отставания, а фаза выходных импульсон логического ключа 10 на 1 О 90 эл, град. в сторону опереженйя относительно сигнала 23, снимаемоговыхода формирователя 1 синхронизирующих импульсон.К выходу каждого логического ключа подключен фаэорасщепитель, формирующий (щ) -фаэную последователь" ность управляющих импульсов, Оба фазоРасщепителя построены по одной и тойже схеме, поэтому принцип формирова ния ( г) -фаэной последовательности управляющих импульсов рассмотрим на примере фазорасщепителя 11, подключенного к выходам логического ключа 9. Пусть в результате предыдущих 25 переходных процессов все триггеры сдвига 16 находятся в нулевом состоянии, а сигнал 31 на прямом выходе логического ключа 9 принимает состояние 1, В этот момент на выходе Формирователя 13 коротких имПульсов нозникает короткий импульс 32, который поступает на установочный вход Я триггера 17 последователь ного регистра сдвига 16 и на вход элемента ИЛИ 15. С выхода элемента ИЛИ 15 импульс 34 поступает на вход установки В счетчика импульсов 22 и переводит его в состояние 0. Поскольку время срабатывания счетчика имеет конечную длительность, то воэ-можна Ситуация, когда 1 с выхода счетчика сразу после переключения логического ключа 9 поступит на тактовый вход С триггера 17 и произойдет его ложное срабатывание. Посылкой 4 короткого импульса 32 на установочный вход Я триггера 17 ложные срабатывания исключаютсяНа счетный вход счетчика 22 непрерывно поступают нысокочастотные импульсы 26 с выхода управляемого генератора 5. При заполнении счетчика на тактовые входы С всех триггеров региста поступает сигнал 35, соответствующий уровню логической единицы. Но переключается при этом только триггер 1755 (сигнал 36 на фиг. 2), так как только на его информационном входе 0 сигнал изменялся с"0" на " 1". Затем счетчик возвращается в нулевое состояние, вновь заполняется, при этом 60 переключается последующий триггер регистра сдвига, далее процессы протекают аналогично, За полпериода частоты синхронизирующего напряжения 23 счетчик 22 успевает заполниться 65 щ раз, при этом переключатся нсе (щ) триггеров регистра сдвига,так что сдвиг по фазе между выходными импульсами двух соседних триггеров регистров сдвига, а также между импульсами логического ключа 9 и триггера 17 составляет 180/гп эл.град, Требуемый фазовый сдвиг между импульсами достигается тем, что емкость счетчика Квыбирается иэ условия Кеч СЧ Й/гп, где Е - частота управляемого генератора. При этом чем выше частота управляемого генератора, тем больше емкость счетчика и тем точнее выдерживается требуемый фазовый сдвиг, т.е. тем выше симметрия управляющих импульсов. Прн переключении логического ключа 9 в нулевое положение формируется короткий импульс 33 на выходе формирователя 14 корот. ких импульсов, который поступая на установочный вход В триггера младшего разряда 17, удерживает его в единичном состоянии до тех пор, пока импульс 34 с выхода элемента ИЛИ 15 не подготовит счетчик импульсов 22 к приему импульсов от управляемого генератора 5. При заполнении счетчика на его выходе формируется сигнал 1 и триггер 17 переводится ,в нулевое состояние. После щ-ого заполнения счетчика переключится триггер старшего разряда 21, формируя щ-ую последовательность однофазных импульсов 37 (для определеннос ти взято 5 триггеров, т.е. п 1 = 6 и сдвиг по фазе между двумя соседними однофазными последовательностями импульсов состонляет 30 эл .град.) . Аналогично формируется с помощью фаэорасщепителя 12, подключенного к выходу дополнительного логического ключа 10, вторая (в)-фазная последовательность управляющих импульсов.Таким образом, первая щ-фазная последовательность управляющих импульсов формируется с помощью лбгического ключа 9 и фазорасщепителя 11,вторая п 1-фазная последовательность - с помощью дополнительного логического ключа 10 и фазорасщепителя 12. При изменении управляющего напряжения от 0 до амплитуды треугольного напряжения первая в-фазная последовательность сдвигается на 90 эл.град, в сторону отставания относительно синхронизирующего напряжения, а вторая гп-фазная последовательность - в сто. рону опережения, так что диапазон регулирования угла составляет 180 эл.град., прн этом стабильность фазы выходного напряжения определяется только степенью симметрии генератора треугольного напряжения,Логический ключ может быть выполнен на тактируемых триггерах ЯЯ или ЗК-типа, а также на магнитно- транзисторном мультинибраторе.Формирователи коротких импульсов могут быть выполнены на основе простейших дифференцирующих ВС-цепей или в виде ждущего мультивибратора.Таким образом, иэ вышеизложенного принципа работы следует, что предложенное устройство формирует две щ-фаэные строго симметричные последовательности парафазных импульсов, обеспечивает предельно возмож" ное быстродействие регулирования выходного напряжения преобразователя, 1 ф обеспечивает неизменность фазы выходного напряжения преобразователя при регулировании угла в пределах 0-180 эл.град., допускает синхронизацию преобразователя от другого ис точника той же частоты.Благодаря перечи,"ленным достоинствам данное устройство может использоваться для управления перспективными схемами инверторов напряжения, 20 отличающимися высокими технико-экономическими характериСтиками и пригодными для создания систем гарантированного электропитания, обладающих минимально возможным временем перерыва в питании потребителей. Формула изобретения1. Одноканальное устройство для36 управления т-фаэным преобразователем, содержащее последовательно соединенные формирователь синхрониэирующих импульсов, блок фаэовой автоподстройки частоты, формирователь раз- З вертывающего напряжения, блок сравнения и логический ключ, причем блок фазовой автоподстройки частоты содержит соединенные в кольцо фазовый детектор, преобразователь длительности импульсов в напряжение, управля-,емый генератор и делитель частты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения преобразователя в переходных и установившихся режимах, оно снабжено дополнительным логическим ключом и двумя подключенными.к укаэанным логическим ключам фазорасщепителями, каждый иэ которых содержит два формирователя коротких иМпульсов, элемент ИЛИ, счетчик импульс(в и последовательный регистр сдвига, состоящий из (в) триггеров, тактовые входы которых соединены с выходом счетчика импульсов, вход уста- нонки которого через элемент ИЛИ подключен к выходам формирователей корот. ких импульсов и ко входам установки триггера младшего разряда последовательного регистра сдвига,информационный вход которого соединен с прямым выходом логического ключа, выход которого подключен ко входам формироватеПей коротких импульсов первого фаэо расщепителя,тактовый вход одного из логических ключей подключен к прямому выходу блока сравнения, управляющие входы - к выходам первого триггера делителя частоты, выполненного в виде кольцевого регистра сдвига на 2 п триггерах (п=1,2,3),тактовый вход другого логического ключа подключен к инверсному выходу блока сравнения, управляющие входы - к выходам (и+1) - го триггера кольцевого регистра сдвига счетные входы счетчиков фазорасщепителей объединены . и подключены к входу управляемого генератора блока фазовой автоподстройки частоты.2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь развертывающего напряжения выполнен в виде генератора треугольного напряжения.