Преобразователь частоты

,1403287 19) д 4 Н 02 М 5(2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ИЯ ЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ ПИ А(54) П РЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится тельной технике. Целью из ется повышение качества в жения. Устр-во содержит щих конденсатора 1, 2, кот чевые элементы 5, 6, 15, 1 74.п соединены с вторичн 76.176.п согласующего трние, подаваемое на точки пропорционально ам плитуде пряжения. При этом повы формирования выходного н тервалах перехода задающ через нуль.з. п. ф-лы, 5 кторско-технолй техникиА. Захаров о ССС 1984. 00 К АВТОРСКОМУ СВ(71) С пециальное констругическое бюро геофизическо(56) Авторское свидетельст1205240, кл. Н 02 М 5/2 ЧАСТОТЪ к преобразоваобретения являыходного напрядва запоминаю- орые через клю и ключи 74.1 ыми обмотками ра 75. Напряже, 4, изменяетсязадающего нашается точность апряжения в инего напряжения1Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к бестрансфор. маторным преобразователям переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты.Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения.На фиг. 1 представлена схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - схема управления полностью управляемых ключевых элементов и разрядных ключей переменного тока, входящих в блок управления; на фиг. 3 и 4 - диаграммы напряжений на от. дельных элементах схемы; на фиг. 5 - схема управления дополнительно введенными клю;чами переменного тока, входящая в блок управления.Преобразователь частоты (фиг. ) содержит два запоминающих конденсатора 1, 2, первые объединенные обкладки которых связаны с точками 3, 4 через первый 5 и второй 6 ключевые элементы, выполненные в виде встречно-параллельно соединенных ,полностью управляемых вентильных элементов 7, 8 и 9, 1 О, а вторые обкладки конденсаторов - с первыми 11 и 12 силовыми электродами разрядных ключей 13 и 14 переменного тока и с точками 3, 4 через третий 15 и четвертый 16 ключевые элементы, выполненные в виде встречно-параллельно соединенных полностью управляемых вецтильных элементов 17, 18 и 19, 20, и блок 21 управления, причем объединенные обкладки запоминающих конденсаторов 1, 2 подключены к первому 22 выходному выводу, вторые силовые электроды 23, 24 ключей3, 14 переменного тока объединены и подключены к второму выходному выводу 25.При этом блок 21 управления содержит (фиг. 2) первый формирователь 26 прямоугольного напряжения, подключенный к входным выводам, а выходамик соответствующим первым входам первой пары двухвходовых логических элементов И 27, 28 и к выходу первой фазосдвигающей схемы 29, выходы которой подключены к вторым входам пары логических элементов И 27, 28, первую пару трехвходовых логических элементов И 30, 31, подключенных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам упомянутого формирователя 26 и двух амплитудных компараторов 32, 33, входы которых связаны с различными запоминающими конденсаторами , 2 и 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, входа. ми подключенных к соответствующим выходам указанных амплитудных компараторов 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 232, ЗЗ, первую и вторую пару двухвходовых логических элементов ИЛИ 39, 40 и 41, 42, выходы которых связаны с управляющими электродами ключевых элементов 8, 20;10, 18; 9, 17; 7, 19; третью пару трехвходовых элементов И 43, 44, подключенных своими первыми и вторыми входами 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; 10,18; 7, 19; третью пару трехвходовых элементов И 43, 44, подключенных своими первыми и вторыми входами к соответствующим выходам первой пары двухвходовых 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 и указанных амплитудных компараторов 32, 33, вторую фазосдвигующую схему 47 и второй формирователь 48 прямоугольного напряжения, вход которого соединен с источником 34 задающего напряжения, а выход - с второй фазосдвнгающей схемой 47, вторую и третью пары двухвходовых логических элементов И 49, 50 и 51, 52, соединенных входами с соответствующими выходами второй фазосдвигающей схемы 47 и второго формирователя прямоуголыгого напряжения 48, а выходами - с третьими входами упомянутых трехвходовых логических элементов И 30, 31, 43, 44, 35, 36, 45, 46, выходы которых подключены к соответствующим входам упомянутых двухвходовых логических элементов ИЛИ 39 - 42, четвертую и пятую пару двухвходовых логических элементов И 53, 54 и 55, 56, входы которых связаны с различными выходами упомянутых формирователей 26, 48, третью пару двухвходовых логических элементов ИЛИ 57, 58, входы которых подключены к выходам четвертой и пятой пар двухвходовых логических элементов И 53 - 56, а выходы -- к управляющим электродам разрядных ключей переменного тока 14, 13.На фиг. 3 представлены напряжение 59 сети, подаваемое на входные выводы, напряжение 60, формируемое на выходе источника 34 задающего напряжения, напряжение 61 на выходных выходах преобразователя, напряжения 62 и 63, получаемых на выходах первого формирователя 26 прямоугольного цапряжеция, напряжения 64, 65, формируемые на выходах первой фазосдвигающей схемы 29, выходные напряжения 66, 673второго формирователя 48, выходные напряжения 68, 69 второй фазосдвигаюгцей схемы 47, напряжения 70 - 73, поступающее на ключевые элементы 9, 17; 10, 18; 7, 19;8, 20 соответственно с выходов двухвходовых логических элементов ИЛИ 41, 40, 42, 39.В преобразователь частоты (фиг. 1) дополнительно введены п ключей переменного тока 74.174.п и согласующий трансформатор 75, концы первичной обмотки которого подключены к входным выводам, п вторичных обмоток 76.176.п соединены последовательно и первый конец первой 76.1 вторичной обмотки подключен к точке 4 соединения второго и четвертого полностью управляемых ключевых элементов 6, 16, а второй конец п-й вторичной обмотки 76.п и (п - 1) промежуточных отводов - к первым силовым электродам указанных ключей 74.174.п переменного тока, вторые силовые электролы которых объединены и подключены к точке 3 соединения первого и третьего полностью управляемых ключевых элементов 5, 15.На фиг. 4 представлено входное напряжение 1) 77 на входных выводах, поступающее на первичную обмотку согласующего трап сформ атора 75, выходное напряжение78 между точками 3 - 4 схемы и пунктирами - выходное напряжение 1)вы, на выходных выводах 22 - 25 преобразователя, задающее напряжение 79 1),(1) .На фиг. 5 представлены дополнительно введенные в блок 21 управления выпрямитель 80 со сглаживающим фильтром 81, связанные со вспомогательной вторичной обмоткой 76. (и+1) согласующего трансформа. тора 75, первой цепочкой из последовательно соединенных делителя 82.1 напряжения, ам плитудного ком паратора 83.1, синхронного К 8-триггера 84.1 и усилителя мощности 85.1, (и - 1) цепочками из последовательно соединенных делителя напряжения 82.1 (82.282.п), амплитудного компаратора 83.1 (83.283. п) логического элемента не- равнозначности 86.) (86.286.п), синхронного К 8-триггера 84.1 (84.284.п) и усилителя мощности 85.) (85.285.п), формирователь 87 тактирующих импульсов, вход которого связан с вспомогательной обмоткой 76. (п+1) согласующего трансформатора, при этом все входы делителей напряжения 82.182.п соединены с выходом сглаживающего фильтра 81, инвертируюгцие входы амплитудных компараторов 83.183.п - с выходом источника 34 задающего напряжения, неицвертируюгций вход )-го амплитудного ком п аратора 83.(1 = - 1 и) - с выходом 1-го делителя напряжения 82.1, первый вход 1-го логического элемента неравнозначности 86.)= 2 и) - с выходом (1 - 1) -го амплитудного комцдратора 83.- 1) ц К-вхо 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 4дом )-го синхронного К 5-т(тиггера 84.1, второй вход )-го логического элсмсцтд цсрдвцозначности 86.) (1=2 п) - с выходом 1-го амплитхдного комцдратора 83.), Я-вход цсрвого синхронного К 5-триггера 84.1 - с выходом первого амплитудного ко параторд 83.1, а Я-входы остальных (п - 1) синхронных К 8-триггеров 84.284.п - с соответствуюпими выходами логических элемецгов цсравнозначности 86.286.п, К-вход первого синхронного КЯ-триггера 84.1 - с выходом логического элемента неравнозцачцостц 86.2 второй пеночки, вход 1-го усилителя мощности 85.) - с выходом -го синхронного КЯ-триггера 84.1, а выход - с управляющим электродом 1-го дополнительно введенного ключа переменного тока 74.).Преобразователь частоты работает слсдуюьцим образом.При подаче напряжения сети на первичную обмотку согласующего трансформатора 75 ца выпрямитель 80 поступает переменное напряжение соответствующей амплитуды, которое затем выпрямляется ц сглаживающим фильтром 81 из спектра выходного напряжения устраняются высшие гармонические составляющие. Постоянное напряжение с выхода фильтра 81 поступает на делители напряжения 82.182.п, Выходное напряжение делителя напряжения 82.п выбирается больше амплитуды задающего напряжения при минимальном напряжении выходного напряжения. так как выходные напряжения делителей напряжения зависят от амплитуды напряжения входной сети. Выходное напряжение делителя 82. (и. - ) устанавливается равным 1/2 Г,., гдс 1 - амплитудное значение задающего напряжения 1)м,), выходное напряжение дслцтсля 82. (и 2) - 1,4 Г,.,., выходное напряжение 82. (и - 3) - 1,8 Г,, т. е. выходные цапря. жения делителей напряжения уменьшаются в два раза. На выходах амплитудных компараторов в интервале Ь 1 перехода задаюгцсго напряжения через нуль формируются логические единицы. Логический элемент цсравнозначности формирует на выходе логическую единицу только при наличии цд входах логической единицы ц логического пуля. Поэтому в интервале ь т на выходах вссх элементов неравнозначностц форм ируютсц логические нули. При этом ца 5-вход цсрвого синхронного КЯ-триггера 84.1 поступит логическая единица, которая обесцсчцвдл логическую едцццпу на выходе триггера 8.1. в момент прихода тактируемого импульса с выхода формирователя 87 тактцрусмых пмпхльсов, который обеспечивает цолучсцис указанных импульсов в момс цт псрсходд входного напряжения через нуль. Логи ш кдя едиццпд с выхода К 8-триггера 84., через усилитель могццостц 85.1 посгуцдс, включсццс ключа цсрсм ццо) о тока03287 145который обеспечивает подключение обмотки 76.1 к точкам 3 - 4. При этом на К-входы триггеров 84.284.п поступают логические единицы и устанавливают их в состояние с логическим нулем на выходе, Первый формирователь 26 прямоугольного напряжения формирует прямоугольные напряжения 62, 63, находящиеся в фазе с напряжением 59 входной сети. Первая фазосдвигающая схема 29 формирует на выходе напряжения 64, 65, сдвинутые относительно напряжений 62, 63 на 90 эл, град, Второй формирователь прямоугольного напряжения 48 формирует на выходах прямоугольные напряжения 66, 67, находящиеся в фазе с задающим напряжением Ц, ), формируемым генератором 34. Вторая фазосдвигающая схема 47 обеспечивает получение на выходах напряже,ний 68, 69,сдвинутых относительно напряжений 66, 67 на 90 эл. град. На выходах логических схем И 49, 50, 51, 52 формируются логические единицы в интервалах совпадения логических единиц 67, 69; 66, 69; 66, 68; и 67, 68. Импульсы управления 71, поступающие на транзисторы 10, 18, формируются на выходе логического элемента И 31, на вход которого поступают им пульсы 62, логическая единица с выхода логического элемента И 50 в интервале времени 1, - + + ф:- в ) и сигнал с выхода амплитудногогкомпаратора 32. Отметим, что в интервале времени 1, - (, разрядный ключ переменного тока 14 включен, и конденсатор 2 подключен к выходным выводам 22 - 25 и обеспечивает питанием нагрузку. Включение транзисторов 10 и 18 обеспечивает заряд накопительного конденсатора 1 до величины, соответствующей заданному напряжению. В момент равенства задающего напряжения Б ) и напряжения, пропорционального напряжению на конденсаторе 1, амплитудный компаратор обеспечивает на выходе логический нуль, что приводит к выключению транзисторов 10 и 18. В интервале времени (, - (, к нагрузке подключается подготовленный запоминающий конденсатор 1 за счет включения разрядного ключа 13 переменного тока (ключ 14 переменного тока выключен) .Импульс управления 73, фронт которого сов.падает с моментом перехода входного напряжения через нуль, обеспечивает включение транзисторов 8, 20. Указанный импульс управления формируется на выходе логического элемента И 30, на входы которого поступают импульсы 63, импульсы с выхода логического элемента И 50 и с выхода амплитудного компаратора 33. Выключение указанных транзисторов происходит в момент равенства задающего напряжения и напряжения, пропорционального напряжению заряжаемого конденсатора 2 за счет формирования логического нуля на выходе ам 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6плитудного компаратора ЗЗ. Аналогичным образом формируются им пульсы управления остальными транзисторами 17, 18, 7, 8, 9, 10, 19, 20. При достижении задающим напряжением 1.), ) соответствующей величины на выходе дополнительно введенного амплитудного компаратора 83.1 формируется логический нуль, после чего на выходе логического элемента неравнознач ности 86.2 формируется логическая единица, которая при приходе тактирующего импульса с выхода формирователя 87 обеспечивает переключение синхронных К 8-триггеров 84.1 и 84.2. При этом на выходе триггера 84.2 появляется логическая единица, которая обеспечивает включение второго ключа переменного тока 74.2, увеличивая тем самым напряжение, используемое для заряда запоминающих конденсаторов. Переключение дополнительно введен ных ключей переменного тока только в момент перехода входного напряжения через нуль исключает дополнительную перегрузку ключевых элементов 5, 6, 15, 16 по току. При этом управление ключевыми элементами 5, 6, 15, 16 не зависит от от того, какая обмотка согласующего трансформатора подключена к токам 3 - 4. По мере увеличения амплитуды задающего напряженияя переклк) ча ются синхронные К 8- триггеры с последующими порядковыми номерами и, следовательно, ключи переменного тока 74.374,п. Особенности управления ключевыми элементами в интервалы уменьшения амплитуды задающего напряжения, когда необходимо уменьшать амплитуду выходного напряжения 61, следующие, В интервале времени т - т импульс управления 72 поступает на транзисторы 7, 19, причем фронт импульса совпадает с моментом максимума амплитуды входного напряжения, чем обеспечивается ограничение максимума тока через ключевые элементы 5, 6, 15, 16, Импульс управления 72 в интервале времени (, - (э формируется на выходе логического элемента И 36, входы которого соединены с выходом логического элемента И 51 и выходом логического элемента НЕ 38, связанного с амплитудным компаратором 33. Срез импульса управления 72 определяется момен. том равенства задающего напряжения 11 ) и напряжения, пропорционального напряжению на конденсаторе 2. Последовательности импульсов напряжения 70 - 73, поступающие соответственно на транзисторы 9, 17, 10, 18; 7, 19 и 8, 20, наглядно иллюстрируют последовательности включения указанных транзисторов. При этом незачерненные импульсы поступают на транзисторы при формировании увеличивающейся по амплитуде части выходного напряжения, а зачерненные - при формировании уменьшающейся по амплитуде части выходного напряжения.7Таким образом, введение дополнительных элементов в известный преобразователь частоты позволяет улучшить качество выходного напряжения, т. е. точность воспроизведения задающего напряжения 11, (1) за счет повышения точности формирования выходного напряжения в интервалах перехода задающего напряжения через нуль. Достигается это за счет изменения напряжения, подаваемого на точки 3 - 4, пропорционально амплитуде задающего напряжения, чем уменьшается влияние времени выключения ключевых элементов на точность воспроизведения задающего напряжения. При этом суммарное количество витков всех вторичных обмоток согласующего трансформатора выбирают из соотношенияА юбках11 ф ьх где К = 1,1 - 1,2 - коэффициент запаса;Ф; - количество витков первичной обмотки согласующего трансформатора;Ц11,- амплитудное значениенапряжения на входных 25и выходных выводах соот ветст вен но.Напряжение последовательно соединенных всех вторичных обмоток 76.176.п участвует при формировании напряжения от 0,5 Б 1 т выл до 1)м.м при включенном состоя нии ключа переменного тока 74.п. Коэффициенты запаса выбираются из условия обеспечения заряда конденсаторов 1, 2 до максимального значения как максимума за четверть периода входного напряжения.Соотношения количества витков (напряжений) Ъ+,) (+1) -й вторичной обмотки согласующего трансформатора связано с количеством витков 1-х предыдущих вторичных обмоток соотношением40Й+1) = Р1 О 1где%, - количество витков 1-й вторичнойобмотки согласующего трансформатора. 45Если принять количество витков вторичной обмотки за единицу, то Юи Ютьтб.ь 1 ттв :Ю 7 та.ь = 1: 1: 2: 4: 8Такое соотношение витков позволяет в каждом поддиапазоне между коммутацией соседних ключей переменного тока 74.(п - 1) и 74.п 50 увеличивать амплитуду напряжения в точках 3 - 4 в два раза, чем обеспечивается более точное воспроизведение задающего напряжения в интервалах перехода его через н левое значение.55 формула изобретения 1. Преобразователь частоты по авт. св. Мо 1205240, отличающийся тем, что, с цельюповышения качества выходного напряжения, дополнительно введены п ключей переменного тока и согласующий трансформатор, концы первичной обмотки которого подключены к входным выводам, и вторичных обмоток соединены последовательно и первый конец первой вторичной обмотки подключен к точке соединения второго и четвертого полностью управляемых ключевых элементов, а второй конец и-й вторичной обмотки и (и - 1) промежуточных отводов - к первым силовым электродам указанных ключей переменного тока, вторые силовые электроды которых объединены и подключены к точке соединения первого и третьего полностью управляемых ключевых элементов, и блок управления дополнительно снабжен выпрямителем со сглаживающим фильтром, связанным со вспомогательной вторичной обмоткой согласующего трансформатора, первой цепочкой из последовательно соединенных делителя напряжения, амплитудного ком паратора, синхронного К 5-триггера и усилителя мощности, (и - 1) цепочками из последовательно соединенных делителя напряжения, амплитудного компаратора, логического элемента неравнозначности, синхронного К 5-триггера и усилителя мощности, формирователем тактируем ых импульсов, вход которого связан с вспомогательной обмоткой согласующего трансформатора, при этом все входы делителей напряжения соединены с выходом сглаживающего фильтра, инвертируюгцие входы амплитудных компараторов - с выходом источника задающего напряжения, неинвертирующий вход )-го амплитудного компаратора - с выходом 1-го делителя напряжения, первые входы )-го логического элемента неравнозначности - с выходом- 1) -го амплитудного ком паратора и )х-входом -го синхронного КЯ-триггера, второй вход )-го логического элемента неравнозначности - с выходом )-го амплитудного компаратора, 5-вход первого синхронного КЯ-триггера - с выходом первого амплитудного компаратора, а 5-входы остальных (п - 1) синхронных К.-триггеров - с соответствующими выходами логических элементов неравнозначности, К- вход первого синхронного КЬ-триггера - с выходом логического элемента неравнозначности второй цепочки, вход )-го усилителя мощности - с выходом )-го синхронного КЯ-триггера, а выход - с управляющим электродом )- го дополнительно введенного ключа переменного тока.2. Преобразователь частоты по и. 1, отличающийся тем, что количество витков Ю(1+1) +1)-ой вторичной обмотки согласующего трансформатора выбирают из со- отношения Ю+ ) = ХЮ1 103287 70, 76 где Ю - количество витков 1-й вторичнойобмотки согласующего трансформатора,а суммарное количество витков всех вторичных обмоток согласующего трансформатора выбирают из соотношения МР туг К Ц 7 01,Ги. Вьх. вХ где К = 1,1 - 1,2 -- коэффициент запаса;Ю, -- количество витков первичной обмотки согласующего трансформатора;11 ы, 11 ем вх -- амплитудное значениенапрякения на выходных и входных выводах соответственно.Тех Ти дка тета СССР по дел а ги изЖ - 35, Раугпская наб ое предприятие, г. Ужго арственного ком3035, Москва, но-полиграфичес Редактор Н. ШвЗаказ 2879/51ВНИИГ 1 И ГосудПроизводствен вигель Г. Мыцыкд И. Верес К ж 665 П ректор И. Мтскаписное стсний и открытий4,о Гроектная 4