Программируемый преобразователь напряжения произвольной формы в напряжение требуемой формы

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовательных установках с квазисинусоидальным выходным напряжением, в контрольно-испытательной аппаратуре, в технике звукового вещания для передачи , воспроизведения и усиления сигналов звукового диапазона, для преобразования, напряжения одной частоты в другую с заданной формой выходного напряжения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя при повышенном качестве выходного напряжения. Программируемый uW у Ј СО о 00 Фиг. I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Республик (О) ОО (и)э Н 02 М 5/27

ГОСУДАРСТВЕН(ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4823645/07 (22) 07.05.90 (46) 07.02.92. Бюл. tk 5

P t) Киевский политехнический институт им.

50=летия Великой Октябрьской социалистической реаовюции (72) В.И.Сенько; В.С.Смирнов, К,В,Трубицын, АЛ.Калиниченко, АММоэоляко и Д.В.Халилов (53} 621.314.27 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬВ 505104, кл. Н 02 М 7!48, 1971.

Егоров В.А., Кисляков Ю.В., Обухов С.Г;

Регулирование и стабилизация выходного напряжения инвертора напряжения. / В кн.

Современные задачи преобразовательной, техники. — Киев, изд-во ИЗД AH УССР, 1975, с. 4, с. 157-1-65.

Патент США

М 3473039, кл. 307-11-, 1977.

Патент США

Ьл 3697768, кл. 307-31, 1978;

Заявка Великобритании

М 1288741, кл. Н 02 3/12, Заявка Франции

М 2178806, кл. Н 02 Р-13/00, 1973.

Заявка ФРГ

М 1513228, кл. Н 02 P 13/20; 1974.

Авторское свидетельство СССР

М 813629, кл. Н О2 M 5/27, 1981.

Гусев С.И., Сенько ВЛ4., Смирнов В.С., Торапчинов Ю.К. Принципы построения прецизионных преобразователей с программируемой формой выходного напряжения. — Техническая электродинамика, Киев:

"Наукова Думка"; 1980, вып. 5, с. 59-56.

Авторское свидетельство СССР

hh 972650, кл. Н 02 М 5/27, 1982.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1019566, кл. Н 02 M 5/27, 1983. (54) ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗО"

ВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ

ФОРМЫ 8 НАПРЯЖЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ

ФОРМЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано Я в преобразовательных установках с кваэисинусоидальным выходным напряжением, в контрольно-испытательной аппаратуре, в технике звукового вещания для передачи. воспроизведения и усиления сигналов звукового диапазона, для преобразования. напряжения одной частоты в другую с заданной: формой выходного напряжения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя при повышенном качестве выходного напряжения. Программируемый

1711303

35

40 преобразователь содержит последовательно соединенные модулятор 1, амплитудный квантователь 2 и демодулятор 3, а также блоки 4 — 15 управления этими узлами, Преобразователь обеспечивает получение высококачественного выходного напряжения требуемой формы при питании преобразователя от источника либо постоянного, либо переменного напряжения, При этом

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в преобразовательных установках с квазисинусоидальным выходным напряжением для стабилизированного прецизионного электропривода, в контрольно-испытательной аппаратуре с произвольной формой выходного сигнала, в технике звукового вещания для передачи, воспроизведения и усиления сигналов звукового диапазона, для преобразования напряжения (например, при построении быстродействующих регуляторов сетевого напряжения, при построении источников вторичного электропитания, предназначенных для прецизионных частотно-управляемых, особенно низкоскоростных, электроприводов, телеметрии и звукозаписи, а также в качестве выпрямителей с малым уровнем пульсаций, что особо важно в случае однофазной питающей сети, и конверторов), обеспечивая во всех случаях высокое (требуемое) качество преобразованной электроэнергии и хорошие массогабаритные показатели при питании не только от сети переменного тока (даже если форма напряжения сети искажена).

Известны преобразователи постоянного напряжения в переменное, содержащие блок управления и блоки силовых ключей и позволяющие формировать и стабилизировать квазисинусоидальное. напряжение с определенным гармоническим составом.

В подавляющем большинстве случаев преобразователи переменного напряжения в переменное имеют КПД, не превышающий 25-30 %, а с учетом необходимости стабилизированного источника постоянного тока эта величина еще меньше, К недостаткам этих устройств следует отнести необходимость использования выходных энергетических фильтров. Малые фильтры не обеспечивают качество выходного си нала, увеличение фильтров обеспечивает качество, но при этом инерционность фильтрации неизбежно ведет к потере информации. обеспечиваются быстродействующая стабилизация и широкодиапаэонное регулирование величины и частоты выходного напряжения беэ изменения его гармонического состава, причем на программном уровне, что достигается за счет введения анализатора 4 напряжения питания и функционального формирователя 5 управляющего кода. 2 э.п.ф-лы, 7 ил, К недостаткам схемы инвертора относятся невозможность регулирования частоты выходного напряжения в широком диапазоне и невозможность получения низких и инфранизких частот выходного напряжения, что необходимо в устройствах прецизионного электропривода аппаратуры магнитной записи, FBK как инверторные ячейки имеют трансформаторный выход, Стабилизация выходного напряжения вдругом инверторе осуществляется путем измерения величины напряжения основной гармонической составляющей выходного напряжения и запоминания этой величины на время следующего периода, в котором поступившее воздействие отрабатывается системой управления таким образом, что возмущающее воздействие отрабатывается устройством лишь через период выходного напряжения, что приводит к существенному снижению быстродействия и точности стабилизации, особенно на низ- ких частотах, Задержка отработки возмущающего воздействия неизбежно приведет K искажению формы выходного напряжения, т.е. ухудшению его гармонического состава. Искажения формы могут быть довольно существенными, например, при "сбросе" и

"набросе" нагрузки, что в ряде случаев совершенно недопустимо, К недостаткам известных инверторов следует отнести сравнительно низкое быстродействие стабилизации напряжения, вызванное необходимостью выделения основной гармоники выходного напряжения и использования ее для получения пропорционального ей напряжения, сравниваемого с эталонным напряжением, что возможно только по окончании по меньшей мере одного периода выходного напряжения. Кроме того, в процессе регулирования (стабилизации) выходного напряжения имеет место значительное изменение относительного содер45 жания гармонических составляющих.

Изменение гармонического состава может быть недопустимо большим (для точной ап1711303 6 паратуры). Это объясняется значительным влиянием формы кривой напряжения (тока) питания двигателя на величину. колебаний мгновенной скорости вращения двигателя, являющейся одним из важных параметров 5 такого привода. Таким образом, в статорной обмотке двигателя необходимо формировать синусоидальное воздействие, Особенно высоки требования к равно- мерности скорости вращения вала при пи- 10 тании двигателя напряжения низкой и инфранизкой частот (доли Гц, Использование инверторов с ШИМ выходного напряжения также йе всегда рационально, так как, во-первых, при ШИМ напряжения питания 15 двигателя имеет место глубокое изменение гармонического состава, во-вторых, может проявляться докретность привода на низких частотах. Примейение на выходе системы фильтров.для подавления высших 20 гармоник и использования принципа слежения за формой выходного сигнала не всегда целесообразйо, так как в системе преобразователь-двигатель может возникнуть явление конденсаторного самовозбуждения, 25 которое проявляется в виде устойчивых автоколебаний и "застревании" двигателя на скорости, не соответствующей частоте йапряжения питания.

Применение механических фильтров 30 (маховиков) также нецелесообразно, так как существейно ухудшается динамика системы. Таким образом, наиболее предпочтительным в устройствах точной магнитной записи является формирование ампаитуд- 35 но-модулированного напряжения питания двигателя. Кроме того, . рассмотренные преобразователи не позволяют программировать форму выходного сигнала или закон управления приводом и не обладают 40 возможностью совместной работы.с 3 8M.

К недостаткам такого преобразователя следует отнести- неудовлетворительные массогабаритные показатели, обусловленные наличием ряда источников постоянного 45 напряжения, недостаточно высокце точность и быстродействие стабилизации, обусловленные задержкой отработкй воз- ° действия, К недостаткам известного преобра- 50 зователя следует отнести отсутствие стабилизации выходного напряжения и обусловленное этим непостоянство гармонического состава, а.также возможность работы топько от источника постоянного 55 тока, хотя и обеспечивается получение высококачественного напряжения произ- вольной формы при малом числе ключевых элементов и хороших массогабаритных показателях.

К недостаткам другого преобразователя относятся существенная зависимость точности стабилизации от диапазона регулирования выходного напряжения, обусловленная неизменностью шага квантования аналого-цифрового блока, а также невысокая точность стабилизации, что при изменении выходного напряжения под действием дестабилизирующих факторов в широких пределах приводит к потере устойчивости преобразователя.

Ключевые усилители, использующие принципы импульсно-кодовой модуляции и . содержащие амплитудный квантователь, обеспечивают высокое качество выходного сигнала при малом числе ключевых элементов, но предполагают наличие ряда источников постоянного тока., что резко ухудшает массо-габаритные показатели устройства.

Из известных схемных решений наиболее близким по технической сущности является преобразователь постоянного напряжения в переменное программируемой формы с БУ, содержащий последовательно соединенные модулятор, амплитудный квантователь, демодулятор с управляемыми ключевыми элементами. Квантователь выполнен в виде двух групп последовательно соединенных по выходу силовых ячеек, каждая из которых представляет собой замкнутую цепь из последОвательно соединенной обмотки транформатора и двух ключевых элементов, силовые электроды одного из которых образуют выходы ячеeic. Кроме того; устройство содержит блок управления ключевыми элементами модулятора одной иэ rpynn силовых ячеек квантователя и демодулятора, измерительный выпрямитель, входом подключенный к выходу демодулятора, аналого-цифровой блок, входом подключенный к выходу измерительного выпрямителя, а также последовательно соединенные масштабирующий умножитель, вычитатель, сумматор, компенсирующий сумматор, делитель, регулирующий умножитель, выход которого поразрядно связан с управляющими электродами другой группы силовых ячеек амплитудного квантователя, при этом другой вход сумматора подключен к его выходу, а другие входы вычитателя, компенсирующего сумматора, делителя соединены между собой.

Укаэанный преобразователь может питаться только постоянным напряжением, что ограничивает его функциональные возможности.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей преобразователя при повышенном качестве и постоянстве гармонического состава его выходного напряжения..

Поставленная цель достигается тем, что в программируемый преобразователь напряжения произвольной Формы в напряжение требуемой формы, содержащий последовательно соединенные модулятор, амплитудный квантователь, демодулятор, выполненные на управляемых ключевых элементах с двусторонней проводимостью, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам ключевых элементов модулятора и демодулятора, а также последовательно соединенные измерительный выпрямитель, вход которого соединен с выходом демодулятора. аналого-цифровой блок„масштабирующий умножитель, вычитатель, сумматор, компенсирующий сумматор, делитель и регулирующий умножитель, выход которого подключен к управляющим входам первой группы силовых ячеек амплитудного квантователя, причем вторые входы вычитателя, компенсирующего сумматора и делителя соединены с управляющим входом второй группы силовых ячеек амплитудного квантавателя, а. второй вход сумматора соединен с его выходам, дополнительно введены функциональный формирователь управляющего. кода, анализатор напряжения питания, причем вход анализатора напряжения питания подключен к входу модулятора, а выход— к одному из информационных входов функционального формирователя управляющего кода, на второй информационный вход .которого подключен информационный выход блока управления,.а выход сое динен с управляющими входами второй группы силовых ячеек амплитудного квантователя, а также синхронизатор, подключенный к синхранизирующим входам анализатора напряжения питания; функционального формирователя управляющего кода и блока управления. Поставленная цель достигается также тем, чта функциональный формирователь управляющего кода содержит цифровой делитель, входы которого являются входами функционального формирователя управляющего кода, а также два оперативных запоминающих устройства и блок ИЛИ, выход которого является выходом функционального формирователя управляющего кода, и ричем адресные входы оперативных запсминающих устройств, как и: информационные входы, соединены поразрядно между со5ой, а выход цифрового делителя подключен к информационным входам оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с входом блока ИЛИ. Анализага напряжения.

На фиг. 1 представлена блок-схема программируемого преобразователя напря40 жений произвольной формы в напряжение требуемой формы; на фиг. 2 — 5 — функциональные схемы. соответственно, амплитудного квантователя, анализатора напряжения питания, функционального формирователя управляющего кода и блока управления; на фиг. 6 и 7- диаграммы. напряжения, иллюстрирующие работу программируемого преобразователя напряжения произвольной формы в напряжение требуемой формы.

50 . Программируемый преобразователь напряжения произвольной формы е напряжение требуемой формы (фиг. 1) содержит последовательно соединенные модулятор

1, амплитудный квантователь 2, демодулятор 3 на управляемых.ключевых элементах с двусторонней проводимостью, анализатор 4 напряжения питания, вход которого подключен к входу программируемого преобразователя, а выход — к одному из информационных входов функционального

1

25 тор напряжения питания содержит последовательно соединенные измерительный выпрямитель, пиковый детектор. аналогоцифровой блок, выход котарого. подсоединен к информационным. входам двух оперативных запоминающих устройств, и блок ИЛИ, выход которого является выходам анализатора напряжения питания, причем второй вход аналога-цифрового блока соединен с выходом измерительного выпрямителя, а адресные входы оперативных запоминающих устройств, как и информационные входы, соединены поразрядно между собой.

Известные преобразователи данного типа позволяют получить выходное напряжение высокого качества только при постоянном напряжении питания, что аграничивает функциональные возможности преобразователей, а следовательно существенно сужает область их применения, а известные преобразователи, питающиеся переменным напряжением, имеют .блок преобразования переменного напряжения в постоянное (выпрямитель со сглаживающим фильтром), причем при искажении входного переменного. напряжения резко ухудшается качество выходного напряжения преобразователя; В предлагаемом преабразователе, благодаря введению новых блоков и связей, возможно питание напряжением произвольной формы без блока преобразования переменного напряжения в постоянное, причем выходное напряжение преобразователя имеет повйшенное качестно и постоянный гармонический состав независима ат формы и полярности входна1711303

10

30

50 равляющего кода поступает на управляюмутационной функции:

К* = 0*вых/О вх, формирователя 5 управляющего кода, второй информационный вход которого соединен с информационным выходом блока 6 управления, причем выход функционального формирователя 5 управляющего кода подключен к управляющим входам второй группы силовых ключей амплитудного квантователя 2, а выход блока 6 управления подключен к управляющим входам мо.дулятора 1 и демодулятора 3. Выход синхронизатора 7 подсоединен к синхронизирующим входам анализатора 4 напряжения функционального формирователя 5 управляющего кода и блока 6 управления, Кроме того, программируемый преобразователь содержит последовательно соединенные измерительный выпрямитель 8, вход которого подключен к выходу демодулятора 3, аналого-цифровой блок 9, масштабирующий умножитель 10, вычитатель 11, сумматор 12, компенсирующий сумматор 13, делитель 14 и регулирующий умножитель 15, выход которого подсоединен к управляющим входам первой группы силовых ключей амплитудного квантователя 2, причем вторые 2 входы делителя 14, компенсирующего-сумматора 13 и вычитателя 11 подсоединены к выходу функционального формирователя

5 управляющего кода, а второй вход сумматора 12 соединен с его выходом. Амплитудный квантователь 2 (фиг. 2) выполнен в виде двух групп последовательно соединенных силовых ячеек (a первичной цепи т ансформатора — первая группа, ключи

° ° м. Как, во вторичной цепи трансформато- 3 ра — вторая группа, ключи К1м, К у).

Анализатор 4 напряжения питания (фиг. 3) содержит измерительный выпрямитель 16, выход которого подключен к информационному входу пикового детектора 17 и одному из входов аналого-цифрового блока 18, причем выход пикового детектора 17 подключен к второму входу аналого-цифрового. блока 18, выход -которого соединен с информационными входами оперативных. запоминающих устройств

19 и 20, а выходы ОЗУ 19 и 20 подключены к блоку ИЛИ 21, выход которого является выходом анализатора 4 напряжения. Причем управляющий вход "Запись/выборка" .

ОЗУ 19 подключен к прямому выходу, а

ОЗУ 20 — к инверсному выходу генератора

22 опорной частоты синхронизатора 7.

Кроме того, синхронизатор 7 содержит двоичный счетчик 23, счетный вход которо- 5

ro подключен к прямому выходу генератора 22 опорной частоты, а выход подключен к адресным входам ОЗУ 19 и 20 и функционального формирователя 5. 11рямой: выход генератора 22 опорной частоты

t подключен к управляющему входу "Сброс" пикового детектора 17.

Функциональный формирователь 5 управляющего кода (фиг. 4) содержит цифровой делитель 24, входы которого подключены к информационным выходам анализатора 4 напряжения питания и блока управления 6, а выход — к информационным входам оперативных запоминающих устройств 25 и 26.

Адресные входы и управляющие входы "3aпись/выборка" ОЗУ 25 и 26 подключены к синхронизатору 7, причем управляющий вход ОЗУ 25 — к прямому выходу, а управляющий вход ОЗУ 26 — к инверсному выходу генератора 22 опорной частоты синхронизатора 7. Выходы ОЗУ 25 и 26 подключены к блоку ИЛИ 27, выход которого является выходом функционального формирователя 5 управляющего кода.

Блок 6 управления (фиг. 5) содержит цифровой счетчик 28 длительности ступеней формируемого напряжения, счетный вход которого подключен к генератору 22 опорной частоты, а выход — к схеме 33 сравнения, на второй вход последней подключен выход постоянного запоминающего устройства 29, адресный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика 30, причем этот выход является информационным выходом блока 6 управления. Кроме того, блок 6 управления содержит триггеры

31 и 32 и логические элементы 2И-НЕ и НЕ

34 — 41, которые:обеспечивают логику работы блока 6 управления.

Программируемый преобразователь работает следующим образом.

Входное переменное напряжение 0вх поступает на вход модулятора 1, выполненного, например, по мостовой схеме инвертора напряжения, где .модулируется промежуточной высокой частотой, задаваемой блоком 6 управления. Выходное высокочастотное импульсное напряжение 0м модулятора 1 поступает на вход амплитудного квантователя 2, где происходит формирование напряжения 0к по закону, задаваемому функциональным формирователем 5 управляющего кода. Выходной код функционального формирователя 5упщие электроды второй группы силовых ключей К1м, К д (фиг. 2) и соответствует комгде 0*вых = Ок — выходное напряжение амплитудного квантователя 2;

0*вх = UM — входное напряжение амплитудного квантователя.

За счет коммутации силовых ключей происходит изменение коэффициента тран1711303 формациц, что и обеспечивает формирование выходного напряжения требуемой форму. Первая группа силовых ключей

К1и. Кгм (фиг. 2) обеспечивают стабилизацию и Регулирование параметров выходного напряжения 0»х программируемого преобразователя.

Рассмотрим процесс формирования выходного кода функционального формирователя 5 управляющего кода, соответствующего- коммутационной функции К*.

Входное напряжение программируемого преобразователя поступает также на вход анализатора 4 напряжения питания (фиг.

3), где после измерительного выпрямителя

16 преобразуется в аналого-цифровом блоке 18 в двоичный код, причем опорным напряжением аналого-цифрового блока 18 служит выходное напряжение пикового детектора 17, Преобразование аналогового напряжения U» в двоичный код и сброс напряжения пикового детектора 17 происходит с периодом, равным периоду работы модулятора 1. Двоичный код, соответствующий величине входного напряжения UB, поступает через ОЗУ 19 и 20 и блок ИЛИ

21 на информационный вход функционального формирователя 5 управляющего кода, ОЗУ 19 и 20 обеспечивают хранение двоичного кода на время преобразования аналого-цифрового блока 18, а блок

ИЛИ 21 обеспечивает согласование электрических параметров двоичного кода на информационной шине. На второй информационный вход. функционального формирователя 5 управляющего кода поступает двоичный код с реверсивного счетчика 30 блока 6 управления (фиг, 5). Блок 6 управления обеспечивает формирование двоичного кода, соответствующего требуемой форме выходного напряжения программируемого преобразователя U»x при постоянном входном напряжении 0 к =

=const, Блок 6 управления работает следующим образом.

Постоянное запоминающее устройство

29 содержит числа, записанные в двоичном коде, которые соответствуют длительности ступеней выходного напряжения, причем абсолютная длительность ступеней выходного напряжения определяется по формуле: и = Q

fon

1 где — — период импульсов генератора топ опорной частоты;

Ql — число, соответствующее длительности 1-й ступени.

Работу схемы удобнее рассматривать.

° начиная с момента времени, когда в счетчиках 28 и 30 записаны нулевые коды, а триггер 31 находится в состоянии "1". При

5 этом на выходе ПЗУ 29 будет установлен код, выбираемый по адресу "0" и соответствующий длительности нулевой ступени.

На счетный выход счетчика 28 непрерывно поступают импульсы опорной частоты.

При наборе в счетчике 28 кода, соответст10

Счетчик 28 длительности ступеней повторно заполняется импульсами генератора

22 до того момента, пока не произойдет набор кода, соответствующего длительности первой ступени, поступающего с ПЗУ 29

Аналогичным образом происходит формирование управляющего кода реверсивного счетчика 30 для всех последующих ступеней первой четверти периода, за исключением верхней ступени, В ПЗУ 29 записывается число, соответствующее половине длительности верхней ступени, При наборе этого кода в счетчике

28 импульсов со схемы 33 сравнения переполняется реверсивный счетчик 30 (его состояние становится 0 0 ... О). Импульс переполнения счетчика 30 с выхода +Р on35

Рокидывает триггер 31 и задним фронтом через сборку 35 вычитает единицу из счетчика, Таким образом после формирования первой половины верхней ступени выход схемы сравнения ЗЗ оказывается.подключенным к вычитающему входу счетчика 30,-а его состояние — 1 1 1 ... 1, 1 .е. с выхода ПЗУ

29 подается код, соответствующий длительности половины верхней ступени.

При наборе в счетчике 28 кода, соответ50 ствующего половине верхней ступени, импульс с выхода схемы 33 сравнения поступает на вычитающий вход счетчика

30 и уменьшает его состояние на единицу и Т.д, При переходе счетчика 30 через нуль происходит опрокидывание триггеров 31 и

32. Аналогично формируется отрицательная. полуволна выходного напряжения. Триггер вующего длительности первой ступени, сигнал с выхода схемы 33 сравнения кодов через открытую схему 34 совпадения поступает на суммирующий вход реверсив15 ного счетчика 30, При этом изменяется его состояние на "1". Кроме того, обнуляется счетчик 28. Изменение состояния счетчика 30 вызывает изменение информации на выходе ПЗУ 29, которая соответствует

20 длительности первой ступени, а также, поступая на функциональный формирователь 5„вызывает переключение силовых ячеек второй группы амплитудного квантователя 2.

1711303

13 14

32 и схема 38 и 39 служат для управления диаграммы напряжения. иллюстрирующие работой ключей демодулятора 3. Реверс формирование напряжения требуемой импульсов управления ключами демодуля-. формы Ue x при произвольном напряжетора 3 происходит в моменты перехода нии питания Uex, где. f(t) — идеальная форкривой выходного напряжения через нуль. 5 ма требуемого выходного напряжения;

Синхронизация реверса осуществляется Uex — произвольное входное напряжение импульсом с выхода "-1" реверсивного счет- на входе модулятора 1; Ом — напряжение чика 30. на выходе модулятора 1; Ок — напряжение

На цифровомделителе24функциональ- на выходе амплитудного квантователя 2; ного формирователя 5 управляющего кода 10 Ver напряжение на выходе демодулято(фиг. 4) происходит деление двоичного ко- ра 3 — выходное напряжение программируда анализатора 4 напряжения питания, со- емого преобразователя напряжения ответствующего величине входного произвольной формы в напряжение требуенапряжения 08х, и. двоичного кода блока 6 мой формы. управления; соответствующего требуе- 15 Эпюры напряжений на фиг. 6 и 7 для мой запрограммированной форме выход- случая, когда количество силовых ячеек во ного напряжения Ue>x программируемого второй группе амплитудного квантователя 2 преобразователя. В результате на выходе m = 4, что позволяет получить 2 = 16 уровцифрового делителя 24 формируется фуй- ней выходного напряжения каждой поляркциональный управляющий код. который, 20 ности. поступая через ОЗУ 25 и 26 и блок ИЛИ 27 В качестве полностью управляемых сина управляющие электроды второй группы ловых ключей с.двусторонней проводимосиловых ключей К у, К2м амплитудного . стью модулятора 1 и демодулятора 3. квантователя. 2, обеспечивает высокоча- выполненных по мостовой схеме инвертора стотное напряжение 0к (фиг. 6) на выходе 25 напряжения, могут использоваться поле.амплитудного квантователя 2, которое по- вые транзисторы со статической индуксле демодуляции на демодуляторе 3 соот- цией типа КП 701А, которые имеют ветствует требуемой запрограммируемой большой частотный диапазон до 1 МГц и форме выходного напряжения Uegx про- малые потери. Этот же тип транзисторов граммируемого преобразователя напряже- 30 можно использовать в амплитудном кванния произвольной формы в напряжение тователе 2. В зависимости от мощности требуемой формы. Для согласования рабо- программируемого преобразователя силоты анализатора 4 напряжения питания, фун- вой ключ может состоять из нескольких пакционального формирователя 5, блока 6 раллельно включенных транзисторов. управления и других блоков на их синхрони- 35 В системе управления силовыми транэирующие входы подаются импульсы синх- эисторами используются оптронные диорониэатора 7. ды типа АОД130А. В качестве сердечника

Стабилизацию амплитуды выходного высококачественного трансформатора ампнапряжения Ueyx программируемого преоб- литудного квантователя 2 используются ферраэователя обеспечивает цепь обратной 40 ритовые кольца марки М2000НМ1, которые связи, образованная измерительным выпря- обеспечивают работу трансформатора на вымителем 8. аналого-цифровым блоком 9, сокой частоте до 100 кГц. Размеры и тип масштабирующим умножителем 10, вычита-: ферритового сердечника. а также количество телем 11, сумматором 13, делителем 14 и, витков в каждой обмотке определяются чарегулирующим умножителем 15 (фиг. 1). 45 стотой промежуточного высокочастотного

Эта цепь обеспечивает алгоритм стабили- преобразователя и мощностью программизации амплитуды выходного напряжейия . руемого преобразователя. В качестве анаUevx программируемого преобразователя лого-цифровых блоков 8 и 18 используется при изменении параметров нагрузки пу- интегральный быстродействующий АЦП титем изменения параметров трансформато-:50 па 1113ПВ1. ра амплитудного квантователя 2.: Все перечисленные цифровые блоки. а, Регулирование величины амплитуды Uevx также счетчики, триггеры, схема сравнения осуществляется подачей на второй вход ре- и элементарные логические схемы реализо- . гулирующегоумножителя 15 кода регулиро- ваны на базе интегральной серии К555. В вания 0. 55 качестве ПЗУ 29 используется перепрограмПри синусоидальном входном напряже- мируемое постоянное запоминающее устнии Uex и моногармоническом выходном. ройство серии К573РФ6, аОЗУ 19, 20, 25 и сигнале 08 х диаграммы напряжений, илла- 26 микросхемы серии К565РУ2. В схеме гестрирующие работу устройства. представ- нератора 22-опорной частоты используется лены на фиг. 6. На фиг. 7 представлены кварцевая стабилизация частоты.

1711303

При питании устройства от однофазной сети переменного тока в выходном напряжении неизбежны провалы до нуля (фиг. 6 и

7), обусловленные релейным характером квантования сигнала по уровню. Для устранения возникающих при этом искажений целесообразно использование трехфазного напряжения питания и трех комплектов модуляторсв и квантователей, В большинстве рассматриваемых случаев мощность нагрузки несоизмеримо мала по отношению к мощности сети, поэтому для устранения искажений возможно использование двухфазного питания. В этом случае комплекты модуляторов подключаются к фазному и линейному питанию.

Технико-зкономический эффект от использования предлагаемого устройства состоит в следующем, Использование новых блоков и связей обеспечивает более широкие функциональные возможности преобразователя при повышенном качестве и постоянстве гармонического состава его выходного напряжения. Положительный эффект при применении данного устройства достигается за счет значительного увеличения КПД по сравнению с известными устройствами; питающимися от переменного напряжения, так как они имеют больше потери при преобразовании переменного напряжения в постоянное на входе, а также за счет сохранения высокого качества выходного напряжения при сильном искажении входного переменного напряжения, чего не наблюдается в других устройствах.

Преобразователь во scex случаях обеспечивает высокое.(требуемое) качество преобразованной электроэнергии и хорошие массогабаритные показатели при питании не только от сети постоянного, но и от сети переменного тока (даже если форма напряжения сети искажена). В зависимости от точности воспроизведенного сигнала КПД устройства по сравнению с известными больше на 8-207.

Предлагаемое устройство может быть использовано в аппаратуре прецизионных систем электропитания: прецизионный частотно-регулируемый электропривод, контрольно-испытательная аппаратура с произвольной формой выходного сигнала, имитаторы, исполнительные органы АСУ.

Формула изобретения

1. Программируемый преобразователь напряжения произвольной формы в напряжение требуемой формы, содержащий последовательно соединенные модулятор, амплитудный квантователь, демодулятор, выполненные на управляемых ключевых

45 ются входами функционального формирователя управляющего кода, а также два оперативных запоминающих устройства и

«блок ИЛИ, выход которого является выхо дом функционального формирователя управляющего кода, причем адресные входы оперативных запоминающих устройств, как и информационные входы, соединены поразрядно между собой, а выход цифрового делителя подключен к информационным входам оперативного запоминающего устройства, выходы которого соединены с вхо- . дом блока ИЛИ, 3. Преобразователь по и; 1, о т л и ч аю шийся тем; что анализатор напряжения питания содержит последовательно соеди10

40 элементах с двусторонней проводимостью, блок управления, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам ключевых, элементов модулятора и демодулятора, а также последовательно соединенные измерительный выпрямитель, вход которого соединен с выходом демодулятора, аналого-цифровой блок, масштабирующий умножитель, вычитатель, сумматор, компенсирующий сумматор, делитель и регулирующий умножитель, выход которого подключен к управляющим входам первой группы силовых ячеек амплитудного квантователя, причем вторые входы вычитателя, компенсирующего сумматора и делителя соединены с управляющим входом второй группы силовых ячеек амплитудного квантователя, а второй вход сумматора соединен с его выходом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при повышенном качестве и постоянстве гармонического состава выходного напряжения, в него. дополнительно введены функциональьый формирователь управляющего кода, анализатор напряжения питания, причем вход анализатора напряжения питания подключен к входу модулятора, а выход — к одному из информационных входов функционального формирователя управляющего кода, на второй информационный вход которого подключен информационный выход блока управления., а выход соединен с управляющими входами второй группы сивовых ячеек амплитудного квантователя,. а также синхронизатор, подключенный к синхронизирующим входам анализатора напряжения питания, функционального формирователя управляющего кода и блока управления, 2. Преобразователь но и, 1, о т л и ч аю шийся тем, что функциональный формирователь управляющего кода содержит цифровой делитель, входы которого явля17

1711303

18 ненные измерительный выпрямитель, пиковый детектор, аналого-цифровой блок, выход которого подсоединен к информационным входам двух оперативных запоминающих устройств . и блок ИЛИ. выход которого является выходом анализатора нап ряжения питания, причем второй вход аналого-цифрового блока соединен с выходом измерительного выпрямителя, а адресные входы оперативных запоминающих уст5 ройств. как и информационные входы. соединены поразрядно между собой.

17 31303 л а жмылюуу яырямаям лиляжиу к гиихронцрдщ р

r &агу рраЬеиия

@up 4

Х ФУИХФИкаана4 Форкиро3е

4ЖВЮ,ффУФЙММКРсЮ ЖИЬ

Фиг Х

1711303 и йу

Составитель И. Сенько

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор C. Шевкун

Редактор Н. Яцола

Производственно-издательский комбинат "Патент", с. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 347 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб.; 4/5