Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Сущность изобретения: смгнал с выхода датчика напряжения 12 поступает на инвертирующий вход усилителя 2Г Гв 32 и на выходе усилителя 32 происходит частичная компенсация сигнала. При изменении разностного сигнала изменяется угол проводимости тиристорного узла 11. Ведение в состав блока 14 задания управляющего напряжения преобразователя 16, элемента И-НЕ 17, элемента И 18, элемента ИЛИ 26, диодов 20, 28, токорграничивающих элементов 23, 27, ключевых элементов 24,25, конденсатора 29, повторителя напряжения 30, интегрирующего элемента 31, триггера 15 и источника опорного напряжения 19 позволяет осуществить плавное изменение напряжения на нагрузке от нулевого напряжения до напряжения стабилизации и обратно за фиксированный интервал времени. 2 ил. СП -.SHIH-SptL .J VJ ел со СП о ю Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИН Е СК ИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Н 02 М 5/257

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

|ы (61) 1228197 (21) 4890122/07 (22) 11,11.90 (46) 07.08.92,бюл,¹ 29 (71) Высоковольтный нау.но-исследовательский центр Всесоюзного электротехнического института им.В.И.Ленина (72) И.М,Гаврилов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1228197, кл, Н 02 M 5/257, ", 986, (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОбРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕ

МЕЧ НОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Сущность изобретения: с ll Hàë с выхода датчика напряжения 12 поступает на инвертирующий вход усилителя

32 и на выходе усилителя 32 происходит частичная компенсация сигнала. При изменении разностного сигнала изменяется угол проводимости тиристорного узла 11. Ведение в состав блока 14 задания управляющего напряжения преобразователя 16, элемента И-Н Е 17, элемента И 18, элемента

ИЛИ 26, диодов 20, 28, токоограничивающих элементов 23, 27, ключевых элементов

24, 25, конденсатора 29, повторителя напряжения 30, интегрирующего элемента 31, триггера 15 и источника опорного напряжения 19 позволяет осуществить плавное изменение напряжения на нагрузке от нулевого напряжения до напряжения стабилизации и обратно за фиксированный интервал времени. 2 ил.

Г ) 1753560

40

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в устройствах электропитания подогревателей катодов мощных электровакуумных и газобразных приборов и являются усовершенствованием изобретения по авт.св,N 1228197, Известен регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий тиристорный узел и узел управления, состоящий из блока синхронизации, генератора пилообразного напряжения, блока задания управляющего напряжения, компаратора и формирователя импульсов управления, причем генератор пилообразного напряжения содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, цифроаналоговый преобразователь и интегратор.

Недостатком устройства является нестабильность напряжения на нагрузке при изменении напряжения питающей сети, кроме того, известное устройство не позволяет производить плавное изменение (уменьшение и увеличение) напряжения на нагрузке за фиксированный интервал времени от нулевого напряжения до номинального и наоборот Ilo внешнему сигналу управления, Целью изобретения является расширение регулировочных возможностей известного устройства путем стабилизации переменного напряжения на нагрузке, а также плавного изменения напряжения на нагрузке от нулевого значения до напряжения стабилизации и от напряжения стабилизации до нулевого значения фаз фиксированный интервал времени, Поставленная цель достигается тем, что в регулируемый преобразователь переменного напряжения введены счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов генератора пилообразного напряжения, датчик напряжения на нагрузке, блок задания управляющего напряжения снабжен четырьмя входами и содержит RS-триггер, входы которого являются первым и вторым входами блока задания управляющего напряжения, преобразователь напряжения в длительность импульса, тактовый вход которого является третьим входом блока задания управляющего напряжения и соединен с выходом счетчика: элемент И-НЕ, элемент

И, источник опорного напряжения, диод, компаратор, ис очник питания, первый и второй токоограничительные элементы, первый и второй ключевой элементы, элемент ИЛИ, второй диод, конденсатор, интегрирующий элемент, повторитель напряжения, Выход преобразователя напряжения в длительность импульсов соединен с первым входом элемента И-НЕ и первым входом элемента И, вторые входы которых подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему выходам триггера, положительный полюс источника питания через первый токоограничительный элемент соединен с анодом первого диода и первым выводом первого ключевого элемента, управляющий вход которого подключен к выходу элемента И-Н Е, второй токоограничительный элемент первым выводом подключен к первому выводу второго ключевого элемента, управляющий вход второго ключевого элемента подключен к выходу элемента ИЛИ, катод первого диода и второй вывод второго токоограничительного элемента соединены с первой обкладкой конденсатора и входом повторителя напряжения, выход которого через интегрирующий элемент соединен с анодом второго диода, первыми входами разностного усилителя и компаратора блока задания управляющего напряжения, Второй вход разностного усилителя является четвертым входом блока задания управляющего напряжения и подключен к выходу датчика напряжения на нагрузке, а выход разностного усилителя является выходом блока задания управляющего напряжения, отрицательный полюс источника питания соединен с вторыми выводами первого и второго ключевых элементов, второй обкладкой конденсатора и отрицательным полюсом источника опорного напряжения, положительный полюс которого соединен с входом управления преобразователя напряжения в длительность импульса, катодом второго диода и вторым входом компаратора блока задания управляющего напряжения, выход упомянутого компаратора соединен с третьим входом элемента

И-НЕ и инвертирующим входом элемента

ИЛИ, неинвертирующий вход которого подключен к выходу элемента И, В известном устройстве при изменении величины напряжения питающей сети изменяется величина напряжения на нагрузке, так как угол управления тиристорным узлом не зависит от величины сетевого напряжения или напряжения на нагрузке и определяется только величиной сигнала, поступающего на вход компаратора устройства с выхода блока задания управляющего напряжения. Введение в устройство датчика напряжения на нагрузке и связь датчика с блоком задания управляющего напряже1753560

10

25

40

50 ния позволяют изменять угол управления тиристорным узлом в зависимости от величины напряжения на нагрузке и таким образом осуществлять стабилизацию напряжения на нагрузке при изменении сетевого напряжения.

Известное устройство не позволяет осуществлять плавное изменение напряжения на нагрузке от нулевого значения до напряжения стабилизации и от напряжения стабилизации до нулевого значения за фиксированный интервал времени. Введение в известное устройство счетчика преобразователя напряжения в длительность импульса, триггера, элементов И-НЕ, И, ИЛИ, источника питания, источника анодного напряжения, повторителя напряжения, двух диодов, двух токоограничительных элементов, конденсатора, интегрирующего элемента, разностного усилителя и компаратора позволяет осуществить плавное изменение напряжения на выходе блока задания управляющего напряжения, согласовать интервал времени плавного изМенения напряжения с величиной напряжения стабилизации и таким образом производить управление напряжением на нагрузке.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя, Регулирующий преобразователь переменного напряжения в переменное содержит блок 1 синхронизации, генератор 2 пилообразного напряжения, состоящий из генератора 3 тактовых импульсов, счетчика

4, цифроаналогового преобразователя 5, интегратора 6, формирователь 7 импульсов управления, состоящий из элемента И 8 и согласующего блока 9, компаратора 10, ти ристорный узел 11, датчик 12, напряжения на нагрузке, счетчик 13, блок 14 задания управляющего напряжения, состоящий из триггера 15, преобразователя 16 напряжения в длительность импульса, элемента ИНЕ 17, элемента И18, источника 19 опорного напряжения, диода 20, компаратора 21, источника 22 питания, токоограничительного элемента 23, ключевых элементов 24 и 25, элемента ИЛИ 26, токоограничительного элемента 27, диода 28, конденсатора 29, повторителя 30 напряжения, интегрирующего элемента 31, разностно го усилителя 32.

Первый выход блока 1 подключен к первому входу элемента 8 формирователя 7, второй выход блока 1 соединен с установочным входом счетчика 4 генератора 2, такто-, вый вход счетчика 4 генератора 2 подключен к выходу генератора 3 и тактовому входу счетчика 13, выход счетчика 4 соединен со входом преобразователя 5 генератора 2 и вторым входом элемента 8 формирователя 7, выход преобразователя 5 через интегратор 6 подключен к первому входу компаратора 10, выход которого соединен с третьим входом элемента 8 формирователя 7, выход элемента 8 через согласующий блок 9 подключен к входу управления узла 11, выход счетчика 13 подключен к первому входу блока 14.

Выход блока 14 соединен с вторым входом компаратора 10, выход датчика 12 соединен с вторым входом блока 14, блок 14 состоит из триггера 15, входы которого являются третьим и четвертым входами блока

14, прямой выход триггера 15 соединен с первым входом элемента 17, инверсный выход триггера 15 соединен с первым входом элемента 18, первый вход блока 14 является тактовым входом преобразователя 16, выход преобразователя 16 соединен со вторыми входами элементов 17 и 18, выход элемента 17 подключен к входу управления ключевого элемента 24, выход элемента 18 подключен к прямому входу элемента 26, инверсный вход элемента 26 соединен с третьим входом элемента 17 и выходом компаратора 21, выход элемента 26 соединен с входом управления ключевого элемента 26.

Отрицательный полюс источника 22 соединен с первым выводами элементов 24 и

25, отрицательным полюсом источника 19, первой обкладкой конденсатора 29, положительный полюс источника 22.соединен с первым выводом элемента 23, второй вывод элемента 23 соединен с вторым выводом элемента 24 и анодом диода 28, второй вывод элемента 25 соединен с первым выводом элемента 27, второй вывод элемента 27 соединен с катодом диода 24, второй обкладкой конденсатора 29, входом повторителя 30 напряжения, выход повторителя 30 напряжения через интегрирующий элемент

31 соединен с первыми выводами компаратора 21, разностного усилителя 32 и анодом диода 20, катод диода 20 подключен к второму входу компаратора 21, положительному полюсу источника 19 и установочному входу преобразователя 16, второй вход усилителя 32 является вторым входом блока

14, выход усилителя 32 является выходом блока 14.

Преобразователь 16 может быть выполнен по схеме ждущего мультивибратора, времязадающая цепь которого является установочным входом преобразователя.

В качестве элементов 23 и 27 могут включены любые токоограничительные эле1753560 менты, например резисторы, В качестве элементов 24 и 25 могут быть включены любые двухоперационные ключевые элементы, например транзисторы.

Повторитель 30 напряжения может быть выполнен по схеме истокового повторителя напряжения, Преобразователь работает следующим образом.

После подачи напряжения питания триггер 15 устанавливается любым известным способом в состояние, соответствующее уровню логического нуля на прямом выходе. При каждом переходе сетевого напряжения через нулевое значение блок 1 синхронизации вырабатывает импульс, которым устанавливает в ноль счетчик 4. После окончания данного импульса счетчик 4 начинает счет импульсов, поступающих на

его тактовый вход с генератора 3, частота которого выбрана такой, чтобы за полпериода сетевого напряжения счетчик 4 не доходил до максимального заполнения.

Одновременно с этим импульсы с выхода генератора 3 поступают ка вход счетчика 13.

На выходе счетчика 4 формируется двоичный код счета, поступающий на цифроаналоговый преобразователь 5 Выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 5 сглаживается интегратором 6, в результате чего на инверсном выходе интегратора 6 формируется пилообразное напряжение с частотой, равной частоте сетевого напряжения (фиг.2б).

На выходе счетчика 13 формируются импульсы, поступающие на тактовый вход преобразователя 16. Длительность импульсов, формируемых на выходе преобразователя 16 (фиг,2в) зависит от величины напряжения источника 19 опорного напряжения. С увеличением напряжения источника 19 длительность формируемых импульсов возрастает, Импульсы с выхода преобразователя 1 поступают на входы логических элементов 17 и 18. Сигнал логической единицы, поступающий с инверсного выхода триггера 15 на второй вход элемента

18, обеспечивает прохождение импульсов через элемент 18 на вход элемента 26 (фиг.2д). На второй вход элемента 17 поступает сигнал логического нуля с прямого выхода триггера 15. На третий вход элемента

17 и инверсный вход элемента 26 поступает сигнал логической единицы с выхода компаратора 21 (фиг.2е).

На выходе з: емента t7 формируется сигнал логической единицы, поступающий на вход управления ключевого элемента 24 и переводящий последний в проводящеесостояние. При этом ток источника 22 питания

55 замыкается по цепи: положительный полюс источника 22, токоограничительный элемент 23, проводящий ключевой элемент 24, отрицательный полюс источника 22 и ограничивается элементом 23. Падение напряжения на элементе 24 близко к нулевому значению (фиг.2ж), диод 28 заперт. На выходе элемента 26 формируются импульсы с длительностью, равной длительности импульсов формируемых преобразователем

16, поступающие на вход управления ключевого элемента 25 и приводящие к его периодическому переводу в проводящее состояние.

Ток через элемент 25 в проводящем состоянии отсутствует, поскольку конденсатор 29 в исходном состоянии (в момент включения устройства) разряжен. Напряжение с конденсатора 29 через повторитель 30 напряжения, имеющий высокое входное сопротивление, и интегрирующий элемент 31 поступает на инвертирующий вход компаратора 21 и неинвертирующий вход усилителя 32. На второй вход усилителя 32 поступает нулевое напряжение с выхода датчика 12 напряжения на нагрузке. Сигнал на выходе разностного усилителя 32, поступающий на второй вход компаратора 10, равен нулевому значению, сигнал на выходе компаратора 10 соответствует логическому нулю и запрещает прохождение импульсов через элемент 8 формирователя 7 импульсов управления. Тиристорный узел 11 находится в непроводящем состоянии. Диод 20 заперт обратным напряжением источника

19 опорного напряжения, После поступления сигнала на перевод устройства в режим плавного увеличения напряжения на нагрузке до напряжения стабилизации (сигнал поступает на вход триггера 15 в момент времени Т1, фиг.2г), триггер 15 изменяет состояние. Сигнал, поступающий с инверсного выхода триггера

15 на один их выходов элемента 18, запрещает прохождение импульсов через элемент 18, на входе управления ключевого элемента 25 устанавливается сигнал логического нуля, и ключевой 25 переводится в разомкнутое состояние. Сигнал, поступающий с прямого выхода триггера 15 на один из входов элемента 17 разрешает прохождение импульсов через элемент 17, импульсы отрицательной полярности с выхода элемента 17 поступают на вход управления ключевого элемента 24.

Ключевой элемент 24 периодически переводится в запертое состояние, что приводит к формированию на нем импульсов положительной полярности (фиг.2ж), длительность которых определяется преобра1753560

10 зователем 16, а частота — счетчиком 13 и генератором 3. Во время запертого состояния ключевого элемента 24 ток источника 22 питания через элемент 23 и диод 28 поступает в цепь конденсатора 29.

Конденсатор 29 заряжается, напряжение на конденсаторе увеличивается (фиг.2з).

В паузах меЖду зарядными импульсами, когда диод 28 заперт, напряжение на конденсаторе 29 остается неизменным, так как постоянная времени разряда конденсатора

29, определяемая величиной емкости конденсатора, током утечки диода 24 и входным сопротивлением повторителя 30 напряжения, выбрана относительно большой. Напряжение ступенчатой формы с конденсатора 24 через повторитель 30 поступает на интегрирующий элемент. На выходе элемента 31 формируется плавно нарастающее напряжение (фиг.2и), поступающее на неинвертирующий вход усилителя 32 и инвертирующий вход компаратора

21. Сигнал с выхода усилителя 32 поступает на инвертирующий вход компаратора 10, на второй вход компаратора 10 поступают импульсы пилообразного напряжения, синхронизированные с частотой питающей сети.

В моменты времени, когда напряжение на инвертирующем входе компаратора 10 превышает напряжение на неинвертирующем входе, на выходе компаратора 10 формируются сигналы логической единицы, поступающие на вход элемента 8 и разрешающие прохождение, управляющих импульсов на вход тиристорного узла 11 (фиг.2к). В соответствии с ростом напряжения на выходе интегрирующего элемента 31 происходит увеличение длительности проводящего состояния тиристорного узла 11 и напряжения на нагрузке (фиг.2л). Сигнал с выхода датчик," 12 напряжения поступает на инвертирующий вход усилителя 32, и на выходе последнего происходит частичная компенсация сигнала, поступающего на его неинвертируюший вход.

В момент времени Т2 (фиг,2и) напряжение на выходе элемента 31 достигает значение, равного величине напряжения источника 19 опорного напряжения. Диод

20 переводится в проводящее состояние, напряжение на выходе интегрирующего элемента 31 и прямом входе усилителя 32 ограничивается на уровне напряжения источника 19, компаратор 21 переводится в противоположное состояние (фиг.2е), под действием приложенных к его входам напряжений. Сигнал, соответствующий уровню логического нуля, поступает на вход элемента 17 и инверсный вход элемента 26.

Это приводит к переводу ключа 24 в прово15 уровня, Компаратор 21 возвращается в первоначал ьное состояние (фиг,2е). П ри поступлении очередного запирающего импульса с выхода элемента 17 ключ 24 размыкается, а

20 конденсатор 29 подзаряжается (фиг,2з). Та25

35 логического нуля, поступающий с прямого

40 выхода триггера 15 на вход элемента 17, запрещает прохождение импульсов через

50

5

10 дящее состояние на время Т=ТЗ-Т2 нахождения компаратора в состОянии логического нуля на выходе и к запрету подзаряда конденсатора 29, а также к формированию на выходе элемента 26 импульса положительной полярности с длительностью Т=ТЗ-Т2, поступающего на вход управления ключа

25, Ключ 25 на время Т переводится в проводящее состояние, что приводит к"частичному разряду конденсатора 29 через элемент 27 и проводящий ключевой элемент

25 (фиг,2э).

Напряжение на выходе интегрирующего элемента 31 также незначительно уменьшается относительно достигнутого ранее ким образом, напряжение на выходе интегрирующего элемента 31 достигает некоторого установившегося значения, близкого к величине напряжения источника

19, и устройство работает в режиме стабилизации напряжения на нагрузке:-при изменении напряжения питающей сети сигнал на выходе датчика 12 также изменяется, что приводит к изменению разностного сигнала на выходе усилителя 32 и изменению угла проводимости тиристорного узла 11;

При поступлении сигнала на R вход триггера 15 последний переводится в противоположное состояйие (фиг.2г) момент времени Т4 и устройство начинает работать в режиме плавного умейьшения "йапряжения на нагрузке от напряжения стабилизации до нулевого напряжени я, Сигнал данный элемент, ключ 24 переводится в проводящее состояние (фиг.2ж) и диод 28 закрывается, Сигнал логической единицы, поступающий с инверсного выхода триггера

15 на вход элемента18, разрешает прохождение импульсов через данный элемент, на выходе элемента 26 формируются импульсы положительной полярности, под действием которых ключевой элемент 25 периодически переводится в проводящее состояние, и конденсатор 29 разряжается через элемент

27 и ключ 25 (фиг.2з). На выходе интегрирующего элемента 31 формируется плавно уменьшающее напряжение (фиг.2и), что приводит к уменьшению времени проводящего тиристорного узла и плавному уменьшению напряжения на нагрузке (фиг.2л).

В предлагаемом преобразователе величина стабилизированного напряжения на

1753560

12 нагрузке может регулироваться путем изменения величины напряжения источника 19 опорного напряжения. При увеличении (уменьшении) величины напряжения источника 19 происходит увеличение (уменьше- 5 н ие) длительности импульсов, формируемых на выходе преобразователя

16 напряжения в длительность импульса.

При этом, независимо от величины требуемого стабилизированного напряжения на 10 нагрузке, время плавного увеличения (уменьшения) напряжения на нагрузке от нулевого (стабилизированного) значения до стабилизированного (нулевого) значения остается неизменным. 15

Предлагаемый преобразователь обеспечивал на нагрузке стабилизированное напряжение 10-18 В (0,1 В) при токе до 800 А, и изменении напряжения питающей сети

380 40В. Время плавного изменения напря- 20 жения на нагрузке составляет 3 мин. Длительность импульсов, формируемых преобразователем 16, равна 5-7 мкс, частота 1 Гц, Преобразователь предполагается ис- 25 пользовать для питания цепи подогревателя катода мощного электровакуумного прибора.

Формула изобретения 30

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное по авт.св. hb 11222288119977, отличающийся тем, что, с целью расширения регулировочных возможностей, в него введены счетчик, вход 35 которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов генератора пилообразного напряжения, датчик напряжения на нагрузке, блок задания управляющего напряжения снабжен четырьмя входами и 40 содержит RS-триггер, входы которого являются первым и вторым входами блока задания управляющего напряжения, преобразователь напряжения в длительность импульса, тактовый вход которого яв- 45 ляется третьим входом блока задания управляющего напряжения и Соединен с выходом счетчика, элемент И-НЕ, элемент И, источник опорного напряжения, диод, компаратор, источник питания, первый и вто- 50 рой токоограничительные элементы, первый и второй ключевые элементы, элемент,::

ИЛИ, второй диод, конденсатор, интегриру ющий элемент, повторитель напряженйй, выход преобразователя напряжения в длительность импульса соединен с первыми входами элемента И-НЕ и элемента И, вторые входы которого подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему выходам триггера, положительный полюс источника пйтания через первый токоограничительный элемент соединен с анодом первого диода и первым выводом первого ключевого элемента, управляющий вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ, второй токоограничительный элемент первым выводом подключен к первому выводу второго ключевого элемента, управляющий вход второго ключевого элемента подключен к выходу элемента ИЛИ, катод первого диода и второй вывод второго токоограничительного элемента соединен с первой обкладкой конденсатора и входом повторителя напряжения, выход которого через интегрирующий элемент соединен с анодом второго диода, первыми входами разностного уси- лителя и компаратора блока задания управляющего напряжения, второй вход разностного усилителя является четвертым входом блока задания управляющего напряжения и подключен к выходу датчика напряжения на нагрузке, а выход разностного усилителя является выходом блока задания уп равляющего напряжения, отрицательный полюс источника питания соединен с вторым выводами первого и второго ключевых элементов, второй обкладкой конденсатора и отрицательным полюсом источника опорного напряжения, положительный полюс которого соединен с входом управления преобразователя напряжения в длительность импульса, катодом второго диода и вторым входом компаратора блока задания управляющего напряжения, выход компаратора соединен с третьим входом элемента И-НЕ и инвертирующим входом элемента ИЛИ, неинвертирующий вход которого подключен к выходу элемента И.

Составитель И, Гаврилов

Редактор М. Бланар Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Долинич

Заказ 2773 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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