Однофазный преобразователь частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель - повышение надежности путем уменьшения рабочего напряжения на ключах переменного тока (КПТ). Устройство содержит два запоминающих конденсатора, которые через зарядные КПТ соединены с входными выводами и через разрядные КПТ - с выходными выводами. Коммутация третьего и четвертого КПТ обеспечивается в фазе с первым и вторым КПТ блоком управления . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 M 5/27

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4316669/07 (22) 06.06.87 (46) 07.03,93. Бюл, ¹ 9 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро геофизической техники (72) Ю. А. Мордвинов (54) ОДНОФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, Цель — повышение

Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты.

Цель изобретения — повышение надежности путем уменьшения рабочего напряжения на ключах переменного тока.

На фиг, 1-3 изображены схема преобразователя частоты, диаграммы напряжений и блок управления в развернутом виде, Преобразователь частоты содержит два запоминающих конденсатора 1, 2, первые обкладки 3, 4 которых связаны с входными выводами 5, 6 через первый 7 и второй 8 зарядные ключи переменного тока на ключевых элементах 9 — 12 и с первым входным выводом 13 через первый 14 и второй 15 разрядные ключи переменного тока и блок управления 16, выходные каскады которых связаны с соответствующими управляющими электродами зарядных и разрядных ключей переменного тока и обеспечивают коммутацию разрядных ключей переменногп тока с частотой входного напряжения с

„„5U„„1800569 А1 надежности путем уменьшения рабочего напряжения нэ ключах переменного тока (КПТ). Устройство содержит два запоминающих конденсатора, которые через зарядные

КПТ соединены с входными выводами и через разрядные КПТ вЂ” с выходными выводами, Коммутация третьего и четвертого КПТ обеспечивается в фазе с первым и вторым КПТ блоком управления, 3 ил. изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напряжения на другой и включение соответствующих зарядных ключей переменного тока в момент перехода через 2 нуль входного напряжения на интервалах

0-Твb „/4 и Тв /2 — 3Твв х/4 и в момент максимума входного напряжения на интервалах Твцх/4 Твых/2 и ЗТвых/4 Твых каждого периода Твид выходного напряжения, а их включение — в момент равенства мгновенных значений напряжения запоминающих (Я конденсаторов и задающего напряжения, ©ь третий 17 и четвертый 18 разрядные ключи О переменного тока, первые 19, 10 силовые электроды которых объединены и подключены к второму выходному выводу 21, ей вторые 22, 23 силовые электроды соединены с соответствующими выводами 5, 6 и вторыми обкладками 24, 25 запоминающих конденсаторов, а управляющие электроды связаны с выходными каскадами блока управления, обеспечивающими коммутацию указанных ключей переменного тока в фазе с первыми 14 и вторыми 15

1800569 разрядными ключами переменного тока. На фиг. 2 представлено входное 26 напряжение, задающее 27 напряжение, напряжения

28 — 35, формируемые на отдельных элементах блока управления, показанных на фиг. 3, напряжение 36 управления, подаваемое на разрядные ключи 17, 15 и 14, 18 переменного тока, выходное 37 напряжение на выходных выводах 13 и 21, напряжения 38-41 управления, подаваемые соответственно на ключевые элементы 9 — 12. На фиг. 3 показан блок управления в развернутом виде. Он содержит первый 42 формирователь прямоугольного напряжения, первую 43 фазосдвигающую схему, второй 44 формирователь прямоугольного напряжения, подключенный входом к источнику 45 задающего напряжения, вторую 46 фазосдвигающую схему, восемь двухвходовых логических элементов И 47 — 54, два амплитудных компаратора 55; 56, два логических элемента НЕ 57, 58, восемь трехвходовых логических элементов И 59 — 66, шесть двухвходовых логических элементов ИЛИ 67 — 72 (выходные каскады блок „правления), выходы которых соединены с соответствующими управляющими электродами ключей переменного тока.

Преобразователь частоты работает следующим образом, Входное 26 напряжение поступает на первый 42 формирователь прямоугольного напряжения, который обеспечивает получение на выходах двух напряжений 28 и 28 (напряжение 28 получается инвертированием напряжения 28), Такие формирователи могут выполняться по различным схемам, например на основе амплитудного компаратора, логического элемента НЕ, одновибраторов и логического элемента ИЛИ, которые обеспечивают получение импульсов напряжения в момент перехода входного 26 напряжения через нуль.

Далее эти импульсы напряжения синхронизируют, например, триггер или мультивибратор, на выходе которых формируются напряжения 28 и 28. Напряжение 29 форми руется из напряжения 28 (принципиально его можно сформировать из напряжения 26) первой 43 фазосдвигающей схемой. Принцип построения таки;. с;;ем достаточно известен. На двух выхода фазосдвигающей схемы 43 формируют..я напряжение 29, сдвинутое на 90 относительно напряжения

28, и проинвертираван ое напряжение 29.

Источник 45 задающег напряжения формирует на выходе задающий сигнал, например, по форме задающего напряжения 27, Второй 44 формирователь прямоугольного напряжения и вторая 46 фазосдвигающая схема выполнены по аналогии с первым 42 формиоователем прямоугольного напряжения и первой 43 фазосдвигающей схемой и формируют на выходах соответственно напряжения 30, 30, 31, 31, Двухвходовые логические элементы И 47-50 обеспечивают получение на выходах импульсов напряжения 32, 33, 35, 34, Для получения импульсов напряжения 36 и 36 управления, применяемых для управления разрядными ключами

"0 переменного тока 15, 17 и 14, 18 с частотой входного 26 напряжения и с изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напряжения на другой, используют двух"5 входовые логические элементы И 51-54 и двухвходовые логические элементы ИЛИ 71, 72. На выходе логического элемента И 51 формируется напряжение 36 в интервале времени логической единицы напряжения

20 30. На выходе логического элемента И 52 формируется напряжение 36 в интервале времени логического нуля (30) напряжения

30. Аналогичным образом формируется напряжение 36 управления на выходе двухвходового логического элемента ИЛИ 72, В момент времени to импульс напряжения 39 управления поступает на ключевой элемент

10, что обеспечивает подключение конденсатора 1 к питающей сети для заряда, В это

30 время импульс напряжения 36 управления поступает на ключи переменного тока 15, 17 и нагрузка получает питание от конденсатора 2. Импульс напряжения управления на ключевой элемент 10 поступает с выхода

35 логического элемента ИЛИ 68 следующим образом. На первый вход логического элементЖ И 62 поступает напряжение 28, на второй вход — логическая единица с выхода амплитудного компаратора 56, а на третий

40 вход- напряжение 35. На вход амплитудного компаратора поступает задающее 27 напряжение и напряжение с конденсатора 1, При условий, что задающее 27 напряжение больше напряжения конденсатора 1 (а это

45 вых всегда будет на интервале 0- "" на вы4 ходе амплитудного компаратора будет логическая единица. Логический нуль будет на выходе амплитудного компаратора в момент равенства указанных напряжений, что приведет в конечном итоге к выключению ключевого элемента 10. При этом в ампли- тудном компараторе нужно сделать "защелку", которая исключает заряд конденсатора

1 в интервале tp — t> после первого срабатывания амплитудного компара ора. В интервале t2 t4 к нагрузке подключается конденсатор 1 за счет подачи импульсов напряжения 36 управления на ключи перемен18005(19

15

30

40

50

55 ного тока 14, 18, и в момент t2 включается ключевой элемент 11, обеспечивающий заряд конденсатора 2 от сети переменного тока. При этом моменты to, t2, t4„„, т. е. моменты включения зарядных ключевых элементов, совпадают с моментом перехода входного 26 напряжения через нуль, что обеспечивает "мягкий" заряд конденсаторов 1 и 2, Напряжение 40 управления, поступающее на ключевой элемент 11, подается с выхода логического элемента

ИЛИ 70 следующим образом. На первый вход логического элемента И 66 поступает напряжение 28 с выхода первого 42 формирователя прямоугольного напряжения, на второй вход — логическая единица с выхода амплитудного компаратора 55, а на третий вход — напряжение 35 с выхода логического элемента И 49, Амплитудный компаратор 55 работает аналогично компаратору 56, В момент равенства амплитуды задающего напряжения и напряжения на конденсаторе 2 амплитудный компаратор формирует на выходе логический нуль, что приводит в конечном итоге к выключению ключевого элемента 11, Далее в интервале t4-tp включены опять разрядные ключи 15, 17 переменного тока и ключевой элемент 10 согласно напряжению 39 управления. Последовательность поступления импульсов напряжения управления на ключевые элементы 10, 11 представлены на диаграммах напряжения 39, 40 управления, а на разрядные ключевые элементы — на диаграммах напряжения 36 управления, В интервале

t3p — тю импульсы напряжения 38-41 напряжения поступают соответственно на ключевые элементы 9 — 12 в моменты максимума входного 26 напряжения, чем обеспечивается "мягкий" разряд конденсаторов 1 и 2, Импульс напряжения 41 управления в интервале 13о-t32 подается на ключевой элемент 12 с выхода логического элемента ИЛИ

69 следующим образом, На первый вход логического элемента И 63 поступает напряжения 29 с выхода первой 43 фазосдвигающей схемы, на второй вход — логическая единица с выхода логического элемента НЕ

58, так как в указанный момент времени мгновенное значение напряжения конденсатора 2 может быть больше задающего 27 напряжения, а на третий вход — напряжение

32, Длительность импульса напряжения 41 управления, поступающего на ключевой элемент 12, определяется интервалом времени, когда напряжение конденсатора 2 больше текущего значения задающего 27 напряжения. В интервале 132 — t34 аналогичным образом включается ключевой элемент

9 согласно диаграмме напряжения 38 управления. Импульсы напряжения 38 управления формируются на выходе логического элемента ИЛИ 67 следующим образом, На первый вход логического элемента И 59 поступает напряжение 29 с выхода первой 43 фазосдвигающей схемы, на второй вход— логическая единица с выхода логического элемента НЕ 57, так как в указанный момент времени мгновенное значение напряжения конденсатора 1 может быть больше задающего 27 напряжения, а на третий вход— напряжение 32. Длительность импульса напряжения 38 управления, поступающего на ключевой элемент 9, определяется интервалом времени, когда напряжение конденсатора 1 больше текущего значения задающего 27 напряжения. Последовательность поступления импульсов напряжения управления на ключевые элементы 9-12 наглядно иллюстрирует работу преобразователя частоты. Отметим, что логические элементы И 60, 62, 64 и 66 обеспечивают формирование импульсов управления напряжения на поднимающейся части выходного .синусоидального напряжения (О-Тв»/4, Твых/2-ЗТвых/4), а логические элементы И 59, 61, 63, 65 — на ниспадающей части выходного синусоидального напряжения (Тв»/4-Твых/2, ЗТвых/4-Твых), В предлагаемом преобразователе применяются разрядные ключи переменного тока, классность которых в два раза меньше, чем в прототипе. Это повышает надежность преобразователя.

Формула изобретения

Однофазный преобразователь частоты, содержащий два запоминающих конденсатора, первые обкладки которых связаны с различными входными выводами через первый и второй зарядные ключи переменного тока и с первым выходным выводом через первый и второй разрядные ключи переменного тока, а также блок управления, выходные каскады которого связаны с управляющими электродами соответствующих зарядных и разрядных ключей переменного тока и выполнены обеспечивающими коммутацию разрядных ключей переменного тока с частотой входного напряжения с изменением последовательности переключения при переходе с одного полупериода выходного напря>кения на другой и включение соответствующих зарядных ключей переменного тока в момент перехода через нуль входного напряжения на интервалах 0 — Тр»/4 и Тдых/2 ЗТрых/4 и в момент максимума входного напряжения на интервалах Тв»/4 — T„x/2 и 3Т »!4-T,ы, каждогопериода Т,ы„выходного напряжения, 1800569

8 а их включение — в момент равенства мгновенных значений напряжений запоминающих конденсаторов и задающего напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем 5 уменьшения рабочего напряжения на ключах переменного тока дополнительно введены третий и четвертый разрядные ключи переменного тока, первые силовые электроды которых объединены и подключены 10 к второму выходному выводу, вторые силовые электроды соединены с соответствующими входными выводами и вторыми обкладками запоминающих конденсаторов, а управляющие электроды связаны с выходнымикаскадами блока управления, обеспечивающими коммутацию указанных ключей переменного тока в фазе с первым и вторым разрядными ключами переменного тока.

1800569

1800569

Составитель Ю. Мордвинов /Я, 7Ф, Я

Техред М, Моргентал Корректор 3, Салко

Редактор А. Рожкова

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

Заказ 1171 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР t13O35, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5