SU1173501A1

SU1173501A1 - Frequency converter

Info

Publication number: SU1173501A1
Application number: SU833576589A
Authority: SU
Inventors: Всеволод Павлович Решетов; Валентин Семенович Кузнецов
Original assignee: Предприятие П/Я В-2954
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1983-04-11
Publication date: 1985-08-15

Abstract

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий симисторный блок с самогашением и двум выходами, вход которого предназначен дл подключени к питающей сети, усилитель разнопол рных импульсов с включенным на выходе первым выводом первого резистора , формирователь импульсов с противофазными выходами, задатчик, источник опорного напр жени , выполненньш в виде двух одинаковых двуханодных стабилитронов, соединенных последовательно, обща точка которых .соединена с общим проводом устройства , свободные выводы стабилитронов предназначены дл подключени через второй резистор и третий двуханодный стабилитрон к питающей сети, двухполупериодньй выпр митель, о тлнчающийс тем, что, с целью расширени диапазона регулировани выходного напр жени , он снабжен двум элементами И, блоком реверса фазы импульсов, блоком силовых ключей, включенных по схеме перекрестного переключател , интегратором , задатчик снабжен нуль-органом , управл емым генератором импульсов счетчиком, дешифратором, переключателем и RS-триггером, причем вход формировател импульсов предназначен дл подключени к питающей сети, а его противофазные выходы соединены с первыми входами соответствующих элементов И и входом блока реверса импульсов, выход которого соединен с управл юпщм входом блока силовых ключей, информационные входы которого соединены с выходами симисторного блока, а выход:ц 1 предназi начены дл подключени к нагрузке, выход симисторного блока через ин (Л тегратор и управл емый генератор соединен со счетным входом счетчика , вход сброса которого через нульорган предназначен дл подключени к питающей сети, выходы счетчика через Дешифратор и переключатель соединены с S- и R-входами RS-триг тера выход которого соединен с втосо ел рыми входами элементов И, выходы элементов И соединены с управл ющи о ,ми входами усилител разнопол рных импульсов,входы питани которого подключены параллельно первому и второму двуханоднЫм стабилитронам и входу двухполупериодиого вьтр мител , выход которого соединен с конденсатором и с цеп ми питани информационных блоков преобразовател , второй вывод первого резистора подключен к управл ющему входу симисторого блока.A FREQUENCY CONVERTER containing a triac with self-quenching and two outputs, the input of which is intended to be connected to the mains, an amplifier of different-polarity pulses with the first output of the first resistor turned on, a pulse shaper with antiphase outputs, setpoint generator, reference voltage source, made in the form of two identical two-anode zener diodes connected in series, the common point of which is connected to the common wire of the device, the free terminals of the zener diodes are designed for connected via a second resistor and a third dual-anode zener diode to the mains, a full-wave rectifier, which is designed to expand the output voltage control range, it is equipped with two AND elements, a pulse phase reversal unit, a power switch unit included in a cross circuit the switch, the integrator, the setting device is equipped with a null body controlled by a pulse generator with a counter, a decoder, a switch and an RS trigger, the input of the pulse generator intended for switching power supply, and its antiphase outputs are connected to the first inputs of the corresponding elements AND and the input of the pulse reversing unit, the output of which is connected to the control input of the power switches, whose information inputs are connected to the outputs of the triac unit, and the output: connection to the load, the output of the triac unit through the IN (L tagrator and controlled generator connected to the counting input of the counter, the reset input of which through the null organ is intended to be connected to the mains, the outputs are A decoder and a switch are connected to the S and R inputs of the RS flip flop, the output of which is connected to the secondary inputs of the elements AND, the outputs of the elements AND are connected to the control inputs of the amplifier of different polarity pulses, the power inputs of which are connected in parallel to the first and the second two-stage zener diode and the input of the full-wavelength electrode, the output of which is connected to the capacitor and to the power supply circuits of the information blocks of the converter, the second terminal of the first resistor is connected to the control input of the simulator time.

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в автоматизированном электроприводе в системах автоматического регулировани и в робототехнике. Цель изобретени - расширение диа пазона регулировани выходного напр жерш преобразовател . Па фиг. 1 изображена блок-схема устройстваJ на фиг. 2 - временные диаграммы: А - опорного синусоидального напр жени , Б - высокочастотного преобразовани на одной из обмоток электродвигател , В - импульсов на управл ющем электроде симистора, Г - динамического состо ни выходных шик дешифратора, на фиг г 3 - диграмма сдвига (А, Б) и изменени фазы (А, В) высокочастотного сигнала при реверсе электродвигател . Преобразователь частоты содержит симистор 1, два элемента 2.1, 2,2 гпгдуктивности, два импульсных элемента 3.1 и 3.2 и две цепочки последовательно соединенных элементов кон денсатор - диод 4.1, 5.1 и 4.2, 5.2) вход щие в состав симисторного блока 6, усилитель 7 разнопол рных сигналов , выпр митель 8, двухполупериод ный формирователь 9 импульсов, источ ник опорного напр жени в виде двух двуханодных одинаковых стабилитронов 10 и 11 конденсаторов 12 и 13, двуханодного стабилитрона 14 и резис тора 15, интегратор 16 в канале обратной св зи, задатчик 17, элементы И 18 и 19, четыре ключа 20.1-20.4 блок 21 реверса фазы импульсов, состо щий из двух элементов ИСЮШЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22.1 и 22.2. Ключи 20.1-20.4 вход т в состав блока 23, нуль-орган 24, счетчик 25 с дешифратором 26 переключатель 27 и генератор 28 - в состав задатчика 17, тиристоры 29 и 30 с ограничительными резисторами 31.1, 31.2 и 32 - в состав усилител разнопол рных импульсов 7. Обмотки управлени 33 и 34 исполнительно го электродвигател 35 соединены с выходами блока 23. Устройство работает следующим образом. Задатчик 17 (фиг. 1) формирует сигнал широтно-импульсного управлени в соответствующей фазе в полупериода переменного нанр жени (фиг. 2 А), а симисторный блок 6 мо дулирует заполненную часть синусоид обеспечива на обмотках управлени 33 и 34 рабочие высокочастотные напр жени со сдвигом фазы 90 эл. град, при соответствующих переключени х ключей 20.1-20.4 (.фиг. 3 АБ и АВ и на фиг. 2 Б). Источник опорного напр жени формирует посредством выпр мител и фильтровых конденсаторов 12 и 13 плюс-минус-посто нные напр жени относительно нулевой точки (1) устройства дл питани элементов схемы и дл коммутации симистора 1 разнопол рными импульсами в соответствии с пол рностью полупериода переменного напр жени (фиг. 2 В). Усилитель 7 усиливает сигнал управлени , формируемьй элементами 2И 18 и 19 в соответствии с фазой 9 , котора задаетс уставкой переключател 27 задатчика 17, и с пол рностью полупериода синусоиды и определенным состо нием выхода формировател . Тиристоры 29 и 30 упом нутого усилител 7 выполн ют роль ключевых элементов , коммутирующих симистор 1 разнопол рными импульсами (фиг. 2 Б). Рассмотрим процесс формировани В))сокочастотного напр жени модул ции (фиг. 2 А) в четные и нечетные полупериоды нанр жени сети fg. В положительньй полупериод плюспотенциал , приложенньй к элементу 1, вызывает зар д конденсатора 5.1 «.рез диод 24.1 и конденсатора 5.2 чорез элемент 2.1 и первичную обмотку импульсного элемента 3.1. Когда напр жение на конденсаторе 5.2 достигнет уровн отпирани симистора 1 по аноду (при плюспотенциале на его управл ющем электроде в фазе 0), то происходит разр д конденсатора через открывщийс симистор 1, первичную обмотку импульсного элемента 3.2, элемент 2.2. Разр д конденсатора 5.1 через симистор 1 ограничен встречновключенным диодом 4.1. В процессе зар да конденсатора 5.2 формируетс высокочастотньш импульс на вторичной обмотке импульсного элемента 3.1 (фиг. ЗА), а в процессе его разр да через симистор 1 - на вторичной обмотке импульсного элемента 3.2 (фиг..З Б). При соответствующих параметрах элементов, имггу.п.сы сдвинуты на 90 эл. граи.The invention relates to electrical engineering and can be used in an automated electric drive in automatic control systems and in robotics. The purpose of the invention is to expand the range of adjustment of the output voltage of the converter. Pa figs. 1 is a block diagram of the deviceJ in FIG. 2 - timing diagrams: A - reference sinusoidal voltage, B - high-frequency conversion on one of the motor windings, C - pulses on the control electrode of the triac, G - dynamic state of the output decoder chic, in FIG. 3 - the shift diagram (A, B) and phase changes (A, B) of the high-frequency signal when the motor is reversed. The frequency converter contains triac 1, two elements 2.1, 2.2 gpduduktivnosti, two pulse elements 3.1 and 3.2 and two chains of series-connected elements capacitor-diode 4.1, 5.1 and 4.2, 5.2) included in the triac unit 6, amplifier 7 different fields signals, rectifier 8, full-wave driver 9 pulses, reference voltage source in the form of two two-wave identical Zener diodes 10 and 11 of capacitors 12 and 13, two-channel zener diode 14 and resistor 15, integrator 16 in the feedback channel, setpoint 17 , elements And 18 and 19, four keys 20.1-20.4 a unit 21 for reversing the phase of the pulses, consisting of two elements ISLANDING OR 22.1 and 22.2. The keys 20.1-20.4 are included in block 23, the null-organ 24, the counter 25 with the decoder 26, the switch 27 and the generator 28 — in the set control 17, the thyristors 29 and 30 with the limiting resistors 31.1, 31.2 and 32 - in the amplifier of different polarities pulses 7. The control windings 33 and 34 of the executive motor 35 are connected to the outputs of the block 23. The device operates as follows. The setting device 17 (Fig. 1) generates a pulse-width control signal in the corresponding phase in a half-cycle of alternating pattern (Fig. 2A), and the triac unit 6 modulates the filled part of the sinusoids by providing high-frequency working shear voltages on the control windings 33 and 34 phase 90 el. hail, with the corresponding switch key 20.1-20.4 (.fig. 3 AB and AB and Fig. 2B). The source of the reference voltage forms, via the rectifier and filter capacitors 12 and 13, plus or minus-constant voltages relative to the zero point (1) of the device for supplying circuit elements and for switching triac 1 with alternating pulses in accordance with the half-period of alternating voltage (Fig. 2). The amplifier 7 amplifies the control signal generated by the elements 2 and 18 and 19 in accordance with phase 9, which is set by the setting of the switch 27 of the setting device 17, and with the polarity half-period of the sinusoid and a certain condition of the output of the driver. Thyristors 29 and 30 of the mentioned amplifier 7 play the role of key elements that commute triac 1 with different polarity pulses (Fig. 2B). Consider the process of forming B)) the low-frequency modulation voltage (Fig. 2A) into even and odd half-periods of network fg. In the positive half-period, the positive potential applied to the element 1 causes the charge of the capacitor 5.1 ". The diode 24.1 and the capacitor 5.2 cut the element 2.1 and the primary winding of the pulse element 3.1. When the voltage on the capacitor 5.2 reaches the level of unlocking of the triac 1 at the anode (with the positive potential on its control electrode in phase 0), the capacitor discharges through the opening triac 1, the primary winding of the pulse element 3.2, the element 2.2. The discharge of capacitor 5.1 through triac 1 is limited by the oncoming diode 4.1. In the process of charging the capacitor 5.2, a high-frequency pulse is formed on the secondary winding of the pulse element 3.1 (FIG. 3A), and in the process of its discharge through the triac 1 on the secondary winding of the pulse element 3.2 (FIG. 3 B). With the corresponding parameters of the elements, imggu.psy shifted by 90 e. hell

В дальнейшей фазе О в положительный полупериод напр жени сети fjv к обмоткам управлени 33 и 34 электродвигател 35 при соответствующих открытых входах-выходах ключей 20.1-20.4 (фиг. 1) прикладываютс последовательности высокочастот .ньгх импульсов напр жени с фазовым сдвигом 90 эл, град., что вызывает крут щий момент на валу электродвигател , пропорцирнальньй заполнению синусоиды в приближении. Амплитуда формируемых последовательностей высокочастотных импульсов вследствие эффекта насыщени импульсных элементов 3.1 и 3.2 в приближении посто ннIn the further phase O, in the positive half-period of the voltage network fjv, the control windings 33 and 34 of the electric motor 35, with the corresponding open inputs-outputs of the keys 20.1-20.4 (Fig. 1), are applied high-frequency sequences of low voltage pulses of a phase shift of 90 el, degrees. which causes a torque on the motor shaft, proportional to the filling of the sinusoid in the approximation. The amplitude of the generated sequences of high-frequency pulses due to the saturation effect of pulsed elements 3.1 and 3.2 in the approximation constant

В отрицательный полупериод напр жени f(4 ввиду симметрии схемы симисторного блока 6 роли конденсаторов 5.1 и 5.2 мен ютс . Это вызывает первоначальное формирование высокочастотного .импульса на вторичной обмотке импульсного элемента 3.2 и формирование с фазовым сдвигом высокочастотного импульса на вторичной обмотке импульсного элемента 3.1 (фиг. 3 В,А).In the negative half-period of the voltage f (4, due to the symmetry of the circuit of the triac unit 6, the roles of capacitors 5.1 and 5.2 change. This causes the initial formation of a high-frequency pulse on the secondary winding of the pulse element 3.2 and the formation of a high-frequency pulse with the phase shift on the secondary winding of the pulse element 3.1 (FIG. . 3 B, A).

В начале отрицательного полупериода формирователь 9 (фиг. 1) переключаетс , в состо ние, которое обеспечивает провод щее состо ние соответствующих входов-выходов ключей 20.1-20.4. Это сохран ет знак фазового сдвига последовательностей высокочастотных импульсов на управл ющих обмотках электродвигател 35 и знак крут щего момента в положительный и отрицательный полупериодыAt the beginning of the negative half cycle, the shaper 9 (Fig. 1) switches to a state that is provided by the conductive state of the corresponding inputs / outputs of the keys 20.1-20.4. This retains the sign of the phase shift of the high-frequency pulse sequences on the control windings of the electric motor 35 and the sign of the torque in the positive and negative half-periods.

СИНУСОИДЫ.SINUSOIDS.

Нуль-орган 24 задатчика 17 в моменты перехода синусоиды через нуль формирует строб-импульсы, обнул ющие счетчик 25 в начале к.аждого полупериода напр жени f . Генератор 28 формирует импульсы заполнени этого счетчика, что последовательно коммутирует выходные шины дещифратора 26, начина с младшей (фиг. 2 г). В момент времени через переключатель 27 1 коммутирует вторые входы элементов И в фазе 9, а на первые их входы передаютс состо ни выходов формировател 9, определ емые четностью полуперио- дов напр жени f.. A zero-body 24 setting device 17 at the moments of a sinusoid zero-crossing generates strobe pulses that zero the counter 25 at the beginning of each voltage half-period f. The generator 28 generates the filling pulses of this counter, which sequentially commutes the output busses of the decider 26, starting with the youngest (Fig. 2 d). At the moment of time, through the switch 27 1, the second inputs of the elements AND in phase 9 are switched, and the first inputs of them are transferred to the output states of the former 9, determined by the parity of the voltage half-period f ..

Таким образом, в положительный пслупериод логическую единицу формирует элемент И 18, а в отрицательный - И 19, которые коммутируют управл емые по управл ющему электро ду тиристоры 29 и 30 через ограничительные резисторы 31.1 и 31.2. В положительный полупериод в соответствии с диаграммой В (фиг. 2) открываетс тиристор 29, в отрицательный полупериод - тиристор 30. Обеспечиваетс широтно-импульсна коммутаци симистора 1 разнопол рными импульсами в соответствии с пол рностью приложенного к его силовым электродам напр жени сети f (фиг. 2 В). Это вызывает рассмотренную высокочастотную модул цию заполненных по фазе б полупериодов синусоиды (фиг. 2 А).Thus, in a positive pseudo-period, the logical unit is formed by an element EI 18, and in a negative unit E 19, which commute the controlled thyristors 29 and 30 through the limiting resistors 31.1 and 31.2. In the positive half-period, in accordance with the diagram B (Fig. 2), the thyristor 29 opens, in the negative half-period - thyristor 30. Pulse-width switching of the triac 1 with opposite-polarity pulses is provided in accordance with the polarity of the network f applied to its power electrodes (Fig . 2 C). This causes the considered high-frequency modulation of the half-periods of the sinusoid filled in phase b (Fig. 2A).

По каналу обратной св зи посредством интегратора 16 осуществл етс стабилизаци скорости электродвигател 35. Пусть, например, в результате возмущающих факторов колебани напр жени , изменени температуры и т.д. изменилась частота высокочастотного преобразовани синусоидал ного напр жени (синус-преойразовани ) в сторону увеличени частоты. На выходе интегратора 16 формируетс более высокий уровень посто нного напр жени , что вызывает изменение частоты генератора 28 в сторону уменьшени . Это измен ет фазу 9 заполнени таким образом, что обеспечиваетс противодействие возмущающему фактору, и вызывает стабилизацию скорости электродвигател .The feedback channel by means of the integrator 16 stabilizes the speed of the electric motor 35. Suppose, for example, as a result of disturbing factors of voltage fluctuations, temperature changes, etc. the frequency of the high-frequency conversion of the sinusoidal voltage (sine-transforming) has changed in the direction of increasing frequency. At the output of the integrator 16, a higher level of constant voltage is formed, which causes the frequency of the generator 28 to change in the direction of decreasing. This alters the filling phase 9 in such a way as to counteract the disturbing factor, and stabilizes the speed of the motor.

Блок 21 переключаетс в другое ,состо ние при подаче нв вход управлени 1 вместо О. Очевидно, что при подаче на вход управлени О блок 21 вновь переключаетс в исходное состо ние. Реверс фазы импульсов в блоке 21 определ ет возможность переключени обмоток управлени 33 и 34 посредством ключей 20.1-20.4 с подключением их соответственно к выходам (а-б) и (в-г) импульсных элементов 3.1 и 3.2 (фиг.1) или в последовательности (в-г) и (а-б), что обеспечивает реверсирование электродвигател 35. Модул цией входа.управлени блока 21 (фиг. 1) 1 и О при измен ющейс частоте сигнала управлени обеспечивают широкий диапазон изменени момента противовключени электродвигател 35 и подход исполнительного органа к П)Ложению позиции без выбега. Следовательно ,- принудительное переключение элемента 21 при необходимости торможени противовключением при подходе к позиции либо изменение фазы опорного напр жени на 180 эл.град, измен ет знак крут щего момента электродвигател .Block 21 switches to another state, when applying control input 1 instead of O. Obviously, when supplying control input O, block 21 again switches to its original state. The reverse of the phase of the pulses in block 21 determines the possibility of switching the control windings 33 and 34 by means of keys 20.1-20.4 with connecting them respectively to the outputs (a-b) and (b-d) of pulse elements 3.1 and 3.2 (figure 1) or in sequence (c-d) and (ab-b), which provides reversal of the electric motor 35. By modulating the input-control of block 21 (Fig. 1) 1 and O with a varying frequency of the control signal, they provide a wide range of variation of the counter-torque of the electric motor 35 and body to P) Position position without running out. Consequently, the forced switching of the element 21, if it is necessary to brake by switching on when approaching the position or changing the phase of the reference voltage by 180 degrees, changes the sign of the torque of the electric motor.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с базовым вл етс (при достигнутых высоких технико-экономических показател х) отсутствие трансформаторов в цеп х питани , снижающих надежность и значительно увеличивающих габариты и массу подобных устройств. Предлагаемое устройство позвол ет создать простую твердотельную специализированную интегральную схему.The advantage of the proposed device in comparison with the base is (with the achieved high technical and economic indicators) the absence of transformers in the power supply circuits, which reduce the reliability and significantly increase the size and weight of such devices. The proposed device makes it possible to create a simple solid-state specialized integrated circuit.

fcfc

00

Фиг.FIG.

Фиг. 3FIG. 3

Claims

A FREQUENCY CONVERTER containing a triac unit with self-extinguishing and two outputs, the input of which is designed to be connected to the mains, an amplifier of opposite polarity pulses with the first output of the first resistor turned on, a pulse shaper with antiphase outputs, a master, a reference voltage source made in the form of two identical two-anode zener diodes connected in series, whose common point. connected to the device’s common wire, the free zener diodes are designed to be connected through the second resistor and the third two-anode zener diode to the supply network, a half-wave rectifier, characterized in that, in order to expand the range of regulation of the output voltage, it is equipped with two And elements, a pulse phase reversal unit , by a block of power switches connected according to a cross-switch circuit, an integrator, the master is equipped with a null-body controlled by a pulse generator, a counter, a decoder, and a switch sensor and RS-trigger, and the input of the pulse shaper is designed to be connected to the mains, and its antiphase outputs are connected to the first inputs of the corresponding elements And and the input of the pulse reverser block, the output of which is connected to the control input of the power switch block, the information inputs of which are connected to the outputs the triac unit, and the outputs are designed to connect to the load, the output of the triac unit through an integrator and a controlled generator is connected to the counter input of the counter, the reset input of which is black Ez nullorgan is designed to connect to the mains, the outputs of the counter through a decoder and switch are connected to the S- and R-inputs of the RS-trigger; the output of which is connected to the second inputs of the elements And, the outputs of the elements And are connected to the control inputs of an amplifier of bipolar pulses, the power inputs of which are connected in parallel to the first and second two-anode zener diodes and the input of a half-wave rectifier, the output of which is connected to a capacitor and to the power supply circuits of the converter information blocks, the second output the first resistor is connected to the control input of the triac unit.

SU .1173501