устройство импульсно-фазового управления

Формула изобретения

1. Устройство импульсно-фазового управления, содержащее входной фильтр, подключенный выходом к первым двум разноименным входам двух компараторов, вторые разноименные входы которых подключены соответственно к положительному и отрицательному источникам сигнала смещения, генератор опорного напряжения, семь диодов, шесть резисторов, два транзистора, формирователь длительности управляющих импульсов и усилитель, между прямым входом которого и выходом генератора опорного напряжения включен первый резистор, инверсный вход усилителя подключен к источнику сигнала управления, а выход усилителя через второй резистор соединен с катодом первого диода, первые выводы третьего, четвертого резисторов и катод второго диода подключены к базе первого транзистора, первые выводы пятого, шестого резисторов и катод третьего диода подключены к базе второго транзистора, при этом вторые выводы четвертого и шестого резисторов объединены, а коллекторы транзисторов являются выходами устройства, отличающееся тем, что введен ключ, включенный между общей шиной питания и прямым входом усилителя, к которому также подключен анод первого диода, катоды четвертого и пятого диодов соединены между собой и подключены ко входу генератора опорного напряжения и первому управляющему входу ключа, второй управляющий вход которого подключен к источнику сигнала сброса, анод четвертого диода соединен с выходом первого компаратора и катодом шестого диода, соединенного анодом со вторым выводом третьего резистора, анод пятого диода соединен с выходом второго компаратора и катодом седьмого диода, соединенного анодом со вторым выводом пятого резистора, при этом выход усилителя подключен ко входу формирователя длительности управляющих импульсов, его выход соединен с общей точкой четвертого и шестого резистора, а аноды второго и третьего диодов, а также эмиттеры транзисторов, подключены к общей шине питания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введены два усилителя и два резистора, при этом вход второго усилителя подключен к общей точке третьего и четвертого резисторов, вход третьего усилителя подключен к общей точке пятого и шестого резисторов, а выходы усилителей через седьмой и восьмой резисторы соединены соответственно с базами первого и второго транзисторов, а также с катодами второго и третьего диодов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления тиристорными преобразователями постоянного и переменного тока.

Известно устройство импульсно-фазового управления, используемое в электроприводах фирмы Baumuller [1], входящее в трехфазную систему импульсно-фазового управления. Основу данного устройства составляет микросхема типа ТСА 785 фирмы Siemens [2], выполняющая формирование управляющих импульсов и их фазовый сдвиг в функции от напряжения управления.

Устройство содержит последовательно соединенные входной фильтр, устройство определения момента перехода синхронизирующего напряжения через ноль, синхронный регистр, логическое устройство, формирующее два противофазных управляющих импульса заданной длительности, выходы которого через логические элементы соединены с выходными ключами. Устройство также содержит источник стабильного тока, конденсатор, ключ для разряда конденсатора, образующие собой генератор пилообразного напряжения, к выходу которого подключены два компаратора, управляющие работой регистра и логического устройства.

Недостатками устройства импульсно-фазового управления являются:

1. Сложность электрической схемы, так как устройство содержит два формирователя длительности импульсов, два компаратора и специальный синхронный регистр.

2. Недостаточная надежность.

Известно также устройство импульсно-фазового управления, входящее в трехфазную систему импульсно-фазового управления (СИФУ) электропривода фирмы Bosch [3]. Основу данного устройства составляет микросхема ТСА 965, содержащая устройство определения момента перехода синхронизирующего напряжения через ноль (детектор нуля), генератор опорного напряжения, компаратор сравнения опорного и управляющего напряжений, выходное логическое устройство и другие элементы.

Недостатками данного устройства являются:

1. Сложность из-за применения большого количества логических элементов, установленных после микросхем ТСА 965.

2. Недостаточная надежность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство импульсно-фазового управления, используемое в электроприводах серии ЭПУ1М [4].

Устройство содержит входной фильтр, подключенный выходом к разноименным входам компараторов, выходы которых через резисторы соединены с катодами диодов входами логических элементов НЕ, вторые входы компараторов подключены к источникам напряжения смещения +Е1, - Е1, а аноды диодов соединены с нулевым проводом источников питания, выходы логических элементов НЕ объединены и подключены ко входу генератора опорного напряжений, выход которого соединен с первым входом усилителя, его выход соединен с R-входом RS-триггера, выход которого подключен ко входу формирователя длительности импульсов, при этом второй вход усилителя соединен с источником сигнала управления. Первый S-вход RS-триггера подключен к выходу третьего элемента НЕ, вход которого соединен с выходами двух первых элементов НЕ, а второй S-вход RS-триггера подключен к источнику сигнала сброса. Выход формирователя длительности импульсов соединен с первыми входами логических элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены со входами элементов НЕ. Выходы элементов И-НЕ соединены через резисторы с базами транзисторов подключены к источнику отпирания транзисторов, а коллекторы транзисторов являются выходами устройства.

Недостатками данного устройства являются:

1. Сложность устройства, обусловленная применением трех логических элементов НЕ, двух элементов И-НЕ, RS-триггера и дополнительных источников питания выходных транзисторов.

2. Снижение надежности и увеличение стоимости устройства, вызванные усложнением принципиальной электрической схемы.

Технический результат изобретения - упрощение устройства, снижение его стоимости и повышение надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство импульсно- фазового управления, содержащее входной фильтр, подключенный выходом к первым двум разноименным входам двух компараторов, вторые разноименные входы которых подключены соответственно к положительному и отрицательному источникам сигнала смещения, генератор опорного напряжения, семь диодов, шесть резисторов, два транзистора, формирователь длительности управляющих импульсов и усилитель, между прямым входом которого и выходом генератора опорного напряжения включен первый резистор, инверсный вход усилителя подключен к источнику сигнала управления, а выход усилителя через второй резистор соединен с катодом первого диода, первые выводы третьего, четвертого резисторов и катод второго диода подключены к базе первого транзистора, первые выводы пятого, шестого резисторов и катод третьего диода подключены к базе второго транзистора, при этом вторые выводы четвертого и шестого резисторов объединены, а коллекторы транзисторов являются выходами устройства, дополнительно введен ключ, включенный между общей шиной питания и прямым входом усилителя, к которому также подключен анод первого диода, катоды четвертого и пятого диодов соединены между собой и подключены ко входу генератора опорного напряжения и первому управляющему входу ключа, второй управляющий вход которого подключен к источнику сигнала сброса, анод четвертого диода соединен с выходом первого компаратора и катодом шестого диода, соединенного анодом со вторым выводом третьего резистора, анод пятого диода соединен с выходом второго компаратора и катодом седьмого диода, соединенного анодом со вторым выводом пятого резистора, при этом выход усилителя подключен ко входу формирователя длительности управляющих импульсов, его выход соединен с общей точкой четвертого и шестого резисторов, а аноды второго и третьего диодов, а также эмиттеры транзисторов подключены к общей шине питания, а также тем, что в указанное устройство дополнительно введены два усилителя и два резистора, при этом вход второго усилителя подключен к общей точке третьего и четвертого резистора, вход третьего усилителя подключен к общей точке пятого и шестого резисторов, а выходы усилителей через седьмой и восьмой резисторы соединены соответственно с базами первого и второго транзисторов, а также с катодами второго и третьего диодов.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет введения ключа и подключения анода первого диода к прямому входу усилителя удалось получить орган сравнения опорного напряжения с сигналом управления с двумя дополнительными функциями - с гистерезисом и с функцией сброса. Это позволило исключить из схемы RS-триггер и один логический элемент. Оригинальное подключение четвертого, пятого, шестого и седьмого диодов позволило исключить из схемы еще четыре логических элемента и несколько резисторов. Подключение эмиттеров транзисторов к общей шине питания упростило процессы их отпирания и запирания, которые выполняются непосредственно соответствующими сигналами формирователя длительности импульсов и компараторов. При этом уменьшается количество источников питания, транзисторы можно выбрать на повышенное напряжение, что уменьшит их коллекторные токи и потери мощности, а также снизит требования к коэффициенту их усиления.

Сущность также заключается во введении дополнительных усилителей, которые включены перед транзисторами (этот вариант устройства предназначен для использования в многофазных системах, выполняемых на большую мощность и требующих для управления тиристорами больших токов), и выполняют две функции - предварительное усиление управляющих импульсов и развязка между каналами в многофазных системах при сдвоении импульсов.

На фиг. 1 и 2 приведена принципиальная схема устройства импульсно-фазового управления, где приняты следующие обозначения:

1 - фильтр;

2,3 - компараторы;

4,5 - диоды:

6 - генератор опорного напряжения;

7 - резистор;

8 - усилитель:

9 - резистор;

10 - диод:

11 - ключ;

12 - формирователь длительности управляющих импульсов;

13, 14 - диоды;

15, 16, 17, 18 - резисторы;

19,20 - транзисторы (выходные ключи);

21,22 - диоды;

23,24 - усилители;

25,26 - резисторы;

+E1, -E1 - положительный и отрицательный источники сигнала смещения:

-U_г, -U_у - сигнал генератора 6 и сигнал управления;

U_p - сигнал сброса;

~U_c - напряжение синхронизации (напряжение сети);

A, X - противофазные сигналы, соответствующие положительной и отрицательной полуволне напряжения U_c:

С, Z и В, Y - противофазные сигналы от смежных каналов и к смежным каналам управления в многофазных системах.

Устройство импульсно-фазового управления содержит входной фильтр 1, компаратор 2, прямой вход которого соединен с инверсным входом компаратора 3 и выходом фильтра 1, инверсный вход компаратора 2 подключен к положительному источнику сигнала смещения +Е1, прямой вход компаратора 3 подключен к отрицательному источнику сигнала смещения -Е1, выходы компараторов 2 и 3 подключены к анодам диодов 4 и 5, их катоды объединены и подключены ко входу генератора опорного напряжения 6, соединенного выходом через резистор 7 с прямым входом усилителя 8, инверсный вход усилителя 8 подключен к источнику сигнала управления - U_у, а выход усилителя 8 соединен через резистор 9 с катодом диода 10, анод которого подключен к прямому входу усилителя 8 и первому выводу ключа 11, второй вывод ключа 11 соединен с общей шиной питания, а первый и второй управляющие входы ключа 11 подключены соответственно к катоду диода 4 и к источнику сигнала сброса Up, вход формирователя длительности управляющих импульсов 12 соединен с выходом усилителя 8, катоды диодов 13 и 14 соединены соответственно с анодами диодов 4 и 5, аноды диодов 13 и 14 соединены соответственно через резисторы 15 и 16 с резисторами 17 и 18, вторые выводы которых объединены и подключены к выходу формирователя длительности управляющих импульсов 12, общая точка резисторов 15 и 17 соединена с базой транзистора 19 и катодом диода 21, общая точка резисторов 16 и 18 соединена с базой транзистора 20 и катодом диода 22, а эмиттеры транзисторов 19, 20 и аноды диодов 21, 22 подключены к общей шине питания.

По пункту 2 устройства между общей точкой резисторов 15, 17 и базой транзистора 19, соединенной с катодом диода 21, включены последовательно соединенные усилитель 23 и резистор 25, а между общей точкой резисторов 16, 18 и базой транзистора 20, соединенной с катодом диода 22, включены последовательно соединенные усилитель 24 и резистор 26.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизирующее синусоидальное напряжение U_c фильтруется от помех в фильтре 1 и поступает на разноименные входы компараторов 2, 3, на выходах которых образуются противофазные логические сигналы с периодом, равным периоду синхронизирующего напряжения. При наличии на входах компараторов 2, 3 синхронизирующего напряжения U_с на выходе одного из них будет сигнал отрицательной полярности, а на другом - положительной, в зависимости от полярности входного напряжения. Сигнал положительной полярности проходит через диоды 4 или 5 и поступает на вход генератора 6 и ключ 11. При этом генератор 6 генерирует опорное напряжение, а ключ 11 разомкнут. На входах усилителя 8 сравниваются сигнал генератора опорного напряжения 6 - U_г и сигнал управления - U_у. В момент их равенства усилитель 8 переключается и включается формирователь длительности управляющих импульсов 12, который выдает на своем выходе импульс управления заданной длительности. Одновременно с этим выходной сигнал усилителя 8 через резистор 9 и диод 10 поступает на прямой вход усилителя 8. Этим исключаются ложные переключения усилителя 8 при наличии в сигнале U_у пульсаций. Управляющий импульс с выхода формирователя 12 поступает на транзисторы 19 и 20, но приводит к отпиранию только того из них, который не заперт отрицательным напряжением компараторов 2, 3, поступающим через диоды 13, 14. Усиленный транзистором 19 или 20 управляющий импульс выдается на соответствующий тиристор преобразователя.

В моменты перехода напряжения U_с через нуль оба компаратора 2, 3 выключены, на их выходах появляется отрицательное напряжение, которое запирает транзисторы 19, 20. При этом на катодах диодов 4, 5 образуются узкие импульсы, соответствующие логическому нулю (длительность этих импульсов определяется величиной напряжения источников Е1), которые вызывают разряд конденсатора в генераторе опорного напряжения 6 (формируют пилообразное напряжение) и включают ключ 11, который переводит усилитель 8 в исходное состояние. После перехода напряжения U_с через нуль и увеличения его больше величины Е1 снова включается соответствующий компаратор 2, 3 и цикл работы устройства повторяется.

В реверсивных тиристорных преобразователях для повышения быстродействия на второй вход ключа 11 выдается узкий импульс сброса, который поступает в момент спадания тока преобразователя до нуля. Он вызывает выключение и повторное включение усилителя 8 и позволяет выдавать повторный импульс управления на той же полуволне напряжения сети.

При введении по п. 2 дополнительных усилителей 23, 24 и резисторов 25, 26 управляющие импульсы с формирователя длительности импульсов 12 усиливаются предварительно усилителями 23, 24 и выдаются на транзисторы 19 или 20, а также на транзисторы других фаз для сдвоения управляющих импульсов в трехфазной системе импульсно-фазового управления (показано пунктирными линиями на фиг. 2).

Заявляемое устройство позволяет упростить схему СИФУ и упростить изготовление устройства импульсно-фазового управления в целом. Заявляемое устройство реализовано в опытных образах микросхем, прошло стендовые испытания и планируется к использованию с 2000 года в специализированных микросхемах и микросборках, выпускаемых нашим предприятием.

Литература.

1. Каталог фирмы Baumuller, ФРГ, N 5.86012.01, вып. 12.1986 г.

2. Каталог фирмы Siemens, ФРГ, Semiconductor Group "Phase Control 1С TCA 785" вып. 09.1994.

3. Каталог фирмы Bosch, ФРГ, N 3397/Д6, вып. 08.1985.

4. Техническое описание на унифицированные электроприводы серии ЭПУ1М, ИГФР.654 674.001 Т01, г. Чебоксары, 1991 г.