SU1753560A2 - Регулируемый преобразователь переменного напр жени в переменное - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике. Сущность изобретени : смгнал с выхода датчика напр жени  12 поступает на инвертирующий вход усилител  2Г Гв 32 и на выходе усилител  32 происходит частична  компенсаци  сигнала. При изменении разностного сигнала измен етс  угол проводимости тиристорного узла 11. Ведение в состав блока 14 задани  управл ющего напр жени  преобразовател  16, элемента И-НЕ 17, элемента И 18, элемента ИЛИ 26, диодов 20, 28, токорграничиваю- щих элементов 23, 27, ключевых элементов 24,25, конденсатора 29, повторител  напр жени  30, интегрирующего элемента 31, триггера 15 и источника опорного напр жени  19 позвол ет осуществить плавное изменение напр жени  на нагрузке от нулевого напр жени  до напр жени  стабилизации и обратно за фиксированный интервал времени. 2 ил. СП -.SHIH-SptL .J VJ ел со СП о ю Фиг.

Description

Изобретение относитс  к электротехике , в частности к преобразовательной ехнике, и может быть использовано в устройствах электропитани  подогревателей катодов мощных электровакуумных и газо- бразных приборов и  вл ютс  усовершенст- вованием изобретени  по авт.св.N 1228197.

Известен регулируемый преобразователь переменного напр жени  в переменное , содержащий тиристорный узел и узел управлени , состо щий из блока синхронизации , генератора пилообразного напр же- ни , блока задани  управл ющего напр жени , компаратора и формировател  импульсов управлени , причем генератор пилообразного напр жени  содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, цифро- аналоговый преобразователь и интегратор.

Недостатком устройства  вл етс  нестабильность напр жени  на нагрузке при изменении напр жени  питающей сети, кроме того, известное устройство не позвол ет производить плавное изменение (уменьшение и увеличение) напр жени  на нагрузке за фиксированный интервал времени от нулевого напр жени  до номинального и наоборот по внешнему сигналу управлени .

Целью изобретени   вл етс  расширение регулировочных возможностей известного устройства путем стабилизации переменного напр жени  на нагрузке, а также плавного изменени  напр жени  на нагрузке от нулевого значени  до напр жени  стабилизации и от напр жени  стабилизации до нулевого значени  фаз фиксированный интервал времени.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в регулируемый преобразователь переменного напр жени  введены счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов генератора пилообразного напр жени , датчик напр жени  на на- грузке, блок задани  управл ющего напр жени  снабжен четырьм  входами и содержит RS-триггер, входы которого  вл ютс  первым и вторым входами блока зада- ни  управл ющего напр жени , преобразователь напр жени  в длительность импульса, тактовый вход которого  вл етс  третьим входом блока задани  управл ющего напр жени  и соединен с выходом счетчика: элемент И-НЕ, элемент И, источник опорного напр жени , диод, компаратор, источник питани , первый и второй токоограничительные элементы, первый и второй ключевой элементы, элемент ИЛИ, второй диод, конденсатор, интегрирующий элемент, повторитель напр жени .

Выход преобразовател  напр жени  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 питани  через

0 первый токоограничительный элемент соединен с анодом первого диода и первым выводом первого ключевого элемента, управл ющий вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ, второй

5 токоограничительный элемент первым выводом подключен к первому выводу второго ключевого элемента, управл ющий вход второго ключевого элемента подключен к выходу элемента ИЛИ, катод первого диода

0 и второй вывод второго токоограничитель- ного элемента соединены с первой обкладкой конденсатора и входом повторител  напр жени , выход которого через интегрирующий элемент соединен с анодом второго

5 диода, первыми входами разностного усилител  и компаратора блока задани  управл ющего напр жени .

Второй вход разностного усилител   вл етс  четвертым входом блока задани  уп0 равл ющего напр жени  и подключен к выходу датчика напр жени  на нагрузке, а выход разностного усилител   вл етс  выходом блока задани  управл ющего напр жени , отрицательный полюс источника

5 питани  соединен с вторыми выводами первого и второго ключевых элементов, второй обкладкой конденсатора и отрицательным полюсом источника опорного напр жени , положительный полюс которого соединен с

0 входом управлени  преобразовател  напр жени  в длительность импульса, катодом второго диода и вторым входом компаратора блока задани  управл ющего напр жени , выход упом нутого компара5 тора 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

0 величины напр жени  питающей сети измен етс  величина напр жени  на нагрузке, так как угол управлени  тиристорным узлом не зависит от величины сетевого напр жени  или напр жени  на нагрузке и опреде5 л етс  только величиной сигнала, поступающего на вход компаратора устройства с выхода блока задани  управл ющего напр жени . Введение в устройство датчика напр жени  на нагрузке и св зь датчика с блоком задани  управл ющего напр жени  позвол ют измен ть угол управлени  тиристорным узлом в зависимости от величины напр жени  на нагрузке и таким образом осуществл ть стабилизацию напр жени  на нагрузке при изменении се- тевого напр жени .

Известное устройство не позвол ет осу- ществл ть плавное изменение напр жени  на нагрузке от нулевого значени  до напр жени  стабилизации и от напр жени  ста- билизации до нулевого значени  за фиксированный интервал времени. Введение в известное устройство счетчика преобразовател  напр жени  в длительность импульса, триггера, элементов И-НЕ, И, ИЛИ, источника питани , источника анодного напр жени , повторител  напр жени ,двухдиодов,двух токоограничительных элементов, конденсатора , интегрирующего элемента, разност- ного усилител  и компаратора позвол ет осуществить плавное изменение напр жени  на выходе блока задани  управл ющего напр жени , согласовать интервал времени плавного изменени  напр жени  с величи- ной напр жени  стабилизации и таким образом производить управление напр жением на нагрузке.

На фиг.1 приведена структурна  схема предлагаемого преобразовател ; на фиг.2- временные диаграммы, по сн ющие работу преобразовател .

Регулирующий преобразователь переменного напр жени  в переменное содержит блок 1 синхронизации, генератор 2 пилообразного напр жени , состо щий из генератора 3 тактовых импульсов, счетчика 4, цифроаналогового преобразовател  5, интегратора 6, формирователь 7 импульсов управлени , состо щий из элемента И 8 и согласующего блока 9, компаратора 10, ти- ристорный узел 11, датчик 12, напр жени  на нагрузке, счетчик 13, блок 14 задани  управл ющего напр жени , состо щий из триггера 15, преобразовател  16 напр же- ни  в длительность импульса, элемента И- НЕ 17, элемента И18, источника 19 опорного напр жени , диода 20, компаратора 21, источника 22 питани , токоограни- чительного элемента 23, ключевых элементов 24 и 25, элемента ИЛИ 26, токо- ограничительного элемента 27, диода 28, конденсатора 29, повторител  30 напр жени , интегрирующего элемента 31, разностного усилител  32,

Первый выход блока 1 подключен к первому входу элемента 8 формировател  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 преобразовател  5 генератора 2 и вторым входом элемента 8 формировател  7, выход преобразовател  5 через интегратор 6 подключен к первому входу компаратора 10, выход которого соединен с третьим входом элемента 8 формировател  7, выход элемента 8 через согласующий блок 9 подключен к входу управлени  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  вл ютс  третьим и четвертым входами блока 14, пр мой выход триггера 15 соединен с первым входом элемента 17, инверсный выход триггера 15 соединен с первым входом элемента 18, первый вход блока 14  вл етс  тактовым входом преобразовател  16, выход преобразовател  16 соединен со вторыми входами элементов 17 и 18, выход элемента 17 подключен к входу управлени  ключевого элемента 24, выход элемента 18 подключен к пр мому входу элемента 26, инверсный вход элемента 26 соединен с третьим входом элемента 17 и выходом компаратора 21, выход элемента 26 соединен с входом управлени  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 повторител  30 напр жени , выход повторител  30 напр жени  через интегрирующий элемент 31 соединен с первыми выводами компаратора 21, разностного усилител  32 и анодом диода 20, катод диода 20 подключен к второму входу компаратора 21, положительному полюсу источника 19 и установочному входу преобразовател  1б, второй вход усилител  32  вл етс  вторым входом блока 14, выход усилител  32  вл етс  выходом блока 14.

Преобразователь 16 может быть выполнен по схеме ждущего мультивибратора, врем задающа  цепь которого  вл етс  установочным входом преобразовател .

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

Повторитель 30 напр жени  может быть выполнен по схеме истокового повторител  напр жени .

Преобразователь работает следующим образом.

После подачи напр жени  питани  триггер 15 устанавливаетс  любым известным способом в состо ние, соответствующее уровню логического нул  на пр мом выходе. При каждом переходе сетевого напр жени  через нулевое значение блок 1 синхронизации вырабатывает импульс, которым устанавливает в ноль счетчик 4. После окончани  данного импульса счетчик 4 начинает счет импульсов, поступающих на его тактовый вход с генератора 3, частота которого выбрана такой, чтобы за полпериода сетевого напр жени  счетчик 4 не доходил до максимального заполнени . Одновременно с этим импульсы с выхода генератора 3 поступают на вход счетчика 13, На выходе счетчика 4 формируетс  двоичный код счета, поступающий на цифроана- логовый преобразователь 5 Выходное напр жение цифроаналогового преобразовател  5 сглаживаетс  интегратором 6, в результате чего на инверсном выходе интегратора 6 формируетс  пилообразное напр жение с частотой, равной частоте сетевого напр жени  (фиг.2б).

На выходе счетчика 13 формируютс  импульсы, поступающие на тактовый вход преобразовател  16. Длительность импульсов , формируемых на выходе преобразовател  16 (фиг,2в) зависит от величины напр жени  источника 19 опорного напр жени . Сувеличением напр жени  источника 19 длительность формируемых импульсов возрастает. Импульсы с выхода преобразовател  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 нул  с пр мого 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 э: емента 17 формируетс  сигнал логической единицы, поступающий на вход управлени  ключевого элемента 24 и перевод щий последний в провод щее ео- сточние. При этом ток источника 22 питани 

замыкаетс  по цепи: положительный полюс источника 22, токоограничительный элемент 23, провод щий ключевой элемент 24, отрицательный полюс источника 22 и ограничиваетс  элементом 23. Падение напр жени  на элементе 24 близко к нулевому значению (фиг.2ж), диод 28 заперт. На выходе элемента 26 формируютс  импульсы с длительностью, равной длительности им0 пульсов формируемых преобразователем 16, поступающие на вход управлени  ключевого элемента 25 и привод щие к его периодическому переводу в провод щее состо ние.

5 Ток через элемент 25 в провод щем состо нии отсутствует, поскольку конденсатор 29 в исходном состо нии (в момент включени  устройства) разр жен. Напр жение с конденсатора 29 через повторитель 30

0 напр жени , имеющий высокое входное сопротивление , и интегрирующий элемент 31 поступает на инвертирующий вход компаратора 21 и неинвертирующий вход усилител  32. На второй вход усилител  32

5 поступает нулевое напр жение с выхода датчика 12 напр жени  на нагрузке. Сигнал на выходе разностного усилител  32, поступающий на второй вход компаратора 10, равен нулевому значению, сигнал на выходе

0 компаратора 10 соответствует логическому нулю и запрещает прохождение импульсов через элемент 8 формировател  7 импульсов управлени . Тиристорный узел 11 нахо- дитс  в непровод щем состо нии. Диод 20

5 заперт обратным напр жением источника 19 опорного напр жени .

После поступлени  сигнала на перевод устройства в режим плавного увеличени  напр жени  на нагрузке до напр жени 

0 стабилизации (сигнал поступает на вход триггера 15 в момент времени Т1, фиг.2г), триггер 15 измен ет состо ние. Сигнал, поступающий с инверсного выхода триггера 15 на один их выходов элемента 18, запре5 щает прохождение импульсов через элемент 18, на входе управлени  ключевого элемента 25 устанавливаетс  сигнал логического нул , и ключевой 25 переводитс  в разомкнутое состо ние. Сигнал, поступаю0 щий с пр мого выхода триггера 15 на один из входов элемента 17 разрешает прохождение импульсов через элемент 17, импульсы отрицательной пол рности с выхода элемента 17 поступают на вход управлени 

5 ключевого элемента 24.

Ключевой элемент 24 периодически переводитс  в запертое состо ние, что приводит к формированию на нем импульсов положительной пол рности (фиг.2ж), длительность которых определ етс  преобразователем 16, а частота - счетчиком 13 и генератором 3. Во врем  запертого состо ни  ключевого элемента 24 ток источника 22 питани  через элемент 23 и диод 28 поступает в цепь конденсатора 29.

Конденсатор 29 зар жаетс , напр жение на конденсаторе увеличиваетс  (фиг.2з). В паузах между зар дными импульсами, когда диод 28 заперт, напр жение на конденсаторе 29 остаетс  неизменным, так как посто нна  времени разр да конденсатора 29, определ ема  величиной емкости конденсатора , током утечки диода 24 и входным сопротивлением повторител  30 напр жени , выбрана относительно большой. Напр жение ступенчатой формы с конденсатора 24 через повторитель 30 поступает на интегрирующий элемент. На вы- ходе элемента 31 формируетс  плавно нарастающее напр жение (фиг.2и), поступающее на неинвертирующий вход усилител  32 и инвертирующий вход компаратора 21. Сигнал с выхода усилител  32 поступает на инвертирующий вход компаратора 10, на второй вход компаратора 10 поступают импульсы пилообразного напр жени , синхронизированные с частотой питающей сети.

В моменты времени, когда напр жение на инвертирующем входе компаратора 10 превышает напр жение на неинвертирующем входе, на выходе компаратора 10 формируютс  сигналы логической единицы, поступающие на вход элемента 8 и разрешающие прохождение, управл ющих импульсов на вход тиристорного узла 11 (фиг.2к). В соответствии с ростом напр жени  на выходе интегрирующего элемента 31 происходит увеличение длительности провод щего состо ни  тиристорного узла 11 и напр жени  на нагрузке (фиг.2л). Сигнал с выхода датчикг 12 напр жени  поступает на инвертирующий вход усилител  32, и на выходе последнего происходит частична  компенсаци  сигнала, поступающего на его неинвертирующий вход.

В момент времени Т2 (фиг.2и) напр жение на выходе элемента 31 достигает значение , равного величине напр жени  источника 19 опорного напр жени . Диод 20 переводитс  в провод щее состо ние, напр жение на выходе интегрирующего элемента 31 и пр мом входе усилител  32 ограничиваетс  на уровне напр жени  источника 19, компаратор 21 переводитс  в противоположное состо ние (фиг.2е), под действием приложенных к его входам напр жений . Сигнал, соответствующий уровню логического нул , поступает на вход элемента 17 и инверсный вход элемента 26. Это приводит к переводу ключа 24 в провод щее состо ние на врем  Т ТЗ-Т2 нахождени  компаратора в состо нии логического нул  на выходе и к запрету подзар да конденсатора 29, а также к формированию на

выходе элемента 26 импульса положительной пол рности с длительностью Т ТЗ-Т2, поступающего на вход управлени  ключа 25. Ключ 25 на врем  Т переводитс  в провод щее состо ние, что прив одит к частич0 ному разр ду конденсатора 29 через элемент27 и провод щий ключевой элемент 25 (фиг.2з).

Напр жение на выходе интегрирующего элемента 31 также незначительно умень5 шаетс  относительно достигнутого ранее уровн , Компаратор 21 возвращаетс  в первоначальное состо ние (фиг.2е). При поступлении очередного запирающего импульса с выхода элемента 17 ключ 24 размыкаетс , а

0 конденсатор 29 подзар жаетс  (фиг,2з). Таким образом, напр жение на выходе интегрирующего элемента 31 достигает некоторого установившегос  значени , близкого к величине напр жени  источника

5 19, и устройство работает в режиме стабилизации напр жени  на нагрузке: при изменении напр жени  питающей сети сигнал на выходе датчика 12 также измен етс , что приводит изменению разностного сигнала

0 на выходе усилител  32 и изменению угла проводимости тиристорного узла 11.

При поступлении сигнала на R вход триггера 15 последний переводитс  в противоположное состо ние (фиг.2г) момент

5 времени Т4 и устройство начинает работать в режиме плавного уменьшени  напр жени  на нагрузке от напр жени  стабилизации до нулевого напр жени . Сигнал логического нул , поступающий с пр мого

0 выхода триггера 15 на вход элемента 17, запрещает прохождение импульсов через данный элемент, ключ 24 переводитс  в провод щее состо ние (фиг.2ж) и диод 28 закрываетс . Сигнал логической единицы,

5 поступающий с инверсного выхода триггера 15 на вход элемента18 , разрешает прохождение импульсов через данный элемент, на выходе элемента 26 формируютс  импульсы положительной пол рности, под действием

0 которых ключевой элемент25 периодически переводитс  в провод щее состо ние, и конденсатор 29 разр жаетс  через элемент 27 и ключ 25 (фиг.2з). На выходе интегрирующего элемента 31 формируетс  плавно

5 уменьшающее напр жение (фиг.2и), что приводит к уменьшению времени провод щего тиристорного узла и плавному уменьшению напр жени  на нагрузке (фиг.2л).

В предлагаемом преобразователе величина стабилизированного напр жени  на

нагрузке может регулироватьс  путем изменени  величины напр жени  источника 19 опорного напр жени . При увеличении (уменьшении) величины напр жени  источника 19 происходит увеличение (уменьшение ) длительности импульсов, формируемых на выходе преобразовател  16 напр жени  в длительность импульса. При этом, независимо от величины требуемого стабилизированного напр жени  на нагрузке, врем  плавного увеличени  (уменьшени ) напр жени  на нагрузке от нулевого (стабилизированного) значени  до стабилизированного (нулевого) значени  остаетс  неизменным.

Предлагаемый преобразователь обеспечивал на нагрузке стабилизированное напр жение 10-18 В (0,1 В) при токе до 800 А, и изменении напр жени  питающей сети 380 40В. Врем  плавного изменени  напр жени  на нагрузке составл ет 3 мин. Длительность импульсов, формируемых преобразователем 16, равна 5-7 мкс, частота 1 Гц.

Преобразователь предполагаетс  использовать дл  питани  цепи подогревател  катода мощного электровакуумного прибора.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Регулируемый преобразователь переменного напр жени  в переменное по авт.св.Ыг 1228197,отличающийс  тем, что, с целью расширени  регулировочных возможностей, в него введены счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов генератора пилообразного напр жени , датчик напр жени  на нагрузке , блок задани  управл ющего напр жени  снабжен четырьм  входами и содержит RS-триггер, входы которого  вл ютс  первым и вторым входами блока задани  управл ющего напр жени , преобразователь напр жени  в длительность импульса, тактовый вход которого  вл етс  третьим входом блока задани  управл ющего напр жени  и соединен с выходом счетчика, элемент И-НЕ, элемент И, источник опорного напр жени , диод, компаратор , источник питани , первый и второй токоограничительные элементы, первый и второй ключевые элементы, элемент, ИЛИ, второй диод, конденсатор, интегриру ющий элемент, повторитель напр жений,

   выход преобразовател  напр жени  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 питани  через первый токоограничительный элемент соединен с анодом первого диода и первым выводом первого ключевого элемента, управл ющий вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ, второй токоограничительный элемент первым выводом подключен к первому выводу второго ключевого элемента, управл ющий вход

   второго ключевого элемента подключен к выходу элемента ИЛИ, катод первого диода и второй вывод второго токоограничитель- ного элемента соединен с первой обкладкой конденсатора и входом повторител  напр жени , выход которого через интегрирующий элемент соединен с анодом второго диода, первыми входами разностного усилител  и компаратора блока задани  управл ющего напр жени , второй вход

   разностного усилител   вл етс  четвертым входом блока задани  управл ющего напр жени  и подключен к выходу датчика напр жени  на нагрузке, а выход разностного усилител   вл етс  выходом блока задани  управл ющего напр жени , отрицательный полюс источника питани  соединен с вторым выводами первого и второго ключевых элементов, второй обкладкой конденсатора и отрицательным

   полюсом источника опорного напр жени , положительный полюс которого соединен с входом управлени  преобразовател  напр жени  в длительность импульса, катодом второго диода и вторым входом компаратора блока задани  управл ющего напр жени , выход компаратора соединен с третьим входом элемента И-НЕ и инвертирующим входом элемента ИЛИ, неинвертирующий вход которого подключен к выходу элемента И.