Задающий генератор для трехфазного инвертора

Задающий генератор регулятора частоты для трёхфазного асинхронного двигателя

Трёхфазные асинхронные двигатели находят широкое применение в промышленности и в быту благодаря своей простоте и надёжности. Отсутствие искрящего и греющегося коллекторнощёточного узла, а также простая конструкция ротора обуславливают долгий срок их эксплуатации, упрощают профилактику и обслуживание. Однако при необходимости регулировать частоту вращения вала такого двигателя возникают сложности. Для этого обычно применяют специальные преобразователи, называемые частотными регуляторами, изменяющие частоту питающего двигатель напряжения. Такие регуляторы нередко позволяют питать трёхфазный двигатель от однофазной сети, что особенно актуально при их применении в быту.

Частотным регуляторам посвящено довольно много статей, например, [1-3]. К сожалению, большинство описанных конструкций не очень подходят для повторения, поскольку они либо слишком сложны [1], либо (как регулятор, описанный в [2]) построены из дорогих деталей, стоимость которых достигает половины стоимости регулятора промышленного изготовления. Дополнительные функции регулятора [2] необходимы далеко не всегда. Поэтому для многих простых применений такой регулятор невыгоден. Устройство, описанное в [3], несложно по схеме, но организовать плавное регулирование частоты вращения с его помощью затруднительно.

Оптимальным для повторения можно считать устройство, описанное в [1], если его немного упростить. Оно построено на дешёвых широко распространённых микросхемах, поэтому нет нужды покупать дорогостоящие микроконтроллеры или специализированные модули. В описываемом в настоящей статье устройстве из [1] оставлен только формирователь импульсов управления. Остальное изменено с целью упрощения.

Как известно, при уменьшении частоты питающего двигатель напряжения необходимо пропорционально снижать и его амплитуду. Проще всего это делать с помощью широтно-импульсной модуляции формируемого напряжения. В [1] для этого использованы отдельный генератор и пять микросхем. Это не очень удобно, поскольку требует применять для управления двигателем сдвоенный переменный резистор и налаживать два генератора, да и число микросхем можно сократить.

Я использовал другой способ реализации широтно-импульсной модуляции, позволяющий упростить устройство и его налаживание. Теперь оно состоит из регулируемого по частоте генератора импульсов постоянной длительности, счётчика-делителя частоты следования импульсов генератора на три, формирователя импульсов управления и оптронов, управляющих силовыми ключами инвертора постоянного напряжения в трёхфазное переменное.

Формирователь импульсов управления делит частоту поступающих на него импульсов на шесть. Излучающие диоды оптронов включены так, что ток через них течёт только в отрезки времени, когда на выходе генератора установлен высокий логический уровень напряжения, а на соответствующем выходе формирователя импульсов управления — низкий. Поэтому каждый полу-период напряжения, подаваемого на обмотку двигателя, состоит из девяти импульсов постоянной длительности, но с регулируемыми паузами между ними. При этом снижение эффективного значения напряжения, подаваемого на обмотки, происходит автоматически по нужному закону за счёт увеличения скважности при понижении его частоты.

Принципиальная схема задающего генератора частотного регулятора, использующего такой принцип, изображена на рис. 1. Он разработан для системы питания осевого вентилятора с трёхфазным двигателем мощностью 0,37 кВт. На триггере Шмитта DD3.4 и транзисторе VT1 построен генератор импульсов. Рассмотрим его работу с момента, когда конденсатор C9 разряжен и на выходе триггера DD3.4 установлен высокий логический уровень, а на выходах параллельно соединённых триггеров DD3.5 и DD3.6 — низкий.

Рис. 1. Принципиальная схема задающего генератора частотного регулятора

Конденсатор C9 начинает заряжаться через резистор R12 и сопротивление сток-исток транзистора VT1, зависящее от напряжения на его затворе. В некоторый момент времени напряжение на конденсаторе превысит верхний порог переключения триггера, уровень на выходе которого станет низким. Далее начнётся разрядка конденсатора C9. После того как напряжение на конденсаторе достигнет нижнего порога переключения триггера, всё повторится сначала.

Длительность импульса низкого уровня на выходе триггера DD3.4 и высокого уровня на выходах триггеров DD3.5 и DD3.6 неизменна и определяется постоянной времени цепи C9R13. А продолжительность пауз между импульсами зависит от напряжения на затворе полевого транзистора VT1, которое устанавливают переменным резистором R3. Чем оно выше, тем меньше сопротивление сток-исток транзистора, следовательно, короче паузы между импульсами и выше частота их следования. При максимальной частоте паузы между импульсами минимальны, поэтому напряжение, подаваемое на обмотки двигателя, близко к напряжению силовых ключей.

При понижении частоты длительность пауз увеличивается, что ведёт к уменьшению среднего значения напряжения на обмотке двигателя.

Переменным резистором R3 и регулируют частоту вращения двигателя, а подстроечным резистором R4 устанавливают её минимальное значение. Резистор R12 определяет минимальную длительность пауз между импульсами.

Такой генератор сложнее, чем в [1], но применён по нескольким причинам. Во-первых, он позволяет получить широкий интервал регулирования частоты при небольшом сопротивлении переменного резистора R3. У большинства переменных резисторов при переходе подвижного контакта с металлического контакта на резистивное покрытие (или наоборот) происходит резкое изменение сопротивления. Причём, чем больше номинальное сопротивление резистора, тем ярче это свойство проявляется. А в обычном генераторе для получения широкого интервала регулирования требуются именно высокоомные переменные резисторы. На практике этот эффект проявляется как резкий рывок вала двигателя и бросок потребляемого им тока при приближении движка переменного резистора к крайнему положению.

Во-вторых, стало возможным реализовать плавный запуск двигателя без существенного усложнения устройства. Это актуально для вентиляторов, особенно центробежных, поскольку момент инерции рабочего колеса у них, как правило, довольно велик, что способствует длительной работе двигателя в пусковом режиме со значительным превышением номинального потребляемого тока.

В-третьих, благодаря тому что частотой генератора управляют изменением постоянного напряжения, при необходимости легко организовать дистанционное регулирование частоты вращения вала двигателя.

Для реализации плавного пуска служат элементы C2, R1, R2, VD1, а также реле K2. В момент включения питания цепь обмотки реле K2 разорвана, излучающие диоды оптронов U1-U6 отключены от генератора импульсов, конденсатор C2 разряжен. В этом состоянии подстроечным резистором R2 устанавливают минимальную частоту следования импульсов генератора, с которой начнётся запуск двигателя. Следует отметить, что минимальная частота зависит в некоторой степени и от положения движка переменного резистора R3.

При нажатии на кнопку SB1 «Пуск» реле K2 своими контактами K2.2 подключит оптроны к генератору. Конденсатор C2 начнёт заряжаться в основном через резистор R2. Напряжение на затворе транзистора, а следовательно, и частота генератора плавно увеличиваются. Подбирая ёмкость конденсатора C2, можно изменять скорость разгона двигателя. Когда частота генератора достигнет значения, установленного переменным резистором R3, диод VD1 закроется. Конденсатор C2, заряжаясь до напряжения питания через резистор R2, на дальнейшую работу генератора не влияет.

При нажатии на кнопку SB2 «Стоп» реле K2 отключает оптроны, а контактами K2.1 разряжает конденсатор C2. Реле K1 управляет узел токовой защиты частотного регулятора. При перегрузке оно размыкает цепь питания обмотки реле K2. Для дополнительной защиты частотный регулятор подключён к сети через автоматический выключатель с током отключения 3 А.

Если плавный пуск и управление частотным регулятором с помощью кнопок не требуются, все элементы, находящиеся на схеме внутри штрих-пунктирной рамки, можно не устанавливать. Вместо участка сток-исток транзистора VT1 следует включить по схеме реостата переменный резистор сопротивлением 100 кОм. Ёмкость конденсатора C9 лучше увеличить до 470 нФ, а сопротивление резисторов R12 и R13 выбрать соответственно
200 Ом и 1,6 кОм. Аноды излучающих диодов оптронов U1-U6 следует соединить с выходами триггеров DD3.5 и DD3.6 напрямую.

С выхода триггера DD3.4 импульсы поступают на вход счётчика DD4, коэффициент деления которого установлен равным трём. Формирователь импульсов управления построен на счётчике DD1, элементах 3ИЛИ-НЕ микросхемы DD2 и триггерах Шмитта DD3.1-DD3.3. Его работа достаточно подробно описана в [1] и [2].

Работу узла управления поясняют временные диаграммы сигналов в некоторых его точках, показанные на рис. 2. В качестве выходных сигналов фазы А показаны токи, протекающие через излучающие диоды оптронов U1 и U4. Поскольку, в отличие от [1], в рассматриваемом устройстве все процессы синхронизированы с частотой генератора, так называемое мёртвое время At между открытыми состояниями разных силовых ключей, равное по длительности паузе между импульсами генератора, обеспечивается автоматически. При указанных на схеме номиналах резистора R12 и конденсатора C9 и максимальной частоте импульсов её длительность — не менее 30 мкс.

Рис. 2. Временные диаграммы сигналов

Полевой транзистор КП501А можно заменить на BSN304 или серии КП505. Вместо микросхемы 74НСТ14 лучше установить один из её функциональных аналогов КР1554ТЛ2, 74АС14, отличающихся повышенной нагрузочной способностью. Применять здесь микросхемы серии К561, а тем более К176 не следует.

1. Нарыжный В. Источник питания трёхфазного электродвигателя от однофазной сети с регулировкой частоты вращения. — Радио, 2003, № 12, с. 35-37.

2. Галичанин А. Система частотного управления асинхронным двигателем. — Радио, 2016, № 6, с. 35-41.

3. Хиценко В. Три фазы из одной. — Радио, 2015, № 9, с. 42, 43.

Автор: Е. Герасимов, станица Выселки Краснодарского края

Мнения читателей

• Валерий / 16.02.2020 — 16:39

https://photos.google.com/share/AF1QipNAMSZR1wSu8LzLQbCn6mOPIALbW730e__AVpbmDk43JE1IoAJNz66Ov0nm8r59ng/photo/AF1QipM_moLoFg5Ur3tBIq3li8MDSElh9yTPJpb885v6?key=UEdCeldFdTVMM2Q3ZFB0dDJaOW1zRXRQMm9VZ0pRЭто ссылка на фото и схему инвертора, как подключить Ваше устройство к этому инвертору для вращения двигателя. Ответ пришлите на почту:perm.pvu@mail.ru

Валерий / 10.02.2020 — 15:39

https://photos.app.goo.gl/dVMkBT4pjrMy5VHZ7Как подключить Ваше устройство к инвертору (ссылка на инвертор)?

Валерий / 10.02.2020 — 15:08

Подскажите, пожалуйста, как подключить это устройство к инвертору для вращения двигателя.

петр / 10.09.2018 — 17:16

Номера выводов кр1561ле10 не соответствуют справочнику

Александр / 24.05.2017 — 19:40

В качестве выходных сигналов фазы А показаны токи, протекающие через излучающие диоды оптронов U1 и U4Через U1 и U2Зачем инвертировать сигнал для драйверов -(А, В, С)

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Задающий генератор для преобразования 1 фазной сети в 3-х фазную

Перемещаясь по сайтам и форумам довольно часто встречаю одну и ту же проблему: есть трех фазные асинхронные двигатели, но нет трех фазной питающей сети. Народ ухищряется как может, двигатели подключают к одно фазной сети с помощью фазосдвигающего конденсатора, как результат потеря мощности в лучшем случае около 60% + затрудненный старт двигателя даже под небольшими нагрузками. Есть конечно множество разных способов включения трех фазных двигателей в одну фазу, но всем им свойственен один и тот же недостаток потеря мощности.

Наилучшим способом выхода из положения видится применение преобразователя 1 фазы в 3. Относительно не сложная схема создает полноценное питание для трех фазных асинхронных двигателей и позволяет использовать их на полную мощность при питании от обычной городской одно фазной сети 220В/50Гц.
В этой статье будет рассмотрен задающий генератор для такого преобразователя.

Существует великое множество различных вариаций схем на эту тему. И в основном трех фазные ЗГ строятся на микроконтроллерах, конечно это оправдано тем, что схема упрощается фактически до одного корпуса и нескольких ключей. На лицо и выигрыш в цене и в габаритах.

Но, у схем построенных на МК есть один существенный недостаток, это плохая повторяемость, так как большинство радиолюбителей и самоделкиных как правило не владеет наукой о написании программ и дальнейшей прошивки микропроцессоров, в большинстве случаев посмотрев на описание такой схемы и почесав голову отказываются от повторения.

При разработке схемы, которая здесь представлена, ставилась задача максимальной простоты, надежности и повторяемости, а так же доступности компонентов.

Схема создает на своих 6-ти выходах полноценный трехфазный сигнал с выдержанными фиксированными паузами (мертвое время) между импульсами, (это необходимо для предотвращения сквозных токов через транзисторы силовых ключей), для управления трех транзисторных полумостов, в диагонали которых будет подключаться трехфазный двигатель. Но о выходной части преобразователя в следующей статье, а сейчас мы рассмотрим работу задающего генератора.

На элементах U1a. U1d микросхемы 4011BD построен генератор импульсов, задающий частоту генератора.
Импульсы с тактового генератора подаются на счетные входы мультиплексоров
4017BD .

Мультиплексоры включены таким образом, что их выходы создают сдвиговый регистр из 20 выходов, то есть последовательность перебегающего по 20 выходам импульса, по порядку очередности. Это своеобразный «пластилин» из которого можно формировать импульсы необходимой последовательности для 3 фазного ПН.

Основные требования к сигналу такие:
1. Необходимо получить три импульса сдвинутые относительно друг друга по времени на 120 градусов, на трех независимых выходах ЗГ.
2. Так же необходимо получить еще три импульса, но уже в противофазе к первому пункту.
3. Ну и было бы весьма замечательно получить небольшие паузы между импульсами так называемый death time (мертвое время).
Это необходимо для того, что бы исключить сквозные токи на транзисторных ключах которые могут вывести их из строя, так как в силовой части преобразователя применяются три полумоста, в диагонали которых будет включен электродвигатель. Но об этом позже, я упомянул эту часть только для того, что бы было ясно для чего необходим death time.
Именно такой сигнал и «слеплен» на приложенной схеме.

Чтобы в живую посмотреть как это все работает, надо установить программу MULTISIM 10. Можно его запустить и посмотреть как все работает и осциллограммы выходов.

Продолжение следует!
Во второй части статьи мы рассмотрим непосредственно саму силовую часть 3 фазного преобразователя.

Плату в формате .lay и файл проекта для Multisim 10 вы можете скачать ниже

Задающий генератор для трехфазного инвертора

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Журналы, книги, сборники
▪ Архив статей и поиск
▪ Схемы, сервис-мануалы
▪ Электронные справочники
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Голосования
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать — советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(200000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua

сделано в Украине

БЕСПЛАТНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА

В нашей Бесплатной технической библиотеке Вы можете бесплатно и без регистрации скачать
Задающий генератор для трехфазного инвертора, статья 2008 года из журнала Радио.

В результатах поиска запишите название журнала, год и номер. Затем нажмите на ссылку «скачать в Бесплатной технической библиотеке» и бесплатно скачайте архив с нужным Вам номером.

Полное название статьи и дополнительная информация:
Долгий, А. Задающий генератор для трехфазного инвертора. ТЕМАТИКА: Радиоэлектроника / Радиоаппаратура. ОПИСАНЫ: генераторы, задающие генераторы, инверторы, микроконтроллеры, принципиальные схемы, схемы принципиальные, трехфазные инверторы, трехфазные электродвигатели, электродвигатели. АННОТАЦИЯ: Тема питания трехфазного электродвигателя от однофазной сети не нова, но по-прежнему остается актуальной. Сегодня предлагается еще одно техническое решение проблемы. Для упрощения задающего генератора — основы трехфазного инвертора, обеспечивающего питание такого двигателя, — автор статьи предлагает использовать микроконтроллер.

Для быстрого бесплатного скачивания можно сразу перейти в нужный раздел Библиотеки.

Поиск по книгам, журналам и сборникам:

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

Трехфазный инвертор

Номер патента: 504283

Текст

ОЛ ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1) 5 О 48:3 ТОР СКОМУ СВИДВ 1 ВЛЬСТВУ 6) Дополнительное к авт, с ву(2:)17 Э 550) М. Кл,Н 02 М 7/4 й вкиГосударственный комнт Совета йнннстроа ССС оо делам нзобретеннй н открьтнй8.02.76ания опи Бюллетень7 ания 20.0 З. Уб. публии 2) Авт Н. Н, Лаптев, М. зобретеиия 7) Заявит 54) ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТО й пребытьчных иссил о едИзобретение от ся к ово образовательной технике и может использовано при пострэении вт ри точников питания. УИзвестны трехфазные инверторы, состоящие из двух однофвзных инверторов, соединенных по Т-образной схеме, квждь иэ которых содержит задающий генератор тройной частоты, ведущий и ведомый пр вврительные усилители, причем виз них улучшение формы кривой в напряжения достигается введением ву на нуле длительностью 60 о.Однако для таких инверторов характерна значительная динамическая ошибка по сдвигу фаз между выходными напряжениями так квк сдВиг упраВляюших сигиалоб задается парвметрич.ски и поэтому не обладает достаточной стабильностью, что приводит к перервэмериванию выходного фильтра инвертора,С целью облегчения выходного фильтра и уменьшения динвмиче:кой ошибки по сдвигу фаз между выходными напряжения ми выходы задающего генератора и ведувьялов Ь, Л, Увн-Золи и И. А. Болтовни щего предусилителя первого одпофазногоинвертора соединены по схеме «И» иподключены в блокирующем направлениик цепи синхронизации ведущего предусилителя второго оанофа:злого иньерторв,причем цепь синхронизации соединеназадающим генератором второго инвертора.На фиг. 1 изображена схема предлагаемого инвертора; на фиг. 2 — даны вре- О менные диаграмМы нв его элементах.Инвертор состоит из двух однофазныхинверторсв, каждый из которых содержитсиловую часть 1, 2, задающий геиер,1 тор тройной частоты 3 4, ведущий 5, еа 6 и ведомый 7, 8 предварительные уси:1 ители, причем задающие Генераторы пе:и.1 ои второго инверторсв соединены междусобой при помощи фазосдвигаюшего устройства 9, управляв лого измерительным 20 органом 10 1 напряжениям0 -т.Инвергор работает следующим обраПри йключении напряжения питания навыходном трансформаторе 11 зачаюшего йй генератора 3 появляется прямоугольное5042833напряжение О тройной частоты. За счетдействия задержки на дросселе 12 ведущийпредусилитель 5 первого инвертора работает в режиме делителя частоты на три ина его выходном трансформаторе 13 появляется прямоугольное напряжение основнойчастоты. Ведомый предусилитель 7 первого инвертора, синХронизируемый суммойсигналов с трансформаторов 11 и 13, формирует на своем выходном трансформаторе 14,щпрямоугольное напряжение, сдвинутое нао60 относительно напряжения ведущегопредусилителя 5. Напряжения на трансфор-маторах, 13 и 14 используются для управления силовой частью первого инвертора, цна выходе котоРОЙ возникает напряжениеЦ, не содержащее гармоник, кратныхО 1трем,Одновременно напряжение на выходепервого задающего генератора 3 синхрони:эирует через фазосдвигаюшее устройство 9,например магнитный усилитель, второйзадающий генератор 4. В результате наего выходном трансформаторе 15 появляется прямоугольное напряжение тройной 2 бчастоты, сдвинутое относительно напряжения первого задающего генератора 3 наугол а .Сумма напряжений (У Ячереэ транзисторы второго задающего генератора 4 30синхронизирует ведущий предусилитель 6второго инвертора, на выходном трансформаторе 16 которого появляется напряжениеосновной частоты, сдвинутое относительно йапряжейия 0 приблизительно на 90 . 35оУправление ведомым предусилителем 8 второго инвертора производится аналогично.управлению в первом инверторе. В резуль 4тате на трансформаторе 17 предусилителя 8 появляется напряжение, сдвинутое на 60 о относительно напряжения Ур . Напряжения на трансформаторах 16 и 17 используют: ся для управления силовой частью второго инвертора, на выходе которого возникает напряжение Ое .Выходные трансформаторы силовых частей первого и второго инверторов включены по Т-образной схеме, образуя трехфазную систему напряжений.Стабилизация атих напряжений осуществляется за счет воздействия измерительрго органа 10 на фазосдвигающее устройство 9, обеспечивающее регулируемый сдвиг напряжения. Оа относительно 0 в интервале углов 60 о,120 оформула изобретенияТрехфазный инвертор, состоящий из включенных на выходе по Т-образной схеме однофаэных инверторов, каждый из которых содержит задающий генератор тройной частоты, ведущий и ведомый предварительные усилители, о т л и ч а ю — щ и й с я тем, что, с целью облегчения выходного фильтра и уменьшения динамической ошибки по сдвигу фаз между выходными напряжениями, выходы задающего генератора и ведущего предусилителя первого рднофазного инвертора соединены по схеме «И» и подключены в блокирующем направлении к цепи синхронизации ведущего предусилителя второго однофазного инвертора, причем цепь синхронизапии соединена с задающим генератором второго инвертора.504283 и Составитель Е. ДорошинРедактор Т, фадеева Техред М, Лик,ивич КорректорС. Болдижа Заказ 1 14 2 БНИИПИ х ов СССР ал ППП «Патент., г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Тираж 88 Государственного по дедам 35, Москва, Ж-ЭПодписноеомитета Совета Министробретений и открытийРаушская набд. 4/5

Заявка

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ М-5374

ЛАПТЕВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ, ЗАВЬЯЛОВ МИХАИЛ ПЕТРОВИЧ, УАН-ЗОЛИ БОРИС ЛАЗАРЕВИЧ, ВОЙТОВИЧ ИГОРЬ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Генератор напряжения с регулируемыми частотой и амплитудой

Номер патента: 519838

. времени апериодическихзвеньев 1 и 2, Выходы элементов 12 и 13 40суммирования подсоединены соответс -: нок входам апериодических звеньев 1 и 2,В схеме генератора по фиг. 1 осущесчвляется преобразование вектора напряжения,задаваемого двумя составляющими Б 0 и 151 во вращающихся с частотой Я. осяхкоординат, в вектор напряжения, задаваемыйдвумя составляющими 0и О , в неподвижных осях координат.Обратная связь по частоте осуществляется в генераторе с помощью цепей, составленных из элементов 1 и 3, 2 и 4.Определитель 5 амплитуды, принципиальная схема которого представлена на фиг, 2,выполнен с помощью элемента 16 суммирования и двух трехфазных резисторно-диодныхзвезд 17 и 18, К первым фазам этих звездподсоединены выходы апериодического.

Устройство для регулирования напряжения синхронного генератора изменяющейся частоты, питающего асинхронный двигатель буровой установки

Номер патента: 122201

. (например к стартерной батарее) н через выпрямитель б к трансформатору б тока с подмагничивацием, включенному в цепь статора генератора. Таким образом осуществляет. ся ксмпаундирование тока возбуждения возбудителя. К обмотке 7 подМ 122201 мяГцичиВяния подясгся цяпряжецце с сопротиВления 8, пропорциоцяльцое току возбуждсция генератора. Обмотка 9 через регулируемое сопротивление 10 питается от источника цеизмецного напряжения и являезся задающей, причем цамагцичцваюшие силы обмоток 7 и 9 Направлены встречно.Система автоматического регулирования обеспечивает поддержание заданного зцачет 1 ия тока возбуждецця гецератора, уставка которого определяегся цамагничиваюшей силой обмотки 8 и может изменяться посредством регулируемого сопротивления.

Генератор напряжения инфранизкой частоты

Номер патента: 1088104

. управляемый двоичный счетчик 15, счетный вход которого соединен с выходом преобразователя 6, и триггер 16 счета, нулевой установочный вход которого соединен с выходом счетчика 15, а единичный установочный вход соединен с вторым входом преобразователя 6 и с первыми входами элементов И-НЕ 14, вторые входы, которых соединены е третьим входом преобразователя 6, а выходы4 соединены с установочными входами счетчика 15, а также элемент И 17, первый вход которого является пер» вым входом преобразователя 6,второй вход соединен с входом триггера 16, а выход подключен к выходу преобра зователя 6. 104 4Выходы элементов И 20 и И 21 соединены соответственно с прямым иинверсным входами усилителя 10.В исходном состоянии делителя2 и 3 частоты.

Генератор импульсов, частота следования которых пропорциональна произведению сигналов напряжения и частоты

Номер патента: 591162

. сигнал полается на вход триггера Шчитта 4 (фцг. Зб), с вымола которого полученный прямо) гольный сигнал подается на вхол мультивибратора 5 (фиг. Зв), который делит частоту поступающих импульсов на лва (фцг. Зг). Длггтеггьность импульсов н пауз этого сигнала равны. Сигнал с выхода хгультцвибратора 5 поступает на олггг цз входов эисчента И 6, на выхоле которого появляется импульс только тогда, когда ца обоих его входах присутствуют сгггцалг г, соответствующие л гической елин» 1 чплитуда импульсов и ньгхоле элемецпга 11 6 (фгг. Зд) стабилизирована стабцлизатороч 7. На конденсаторе 9 выделяется среднее напряжение (фцг. Зе) в виде постоянного напрякения, на которое наложен пилообразный ,цгнал с малой амплитудой ц экспоненциальнычц отрезками.

Функциональный генератор напряжения ступенчатой формы

Номер патента: 331405

. блок-схема описываемого функционального генератора.Функциональный генератор содержит задаЗо ющий генератор импульсов 1, реверсивный и331405 О. Быков 1 ехред Л . Орлова Соста аггел в% ЗОЗ Подши пос аказ 1458 Изд,Тп 1 пгк 448НИИПИ Комитета по делая 1 открытий при Совете МиниМосква, Ж, Раущская и изобретен тров ССС аб, д, 4/5 разрядный счетчик 2, схему формирования напряжения ступенчатой формы 8, делитель частоты 4, дешифратор с четырьмя выходами 5, триггер управления 6, инвертор 7, две схемы совпадения 8, 9 и сумматор 10. 5 Выход задающего генератора 1 соединен с одним из входов делителя частоты 4, изменяюшего период следования импульсов. Второй вход делителя частоты соединен с одним из 1 О выходов дешифратора 5, в котором заложена.

Задающий генератор для трехфазного инвертора

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники, может быть использовано для питания с частотой 400 Гц бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), а также для питания высокочастотного инструмента частотой 400 Гц или 200 Гц.

Известны трехфазные инверторы со звеном постоянного тока, включением нагрузки по схеме звезда, с продолжительностью (λ) открытого состояния управляемых ключей половины периода (λ=180° эл.), в которых фазное напряжение на нагрузке имеет двухступенчатую форму [Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И.М.Чиженко. Киев. Изд-во: Техника, 1978, с.131, 132, рис.3.38 и 3.39б,в].

Недостатками таких инверторов являются относительно низкая надежность из-за возможности протекания сквозных токов через противофазные управляемые вентили всех фаз при переключении, а также высокий коэффициент нелинейных искажений, т.е. значительное отличие выходного напряжения от синусоидального.

Существуют схемы формирования трехфазных последовательностей импульсов управления вентилями каждой фазы, но они не позволяют формировать интервал между включениями противофазных вентилей [В.Л.Шило. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. — М.: Металлургия, 1988, с.59, рис.1.38а, б].

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является трехфазный инвертор со звеном постоянного тока, который выполнен по мостовой схеме, содержащий полностью управляемые ключи с встречно-параллельно соединенными диодами, нагрузки фаз, соединенные по схеме звезда, блок управления и вспомогательные ключи, соединенные с соответствующими фазами нагрузки и дополнительным конденсатором, причем основные ключи находятся в проводящем состоянии 5/12Т, а вспомогательные 1/12Т, где Т — период выходного напряжения [Патент (РФ) №2125761, Н02М 7/5387,1999].

Недостатками данного устройства являются большое число дополнительных элементов, сложность, а также относительно низкая надежность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных показателей устройства, повышение надежности и качества выходного напряжения за счет контроля и управления генератором паузы.

Задача решается тем, что в трехфазный инвертор со звеном постоянного тока, выполненный по мостовой схеме, содержащий полностью управляемые ключи с встречно-параллельно соединенными диодами, нагрузки фаз, соединенные по схеме звезда, блок управления, согласно изобретению блок управления содержит задающий генератор, формирователь трехфазной последовательности импульсов и задатчик параметров периода выходного напряжения Т и коэффициента мощности нагрузки cos φ_н, вход которого подключен к цепи нагрузки, генератор паузы включения управляемых ключей и первый, второй, третий дешифратор управляющих импульсов ключей противофазных плеч соответствующих фаз инвертора, входы которых соединены с выходом генератора паузы включения управляемых ключей и соответствующими выходами формирователя трехфазной последовательности импульсов, выход задающего генератора подключен к первому входу генератора паузы включения управляемых ключей и второму входу задатчика параметров периода выходного напряжения Т и коэффициента мощности нагрузки cos φ_н.

Поставленная задача решается также способом управления трехфазным инвертором со звеном постоянного тока, по которому согласно изобретению длительность паузы между включениями управляемых ключей противофазных плеч инвертора при cos φ_н=1,0÷0,8 задают 0,05Т÷0,044Т.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена схема трехфазного инвертора, на фиг.2 — временные диаграммы напряжений.

Инвертор состоит из силовых модулей 1-6, состоящих из ключей и диодов, включенных встречно-параллельно ключам, которые соединены по мостовой схеме одним зажимом с отрицательным зажимом источника питания 7, а другим — с соответствующей фазой нагрузки 8. Блок управления 9 состоит из задающего генератора 10, формирователя трехфазной последовательности импульсов 11, первого дешифратора управляющих импульсов 12, второго дешифратора управляющих импульсов 13, третьего дешифратора управляющих импульсов 14 каждой фазы А,В,С, генератора паузы 15 и задатчика параметров периода выходного напряжения Т, коэффициента мощности нагрузки cos φ_н 16 (фиг.1).

От задающего генератора 10 поступают импульсы (U10) (фиг.2) формирователю трехфазной последовательности импульсов 11, выдающего импульсы управления (U11) на верхние и нижние силовые модули 1-6 каждого плеча моста в течение полупериода выходного напряжения. Длительность паузы между включениями противофазных плеч инвертора (tп) задается генератором паузы 15, на вход которого подаются импульсы с задающего генератора 10. Генератор паузы 15 осуществляет одновременное введение паузы в первый, второй, третий дешифраторы управляющих импульсов 12, 13, 14. Импульсы поступают с блока управления 9 на верхние (U1) и нижние (U2) силовые модули 1-6 каждого плеча моста с паузой между включениями противофазных плеч инвертора. Задатчик параметров периода выходного напряжения Т и коэффициента мощности нагрузки cos φ_н 16, на вход которого поступают с задающего генератора 10 импульсы, осуществляет контроль и управление генератором паузы 15 по полученным значениям периода выходного напряжения Т, коэффициента мощности нагрузки cos φ_н с нагрузки фаз 8.

Как видно из временных диаграмм, напряжение на нагрузке (U8) имеет трехступенчатую форму с паузой между включениями управляемых ключей противофазных плеч инвертора, что приближает форму фазного напряжения к синусоидальной. Это приводит к уменьшению содержания нечетных гармоник, следовательно, улучшается качество выходного напряжения устройства.

Пример конкретной реализации способа.

От задающего генератора 10 подают импульсы формирователю трехфазной последовательности импульсов 11, выдающего импульсы управления на верхние и нижние силовые модули 1-6. Длительность паузы между включениями противофазных плеч инвертора для значения cos φ_н=1,0 задают генератором паузы 15, равной значению 0,05Т. Генератор паузы 15 осуществляет одновременное введение значения 0,05Т в первый, второй, третий дешифраторы управляющих импульсов 12,13,14. Импульсы поступают с блока управления 9 на верхние и нижние силовые модули 1-6 каждого плеча моста с паузой, равной значению 0,05Т между включениями противофазных плеч инвертора, формируя трехступенчатую форму выходного напряжения.

Применение данного трехфазного инвертора позволяет упростить схему, уменьшить габариты и вес, повысить надежность устройства. Способ управления трехфазным инвертором со звеном постоянного тока приближает форму выходного напряжения к синусоидальной, что улучшает качество выходного напряжения при значениях cos φ_н=1,0÷0,8.

Задающий генератор для трехфазного инвертора

Усилие козни 220В подается на автотрансформатор T1, а с его подвижного контакта на выпрямительный мост VD1 с фильтром C1, L1, C2. На выходе фильтра выходит изменяемое неизменное усилие Uрег, применяемое фактически для кормленья мотора.

Усилие Uрег через резистер R1 еще подается на задающий генератор DA1, проделанный на микросхеме КР1006ВИ1 (забугорный вариант NE555). В итоге такового включения обыденный генератор прямоугольных импульсов преобразуется в ГУН (генератор, управляемый напряжением). Потому, при увеличении напряжения Uрег возрастает а также частота генератора DA1, что приводит к увеличению частоты вращения мотора. При понижении напряжения Uрег сообразно миниатюризируется а также частота задающего генератора, что дозволяет избежать перегрев обмоток а также перенасыщение магнитопровода статора.

В той же журнальной статье создатель дает вариант задающего генератора, кой дозволяет освободиться от применения автотрансформатора. Методика генератора показана на рисунке 7.

Генератор выполнен на другом триггере микросхемы DD3, на схеме обозначен как DD3.2. Частота задается конденсатором C1, регулировка частоты исполняется переменным резистором R2. Совместно с регулировкой частоты меняется а также продолжительность импульса на выходе генератора: при снижении частоты продолжительность миниатюризируется, потому усилие на обмотках мотора падает. Таковой принцип управления именуется широтно импульсной модуляцией (ШИМ).

В разглядываемой любительской схеме емкость мотора мала, кормленье мотора делается прямоугольными импульсами, потому ШИМ довольно примитивна. В настоящих индустриальных частотных преобразователях великий мощности ШИМ специализирована для формирования на выходе напряжений фактически синусоидальной формы, как показано на рисунке 8, а также для реализации работы с разными перегрузками: при неизменном моменте, при неизменной мощности а также при вентиляторной перегрузке.

Набросок 8. Выкройка выходного напряжения одной фазы трехфазного инвертора с ШИМ.

Цифровые формирователи трехфазного напряжения с ШИМ-управлением

Texas Instruments CD4017B CD4070B CD4093B

Михаил Шустов, г. Томск

Рассмотрены схемы цифровых формирователей трехфазного напряжения регулируемой частоты с возможностью плавного управления шириной заполняющих выходной импульс высокочастотных сигналов в пределах от 1 до 99%.

Формирователи трехфазных сигналов с возможностью регулирования частоты выходных сигналов и их интеграла мощности с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) известны из монографий и журнальных статей последних лет [1–3]. Несмотря на очевидный прогресс в совершенствовании схем устройств подобного назначения, они остаются избыточно сложными для повторения. Ниже приводятся две схемы относительно простых цифровых формирователей трехфазного напряжения регулируемой частоты с возможностью управления шириной заполняющих выходной импульс высокочастотных сигналов.

Формирователи трехфазных сигналов (Рисунки 1 и 2) построены по аналогичной структурной схеме и включают генератор импульсов повышенной частоты с независимой регулировкой частоты и скважности [4], делитель частоты, формирователь трехфазных сигналов и выходные каскады.

Рисунок 1.	Формирователь трехфазного напряжения с мультиступенчатым переключением частоты выходных импульсов и независимым управлением ширины заполняющих выходной импульс высокочастотных сигналов.

Формирователь, Рисунок 1, содержит собственно генератор прямоугольных импульсов на элементе DD1.1 микросхемы CD4093 (КР1561ТЛ1) с коэффициентом заполнения, близким к 99%, работающий на частоте порядка 20 кГц. На элементе DD1.2 выполнен узел плавной регулировки ширины сигналов задающего генератора. Регулировка ширины импульсов (коэффициента заполнения D) в пределах от 1 до 99% производится потенциометром R2.

Рисунок 2.	Формирователь трехфазного напряжения с плавной перестройкой частоты выходных импульсов и независимым управлением ширины заполняющих выходной импульс высокочастотных сигналов.

На элементах DD2.1 и DD2.2 микросхемы CD4070 (К561ЛП2) выполнен целочисленный делитель частоты входного сигнала, имеющий коэффициент деления примерно от 13 до 267. Этот коэффициент деления ступенчато задается плавной регулировкой потенциометра R4 и зависит от RC-постоянной времени (R3+R4)C2. Несмотря на то, что коэффициент деления меняется ступенчато, при больших значениях этого коэффициента ступенчатая перестройка частоты выходного сигнала несущественно отличается от плавной перестройки.

На микросхеме DD3 CD4017 (К561ИЕ8) выполнен делитель частоты входного сигнала на 3 и, одновременно, формирователь трехфазного напряжения.

Выходные каскады на каждую из фаз выполнены по идентичным схемам (блоки A, B и С). На вход каждого из этих каскадов поступает сигнал соответствующей фазы (A, B и С) частотой 25…500 Гц и, одновременно, сигнал частотой порядка 20 кГц, плавно регулируемый по коэффициенту заполнения от 1 до 99%. В итоге на выходах (A, B и С) устройства формируются серии высокочастотных (

20 кГц) импульсов регулируемой ширины (от 1 до 99%) в пределах длительности низкочастотных (25…500 Гц) трехфазных сигналов.

Второй формирователь трехфазного напряжения, Рисунок 2, имеет генератор импульсов с независимой регулировкой частоты и скважности [4], выполненный на элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы CD4093 (КР1561ТЛ1). Генератор работает на частоте 1.5…12 кГц (перестройка потенциометром R2). Регулировка коэффициента заполнения D производится потенциометром R4 в пределах от 1 до 99% и совершенно не зависит от частоты генерации.

Сигнал с выхода задающего генератора поступает на вход двухступенчатого делителя частоты, выполненного на микросхемах DD2 и DD3 CD4017 (К561ИЕ8). Второй каскад делителя (микросхема DD3) одновременно выполняет функции формирователя трехфазного напряжения. Итоговый коэффициент деления частоты равен 30 (10×3).

Выходные каскады устройства, Рисунок 2, выполнены по схеме, идентичной приведенной ранее на Рисунке 1.

В итоге на выходе формирователя трехфазного напряжения, Рисунок 2, формируются серии из 30 высокочастотных (1.5…12 кГц) импульсов регулируемой ширины (от 1 до 99%) в пределах длительности низкочастотных (50…400 Гц) трехфазных сигналов.