ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ РЕВЕРСИВНЫХ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С РАЗДЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Тюгаев А.В.,Лопухова Е.А.

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)


Номер: 5-1
Год: 2015
Страницы: 82-86
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

Переключатель характеристик, развертывающий преобразователь, интегратор, широтно-импульсная модуляция (ШИМ), амплитудный модулятор (АМ), релейный элемент, Switch of characteristics, developing converter, integrator, pulse-width modulation (PWM), amplitude modulation (AM), relay element

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Рассматривается интегрирующий переключатель характеристик (ПХ) для реверсивных тиристорных преобразователей с раздельным управлением. Устройство содержит сумматор, интегратор, релейный элемент и звенья, определяющие коэффициент пропорционального усиления развертывающего преобразователя (РП), а так же блок логической функции «Исключающее ИЛИ» и сглаживающий фильтр. Для повышения временной и температурной стабильности характеристик ПХ возможно использование РП с противофазно примыкающими циклами развертывающего преобразования. Приведена структурная схема, временные диаграммы сигналов и основные расчетные соотношения. Показана высокая помехоустойчивость и температурная стабильность характеристик в сравнении с известными преобразователями аналогичного функционального назначения, что является следствием замкнутого характера структуры ПХ и наличия интегратора в его прямом канале регулирования.

Текст научной статьи

Общим недостатком переключателей характеристик (ПХ) на основе операционных усилителей (ОУ) [1] является их нелинейность в области «малых» сигналов, обусловленная свойствами p - n - перехода ключей, осуществляющих коммутацию входов ОУ, а также сравнительно низкая помехоустойчивость. Отмеченного недостатка лишены ПХ с широтно- или частотно-широтно-импульсной модуляцией, выполненные на основе интегрирующих развертывающих преобразователей (РП) (рис.1 а). Рис.1. Структурная схема (а) и временные диаграммы сигналов (б) интегрирующего переключателя характеристик РП содержит сумматор S, интегратор И, релейный элемент РЭ и звенья , определяющие коэффициент пропорционального усиления РП. В состав ПХ входят также блок Л логической функции «Исключающее ИЛИ» и сглаживающий фильтр Ф. Информационный сигнал, поступающий на вход РП, преобразуется в поток импульсов с частотно-широтно-импульсной модуляцией (ЧШИМ) (рис.1 б). Командный логический сигнал «0» и «1» (для групп силовых вентилей «Вперед» («В») или «Назад» («Н»)) подается на второй вход блока Л, формируя знак импульсов на входе сглаживающего фильтра Ф, предназначенного для выделения постоянной составляющей импульсов с выхода Л. Например, при «В» = 0 (рис.1 б) среднее значение выходных импульсов РП имеет положительный знак, и в случае «Н» = 1 - также оказывается положительным, несмотря на изменение знака сигнала на информационном входе РП. Амплитуда пульсаций на выходе Ф сохраняется постоянной во всем диапазоне изменения входного сигнала ПХ [2]. При этом во входной цепи РП отсутствуют какие-либо цепи коммутации входов ОУ, что упрощает конструкцию ПХ и его настройку. Схема не накладывает каких-либо ограничений на закон модуляции, осуществляемом в РП. Так широтно-импульсная модуляция (ШИМ) в РП, наиболее приемлемая при цифровой обработке информации, может быть получена путем синхронизации РЭ от внешнего генератора пилообразного напряжения ГПН (рис.1 а) [3, 4]. Единственным условием является постоянство и симметрия амплитуды выходных импульсов Р, что необходимо для исключения смещения «нуля» статической характеристики ПХ. Переключатели характеристик с ШИМ или ЧШИМ имеют чувствительность в области «малых» сигналов на уровне линейных ОУ, обладают высокой помехоустойчивостью, присущей принципу интегрирующего развертывающего преобразования, и стационарным значением входного сопротивления, которое не зависит, как это имеет место в традиционных структурах ПХ [1], от коммутации входов ОУ. Частоту несущей в ПХ целесообразно выбирать в пределах 10 - 20 кГц. Для повышения временной и температурной стабильности характеристик ПХ (рис.1 а) вместо автоколебательного каскада S, И, РЭ можно использовать РП с противофазно примыкающими циклами развертывающего преобразования (рис.2) [5 - 7]. Рис.2. Структурная схема развертывающего преобразователя с противофазно примыкающими циклами РП относится к классу интегрирующих развертывающих амплитудно-частотно-широтно-импульсных систем, включающих амплитудный модулятор АМ, автоколебательный каскад на сумматоре S, интеграторе И и релейном элементе РЭ с неинвертирующей петлей гистерезиса и симметричными относительно нулевого уровня порогами переключения , делитель частоты ДЧ с коэффициентом деления 2,0 и блок Л логической функции «Равнозначность». При нулевом уровне входного сигнала (рис.3 а, ) сигнал на выходе АМ отсутствует (рис.3 б) и среднее значение импульсов на выходе РЭ и блока Л за интервал дискретизации равно нулю (рис.3 в). При подаче входного сигнала (рис.3 а, ) на выходе АМ формируются прямоугольные импульсы с амплитудой, равной , и с частотой выходного сигнала ДЧ (рис. 3 б - г). Рис.3. Временные диаграммы сигналов преобразователя с противофазно примыкающими циклами В интервале (рис. 3 в) темп развертки определяется разностью выходных сигналов АМ и РЭ, и в интервале - суммой этих сигналов. Здесь: - нормированное значение порогов переключения РЭ; - нормированное значение входного сигнала ; - амплитуда выходных импульсов блоков РЭ и Р. После завершения цикла (рис. 3 в) происходит переключение ДЧ (рис. 3 г) и изменение знака сигнала на выходе АМ (рис. 3 б). В результате следующий, примыкающий к , цикл преобразования имеет параметры и ориентирован противофазно по знаку импульсов по отношению к предыдущему циклу . В результате демодуляции выходного сигнала РЭ с помощью функции «Равнозначность» на выходе блока Л формируется сигнал с постоянной составляющей , пропорциональной входному сигналу (рис. 3 д), где - период выходных импульсов . Полоса пропускания РП при соответствует величине . Рис.4. Временные диаграммы сигналов развертывающего преобразователя с противофазно примыкающими циклами при отсутствии (а, б) и наличии (в, г) сигнала дрейфа «нуля» амплитудного модулятора и интегратора Рассмотрим влияние сигнала дрейфа «нуля» интегратора И и АМ, который оказывает наибольшее воздействие на уровень ошибки РП. Считаем, что ошибка является обобщенной, учитывает нестабильность характеристик как АМ, так и звена И, приведена к входу сумматора S (рис.2) и по знаку совпадает с сигналом . Тогда интервалы и (рис. 4 б), которые имеют место в случае (рис. 4 а), уменьшатся до значений и соответственно (рис. 4 в), а интервалы и возрастут до величин и , где:. - коэффициенты передачи сигнала дрейфа «нуля» интегратора (амплитудного модулятора) под действием входного сигнала на выход РП; - нормированное значение сигнала . В итоге, за интервал дискретизации импульсов (рис. 4 в) их постоянная составляющая равна , а относительная ошибка преобразования РП составит . В отличии от традиционных схем частотно-широтно-импульсных РП (рис.1) [2, 8 - 10], где , в рассматриваемом РП влияние сигнала звеньев И, АМ носит мультипликативный (зависимый от уровня ), характер, причем ошибка работы системы полностью отсутствует при = 0, а с ростом входного сигнала определяется величиной . Учитывая, что [11, 12], дрейф «нуля» выходного сигнала РП намного ниже, чем в известных преобразователях аналогичного класса. При этом наиболее интенсивный рост ошибки преобразования РП наступает при < 1,0.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.