[go: up one dir, main page]

RU2681347C1 - Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs - Google Patents

Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs Download PDF

Info

Publication number
RU2681347C1
RU2681347C1 RU2017145968A RU2017145968A RU2681347C1 RU 2681347 C1 RU2681347 C1 RU 2681347C1 RU 2017145968 A RU2017145968 A RU 2017145968A RU 2017145968 A RU2017145968 A RU 2017145968A RU 2681347 C1 RU2681347 C1 RU 2681347C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
switching unit
output
control
power
Prior art date
Application number
RU2017145968A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Петрович Гаврилов
Original Assignee
Леонид Петрович Гаврилов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Леонид Петрович Гаврилов filed Critical Леонид Петрович Гаврилов
Priority to RU2017145968A priority Critical patent/RU2681347C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681347C1 publication Critical patent/RU2681347C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/021Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of more than one type of element or means, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical equipment.SUBSTANCE: invention relates to the electrical equipment. For this, the following functional units can be distinguished in the proposed device: 1. Control unit. Provides cyclical, alternate supply of control impulses of duration TI = T / n with a predetermined period T, which control the opening of electronic power switches located in the switching unit; 2. Switching unit with a group of logic elements. It provides connection using power tongs to the output terminals of the switching unit of the voltage sources generated by the power supply unit. Group of logical elements OR, located in the switching unit, allows to reduce the number of power switches in two (or more) times; 3. Power supply unit includes a set of constant voltage sources of a given value. Each voltage source in the sequence specified by the control unit is connected for a time interval by TI tongs located in the switching unit to the output terminals of the switching unit.EFFECT: technical result characterizes a decrease in dimensions and weight of the device, an increase in energy characteristics due to a reduction in losses in power switches thereof, and an increase in reliability.1 cl, 7 dwg, 2 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

1.1 Область применения1.1 Scope

Изобретение относится к области электротехники. Устройство предназначено для генерирования многофазной системы напряжений требуемой частоты, величины напряжения и числа фаз.The invention relates to the field of electrical engineering. The device is designed to generate a multiphase system of voltages of the required frequency, voltage value and number of phases.

Устройство может использоваться как в стационарных, так и мобильных системах (робототехнике) для питания многофазных двигателей переменного тока, а также для питания других многофазных потребителей электрической энергии с отличной от стандартной частотой питания. Применение в схеме устройства логических элементов позволяет сократить в два (и более) раза число силовых ключей, используемых для коммутации, по сравнению с ранее предложенным устройством [1]. Это позволяет уменьшить габариты и вес устройства, повышает его энергетические характеристики за счет сокращения потерь в силовых ключах, повышает надежность устройства. Эти характеристики важны для мобильных устройств, где габариты и вес имеют существенное значение.The device can be used both in stationary and mobile systems (robotics) to power multiphase AC motors, as well as to power other multiphase consumers of electric energy with a different frequency than the standard power supply. The use of logical elements in the device circuit allows reducing the number of power keys used for switching by two (or more) times in comparison with the previously proposed device [1]. This allows you to reduce the size and weight of the device, increases its energy characteristics by reducing losses in power switches, increases the reliability of the device. These characteristics are important for mobile devices, where dimensions and weight are essential.

II. Уровень техникиII. State of the art

II.1 Сравнение с предшествующими уровнями техникиII.1 Comparison with Prior Art

Целью изобретения является разработка устройства для генерирования многофазной системы напряжений требуемой частоты, величины напряжения и числа фаз на основе использования импульсной техники, отличающегося от ранее предложенного устройства сокращением в два (и более) раза числа силовых ключей в коммутационном блоке.The aim of the invention is to develop a device for generating a multiphase system of voltages of the required frequency, voltage value and number of phases based on the use of pulse technology, which differs from the previously proposed device by reducing two (or more) times the number of power switches in the switching unit.

Свойства симметрии синусоидальной функции Синусоидальная функция обладает следующими свойствами симметрии:Symmetry Properties of a Sinusoidal Function A sinusoidal function has the following symmetry properties:

Figure 00000001
3. e(t)= -e(t+T/2) для 0<t<T/2.
Figure 00000001
3. e (t) = -e (t + T / 2) for 0 <t <T / 2.

Эти свойства симметрии выполняются и для аппроксимирующей функции фиг. 1, представленной последовательностью импульсных функций.These symmetry properties are also valid for the approximating function of FIG. 1 represented by a sequence of impulse functions.

Эти свойства позволяют для аппроксимации синусоидальной функции использовать ограниченное число дискретных значений импульсных функций.These properties allow for the approximation of a sinusoidal function to use a limited number of discrete values of the impulse functions.

Отличительные свойства предлагаемого устройстваDistinctive properties of the proposed device

Предлагаемое устройство для генерирования многофазной системы напряжений отличается от описанного в работе [1] тем, что:The proposed device for generating a multiphase voltage system differs from that described in [1] in that:

- для сокращения числа силовых ключей в два (и более) раза в блоке коммутации используется свойство симметрии синусоидальной функции. Положительная и отрицательная полуволны синусоиды симметричны, а каждая из полуволн симметрична относительно вертикальной оси, поведенной через экстремальное значение функции;- to reduce the number of power switches by two (or more) times in the switching unit, the symmetry property of the sinusoidal function is used. The positive and negative half-waves of the sine wave are symmetrical, and each of the half-waves is symmetrical about the vertical axis, which is behaved through the extreme value of the function;

- указанным свойством симметрии обладает и аппроксимирующая синусоиду функция, состоящая из последовательности импульсных функций. Примем число импульсных функций на периоде синусоидальной функции Т равным n, а число фаз генератора m. Тогда число силовых ключей, необходимых для коммутации этих импульсных функций будет равно n⋅m;- the approximating sinusoid function, consisting of a sequence of impulse functions, also possesses the indicated symmetry property. We take the number of impulse functions on the period of the sinusoidal function T equal to n, and the number of phases of the generator m. Then the number of power switches needed for switching these impulse functions will be n⋅m;

- число импульсных функций с одинаковыми амплитудными значениями на положительной полуволне синусоиды будет равно n/4 и такое же число будет на отрицательной полуволне синусоиды. Вместе это составляет число n/2. Для коммутации импульсных функций, совокупность которых аппроксимирует синусоидальные напряжения фаз, в многофазной системе, при использовании свойств симметрии потребуется m⋅n/2 ключей;- the number of impulse functions with the same amplitude values at the positive half wave of the sine wave will be equal to n / 4 and the same number will be at the negative half wave of the sine wave. Together this amounts to n / 2. For switching impulse functions, the set of which approximates the sinusoidal phase voltages, in a multiphase system, using the symmetry properties, m⋅n / 2 keys will be required;

- в предлагаемом устройстве используются логические элементы ИЛИ (на рисунке коммутационного блока фиг. 7 используется знак 1). На вход логического элемента ИЛИ поступают сигналы с дешифратора блока управления, которые соответствуют импульсам с одинаковыми амплитудными значениями. Сигнал с выхода каждого логического элемента поступает на вход силового ключа для перевода его в открытое состояние на время действия входного управляющего сигнала;- the proposed device uses logical elements OR (in the figure of the switching unit of Fig. 7, the sign 1 is used). The input of the OR logic element receives signals from the decoder of the control unit, which correspond to pulses with the same amplitude values. The signal from the output of each logic element is fed to the input of the power key to put it in the open state for the duration of the input control signal;

- число ключей, необходимое для коммутации импульсных функций при использовании логических элементов будет равно m⋅n/2. Это в два раза меньше числа ключей в схеме, не использующей логические элементы. В ряде случаев число ключей может быть меньше m⋅n/2.- the number of keys required for switching impulse functions when using logic elements will be m⋅n / 2. This is half the number of keys in a circuit that does not use logic elements. In some cases, the number of keys may be less than m⋅n / 2.

- Очередность следования импульсов с требуемыми амплитудными значениями в каждой фазе генератора задается устройством управления и коммутационной схемой на управляемых ключах, управляющие сигналы на которые подаются с выходов логических элементов ИЛИ.- The sequence of pulses with the required amplitude values in each phase of the generator is set by the control device and the switching circuit on the controlled keys, the control signals to which are fed from the outputs of the OR logical elements.

В качестве управляемых ключей могут использоваться симисторы, транзисторные ключи требуемой полярности на основе МОП транзисторов и IGBT-транзисторов, тиристоры. Коммутационная матрица совместно с группой логических элементов ИЛИ может быть реализована по технологии изготовления микросхем.As controlled keys, triacs, transistor switches of the required polarity based on MOS transistors and IGBT transistors, thyristors can be used. The switching matrix together with a group of logical elements OR can be implemented using the technology of manufacturing microcircuits.

III. Раскрытие сущности изобретенияIII. Disclosure of the invention

III. 1 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функцийIII. 1 Approximation of a sinusoidal function by a sequence of impulse functions

На фиг. 1 пунктиром представлен отрезок синусоидальной функции на интервале 0..2π и аппроксимация этой функции последовательностью импульсных функций, когда период функции разбивается на n=12 временных интервалов. На рисунке фиг. 1 показаны амплитудные значения каждого из импульсов E1, Е2, Е3, -Е1, -Е2, -Е3. В таблице 1 записаны амплитудные значения импульсов для каждого временного интервала на периоде для каждой фазы трехфазной системы.In FIG. Dotted line 1 represents the segment of the sinusoidal function in the interval 0..2π and the approximation of this function by a sequence of impulse functions when the period of the function is divided into n = 12 time intervals. In the figure of FIG. 1 shows the amplitude values of each of the pulses E1, E2, E3, -E1, -E2, -E3. Table 1 contains the amplitude values of the pulses for each time interval in the period for each phase of the three-phase system.

Figure 00000002
Figure 00000002

Значения напряжений Е1, Е2, Е3 показаны на рисунке фиг. 1.The voltage values E 1 , E 2 , E 3 are shown in the figure of FIG. one.

Из рисунка, показанного на фиг. 1, следует, что для получения ступенчатой аппроксимирующей функции достаточно использовать n/2 источников постоянного напряжения, которые включаются на интервал времени TI в соответствующие интервалы времени. Для показанного на фиг. 1 случая n=12From the figure shown in FIG. 1, it follows that to obtain a stepwise approximating function, it suffices to use n / 2 sources of constant voltage, which are switched on for the time interval TI in the corresponding time intervals. For the one shown in FIG. 1 case n = 12

источник ЭДС Е1 включается на интервал времени TI в первый или шестой интервалы времени, источник Е2 включается во второй или пятый интервалы времени, источник Е3 включается в третий и четвертый интервалы времени, источник Е6=-Е3 включается в девятый и десятый интервалы времени, источник Е5=-Е2 включается в восьмой и одиннадцатый интервалы времени, источник Е4=-Е1 включается в седьмой и двенадцатый интервалы времени.EMF source E1 is turned on for a time interval TI in the first or sixth time intervals, source E2 is turned on in the second or fifth time intervals, source E3 is turned on in the third and fourth time intervals, source E6 = -E3 is turned on in the ninth and tenth time intervals, source E5 = -E2 is included in the eighth and eleventh time intervals, the source E4 = -E1 is included in the seventh and twelfth time intervals.

Покажем, что число силовых ключей может быть меньше n/2. На рисунке фиг. 2 показана аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций при n=24. При этом приняты следующие обозначения ЭДС импульсов:We show that the number of power switches may be less than n / 2. In the figure of FIG. Figure 2 shows the approximation of a sinusoidal function by a sequence of impulse functions at n = 24. In this case, the following designations of EMF pulses are accepted:

Е2=-Е1, Е4=-Е3, Е6=-Е5, Е8=-Е7, Е10=-Е9 E 2 = -E 1 , E 4 = -E 3 , E 6 = -E 5 , E 8 = -E 7 , E 10 = -E 9

В таблице 2 записаны амплитудные значения импульсных функций для каждого временного интервала от 1 до 24 (по числу импульсных функций) для каждой из фаз трехфазной системы ЭДС. Каждый временной интервал соответствует шагу 15° синусоидальной функции.Table 2 contains the amplitude values of the impulse functions for each time interval from 1 to 24 (according to the number of impulse functions) for each of the phases of the three-phase EMF system. Each time interval corresponds to a step of 15 ° sinusoidal function.

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Из таблицы 2 следует, что значение Е0 в каждой фазе встречается 4 раза. Следовательно, синусоидальную функцию ЭДС каждой фазы можно представить не при помощи n/2=12 импульсных функций, а при помощиFrom table 2 it follows that the value of E 0 in each phase occurs 4 times. Consequently, the sinusoidal EMF function of each phase can be represented not with n / 2 = 12 pulse functions, but with

11 импульсных функций со значениями амплитуд Е0, E1, Е2, Е3, Е4, Е5, Е6, Е7, Е8, Е9, Е10. Соответственно, в этом случае понадобится 11 силовых ключей для коммутации этих источников.11 pulse functions with amplitudes E0, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7, E8, E9, E10. Accordingly, in this case, 11 power keys will be needed to switch these sources.

III.2. Структурная схема устройстваIII.2. Device block diagram

Структурная схема устройства показана на рисунке фиг. 3.The block diagram of the device is shown in the figure of FIG. 3.

На рисунке фиг. 3 показаны следующие блоки устройства:In the figure of FIG. 3 shows the following device blocks:

1. Блок управления. Обеспечивает циклическую, с заданным периодом Т, поочередную подачу управляющих импульсов, которые управляют открытием электронных ключей, расположенных в блоке коммутации;1. The control unit. Provides a cyclic, with a given period T, alternate supply of control pulses that control the opening of electronic keys located in the switching unit;

2. Блок коммутации обеспечивает подключение к выходным клеммам блока коммутации источников, генерируемых блоком питания.2. The switching unit provides connection to the output terminals of the switching unit of the sources generated by the power supply.

3. Блок питания генерирует постоянные напряжения заданной величины. Напряжения источников подключаются ключами, расположенными в блоке коммутации к выходным клеммам блока коммутации. Отличительным для предлагаемого устройства является то, что напряжения положительной и отрицательной полярности формируются в результате последовательного соединения одинаковых по величине напряжения источников. В качестве источников питания могут приниматься гальванические батареи, аккумуляторные и конденсаторные батареи и др.3. The power supply generates constant voltage of a given value. The voltage of the sources are connected by switches located in the switching unit to the output terminals of the switching unit. Distinctive for the proposed device is that voltages of positive and negative polarity are formed as a result of a series connection of the same voltage sources. As power sources can be taken galvanic batteries, rechargeable and capacitor banks, etc.

На рисунке фиг. 3 показана структурная схема устройства с указанием внешних полюсов блоков, при помощи которых осуществляется связь блоков и управление устройством, а также показана нумерация блоков в соответствии с общей принципиальной схемой:In the figure of FIG. 3 shows a structural diagram of the device with an indication of the external poles of the blocks, with which the blocks are connected and controlled, and the numbering of the blocks is shown in accordance with the general circuit diagram:

- 14 - блок управления;- 14 - control unit;

15 - блок коммутации;15 - switching unit;

16 - блок питания;16 - power supply;

На рисунке фиг. 3 показаны полюсы, при помощи которых осуществляется взаимодействие блоков и полюсы 6 и 13, при помощи которых осуществляется управление устройством. Указаны номера полюсов в соответствии с общей принципиальной схемой устройства. Сигнал для запуска устройства вводится при помощи полюса 6. Ввод числа временных интервалов я, на которое разбивается период синусоидальной функции Т, осуществляется с использованием полюса 13. При помощи полюсов 81…8n соединяются блок управления и блок коммутации, при помощи полюсов 111…11n/2 блок питания подключается к блоку коммутации, полюсы 121…12m являются выходными, к ним подключается нагрузка.In the figure of FIG. 3 shows the poles with which the blocks interact and the poles 6 and 13, with which the device is controlled. The pole numbers are indicated in accordance with the general circuit diagram of the device. The signal for starting the device is entered using pole 6. The number of time intervals i, into which the period of the sinusoidal function T is divided, is entered using pole 13. Using the poles 8 1 ... 8 n, the control unit and the switching unit are connected, using poles 11 1 ... 11 n / 2 the power supply is connected to the switching unit, the poles 12 1 ... 12 m are output, the load is connected to them.

III.3 Блок управленияIII.3 Control unit

Схема блока управления показана на рисунке фиг. 4. Блок управления 14 предназначен для формирования управляющих импульсов в результате создания последовательности прямоугольных импульсов заданной длительности TI и подачи этих сигналов на входы логических элементов ИЛИ 9, расположенных в блоке коммутации. Блок формирует циклическую с периодом Т последовательность импульсов. Величина Т равна периоду синусоидальной функции. Число импульсов на периоде Т равно n,The circuit of the control unit is shown in the figure of FIG. 4. The control unit 14 is designed to generate control pulses as a result of creating a sequence of rectangular pulses of a given duration TI and supplying these signals to the inputs of the logic elements OR 9 located in the switching unit. The block forms a pulse sequence cyclic with a period T. The value of T is equal to the period of the sinusoidal function. The number of pulses in period T is n,

длительность одного импульса TI. Значения n и TI выбираются исходя из соображений обеспечения требуемой погрешности аппроксимации синусоидальной функции последовательностью прямоугольных импульсных функций и стоимостью реализации устройства. С увеличением n и уменьшением TI снижается погрешность и увеличивается стоимость.duration of one pulse TI. The values of n and TI are selected based on considerations of ensuring the required error of approximation of the sinusoidal function by a sequence of rectangular impulse functions and the cost of implementing the device. With an increase in n and a decrease in TI, the error decreases and the cost increases.

На рисунке фиг. 5 показаны значения управляющих импульсов для двух моментов времени - четвертый и пятый по счету импульсы в пределах одного периода Т. На рис. 5а показан четвертый по счету импульс. На интервале времени 3TI≤t≤4TI значение управляющего импульса равно 1, а для остальных интервалов времени значение управляющего импульса равно 0. На рис. 5б показан следующий за четвертым пятый импульс, действующий на интервале времени 4TI≤t≤5TI. На этом интервале времени значение управляющего импульса равно 1, а для остальных интервалов времени, в пределах периода Т, равно 0. В этих выражениях TI - значение временного интервала на котором действует импульс. Справедливо соотношение Т=nTI, где n - количество временных интервалов на одном периоде Т. Для синусоидальной функции, показанной на рисунке фиг. 1 число временных интервалов равно 12.In the figure of FIG. Figure 5 shows the values of the control pulses for two time instants - the fourth and fifth pulses in a row within the same period T. In Fig. 5a shows the fourth pulse. In the time interval 3TI≤t≤4TI, the value of the control pulse is 1, and for the remaining time intervals, the value of the control pulse is 0. In Fig. 5b shows the fourth fifth pulse following the fourth, acting on a time interval of 4TI≤t≤5TI. In this time interval, the value of the control pulse is 1, and for the remaining time intervals, within the period T, it is 0. In these expressions, TI is the value of the time interval in which the pulse acts. The relation T = nTI is valid, where n is the number of time intervals in one period T. For the sinusoidal function shown in the figure of FIG. 1 the number of time slots is 12.

При помощи электронных ключей, расположенных в блоке коммутации, источники ЭДС, генерируемые блоком питания, подключаются в заданные блоком управления моменты времени в соответствии с заданным алгоритмом к выходным полюсам блока коммутации. Коммутация осуществляется в открытом состоянии ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа равна TI. Число k дискретных значений ЭДС для конкретных значений n=12 и числа фаз m=3 приведено в таблице 1.Using electronic keys located in the switching unit, the EMF sources generated by the power supply are connected at time points specified by the control unit in accordance with the specified algorithm to the output poles of the switching unit. Switching is carried out in the open state of the key. The duration of the open state of each key is equal to TI. The number k of discrete EMF values for specific values of n = 12 and the number of phases m = 3 are shown in table 1.

Принципиальная схема блока управления представлена на рисунке фиг. 4.The schematic diagram of the control unit is shown in the figure of FIG. four.

Блок реализован на элементах 1-7. Он содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, логический элемент И 2, счетчик 3 числа импульсов на периоде Т периодической функции, схему сравнения 4, регистр 5, дешифратор 7 с числом выводов, равном n - числу импульсных функций на периоде Т. Выходные полюсы блока управления 81…8n подключаются к расположенным в блоке коммутации логическим элемента 9r,s, где r=1…m, s=1..n/2, m-число фаз. Запуск работы устройства осуществляется подачей сигнала по входу 6. По входу 13 осуществляется запись кода числа временных интервалов n.The block is implemented on elements 1-7. It contains a clock pulse generator (GTI) 1, a logic element AND 2, a counter 3 of the number of pulses on the period T of the periodic function, a comparison circuit 4, register 5, a decoder 7 with the number of outputs equal to n - the number of pulse functions on the period T. Output poles the control unit 8 1 ... 8 n are connected to the logic element 9r, s located in the switching unit, where r = 1 ... m, s = 1..n / 2, m is the number of phases. The device is started by applying a signal at input 6. At input 13, a code is written for the number of time intervals n.

Выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 6 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 13 устройства, выходы дешифратора 7 подсоединены к входам 81..8n, при помощи которых блок управления соединяется с блоком коммутации.The output of the GTI 1 is connected to the first input of the And 2 element, the second input of which is connected to the first input 6 of the device, and the output is connected to the first input of the counter 3, the output of which is connected to the input of the decoder 7 and to the first input of the comparison circuit 4, the second input of which is connected to the output of the register 5, and the output to the second input of the counter 3, the input of the register 5 is connected to the input 13 of the device, the outputs of the decoder 7 are connected to the inputs 8 1 ..8 n , through which the control unit is connected to the switching unit.

III.4 Блок питанияIII.4 Power Supply

Блок питания предназначен для генерирования набора постоянных источников постоянного напряжения, значения ЭДС которых равны амплитудным значениям импульсов аппроксимирующей синусоиду функции.The power supply is designed to generate a set of constant sources of constant voltage, the EMF values of which are equal to the amplitude values of the pulses of the approximating sinusoid function.

Для случая m=3, n=12, согласно рисунку фиг. 1, это E1, Е2, Е3, Е4=-Е1, Е5=-Е2, Е6=-Е3.For the case m = 3, n = 12, according to the drawing of FIG. 1, these are E1, E2, E3, E4 = -E1, E5 = -E2, E6 = -E3.

Блок питания может быть выполнен в различных вариантах в зависимости от назначения устройства (стационарный или мобильный), мощности нагрузки, технических требований.The power supply can be made in various versions, depending on the purpose of the device (stationary or mobile), load power, technical requirements.

Рассмотрим реализацию блока питания для случая питания мобильных устройств и использования в качестве источников питания малогабаритных однотипных источников постоянного напряжения с одинаковыми значениями напряжения. Это могут быть - гальванические источники питания видов R, LR, SR, CR классов D, С, АА, AAA, РР3, аккумуляторные или конденсаторные батареи. Схема блока питания представлена на рисунке фиг. 6. Блок питания посредством полюсов 111, 112, 113, 114, 115, 116 подключается к блоку коммутации. Источники питания 181…18n/4 положительной полярности подключаются между собой последовательно. Для n=12 это источники 181, 182, 183. Источники отрицательной полярности 18n/4+1..18n/2 соединяются последовательно. Для n=12 это источники 184, 185, 186. К полюсу 111 подключается один источник питания с напряжением E1=E, к полюсу 112 подключаются два последовательно соединенных источника так, что их напряжение равно Е2=2Е1, к полюсу 113, подключаются три последовательно соединенных источника с напряжением каждого источника Е1, их общее напряжение равно Е3=3Е1. К полюсу 114 подключается источник питания с напряжением Е4=-Е, к полюсу 115 подключаются два последовательно соединенных источника с напряжением каждого источника - Е, их общее напряжение Е5=-2Е1, к полюсу 116 подключаются три последовательно соединенных источника с напряжением каждого - Е, их общее напряжение равно Е6=-3Е. Это позволяет получить напряжения, кратные напряжению одного источника Е. Последовательность источников с этими значениями напряжений позволяет аппроксимировать синусоидальные напряжения фаз. В таблице 1 записаны значения напряжений импульсных источников для числа временных интервалов n=12 и числа фаз m=3.Let us consider the implementation of a power supply for the case of powering mobile devices and using small-sized, single-type constant voltage sources with the same voltage values as power sources. It can be - galvanic power supplies of types R, LR, SR, CR of classes D, C, AA, AAA, PP3, rechargeable or capacitor batteries. The power supply circuit is shown in the figure of FIG. 6. The power supply through the poles 11 1 , 11 2 , 11 3 , 11 4 , 11 5 , 11 6 is connected to the switching unit. Power supplies 18 1 ... 18 n / 4 of positive polarity are connected to each other in series. For n = 12, these are sources 18 1 , 18 2 , 18 3 . Sources of negative polarity 18 n / 4 + 1 ..18 n / 2 are connected in series. For n = 12, these are sources 18 4 , 18 5 , 18 6 . By pole January 11 connects a power source with voltage E 1 = E, the pole February 11 are connected two series connected source so that their voltage is E 2 = 2E 1, the pole on March 11, are connected three series connected source to each source voltage E 1 , their total voltage is E 3 = 3E 1 . By pole April 11 connects the power supply with a voltage of E = -E 4, the pole on May 11 connect two series connected source with a voltage of each source - E, the total voltage E = 5 -2E 1, the pole 11 June connected three series-connected source with the voltage of each - E, their total voltage is E 6 = -3E. This allows one to obtain voltages that are multiples of the voltage of one source E. The sequence of sources with these voltage values allows us to approximate the sinusoidal phase voltages. Table 1 contains the voltage values of pulsed sources for the number of time intervals n = 12 and the number of phases m = 3.

Трансформаторная схема блока питания при питании от сети переменного тока и схема блока питания от аккумуляторной батареи с использованием преобразователя DC/DC описаны в работе [1].The transformer circuit of the power supply unit when powered by AC power and the circuit of the power supply unit from the battery using the DC / DC converter are described in [1].

III.5 Блок коммутацииIII.5 Switching unit

Схема блока коммутации для m=3, n=12 приведена на рисунке фиг. 7. При помощи блока коммутации 15 источники напряжений, поступающие от блока питания 16, посредством полюсов 111..11n/2 подключаются силовыми ключами 10rs в соответствующие интервалы времениThe circuit of the switching unit for m = 3, n = 12 is shown in the figure of FIG. 7. Using the switching unit 15, the voltage sources coming from the power supply 16, through the poles 11 1 ..11 n / 2 are connected by power switches 10 rs at the appropriate time intervals

(к-1)TI≤t≤kTI, k=1,2, …n(k-1) TI≤t≤kTI, k = 1,2, ... n

к выходным полюсам блока 121…12m. В записанном выражении TI - длительность временного интервала одного импульса напряжения, n-количество временных интервалов на периоде Т, m - количество фаз генератора, n - количество временных интервалов на периоде Т. Коммутация осуществляется при помощи управляемых электронных ключей 10r,s, где r=1..m, s=1..n/2. Импульсы, управляющие открытым состоянием каждого электронного ключа, поступают от полюсов 81…8n блока управления посредством логических элементов 9r,s, r=1..m, s=1..n/2, к управляющим электродам силовых ключей.to the output poles of block 12 1 ... 12 m . In the written expression, TI is the duration of the time interval of one voltage pulse, n is the number of time intervals in the period T, m is the number of phases of the generator, n is the number of time intervals in the period T. Switching is performed using controlled electronic keys 10 r, s , where r = 1..m, s = 1..n / 2. The pulses that control the open state of each electronic key come from the poles 8 1 ... 8 n of the control unit by means of the logic elements 9 r, s , r = 1..m, s = 1..n / 2, to the control electrodes of the power switches.

Для фазы 1 импульс от блока управления с полюса 81 поступает в блок коммутации 15 на первый вход логического элемента ИЛИ 91,1 на второй вход логического элемента 91,1 поступает управляющий импульс на шестом интервале времени с полюса 86. С выхода логического элемента 91,1 на вход силового ключа 101,1 поступает управляющий импульс и открывает ключ на интервал времени TI. В открытом состоянии ключа 101,1 напряжение источника Е1 через полюс 111 поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 121.For phase 1, the pulse from the control unit from the pole 8 1 enters the switching unit 15 to the first input of the OR gate 9 1,1 to the second input of the logic element 9 1,1 receives a control pulse in the sixth time interval from the pole 8 6 . From the output of the logic element 9 1,1 to the input of the power key 10 1,1 receives a control pulse and opens the key for the time interval TI. In the open state of the switch 10 1.1, the voltage of the source E1 through the pole 11 1 is fed to the output of the switching unit to the output pole 12 1 .

Для фазы 2 импульс от блока управления с полюса 82 поступает в блок коммутации 15 на первый вход логического элемента ИЛИ 92,1 на второй вход логического элемента 92,1 поступает управляющий импульс на втором интервале времени с полюса 82. С входа логического элемента ИЛИ 92,1 управляющий импульс поступает на управляющий электрод силового ключа 1021. В открытом состоянии ключа 102,1 напряжение источника Е6=-Е3 через полюс 116 поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 122.For phase 2, the pulse from the control unit from the pole 8 2 enters the switching unit 15 to the first input of the logic element OR 9 2 , 1 to the second input of the logic element 9 2,1 receives a control pulse in the second time interval from the pole 8 2 . From the input of the OR logic element 9 2.1, the control pulse is supplied to the control electrode of the power switch 10 21 . In the open state of the switch 10 2.1 , the source voltage E6 = -E3 through the pole 11 6 is fed to the output of the switching unit to the output pole 12 2 .

Для фазы 3 импульс от блока управления с полюса 81 поступает в блок коммутации 15 на первый вход логического элемента 93,1 на второй вход логического элемента 93,1 поступает управляющий импульс на десятом интервале времени с полюса 810. С входа логического элемента ИЛИ 93,1 управляющий импульс поступает на управляющий электрод силового ключа 1031. В открытом состоянии ключа 103,1 напряжение источника Е2 через полюс 112 поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 123.For phase 3, the pulse from the control unit from the pole 8 1 enters the switching unit 15 to the first input of the logic element 9 3.1 to the second input of the logic element 9 3.1 receives a control pulse in the tenth time interval from the pole 8 10 . From the input of the OR logic element 3,11, the control pulse is supplied to the control electrode of the power switch 10 31 . In the open state of the switch 10 3.1, the voltage of the source E2 through the pole 11 2 is supplied to the output of the switching unit to the output pole 12 3 .

Работа остальных логических элементов 9r,s и силовых ключей 10r,s где r=1..m, s=1..n/2, аналогична описанным процессам для 1, 2 и 3 фаз.The work of the remaining logic elements 9 r, s and power switches 10 r, s where r = 1..m, s = 1..n / 2, is similar to the described processes for phases 1, 2 and 3.

IV. Краткое описание чертежейIV. Brief Description of the Drawings

Фиг. 1 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций для n=12FIG. 1 Approximation of a sinusoidal function by a sequence of impulse functions for n = 12

Фиг. 2 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций для n=24FIG. 2 Approximation of a sinusoidal function by a sequence of impulse functions for n = 24

Фиг. 3 Структурная схема устройстваFIG. 3 Block diagram of the device

Фиг. 4 Принципиальная схема блока управленияFIG. 4 Schematic diagram of the control unit

Фиг. 5 Графики управляющих импульсов. На рисунке фиг. 5 аFIG. 5 Charts of control pulses. In the figure of FIG. 5 a

показан четвертый по счету импульс, на рисунке фиг. 5б - пятый импульс.the fourth pulse is shown, in the figure of FIG. 5b is the fifth impulse.

Фиг. 6 Принципиальная схема блока питания для n=12FIG. 6 Schematic diagram of the power supply for n = 12

Фиг. 7 Принципиальная схема блока коммутации для трехфазного источника m=3, n=12FIG. 7 Schematic diagram of the switching unit for a three-phase source m = 3, n = 12

V. Осуществление изобретенияV. The implementation of the invention

Описание работы устройства. В исходном состоянии на регистре 5Description of the operation of the device. In the initial state on register 5

по входу 13 записан код числа временных интервалов n. На это число интервалов разбивается период синусоидальной функции Т при аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций. На счетчике 3 хранится код нуля (вход сброса в ноль на счетчике 3 на фиг. 4 не показан). Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 6 логического элемента И 2. После подачи пускового сигнала импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И 2 начинают поступать на вход счетчика 3. Код с выхода счетчика 3 поступает на вход дешифратора 7. На выходе дешифратора появляется единичный сигнал только на одном из n его выходов. Единичный сигнал на i-ом (i=1…n) выходе дешифратора 7 подается на вход блока коммутации посредством одного из полюсов 8i, гдеat input 13, a code is written for the number of time intervals n. The period of the sinusoidal function T is divided into this number of intervals when the sinusoidal function is approximated by a sequence of impulse functions. On the counter 3, a zero code is stored (the reset input to zero on the counter 3 in Fig. 4 is not shown). The operation of the device begins after a start signal is supplied at input 6 of logic element And 2. After a start signal is supplied, pulses from the output of the clock pulse generator 1 through the open element And 2 begin to flow to the input of counter 3. The code from the output of counter 3 goes to the input of decoder 7. On the output of the decoder appears a single signal only at one of its n outputs. A single signal at the i-th (i = 1 ... n) output of the decoder 7 is fed to the input of the switching unit through one of the poles 8 i , where

i=1..n.i = 1..n.

Один из полюсов 8i, в соответствии с заданной в таблице 1 логикой, подключается к одному из входов логического элемента 9rs (r=1..m, s=1..n/2). Ко второму входу логического элемента подключается второй полюс из набора 8i. Так, для логических элементов в первой фазе 91,s, s=1..n/2 к входам логических элементов подключаются полюсы: к логическому элементу 91,1 - полюсы 81 и 86, к логическому элементу 91,2 полюсы 82 и 85, к логическому элементу 91,3 полюсы 83 и 84 и т.д.One of the poles 8 i , in accordance with the logic specified in table 1, is connected to one of the inputs of the logic element 9 rs (r = 1..m, s = 1..n / 2). The second pole of set 8 i is connected to the second input of the logic element. So, for logic elements in the first phase 9 1, s , s = 1..n / 2, the poles are connected to the inputs of the logic elements: to the logical element 9 1,1 - the poles 8 1 and 8 6 , to the logical element 9 1,2 poles 8 2 and 8 5 , to the logic element 9 1.3 poles 8 3 and 8 4 , etc.

Выходы логических элементов подсоединены к управляющим электродам управляемых ключей 10r,s, где s - номер источника питания, r - номер фазы от 1 до m. Входы управляемых ключей подключаются полюсами 11i, i=1..n/2, к источникам напряжения E1..En/2, а выходы силовых ключей подключаются к выходным полюсам блока коммутации 121..12m. В каждый временной интервал к каждому выходному полюсу блока коммутации 121..12m подключается только один источник постоянного напряжения из набора Е1..En/2. На принципиальной схеме блока коммутации рисунок фиг. 7 показаны коммутации для трехфазного источника ЭДС, когда число временных интервалов на периоде Т равно n=12. Согласно табл. 1, в первый интервал времени к полюсу 121 (фаза 1) подключается источник ЭДС Е1, к полюсу 122 (вторая фаза) подключается источник ЭДС Е2, к полюсу 123 (третья фаза) подключается источник Е6=-Е3. Для других интервалов от 2 до 12 коммутации определяются аналогично.The outputs of the logic elements are connected to the control electrodes of the controlled keys 10r, s, where s is the number of the power source, r is the phase number from 1 to m. The inputs of the controlled keys are connected by the poles 11 i , i = 1..n / 2, to the voltage sources E 1 ..E n / 2 , and the outputs of the power switches are connected to the output poles of the switching unit 12 1 ..12 m . In each time interval, only one constant voltage source from the set E 1 ..E n / 2 is connected to each output pole of the switching unit 12 1 ..12 m . In the circuit diagram of the switching unit, the drawing of FIG. 7 shows the switching for a three-phase emf source when the number of time intervals in period T is n = 12. According to the table. 1, a first time slot to the pole on January 12 (phase 1) connects a source of EMF E 1, February 12 to the pole (the second phase) is connected emf source E 2, the pole 12 March (third phase) is connected source E -E3 = 6. For other intervals from 2 to 12, switching is defined similarly.

Подключение источников питания 181..18n/2 с напряжениями Е1..En/2 к выходным полюсам блока коммутации 121..l2m осуществляется при помощи управляемых электронных ключей. Сигналы, управляющие на момент времени TI=Т/n открытым состоянием ключа, поступают с выхода дешифратора блока управления посредством полюсов 81..8n. Блоком управления задается очередность следования управляющих импульсов. За управляющим импульсом, поступающим с полюса 8j, j=1..n, следует управляющий импульс с полюса 8j+1, пока j+1 не станет равным n. После прекращения действия импульса с выхода 8n включается импульс 81. При этом текущее значение счетчика числа импульсов 3 совпадет с заданным при помощи входа 13 числом n, счетчик обнуляется и процесс повторяется.Connection of power supplies 18 1 ..18 n / 2 with voltages E 1 ..E n / 2 to the output poles of the switching unit 12 1 ..l2 m is carried out using controlled electronic switches. The signals that control at the time moment TI = T / n the open state of the key are received from the output of the decoder of the control unit via poles 8 1 ..8 n . The control unit sets the sequence of control pulses. The control pulse coming from the pole 8 j , j = 1..n, is followed by the control pulse from the pole 8 j + 1 , until j + 1 becomes equal to n. After the termination of the pulse from the output 8 n, the pulse 8 1 is turned on . In this case, the current value of the counter of the number of pulses 3 will coincide with the number n set with input 13, the counter is reset and the process is repeated.

VI. ЛитератураVI. Literature

1. Патент №2016127384, МПК Н05В 1/00, 2017, Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС1. Patent No. 2016127384, IPC Н05В 1/00, 2017, L. P. Gavrilov EMF multiphase generator

Claims (1)

Генератор многофазной системы ЭДС с логическими элементами содержит блок питания 16, блок коммутации 15, блок управления 14, состоящий из генератора тактовых импульсов (ГТИ) 1, элемента И 2, счетчика 3, схемы сравнения 4, регистра 5, кнопки запуска устройства 6, дешифратора 7, вход для установки числа временных интервалов 13, выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, ко второму входу элемента И 2 подключена кнопка запуска устройства 6, выход элемента И 2 подсоединен к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к первому входу схемы сравнения 4, выход схемы сравнения 4 соединен со вторым входом счетчика 3, ко второму входу схемы сравнения 4 подсоединен регистр 5, по входу 13 которого заносится число временных интервалов n на периоде Т, с выхода счетчика 3 импульсы поступают на вход дешифратора 7, который полюсами 81…8n подключается к блоку коммутации 15, в блоке коммутации располагаются силовые ключи 10r,s, r=1…m, где m - количество фаз генератора, s=1…n/2, входы которых подключаются к полюсам 111…11n/2 блока питания 16, который содержит источники постоянного напряжения 181…18n/2, выходы силовых ключей 10r,s подключаются к полюсам 121…12m, которые являются выходными для устройства, отличающийся тем, что в блок коммутации введены группы логических элементов ИЛИ 9r,s, r=1…m, s=1…n/2, при этом на каждый из двух входов каждого из них в разные интервалы времени поступают управляющие импульсы с выходов блока управления 81…8n, а выходы логических элементов подключаются к управляющим электродам силовых ключей 10r,s в результате чего каждый силовой ключ находится в открытом состоянии на протяжении длительности импульса TI не один раз на протяжении периода T, а два раза и каждый раз передает одинаковые значения напряжений на выход устройства.The generator of a multiphase EMF system with logic elements contains a power supply 16, a switching unit 15, a control unit 14, consisting of a clock pulse generator (GTI) 1, an element 2, a counter 3, a comparison circuit 4, a register 5, a start button of a device 6, a decoder 7, the input for setting the number of time intervals 13, the GTI output 1 is connected to the first input of the And 2 element, the start button of the device 6 is connected to the second input of the And 2 element, the output of the And 2 element is connected to the first input of the counter 3, the output of which is connected to the decoder input 7 and to the first input of the comparison circuit 4, the output of the comparison circuit 4 is connected to the second input of the counter 3, the register 5 is connected to the second input of the comparison circuit 4, the input 13 of which records the number of time intervals n on period T, from the output of the counter 3 pulses are fed to the input of the decoder 7, which is connected to the switching unit 15 with poles 8 1 ... 8 n , the power switches 10 r, s , r = 1 ... m are located in the switching unit, where m is the number of generator phases, s = 1 ... n / 2, the inputs of which are connected the poles 11 1 ... 11 n / 2 power supply unit 16 which comprises DC sources nap yazheniya 18 1 ... 18 n / 2, power switches outputs 10 r, s are connected to the poles 12 1 ... 12 m, which are output to the device, characterized in that a switching unit incorporated group OR gate 9, r, s, r = 1 ... m, s = 1 ... n / 2, while each of the two inputs of each of them at different time intervals receives control pulses from the outputs of the control unit 8 1 ... 8 n , and the outputs of the logic elements are connected to the control electrodes of the power switches 10 r, s with the result that each power switch is in the open position for the duration of their TI pulse than once during a period T, and twice each time transmits the same voltage values on the output device.
RU2017145968A 2017-12-26 2017-12-26 Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs RU2681347C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145968A RU2681347C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145968A RU2681347C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681347C1 true RU2681347C1 (en) 2019-03-06

Family

ID=65632843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017145968A RU2681347C1 (en) 2017-12-26 2017-12-26 Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681347C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705420C1 (en) * 2019-03-18 2019-11-07 Леонид Петрович Гаврилов Multiphase emf generator with mechanical switching
RU2744947C1 (en) * 2020-06-01 2021-03-17 Леонид Петрович Гаврилов Electromagnetic generator using solar panels
RU2793200C1 (en) * 2022-03-10 2023-03-30 Леонид Петрович Гаврилов Four-phase pulse generator

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1193763A1 (en) * 1983-09-26 1985-11-23 Минский радиотехнический институт Digital sine signal generator
US6020695A (en) * 1999-02-19 2000-02-01 Vtc Inc. Three-phase generator boost circuit
RU2510963C1 (en) * 2012-12-26 2014-04-10 Олег Георгиевич Егоров Pulse generator based on inductive energy storage unit with magnetic coupling
RU2633662C1 (en) * 2016-07-07 2017-10-16 Леонид Петрович Гаврилов Generator of emf polyphase system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1193763A1 (en) * 1983-09-26 1985-11-23 Минский радиотехнический институт Digital sine signal generator
US6020695A (en) * 1999-02-19 2000-02-01 Vtc Inc. Three-phase generator boost circuit
RU2510963C1 (en) * 2012-12-26 2014-04-10 Олег Георгиевич Егоров Pulse generator based on inductive energy storage unit with magnetic coupling
RU2633662C1 (en) * 2016-07-07 2017-10-16 Леонид Петрович Гаврилов Generator of emf polyphase system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705420C1 (en) * 2019-03-18 2019-11-07 Леонид Петрович Гаврилов Multiphase emf generator with mechanical switching
RU2744947C1 (en) * 2020-06-01 2021-03-17 Леонид Петрович Гаврилов Electromagnetic generator using solar panels
RU2793200C1 (en) * 2022-03-10 2023-03-30 Леонид Петрович Гаврилов Four-phase pulse generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2633662C1 (en) Generator of emf polyphase system
US4135235A (en) Synthesizer circuit for generating three-tier waveforms
GB998912A (en) Speed control of a polyphase electric motor
RU2671539C1 (en) Multi-phase emf system generator for mobile devices
RU2681347C1 (en) Generator of multi-phase emf system with reduced twice power tongs
US20130106451A1 (en) Apparatus for VLF-Voltage Testing of Cables
RU2684486C1 (en) Generator of multiphase system of emf using a block of diodes for cutting twice number of power switches
RU2734725C1 (en) Sinusoidal voltage generator with pulse synthesizer of different polarity based on npu
RU2735021C1 (en) Sinusoidal voltage generator based on nuclear power plant
EP1174998B1 (en) Brushless motor,method and circuit for its control
RU2684485C1 (en) Multiphase emf generator with controlled initial phase
RU2682987C1 (en) Cardiopulse generator
US4247887A (en) AC--AC Converter device
RU2793200C1 (en) Four-phase pulse generator
RU2790645C1 (en) Six-phase pulse generator
RU2206166C2 (en) Storage battery charging device
RU2829979C1 (en) GENERATOR OF 4xN-PHASE VOLTAGE SYSTEM BASED ON MEANDER FUNCTIONS MeS AND MeC
RU2761183C1 (en) Generator with improved output voltage waveform based on nuclear power plant
RU2088034C1 (en) Method for control of m-phase alternating current electric motor which has 2m thyristor commutator and device which implements said method
WO2015116006A1 (en) Switched reluctance motor control using a single power supply and transformer-coupled gate drive circuits
RU2744947C1 (en) Electromagnetic generator using solar panels
Dwarakanath et al. Generation of HVDC from voltage multiplier using Marx generator
RU2551118C1 (en) Pulse voltage source
RU59907U1 (en) CONTROLLED DEVICE FOR CONVERTING DC VOLTAGE TO VARIABLE
RU1785043C (en) Method and device for nuclear fission reactor driving operating control member

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201227