Модуль регулирования фазового сдвига и амплитуды задающего напряжения

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для регулирования фазового угла выходного напряжения трехфазного инвертора, работающего параллельно с сетью на общую нагрузку, а также в фазоповоротных устройствах.
Известно изобретение регулирования фазового угла сдвига, согласно которому изменение угла в диапазоне от 0 до 360 электрических градусов производится путем ручного изменения сопротивлений спаренных резисторов, входящих в состав RC цепей [патент РФ № RU 44018 U1, 10.02.2005, Бюл. №13].
Недостатками приведенного устройства являются низкие точность и быстродействие регулирования угла фазового сдвига, а также невозможность реализации автоматического регулирования.
о»
Известен низкочастотный фазовращатель, предполагающий изменение фазового угла в диапазоне от 0 до 360 электрических градусов, в котором регулирование фазы обеспечивается одновременным и одинаковым изменением сопротивлений сдвоенных резисторов RC цепей при данной частоте [Ф.В.Кушнир. Электрорадиоизмерения, Ленинград, Энергоатомиздат, 1983, с.178-179.]. На стр. 178 указанного источника приведён рисунок 7.2, на котором изображена схема низкочастотного мостового фазовращателя, позволяющая реализовать функцию регулирования угла в зависимости от величины активного сопротивления: φ. Графическая зависимость изменения величины фазового угла от сопротивления отображена на фиг. 1 при установленных параметрах: частота f=50 Гц (щ= 314); электрическая ёмкость конденсатора С= 1мкФ; диапазон изменения величины активного сопротивления R= 0 - 100 000 Ом), С учётом нелинейности характеристики практически возможный диапазон регулирования фазового угла лежит в пределах от 0° (эл. градусов) до 160°, что соответствует данным Кушнир Ф.В – «Практически между нагрузкой и выходными зажимами фазовращателя включают эмиттерный или истоковый повторитель с конечным входным сопротивлением, и потому пределы изменения фазового сдвига составляют приблизительно 10 – 160.
Низкочастотный фазовращатель с пределами изменения фазового сдвига, приведённый на рис. 7.3 [Ф.В.Кушнир. Электрорадиоизмерения, Ленинград, Энергоатомиздат, 1983], теоретически выполняет заявленную функцию , но в автоматических системах управления не может быть применён.
о
о
Графическая зависимость (фиг. 2) величины фазосмещения в области отрицательных углов на практике ограничена от -90 до -170 по тем же причинам, что и предыдущий схемотехнический вариант.
Кроме того, недостатками указанного фазовращающего устройства являются
- необходимость применения двух резисторов с механической связью подвижных контактов и линейными комплиментарными характеристиками, что затрудняет их использование в автоматических электронных системах управления;
- диапазоны изменения сопротивлений для положительных и отрицательных фазовых углов сдвига различаются более чем на порядок, что является недопустимым в линейных автоматических системах регулирования;
- в отрицательной области изменения фазового смещения нелинейность характеристики значительно превышает нелинейность положительной области.
о
Соответственно приведённые аналоги решения не могут реализовать регулирование фазового угла сдвига в автоматических электронных устройствах управления в диапазоне 0-360.
Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является фазовый модулятор [Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984, стр. 201.], выполненный на операционном усилителе, согласно которому регулирование фазового сдвига производится путем изменения уровня напряжения управления, прикладываемого к затвору полевого транзистора, включенного последовательно с конденсатором во входной цепи операционного усилителя (фиг. 3).
+
0
Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон регулирования фазового угла сдвига 90.
+
Техническая результат – обеспечение диапазона регулирования фазового угла опорного переменного напряжения 180° с возможностью использования автоматизированной системы задания сигналов управления по фазовому углу.
Указанный технический результат достигается тем, что в модуле регулирования фазового сдвига, содержащем звено регулирования угла фазового сдвига  с вводом опорного напряжения  и входом регулирования фазового угла сдвига, параметры которого определяют величину фазового угла сдвига на выходе, введено звено управляемого инвертора опорного напряжения, имеющее вход подачи опорного напряжения и вход  управления  логическим инвертором, а выход подключен к входу  звена регулирования угла фазового сдвига, указанное звено управляемого инвертора  включает два ключевых элемента на полевых транзисторах  и , причем, когда один транзистор полностью открыт, а другой закрыт, обеспечивают режим повторителя опорного напряжения для подачи на вход звена регулирования угла фазового сдвига неинвертированного опорного напряжения, а когда один транзистор запирается, а другой переходит в открытое состояние, то режим работы повторителя обеспечивает подачу на вход звена регулирования угла фазового сдвига инвертированного опорного напряжения, при этом на затворы обоих полевых транзисторов подают взаимоинверсные логические сигналы управления «0» и «1» посредством логического инвертора.
+
0
В известном устройстве регулирования фазового сдвига опорного напряжения, основанном на изменении сопротивления полевого транзистора, входящего в состав фазового звена, применён предварительный управляемый инвертор задающего напряжения, обеспечивающий прямую или инверсную (сдвиг на 180 эл. градусов) передачу сигнала опорного напряжения, реализуя тем самым дополнительный, по сравнению с прототипом, сдвиг фазовых углов на 90. При этом управление инвертором осуществляется посредством логического сигнала «0» / «1» дополнительного входа управляемого инвертора.
Отличие от прототипа заключается в расширении диапазона регулирования фазового сдвига (от -180° (эл. градусов) до +180° (эл. градусов)) с возможностью реализации автоматического управления.
На фиг. 4 представлена принципиальная схема устройства фазового звена с предварительным управляемым инвертором.
+
Модуль регулирования фазового сдвига содержит звено регулирования угла фазового сдвига 1 с вводом опорного напряжения 2 и входом регулирования фазового угла сдвига 3, параметры которого определяют величину фазового угла сдвига на выходе 4, отличающийся тем, что в него введено звено управляемого инвертора опорного напряжения 5, имеющее вход подачи опорного напряжения 6 и вход  управления 7 логическим инвертором 8, а выход подключен к входу 2 звена регулирования угла фазового сдвига 1, указанное звено управляемого инвертора 5 включает два ключевых элемента на полевых транзисторах 9 и 10, причем, когда один транзистор полностью открыт, а другой закрыт, обеспечивают режим повторителя опорного напряжения для подачи на вход звена регулирования угла фазового сдвига неинвертированного опорного напряжения, а когда один транзистор запирается, а другой переходит в открытое состояние, то режим работы повторителя обеспечивает подачу на вход звена регулирования угла фазового сдвига инвертированного опорного напряжения, при этом на затворы обоих полевых транзисторов подают взаимоинверсные логические сигналы управления «0» и «1» посредством логического инвертора 8, при этом на выходе 4 звена регулирования угла фазового сдвига обеспечивается полный диапазон регулирования фазового угла 180° опорного напряжения.
Модуль регулирования фазового сдвига работает следующим образом.
+
+
При подаче логического сигнала управления «0» на вход 7 транзистор 9 полностью открыт, а транзистор 10 находится в закрытом состоянии, что определяет режим повторителя опорного напряжения, и на вход 2 звена регулирования угла фазового сдвига 1 подаётся неинвертированное опорное напряжение, в результате чего на выходе 4 устройства осуществляется фазосмещение  в диапазоне 90эл. градусов  опорного напряжения относительно его фронта за счёт изменения напряжения управления на входе 3 регулирования фазового угла сдвига. При подаче на вход 7 логического сигнала управления «1» транзистор 10 переходит в открытое состояние, а транзистор 9 запирается, т.е. на вход 2 звена регулирования угла фазового сдвига 1 подаётся инвертированное опорное напряжение, что определяет дополнительный диапазон регулирования фазового угла опорного напряжения 90° на выходе 4 относительно спада опорного напряжения на входе 6.
+
Устройство обеспечивает полный диапазон регулирования фазового угла 180° выходного напряжения на выводе 4 относительно опорного напряжения на входе 6.
+
Предлагаемое устройство позволяет обеспечить полный диапазон регулирования фазового угла 180 эл. градусов опорного напряжения и расширяет область его применения.
Сравнение заявленного решения с прототипом позволило установить, что оно отличается от прототипа дополнительным звеном управляемого инвертора, расширением диапазона регулирования фазового угла опорного напряжения, следовательно, соответствует критерию “новизна”.