Принцип работы преобразователя частоты

К вестибулярным рецепторам подходят афферентные нервные волокна — периферические отростки чувствительных нейро­нов преддверного узла (первый нейрон), лежащего на дне внутреннего слухового прохода. Центральные отростки нейронов этого узла образуют преддверный нерв, который выходит из отверстия внутреннего слухового прохода вместе с улитковым нервом и направляются к вестибулярным ядрам (второй нейрон), расположенным на дне IV желудочка Аксоны нейронов ядер подходят к таламусу (третий нейрон) и далее, к корковому отделу вестибулярного анализатора, который находится в теменно-височной области.

Вестибулярная система связана с мозжечком, ретикулярной фор­мацией, гипоталамусом, спинным мозгом, ядрами блуждающего и глазодвигательного нервов. Это позволяет вестибулярному аппара­ту играть важную роль в поддержании равновесия при изменении положения головы и тела в пространстве, в осуществлении глазо­двигательных реакций. Тесные связи вестибулярного анализатора с ВНС обусловливают неприятные симптомы «морской болезни» при плавании на морском, речном транспорте, полете в самолете, рас­качивании на качелях и т.д. Возбуждение вестибулярных рецепто­ров сопровождается вегетативными рефлексами: тошнотой, рвотой, головокружением, изменениями АД, дыхания и т.д. При поврежде­нии вестибулярного аппарата возникает болезнь Меньера, которая сопровождается нистагмом (колебательными движениями глаз), изменением тонуса мышц, головокружением.

 

Структура частотного преобразователя

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Принцип работы преобразователя частоты

Преобразователь частоты состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв (рис.2). Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления.

Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя. Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 3). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодули-рована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const.

Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения.

Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рис. 2.45 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на IGBT-транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.

За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока.

И – трехфазный мостовой инвертор;

В – трехфазный мостовой выпрямитель;

Сф – конденсатор фильтра;

Преобразование временного интервала в код осуществляется путем подсчета числа импульсов фиксированной частоты, укладывающихся в этот интервал. Для повышения точности преобразования необходимо увеличивать частоту импульсов заполнения. В случае когда увеличение частоты по каким-нибудь причинам невозможно, применяется метод нониуса. Преобразование частоты в цифровой код производится путем подсчета числа периодов синусоидального колебания или количества импульсов, помещающихся в заданном промежутке времени.

Для преобразования временного интервала в код чаще всего используют принцип единичны приращений, который в данном случае реализуется путем подсчета за измеряемый промежуток времени числа периодов известной частоты. Структурная схема АЦП следящего типа.

Для преобразования временного интервала tK (или длительности импульса) в цифровой код используют аналогичную схему. На один вход схемы совпадения подают импульсную последовательность от ГИП, над другой –импульс, длительность которого нужно представить кодом. Выходные импульсы схемы совпадения подаются на Сч, который преобразует длительность импульса в код. Перед каждым новым преобразованием (циклом) счетчик сбрасывается на нуль.

Метод преобразования временных интервалов в цифровой код используется также при преобразовании напряжения, которое предварительно преобразуется во временной интервал. Преобразователи с время-импульсным выходом.

Ошибки преобразования временного интервала в цифру-код рассмотрены ниже.

Схема преобразования временного интервала в цифровой код, реализующая принцип поразрядного двоичного взвешивания, была предложена в ИАЭ АН СССР в 1958 г., в 1959 г. о ней докладывалось на Четвертой научно-технической конференции по ядерной радиоэлектронике.

Методы преобразования временного интервала в цифровой код используются во многих измерительных приборах с цифровым отсчетом. Общими узлами для всех подобных приборов являются электронный счетчик и система цифровой индикации.

Точность работы преобразователя зависит от точности работы схемы преобразования временных интервалов в код, а также работы компаратора и фантастрона.

Преобразователь время-код (ПВК) – устройство, выполняющий преобразование измеряемого временного интервала в цифровой код.

Блок преобразования наносекундных интервалов БПВ2 – 91 предназначен для преобразования наносекундных временных интервалов в цифровой код.