Устройство для управления автономным инвертором напряжения

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЬМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее датчик выходного напряжения и источник управляющего напряжения , связанные через первый сумматор и первый интегратор с компаратором, второй сумматор, вход которого связан с источником управляющего напряжения , второй интегратор, накопительный элемент которого зашунтирован ключом, управляющая цепь которого связана с выходом компаратора, о тличающееся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора и его регулировочных характеристик, введены RS-триггер, источник постоянного напряжения и дополнительный компаратор, причем выходы основного и дополнительного компараторов связаны с входами RS-триггера, выход .которого является выходом устройства, источник постоянного напряжения через второй интегратор и непосредст (Л венно связан с входами второго сумматора , выход которого связан с входом дополнительного компаратора. о со N СО со

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(5ц Н 02 Р 13/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ (21) 3534281/24-07 (22) 08.01.83 (46) 07.05.84. Бюл. Ф 17 (72) Е.Е.Чаплыгин и Д.Грабовецка (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энерге" тический институт (53) 621.316.727 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании

Р 984576» кл. Н 2 Fi 1965.

2 ° Авторское свидетельство СССР

У 611285, кл. Н 02 Р 13/18, 1976. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ABTOHONHblM ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ,. содержащее датчик выходного напряжения и источник управляющего напряжения, связанные через первый сумматор и первый интегратор с компаратором, второй сумматор, вход которого связан с источником управляющего напряжения, второй интегратор, накопительный элемент которого зашунтирован ключом, управляющая цепь которого связана с выходом компаратора, о тл и ч а þ ù е е с я тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора и его регулировочных -характеристик, введены RS-триггер, источник постоянного напряжения и дополнительный компаратор, причем выходы основного и дополнительного компараторов связаны с входами RS-триггера, выход .которого является выходом устройства, источник постоянного напряжения через второй интегратор и непосредст- Е венно связан с входами второго сумматора, выход которого связан с иходом дополнительного компаратора.

1 0.91 299 сумматора через дополнительный. ключ и интегрирующий элемент связан с суммирующим входом второго интегратора, а управляющая цепь дополнительного ключа через пороговый блок связана с источником управляющего напряжения.

2. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено пороговым блоком, дополнительным ключом и интегрирующим элементом, второй интегратор выполнен с суммирующим входом, причем выход второго

f0

t5

20 содержащее источники опорного и управ-25 ляющего напряжений, компаратор, два сумматора, два интегpampa, накопительные элементы которых зашунтированы ключами, дополнительный сумматор, коммутирующий ключ и логический ин- З0 вертор. Устройство основано на синхронном вертикальном принципе управления устойчивую pa0oTY HH . связан с входом дополнительного ком.вертора при возможности коррекции паратора. гармонического состава выходного напряжения за счет обратной связи 2 ) .

Недостатком устройства является статический характер регулирования, вследствие которого появляется ошибка в воспроизведении спектром выход- 40 дополнительный ключ и интегрирующий

Для повышения стабилизации частоты коммутации второй интегратор выполняется с суммирующим входом, а в устройство введены пороговый блок, элемент, причем выход второго сумматора через дополнительный ключ н интегрирующий элемент связан с суммирующим входом второго интегратора, 5 а управляющая цепь дополнительного ного напряжения управляющего сигнала.

Указанная ошибка ухудшает параметры выходного напряжения инвертора и приводит к погрешностям в работе нагрузочных устройств. При работе инвертоИзобретение относится к электротехнике и предназначено для управле-. ния тиристорными или транзисторными автономными инверторами напряжения.

Известно устройство для управления автономными инверторами напряжения с замкнутым контуром управления, обеспечивающее коррекцию возмущений, воздействующих на работу преобразователя (искажения питающего напряжения, коммутационные процессы, прерывистость токов и т.п.) 5 1 1 °

Устройство с интегральным слежением обеспечивает устойчивую работу инвертора, ио вследствие асинхронного принципа работы средняя частота коммутации не синхронизирована с Bbr ходкой частотой. Поэтому гармоники спектра выходного напряжения не имеют постоянных частот, что затрудняет построение фильтрующих устройств.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления автономным инвертором напряжения, ра на фильтры нз-за статиэма системы в спектре выходного напряжения появляются низкочастотные составляющие, подавление которых фильтром затруднено (низкочастотные гармонические).

Цель изобретения — улучшение гармонического состава выходного напряже ния инвертора и его регулировочных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления автономным инвертором напряжения,содержащее датчик выходного напряжения и источник управляющего напряжения, связанные через первый сумматор и первый интегратор с компаратором, второй сумматор, вход которого связан с источником управляющего напряжения, второй интегратор, накопительный элемент которого зашунтирован первым ключом, управляющая цепь которого связана с выходом компаратора, введены RS-триггер, выход которого является выходом устройства„источник постоянного напряжения и дополнительный компаратор, причем выходы основного н дополнительного компараторов связаны с входами

RS-триггера, выход которого является выходом устройства, источник постоянного напряжения через второй интегратор и непосредственно связан с входамн второго сумматора, выход которого

1091299 ключа через пороговый блок связана с источником управляющего напряжения.

На фиг.l представлена структурная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы напряжений. 5

Датчик 1 выходного напряжения и источник 2 управляющего напряжения через первый сумматор 3, первый интегратор 4, компаратор 5 связаны с

R-входом RS-триггера 6. Источник 7 постоянного напряжения через второй интегратор 8, накопительный элемент которого эашуитирован первым ключом

9, и второй сумматор 10 связаны с дополнительным компаратором ll, к 15 выходу которого присоединен S-вход

RS-триггера 6. Выход второго сумматора 10 через дополнительный ключ

12 и дополнительный интегрирующий элемент 13 связаны со вторым входом 20 второго интегратора 8, а источник управляющего напряжения 2 через пороговое устройство 14 связан с управляющей цепью дополнительного ключа 12.

На фиг. 2 временные диаграммы напряжений соответствуют: 15 — выходное напряжение инвертора,lб — управляющее напряжение, 17 — напряжение на входе дополнительного компаратора

11,18 — напряжение на выходе RS-триг- З0 гера 6.

Принцип действия устройства заклю-: чается в следующем.

Инвертор формирует однополярное на полупериоде выходное напряжение

35 (диаграмма 15), один из фронтов которого формируется следящим каналом устройства, включающим датчик 1, источник 2, с выходом которых сигналы через сумматор 3 и интегратор 4 по.ступают на компаратор 5, выходной сигнал которого поступает на R-вход

RS-триггера, который формирует задний фронт выходного напряжения инвертора — моменты t 0 t 2, С4 и т.д. Работа следящего канала описы45 вается зависимостью

1 (K ц ц-О {е})ас=а, (Il

50 где К вЂ” коэффициент пропорциональ0 ности между амплитудами управляющего и выходного напряжений.

Равенство среднеинтервальных значений выходного и управляющего 55 напряжений определяют астатический характер регулирования и его высокую точность, при этом обеспечивается хороший гармонический состав выходного напряжения при воздействии на выходное напряжение инвертора любых sosмущающих факторов.

Остальные элементы устройства обеспечивают стабилизацию частоты коммутации по отношению к выходной частоте инвертора и устойчивость работы следящего устройства управления. При срабатывании компаратора 5 формируется задний фронт импульса выходного напряжения, в этот же момент начинается очередной этап работы второго интегра" тора 8 и после разрядки накопительного элемента через ключ 9 формируется линейно-падающее напряжение.

Величина источника 7 постоянного напряжения 0о и постоянная времени интегратора 8 выбираются таким образом чтобы кривизна напряжения на выходе интегратора соответствовала уравнению. (2)

-Тк где Б„, амплитуда управляющего сигнала;

"в 0о интервал между одноименными коммутациями, усреднен" ный эа длительный промежуток времени.

Дополнительный компаратор l 1 .фиксирует на входе равенство нулю выражения

U,— - S (- t,) -uÄ(t) =О.(3)

При постоянном управляющем сигнале на выходе источника 2 из выражения (3) можно получить длительность интервала t> — t2 (- ) т", Ä1 в/

С учетом выражения (1) (t4 t2) Т °

Откуда следует, что интервал (t -Г ) const, т.е. схема работает со стабильной частотой коммутации, что обеспечивает уменьшение перечня гармонических составляющих выходного напряжения, облегчает условия их подавления фильтрами, обеспечивает стабильность формы выходного напряжения на полупериоде и порядке переключения вентилей при реверсе направления выходного напряжения.

При изменении управляющего сигнала во времени период повторения между одноименными фронтами изменяется пропорционально производной изменения управляющего сигнала. Анализ выражения (1) и (3) показывает, что это изменение определяется также текущим значением управляющего сигнала, Однако поскольку в автономных кнверторах напряжения управляющий сигнал обладает симметрией, ка всем периоде выходной частоты участки 5 положительных приращений интервалов между коммутациями уровновешиваются участками отрицательных приращений соответствующих интервалов.

Таврим образом, в устройстве средняя частота коммутации поддерживается постоянной, но Осуществляется это параметрически. Отсутствие жестко заданного межкоммутационного интервала между коммутациями в системе, 15 т,е. асинхронный принцип ее работы обуславливает ее заметное преимущест-во перед синхронными системами замкнутого типа: в предлагаемой системе кет ограничений по устойчивости, так как (0 нет навязываемого системе программным путем периода повторения. При этом за счет параметрической стабилизации частоты система обладает достоинствами синхронных систем. 25

Параметрическая стабилизация частоты коммутации обеспечивает точность задания частоты коммутации, достаточную для применения наиболее компактных выходкьп фильтров инверторсв кя- «б пряжения резонансного типа. Но в случае необходимости большей стабилизации устройство снабжается пороговым блоком 14, ключом 12 и интегрирующим элементом 13, Введение этих элементов Обеспечивает стабилизацию формы выходного напряжения путем введения астатической обратной связи, Пороговый блок 14 (например„ компЯратОР с постоянным порогом срабатывания) дС фиксирует некоторое значение управляющего сигнала, например момент, близкий к переходу управляющего си1 нала через ноль. Если в этот момент формируются передний фронт импульса, кя выходе второго сумматора 1Д кулевой сигнал, который переписывается в .-,-:Тегрирующий элемент 13 и не воздействует ня крутизну напряжения второго интегратора 8. Если же передний фронт смещен относительно срабатывания порогового устройства, то кенулеврй сигнал с сумматора 10 будет записан в интегрирующем элементе 13 и вызовет изменение крутизны тяк,что рассогласование начнет уменьшаться до полного исчезновения. Таким образом, устанавливается оптимальный и стабильный алгоритм переключения силовых вентилей прк смене знака выходкого напряжения к весьма точно стабилизируется отношение выходной частоты к средней частоте коммутации.

Таким Образом, изобретение содержит ряд преимуществ, свойственных сис гемям различных типов. Кяк все ледяшке скстемь1 оно обеспечивает хороший гармонический состав выходного напряжения при наличии дестабилизирующих факторов, повышенную точность и ястятический характер регулировочкь|х характеристик. При этом обладает неограниченным запасом устойчивости., крнсущим асинхронным сисгемям. Однако в Отличке От ких имеет параметрическую стабилизацию отно81екия часто ть!: коммутации к выхОднОЙ час тО те, EiosBОляющую испОльзОВять выходные фильтры резонансного типа с у1 учшенкыми Массогабаритными показателями. Следовательно, предлагаемо" устройство управления позволяет улучшить гермоккческик состав выходного напряжения выходного напряжения, повысить стабильность регулировочных характеристик„ дает возможность снижения массогабаритньгх показателей сит ловой части за счет снижения массы фильтров. Устройство сос" îèò иэ сравнительно кебольшогс числа стандартных узлов„. компактно реализуемьгх на микросхемах.

l09l299 фиа Я

Составитель О.ПарФенова

Редактор С.Юско Техред Л.Коцюбняк

Корректор С.Шекмар

Заказ 3096/52 Тираж 667

BHHHGH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4(5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ii IФ I

1

I f

J t f г

1

1

t 1

I 1

1