Способ стабилизации постоянного тока конвертора

 

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ .ПОСТОЯННОГО ТОКА КОНВЕРТОРА по авт. св. № 769515, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия стабилизации тока в режиме непрерывного тока обмоток реактора и отсутствия рекуперации избыточной энергии реактора в источник питания, заданное напряжение формируют в виде линейно нарастакщего с эталонной скоростью напряжения в интервале времени, отсчитываемом от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) () )) А

4(5!) Н 02 М 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 769515 (21) .3674658/24-07 (22) 14.12.83 (46) 15.06.85. Бюл. № 22 (72) Б.З.Курчик (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М.А.БончБруевича (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 769515, кл. G 05 F 1/64, 1977. (54) (57) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА КОНВЕРТОРА по авт. св.

N -769515, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия стабилизации тока в режиме непрерывного тока обмоток реактора и отсутствия рекуперации избыточной энергии реактора в источник питания, заданное напряжение формируют в виде линейно нарастающего с эталонной скоростью напряжения в интервапе времени, отсчитываемом от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети.

1162009

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания аппаратуры связи.

По основному авт. св., Ф 769515 известен способ стабилизации постоянного тока конвертора резонансного типа, заключающийся в том, что интегрируют ток дросселя, сравнивают

t контролируемую и заданную величины, 10 напряжений, формируют в моменты их равенства сигналы управления тиристорами конвертора и изменяют скважность импульсов тока, потребляемого от питающей сети, генерируют сигналы 15 постоянной частоты подключения конвертора к питающей сети, измеряют результат указанного интегрирования тока дросселя, передаваемого нагрузке, в интервале времени, отсчитываемом 20 от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети, используют этот результат в качестве указанной контролируемой величины и прекращают потребление тока 25 от питающей сети в моменты равенства контролируемой и заданной величины напряжений (1$ .

Известный способ используется

30 для стабилизации постоянного тока конверторов, работающих как в режиме непрерывного тока обмоток реактора без рекуперации энергии в источник питания, так и в режиме прерывистого тока с рекуперацией избыточной энер- 35 гии дросселя в источник питания.

Работа конвертора в первом из упо" мянутых режимов выгоднее, чем во втором, так как позволяет лучше использовать элементы конвертора за 4о счет меньшего действующего значения тока, протекающего через элементы, при том же его среднем значении, и иметь более высокий К1Щ за счет исключения потребления избыточной энергии и ее возврата в источник питания. Однако быстродействие системы стабилизации постоянного тока во втором из рассматриваемых режимон выше, чем в первом (соответственно

0,5 периода и 10-30 периодов промежуточной частоты).

Таким образом, данный способ стабилизации тока конвертора, работающего в режиме непрерывного протекания тока в обмотках дросселя (реактора) и отсутствия рекуперации избыточной энергии этого дросселя в источник питания, не обе спечивае т высоко- го быстродействия стабилизации тока.

Указанный недостаток известного способа обусловлен тем, что стабилизируется ампер-секундный интеграл тока (q=const) в течение интервала времени между двумя очередными моментами прекращения потребления тока от источника питания (Ъ ), длительность которого изменяется в ходе переходного процесса и только через ряд периодов, в установившемся режиме работы, становится равной фиксирован- ,ной длительности полупериода напряжения задающего генератора (Т). Поэтому среднее значение выпрямленного тока, равное ., =11 „, не остается постоянным при изменении длительности интервала 6 .

Цель изобретения — повышение быстродействия стабилизации постоянного тока преобразователя электроэнергии, работающего в режиме непрерывного тока обмоток реактора и отсутствия рекуперации избыточной энергии упомянутого реактора в источник питания.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу стабилизации постоянного тока конвертора интегрируют ток дросселя, сравнивают контролируемую и заданную величины напряжений, формируют в моменты их равенства сигналы управления тиристорами конвертора и изменяют скважность ычпульсов тока, потребляемого от питающей сети, генерируют сигналы постоянной частоты подключения конвертора к питающей сети, измеряют результат указанного интегрирования тока дросселя, передаваемого нагрузке, в интервале времени отсчитываемом от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети, используют этот результат в качестве указанной контролируемой величины и прекращают потребление тока от питающей сети в моменты равенства контролируемой и заданной величины напряжений, заданное напряжение формируют в виде линейно нарастающего с эталонной скоростью напряжения. в течение интервала времени, отсчитываемого от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети.

При этом контролируемый амперсекундный интеграл тока изменяют прямо

1162009 пропорционально длительности интервала между двумя очередными моментами прекращения потребления тока питающей сети.

Теоретическая основа предложенного способа стабилизации постоянного тока на выходе преобразователя электроэнергии, работающего в режиме непрерывного тока обмоток реактора и отсутствия рекуперации избыточ- 10 ной энергии реактора в источник питания, заключается в следующем.

Среднее значение тока нагрузки при отсутствии конденсатора на выходе выпрямительного моста равно среднему 15 за полупериод значению тока одного плеча упомянутого выпрямительного моста. В течение одной части каждого полупериода, обозначаемой р происходит нарастание тока реактора,, а в течение другой, обозначаемой с индексом 2(ь „, 2< „1, „2(„ „11 происходит спад его тока. Суммарная длительность интервалов в течение Z5 одного и того же к-го полупериода постоянна, т.е.а,„ 1-С =7, (16(=Т.

1К 2К l(Ê11) 2(КФ1)

Суммарная же длительность следующих друг за другом интервалов, относящихся к разным полупериодам сигна- лов управления, изменяется в ходе переходных процессов, т.е. и ФЪ

2(k 21 1(К-> > К-1 > 2(k-1I 1К d K i в течение интервала d деленному на постоянную времени Т, = cp»qt ьк

R (, 5 — (ijt-- I (> d

Т, >о

Заданнос напряжение к концу, интервала времени 0 < < ьк равно рк-1 > ьк1Т

35 ьк

I (, 1 = („ =3k(g

Ч ь,3

55 и становится равной Т только в установившемся режиме работы. Поэтому для повышения быстродействия стабилизации тока в течение каждого изменяющегося по длительности суммарного интервала dk образованного подынтервалами спада и последующего нарастания тока реактора, необходимо формировать заданное напряжение не постоянным, а линейно нарастающим с эталонной скоростью, не зависящей от величины питающего напряжения и сопротивления нагрузки. При этом среднее значение тока за интервал Ь„равно р

Контролируемое напряжение равно вольт-секундному интегралу падения напряжения на резисторе R от протекающего по этому резистору тока ((0

U = — d

К

Zo где 0 = со»61;

Т вЂ” c о>1 6, Во! 2 — скорость нарастания заданного напряжения.

Из условия равенства контролируемого и заданного напряжений 0 к (ЬкjLI > (ь „1 следует, что ь 7, о к р (>р Т1р

1 Р Т . R Т =""

2о к 2р

На фиг. 1 представлена электрическая схема конвертора (преобразователя электроэнергии) резонансного типа, работающего в режиме непрерывного протекания тока в обмотках реактора и отсутствия рекуперации избыточной энергии этого реактора в источник питания; на фиг. 2 — временные диаграммы токов и напряжений на элементах преобразователя.

Преобразователь состоит из силовой части и схемы управления. В состав силовой части входят резонансный полумостовой инвертор, питающийся от источника постоянного напряжения с выведенной средней точкой "0", и мостовой выпрямитель. Инвертор сососНоВН61х тнристоров 1 H 2, через которые протекает ток от источника питания к нагрузке и вспомогательных тиристоров 3 и 4, через, которые протекает ток реактора при выключенных основных тиристорах, двухобмоточного реактора 5, коммутирующего конденсатора 6, силового трансформатора 7 и трансформатора 8 тока.

Выпрямитель состоит из диодного моста 9, к которому подключена нагрузка 10. Схема управления включает задающий генератор 11 фиксированной частоты, выпрямитель 12 без фильтра, подключенный к вторичной обмотке трансформатора тока, интегратор 13 выходного напряжения выпрямителя 12, генератор 14 линейно нарастающего

1162009 с эталонной скоростью (пилообразного) напряжения, формирователь 15 запускающих импульсов интегратора 13 и генератора 14 и формирователи 1 6 сигналов управления вспомогательны- З ми тиристорами 3 и 4, компаратор 17, к входам которого подключены выходы интегратора 13 и генератора 14, выход подключен к входам формирователя 15 и устройства 18 первоначального за- 10 пуска генератора 14, управляемого от задающего генератора 11 и -компаратора 17. В схеме может также присутствовать емкостный выходной фильтр (конденсатор) 19 выпрямителя 9. 15

На фиг.2 изображены временные диаграммы 20 — тока (и ), протекающего в первичной обмотке трансформатора в течение некоторой части переходного процесса; 21 — напряжения «1, пропор- 20 ционального интегралу по времени от выпрямленного значения тока выпрями— теля 12 и заданного выходного напряжения генератора 14 (0><), изменяющегося по линейному закону 22- срец- 25

2 него значения выпрямленного тока выпрямителя 9 (1 ) .

Работа преобразователя осуществляется следующим образом.

1 . Сигналы управления поступают на Ж тиристоры 1 и 2 через интервалы времени Т=со1 . Если первый сигнал приходит на тиристор 1 в момент времени

Т, то начинает протекать ток через тиристор 1, верхнюю половину обмотки 3S реактора 5, трансформатор 8 тока, конденсатор 6 и силовой трансформатор 7. Одновременно происходит интегрирование выходного контролируемого напряжения выпрямителя 12 (U< ) и возрастание по линейному закону заданного напряжения генератора 14 ((111) ° В момент «> («г) KaI да 0 1>(t)=0Ì@ срабатывает компаратор 17, и от формирователя 16 сигналов управления подается сигнал управления на тиристор 4. При этом к тиристору 1 прикладыв ае тся о 6 ратное напряжен ие, и он закрывается. Направление протекания тока через обмотки трансфор- Ж маторов 7 и 8 и пластины конденсатора 6 изменяется на противоположное, но абсолютная величина тока уменьшае-тся (интервал «(„ . ДаЛЕе TOK ТЕЧеТ через нижнюю половину обмотки реак- И тора 5 и тиристор 4. Протекание тока; обусловлено энергией, накопленной

I в электрическом поле конденсатора 6 и магнитном поле реактора 5. В момент времени Т„, поступает сигнал управления на тиристор 2, который открывается. При этом тиристор 4 закрывается, а направление протекания

"тока через трансформаторы 7 и 8 и конденсатор 6 остается прежним, но его абсолютная величина возрастает (интервал «< („<> ) . B момент срабатывания компаратора 17 (=Т„, +« (,1) подается сигнал управления на тиристор 3. Тиристор 2 закрывается, направление протекания тока через трансформаторы 7 и 8 и конденсатор 6 изменяется на противоположное (интервал «2(„,> . Далее снова открыв ае тся тиристор 1, и проце ссы пов то ряют ся. На интервалах типа « происходит потребление энергии от источника питания, а на интервалах типа « — рассеяние и перераспреи

2 деление ранее накопленной в поле конденсатора 6 и реактора 5 энергии.

При этом в течение любого интервала

l л л времени 6 y = «2(» ) + «gy среднее значе ние тока нагрузки остается постоянным при изменении как питающего напряжения, так и сопротивления нагрузки, если ток первичной обмотки трансформатора 7 достаточно велик для срабатывания компаратора 17 в течение интервала времени, равного полупериоду частоты инвертирования. При перво" начальном включении конвертора этот ток мал и срабатывания компаратора 17, в течение нескольких первых периодов частоты инвертирования не происходит.

В течение этой части переходного процесса запуск генератора 14 происходит от устройства 18 первоначального запуска с частотой задающего генератора 11, и сигналы управления на тиристоры 3 и 4 не поступают. Как только компаратор 17 сработает первый раз, прекращается поступление сигналов запуска на генератор 14 от устройства 18 первоначального запуска и начинается управление генератором 14 от формирователя 15. Если на выходе выпрямителя 9 установлен кон-, денсатор 19, то срабатывание компаратора 17 обычно происходит в течение первого полупериода работы инвертора в связи с отсутствием первоначального заряда конденсатора 19. Однако как при наличии, так и при отсутствии конденсатора 19 при первоначаль ном включении конвертора стабилизация тока нагрузки начинается с запаз1162009

Фиг.1 дыванием в несколько периодов частоты инвертирования напряжения. Когда же конвертор выходит на установившийся режим и затем скач.ком изменяется величина питающего напряжения, стабилизация тока нагрузки происходит безынерционно.

Предложенный способ стабилизации 10 постоянного тока может быть применен для стабилизации тока нагрузки любого конвертора (преобразователя постоянного напряжения в постоянное) с широтно-импульсным управлением и 1 последовательным включением ключа, реактора и нагрузки, работающего в режиме непрерывного протекания тока в обмотках реактора при отсутствии рекуперации избыточной энергии реактора в источник питания.

Такач образом, предложенный способ стабилизации постоянного тока конвертора, рг отающего в квазиустановившемся режиме непрерывного тока реактора без рекуперации его избыточной энергии в источник питания, позволяет обеспечить инвариантность среднего значения постоянного тока нагрузки к скачкам питающего напряжения во время переходных процессов, вызванных этими скачками, без запаздывания.

Аналогичный эффект достигается и при скачках сопротивления нагрузки при отсутствии фильтрового конденсатора тока нагрузки, т.е. обеспечивается повышение быстродействия системы стабилизации.

1162009

21

22

Составитель В.Цишевский

Редактор Л.Алексеенко ТехредЛ.Микеш КорректорМ.Самборская

Заказ 3975/54 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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