Устройство для управления преобразователем постоянного тока со звеном переменного тока

 

Изобретение относится к электрот .ехнике и может быть использовано для управления преобразователями. Целью изобретения является повышение надежности. Конденсатор 27 интегратора 14 заряжается на вертикальном участке петли гистерезиса трансформатора 1 . Конечная точка этой траектории определяется коэффициентом усиления усилителя 21. Поскольку при этом ток намагничивания уменьшается практически до нормальной величины , напряжение усилителя 21 уменьшается и частота работы задающего генератора 18 устанавливается близкой к перввначапьно заданной величине . Если каждая последующая полуволна тока намагничивания отличается от предыдущей, это приводит к пропорциональному изменению частоты задающего генератора таким образом, чтобы переместить частный цикл перемагни (Л чивания в сторону снижения тока наС магничивания. В результате исключаются дополнительные искажения выходного напряжения и стабилизируется ток намагничивания. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И); (я)4 Н 02 М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3767380/24-07 (22) 05.07.84 (46) 15, 10.86. Бюп. У 38 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (/2)еГ.Я. Михальченко (53) 621.314.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 754635, кл. Н 02 М 3/10, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 1022280, кл. Н 02 И 3/10, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА СО

ЗВЕНОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями.

Целью изобретения является повышение надежности. Конденсатор 27 интегратора 14 заряжается на вертикальном участке петли гистереэиса трансформатора 1. Конечная точка этой траектории определяется коэффициентом усиления усилителя 21. Поскольку при этом ток намагничивания уменьшается практически до нормальной величины, напряжение усилителя 21 уменьшается и частота работы задающего генератора 18 устанавливается близкой к первеначально заданной величине. Если каждая последующая полуволна тока намагничивания отличается от предыдущей, это приводит к пропорциональному изменению частоты задаю-щего генератора таким образом, чтобы переместить частный цикл перемагничивания в сторону снижения тока намагничивания. В результате исключаются дополнительные искажения выходного напряжения и стабилизируется ток намагничивания. 2 ил.

1 12642

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено прц управлении быстродействующими стабилизаторами напряжения, ключевыми усилителями, работающими в устройствах с промежуточным звеном повышенной частоты.

Цель изобретения — повышение надежности.

На фиг . 1 представлена функцио- 10 нальная схема регулируемого преобразователя напряжения и устройства для управления им; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит согласующий 15 трансформатор 1, первичная и вторичная обмотки которого включены в диагонали высокой частоты инвертора 2, выполненного на полностью управляемых ключах 3 — 6, и демодулятора 7, 20 также выполненного на ключах 8—

11, диагональ низкой частоты инвертора 2 подключена к входным зажимам преобразователя через датчик

12 потребляемого тоха, а диагональ 25 демодулятора — последовательно с нагрузкой Z„, измеритель 13 тока намагничивания, включенный к первичную и вторичную цепи согласующего трансформатора, интегратор 14, фор- 30 мирователь 15 импульсов, фазосдвигающие блоки 16 и 17, управляемый по частоте задающий генератор 18, парафазный выход которого предназначен для подключения к управляющим цепям ключей 8 — 1 1 демодулятора, а другой выход соединен с одним из входов б блоков 16 и 17 другие входы которых объединены и образуют управляющий . вход 19 устройства, а парафазные вы- 4О ходы предназначены для подключения к управляющим цепям ключей 3 и 4, 5 и б.инвертора, источник 20 опорного напряжения, усилитель 21 сигнала ошибки, запоминающий блок 22, однополупериодный выпрямитель 23, двухполупериодный выпрямитель 24, два управляемых ключа 25 и 26, ключ 25 шунтирует интегрирующий конденсатор 27 интегратора 14, а ключ 26 включен между выходом интегратора 14 и вхо50 ,цом блока 22.

Измеритель 13 выполнен в виде двух трансформаторов 28 и 29 тока, первичные обмотки которых включены

55 последовательно с первичной и вторичной обмотками трансформатора 1, а вторичные соединены между. собой

72 3 встречно-последовательно и образуют выход измерителя.

На фиг. 2 обозначено сигнал 30 на парафазных выходах генератора 18; напряжение 31 управления, действующее на управляющем входе 19; пилообразные опорные напряжения 32 и 33 блоков 16 и 17.

Устройство работает следующим образом.

Если на вход преобразователя подается постоянное питающее напряжение

U,, при подаче сигналов 30, 34 и 35 (фиг. 2) на управляющие цепи ключей

3-6 и 8-11 угол сдвига фаз управляю« щих сигналов 34 и 35 и, следовательно алгоритм замыкания ключей инвертора

2 определяются напряжением 31. При минимальном значении напряжения 31 в интервале от нуля до момента времени t, сигналы 34 и 35 находятся в противофазе, а фазы сигналов 30 и 34 совпадают. Положительные полуволны сигналов 34 и 35, соответствуют вклю- ченному состоянию ключей 3 и 5 инвертора 2, а отрицательные — включенному состоянию ключей 4 и 6. Положитель.ные нолуволны напряжения 30 соответст. вуют включенному состоянию ключей 8 и 11 а отрицательные — состоянию ключей 9 и 10 демодулятора 7.

Изменение уровня напряжения 31 приводит к изменению фазового сдвига между сигналами 34 и 35.

На фиг. 2 входное напряжение 31 задается ступенчатонарастающим, при этом можно проследить все возможные режимы работы силовой цепи:

1) режим суммирования напряжения демодулятора с напряжением источника питания (Ос t < t ) .

2) режим регулирования добавочного напряжения (t, (t (t ), 3) режим неискаженной передачи (t

4) режим регулирования напряжения демодулятора вычитаемого из напряжения По Йз < t < t<)

5) режим (t. ) t„).

Первый режим обеспечивается при величине напряжения 31, подаваемого на объединенный вход 19 (фиг. 1) фазосдвигающих блоков 16 и 17, меньшей минимального значения напряжений 32 и 33. На выходах блоков 16 и

17 формируются сигналы 34 и 35. Алгоритм замыкания ключей инвертора 2 демодулятора 7 полностью определяется фазами сигналов 30, 34 и 35. В

3 1264 демодуляторе ключи переключаются парами, и положительной полуволне сигнала 30 соответствует замкнутое состояние ключей 8 и 11, а отрицательной — замкнутое состояние ключей .9 и

10. В интервале времени 0 < < в первый полупериод одновременно замкнуты в инверторе ключи 3 и 6.

Первичная обмотка трансформатора 1 началом подключается к плюсу источника П . В демодуляторе одновременно замкнуты ключи 8 и 11, и ток нагрузки протекает по цепи:.плюс U, — конец вторичной обмотки трансформатора 1 (на котором действует отрицательный потенциал) — начало этой .обмотки — ключ 11 — нагрузка Z„ минус О, . Источник напряжения U, и обмотка трансформатора 1 включены согласно, на нагрузке действует напряжение 36, равное сумме этих напряжений. Во второй полупериод ключи 3 и 6 инвертора разомкнуты, ключи 5 и 4 замкнуты — первичная обмотка трансформатора 1 подключена к 25 плюсу U, концом, напряжение 37 изменяе полярность, в демодуляторе замкнуты ключи 9 и 10, ток нагрузки протекает по цепи: плюс U, — ключ 10— начало вторичной обмотки трансформато30 ра 1 (на котором действует отрицательный потенциал) — конец этой обмотки — ключ 9 — нагрузка Z — минус

U . И в этот полупериод напряжение

36 остается постоянным. Далее процессы повторяются. При увеличении напряжения 31 (t, (t c t ) изменяется фаза сигналов 34 и 35, причем фаза сигнала 34 изменяется в сторону отставания, а фаза напряжения 35

s сторону опережения. Это приведет 4О к изменению алгоритма переключения ключей инвертора . При t t сохраияется режим суммирования напряжений

Uo и добавочного, затем ключ 6 размйкается и замыкается ключ 5 при замкнутом ключе 3 — трансформатор 1 закорачивается и Hà его обмотках напряжение становится равным нулю, а к нагрузке прикладывается напряжение 0О. В этом режиме ключи 8 и 11 демо- 50 дулятора выключаются и включаются ключи 9 и 10 без разрыва цепи протекания тока нагрузки. Затем ключ 3 размыкается, замыкается ключ 4, что .соответствует отрицательнойполуволне 55 напряжения на обмотках трансформатора и суммированию этого напряжения с

U . Далее процессы повторяются, че272 4 редуя режим добавки с неискаженной передачей.

Увеличение управляющего напряжения 31 до половины амплитуды напряжений 32 и 33 (t (t < t ) приво-. дит к режиму неискаженной передачи, так как фазы сигналов 34 и 35 равны и совпадают при этом трансформатор

1 все время закорочен.

Дальнейшее увеличение напряжения

31 сопровождается реверсом полярности напряжения на обмотках трансформатора по отношению к исходному первому режиму, прн сохранении которого напряжение 36 изменялось бы так, как, чоказано на фиг. 2 пунктиром. Алгоритм замыкания ключей в этом режиме:

4 и 5 — 5 и 3 — 3 и 6 — 6 и 4. В частности при t > 1 одновременно замкнуты ключи 4 и 5 и к плюсу источника питания подключен конец первичной обмотки трансформатора 1, что соответствует отрицательной полярности напряжения 37. Ток нагрузки протекает по цепи: плюс 0 — ключ 8 — конец обмот- ки трансформатора 1 (на котором действует положительный потенциал) конец этой обмотки — ключ 11 — нагрузка .Z — минус U,,так как алгоритм переключения ключей демодулятора сохраняется. К нагрузке прикладывается разность напряжений U и выходного напряжения демодулятора 7.

При t t< фазы сигналов 34 и 35 изменяются на Л (суммарный сдвиг составляет 2 )г ), при этом одновременно замкнуты в одном полупериоде ключи 4 и 5 инвертора, а в другом— ключи 3 и 6, что соответствует максимальной величине напряжения на обмотках трансформатора и встречному вкл.учению его с напряжением источника питания U

Работа ключей инвертора и демодулятора задается работой устройства управления.

Предположим, что трансформатор 1 работает в симметричном режиме при этом индукция и ток намагничивания определяется величиной и формой напряжения 37. Потребляемый инвертором ток (в Режиме холостого хода) определяется током намагничивания, но при переключениях ключей содержит реактивную составляющую, определяемую индуктивностью рассеяния трансформатора 1.Частота задающего генера" тора 18 и скорость изменения пилооб5 12642 разных напряжений определяется вели- чикой выходного напряжения усилителя

21,которая равна разности опорного на пряжения источника 20 и выходного напряжения блока 22. Напряжение блока 22 формируется следующим образом.

Выходное напряжение измерителя 13, пропорциональное току намагничивания

I,. выпрямляется двухнолупериодным выпрямителем 24 и поступает на вход 1р интегратора 14. Величина выходного напряжения интегратора к моменту смены знака напряжения 30 равна среднему значению I за полунериод напряР ження инвертора. В конце каждого полупериода по сигналу с одного из выходов задающего генератора 18 на выходе формирователя I5 формируется импульс, поступающий на управляющий вход ключа 26, замыкание которого . 2О приводит к перезаписи уровня напряжения блока 22, которое остается постоянным до прихода следующего импуса формирователя 15, В то же время из выходного папряжепия датчика 12 25 выпрямителем 23 выделяются отрицательные импульсы тока инвертора, пос" тупающие на вход формирователя 15, на втором выходе которого формируются импульсы. Таким образом, после размыкания ключа 26 замыкается ключ

25 и выходное напряжение интегратора 14 становится равным нулю. При этом заряд конденсатора 27 начинается с нулевыми начальными условиями..

В симметричном режим . работы трансформатора I полуволны тока равны „ следовательно, и напряжение на выходе интегратора не отличается по величине от полупериода к полупериоду. 4р

По этой причине выходное напряжение блока 22 и выходное напряжение.усилителя 21 не меняются. Изменение напряжения 3 1 в момент времени t приводит к изменению сдвига фаз сиг- 45 налов 34 и 35 между собой и по отношению к напряжению 30. Изменение режима работы приводит к росту тока намагничивания. Напряжение на выходе интегратора возрастает пропорциональ-5р но росту It но на выходе блока 22 по-прежнему действует напряжение, пропорциональное среднему значению

I за предыдущий полупериод, поэто-, му частота задающего генератора неизменна. При замьп ании ключа 26 напряжение на выходе блока 22 увеличивается скачком. Сигнал ошибки на вы72 1 ходе усилителя 4 уменьшается, снижая частоту задающего генератора 18 и скорость изменения пилообразных напряжений 32 и 33. По импульсу формирователя .15 замыкается ключ 25, который разомкнется, когда ток намагничивания (отрицательное значение потребляемого инвертором тока. станет равным нулю.

Таким образом, конденсатор 27 интегратора 14 начинает заряжаться практически на вертикальном участке петли гистерезиса трансформатора 1.

Конечная точка этой траектории определяется коэффициентом усиления усилителя 21 и может быть выбрана любой на вертикальном участке петли гистерезиса. Поскольку при этом ток намагничивания уменьшается практически до нормальной (в симметричном режиме) величины, напряжение усилителя 21 в момент времени снова уменьшается, и частота работы задающего генератора 18 устанавливается близкой к первоначально заданной величине. Если каждая последующая полуволна тока намагничивания (его сред" нее значение) отличается от предыду-. щей в ту или иную сторону, пропорционально изменяется частота задающего генератора в сторону ее понижения таким образом, чтобы переместить частный цикл перемагничивания в сторону снижения тока намагничивания.

B результате исключаются дополнительные искажения выходного напряжения и стабилизируется ток намагничивания, что приводит к повышению надежности преобразователя. Увеличение тока нагрузки может привести к изменению величины и длительности реактивной составляющей тока инвертора, а следовательно, к незначительному изменепию частоты задающего генератора в сторону ее повышения..

Таким ооразом, применение устройства позволяет исключить режим одностороннего насыщения: трансформатора за счет стабилизации тока намагничивания и повысить надежность работы преобразователя, причем стабилизация осуществляется без принудительного изменения фаз управляющих импульсов„ что гарантирует исключение дополнительных искажений и снижение массы и габаритов фильтрующих устройств преобразователя.

7 264

Формула из обр ете ния

Устройство для управления преобразователем постоянного тока со звеном переменного тока, состоящим Из инвертора, трансформатора и демодулятора, содержащее интегратор, формирователь импульсов, два фазосдвигающих блока, выходы которых предназначены для подключения к инвертору 10 преобразователя, и управляемый задающий генератор, первые выходы которого предназначены для подключения к демодулятору преобразователя, второй выход соединен с первыми входами 1 фаэосдвигающих блоков, вторые входы . .которых соединены с управляющим входом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено источ- 2б ником опорного напряжения, вычитающим усилителем, измерителем тока намагничивания трансформатора, saпоминающим блоком, однополупериодным

272 8 и двухполупериодным выпрямителями и двумя управляемыми кличами, причем первый управляемый ключ подключен между входом и выходом интегратора, выход интегратора соединен через вто" рой управляемый ключ и запоминающий блок с первым входом вычитающего усилителя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход вычитающего усйлителя соединен с третьими входами фазосдвигающих блоков и входом управляемого задающего генератора, первые ,выходы которого через формирователь импульсов соединены с управляющим входом второго управляемого ключа, управляющий вход первого управляемого ключа соединен через формирователь импульсов и однополупериодный выпрямитель с выходом датчика тока инвертора, а выход измерителя тока намагничивания трансформатора подключен через двухполупериодный выпрямитель к входу интегратора.

1264272

Составитель В. Миронов

Редактор Л. Пчелинская Техред Л.Сердюкова

Корректор Е. Сирохман

Заказ 5570/54 Тираж 631

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/55

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная, 4