Способ управления стабилизированным выпрямителем с емкостным фильтром на выходе

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания. Цель изобретения - улучшение качества стабилизации выходного напряжения выпрямителя в переходных режимах. Выпрямитель 12 через силовой фильтр подклкгчен к сумматору 2. Входы интегратора 3 соединены с ограничителями 4 и 5, а выход подключен к сумматору 6. На входы сумматоров поступают сигналы с источников 1 и 7 эталонного напряжения . Введение ограничителей 4 и 5, источника 7, и интегратора 3 обеспечивает ускорение переходных процес

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU» 1376196 А 1 (51)4 Н 02 М 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ вp&.1,; r к а Я

1 !

gj! - ::1

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

° °

° °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4105439/24-07 (22) 13 ° 06. 86 (46) 23,02.88, Бюл. М 7 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В. В.Иванцов, С.Г.Лажинцев и О.В.Пантин (53) 621. 316 ° 727 (088. 8) (56) Писарев А,Л., Лешкин Л.П. Упраьление тиристорными преобразователями. - M. Энергия, 1975, с. 102-103.

Там же, с.73-78 °, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СТАБИЛИЗИРО- .

BAHHblM ВЫПРЯИИТББМ С ЕМКОСТНЫМ

ФИЛЬТРОМ НА ВЫХОДЕ (») Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания. Цель изобретения — улучшение качества стабилизации выходного напряжения выпрямителя в переходных режимах. Выпрямитель 12 через силовой фильтр подключен к сумматору 2. Входы интегратора

3 соединены с ограничителями 4 и 5, а выход подключен к сумматору 6. На входы сумматоров поступают сигналы с источников 1 и 7 эталонного напряжения. Введение ограничителей 4 и 5, источника 7, и интегратора 3 обеспечивает ускорение переходных процессов. 4 ил.

1376196

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тиристорным стабилизированным выпрямителем с емкостным фильтром на выходе, применяемым в ис5 точниках электропитания автономных

- объектов и предназначенным для стабилизации уровня выходного напряжения при изменяющихся параметрах нагруз ки, Цель изобретения - улучшение качества стабилизации выходного напряжения выпрямителя в переходных режимах.

На фиг.1 приведена одна из возмож- 15 ных структурных схем устройства,реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 - принципиальная электрическая схема, поясняющая способ; на фиг, 3 - силовая схема управляемого 2р выпрямителя с емкостным фильтром; на фиг. 4 - диаграммы, поясняющие спо- соб.

Устройство (фиг.1) содержит источник 1 эталонного напряжения, вы- 25 ход которого через первый вход сумматора 2 подсоединен.к первому выходу интегратора 3. Второй и третий входы интегратора соединены с выходами ограничителей 4 и 5. Выход интегра- 30 тора 3 через первый вход сумматора б подключен к первому входу блока 8 компараторов ° Второй вход сумматора 6 соединен с выходом источника 7 эталонного напряжения. Второй вход блока 8 компаратора соединен с блоком 9 генераторов опорного напряжения, который подключен к первичному источнику 10 питания. Выход блока 8 компараторов через блок 11 выходных 4р каскадов .соединен с управляющим входом выпрямителя 12. Силовой вход выпрямителя 12 соединен с выходом первичного источника 10 питания. Выход выпрямителя 12 через силовой фильтр 13 подключен к нагрузке 14.

Выход силового фильтра 13, кроме того соединен с вторым входом сумматора 2.

Для схемотехнической реализации предлагаемого устройства (фиг.1) могут использоваться стандартные элементы устройств управления тиристорными преобразователями. Схема блоков

1-7 устройства управления выполнена на операционных усилителях. Источником эталонного напряжения (поз.1, на фиг,1) является стабилитрон 15, подключенный через резистор 16 к положительному полюсу 17 источника питания (+U„) . На операционном усилителе 18 выполнен сумматор (поз.2, фиг. 1 ), интегратор (поз. 3, фиг. 1 ) и ограничители (поз. 4 и 5, фиг.1).Суммирование эталонного напряжения стабилитрона 15 и отрицательного выходного напряжения выпрямителя (поз.13, фиг. 1), подаваемого на клемму 19,осуществляется резисторами 20 и 21. Конденсатор 22, охватывающий обратной связью операционный усилитель 18,позволяет интегрировать сигнал разности между эталонным и выходным напряжениями, Роль ограничителей напряжения (4 и 5 фиг.1) выполняют диоды 23 и

24 и собственно усилитель 18. Источником второго эталонного напряжения (поэ.7 фиг.1) является отрицательный полюс источника питания (-0„), подключаемый через клемму 25 к входу сумматора (поз ° 6, фиг.1) который собран на усилителе 26 с помощью резисторов 27 - 29.

Блок 8 компараторов (фиг.1) представляет собой набор компараторов напряжения, выполненных на операционных усилителях. Число компараторов равно числу вентилей выпрямителя (фиг.3) °

Блок 9 генераторов опорного напряжения представляет собой набор генераторов напряжения пилообразной формы, синхронизированных с напряжениями первичного источника 10 питания. Цоследний (фиг.1) представлен источником трехфазной ЭДС 30 - 32, последовательно с которыми включены индуктивности 33 - 35. Выпрямитель 12 (фиг.1) выполнен о трехфазной нулевой схеме на тиристорах 36 — 38. Силовой фильтр

13 (фиг.1) и нагрузка 14 (фиг.1) представляют собой параллельное соединение конденсатора 39 и резистора

40 нагрузки.

Способ осуществляют следующим образом.

Блок 9 генераторов опорного напряжения формирует задающие напряжения пилообразной формы, синхронизированные с напряжениями фаз питающей сети первичного источника 10 питания. Эти напряжения подаются на первый вход блока 8 компараторов, на второй вход которого подается сигнал управления выпрямителем. В блоке компараторов сравниваются эти сигналы и в момент их равенства вырабатываются импульсы управления, которые поступают в блок

1376196

11 выходных каскадов, где происходит усиление импульсов по мощности. С блока 11 выходных каскадов импульсы поступают на управляющий вход выпрямителя 12, открывая соответствующие

5 вентили. Выходное напряжение управляемого выпрямителя 12 сглаживается с помощью силового фильтра 13 и подается на нагрузку 14. Источник 1 эталонного напряжения формирует сигнал задания выходного напряжения, который поступает на первый вход сумматора 2, на второй вход которого поступает сигнал отрицательной обратной связи, пропорциональный измеренному выходному напряжению выпрямителя 12.

На выходе сумматора 2 формируется сигнал ошибки, пропорциональный отклонению выходного напряжения от за- 2р данного источником 1 эталонного напряжения значения.

Сигнал ошибки интегрируется интегратором З.и поступает на один вход сумматора 6, на второй вход которого поступает второй эталонный сигнал с источника 7. При изменении нагрузки

14 изменяется выходное напряжение выпрямителя 12 и фильтра !3, что приводит к изменению сигнала ошибки на выходе сумматора 2 и, как следствие, к изменению регулирующего выходного напряжения интегратора 3. При этом изменяется сигнал управления выпрямителем на выходе сумматора 6, который поступает в блок компараторов

35 и изменяет фазу импульсов управления тиристорами выпрямителя 12 так, что выходное напряжение фильтра 13 становится вновь равным эталонному нап- 0 ряжению источника 1.

Предлагаемый способ поясняется с помощью эпюр напряжений (фиг.4) и схемы силовых цепей.(фиг.3). Конденсатор 39 на выходе управляемого выпрямителя (фиг.3) выполняет роль силового фильтра и в то же время является источником противо-ЭДС Е для выпрямителя. От соотношения величин

ЭДС сети и противо-ЭДС, создаваемой конденсатором, зависит возможный диапазон углов включения вентилей выпрямителя 12. Минимально возможный угол включения тиристора, связанного с фазой А (фиг.4), при постоянном значении ЭДС Е совпадает с точкой пере55 сечения ЖДС Е 0 и ЭДС данной фазы на участке ее увеличения (точка А фиг.4), а максимально возможный. угол включения тиристора совпадает с точкой пересечения ЖДС Е, и ЭДС фазы на участке ее уменьшения (точка В, фиг.4). Опорные напряжения пилообразной формы блока 9 (фиг.1) синхронизированы с точками пересечения фазных

ЖДС первичного источника 10 (фиг.1), что определяет совпадение начала и конца прямого хода опорного сигнала для вентиля фазы А с точками С и D (фиг.4). Рабочий участок прямого хода опорного сигнала, соответствующий необходимому диапазону регулирования сигнала управления лежит между точками А и В (фиг.4) т ° е. для регулирования фазы импульсов управления между минимальным и максимальным углами управления необходимо и достаточно изменять сигнал управлений BbII1» рямителем от уровня, соответствующего точке А (+!1„), до уровня,соответствующего точке В (-U>), Регулирование фазы импульсов в указанных пределах позволяет стабилизировать напряжение на выходе фильтра 13 при изменении нагрузки от номинальной (точка А ) до холостого хода (точка В ). Если не предусмотреть ограничение возможного диапазона изменения сигнала управления выпрямителем на уровнях +U и -U, соответствующих необходимым уровням сигнала управления выпрямителем в режимах его работы с максимальной и минимальной нагрузкой при стабильном выходном напряжении выпрямителя, то при набросах и сбросах нагрузки !4 возможно перерегулирование выходного напряжения интегратора 3, которое приводит к перерегулированию сигнала управления выпрямителя на входе блока компараторов выше и ниже уровней

+U и -U соответственно ° Это приводит к изменению углов управления вентилями в большем, чем необходимо, диапазоне, и к ухудшению качества стабилизации выходного напряжения выпрямителя с емкостным фильтром на выходе.

Дпя улучшения качества стабилизации выходного напряжения выпрямителя производят измерение величин сигналов управления выпрямителем

+U> и -U> в режимах его работы с минимальной и максимальной нагрузI кой, соответствующих точкам A и В . на кривой пилообразного напряжения, находят их среднее арифметическое

13761

5 (U,,,Ôèã.4), формируют второй эталонный сигнал, пропорциональный вьгчисленному среднему арифметическому, который суммируют с регулирующим выходным сигналом интегратора 3, в результате чего на выходе сумматора 6 форьйруется сигнал управления выпрямителем. Коэффициент суммирования сигналов сумматора 6 выбирают таким, что при изменении выходного напряжения интеГратора 3 от U

8 ЫХ Михс до .+Б „,„„„„, сигнал управления изменяет.ся в пределах от +Uy до -Uy (фиг. 4) .

При изменении сигнала управления в указанных пределах на управляемый выпрямитель 12 подаются импульсы с таким фазовым сдвигом относительно

ЭДС питающей сети, при котором воз- 2р можно включение вентилей во всем диапазоне изменения нагрузок: от холостого хода до номинальной. Напряжение сигнала управления выпрямителем,формируемое предлагаемому способом,ко- 25 торсе поступает на вход блока компараторов, может изменяться в ограниченном диапазоне: от уровня точки

А до уровня точки Б на кривой nut лообразного напряжения, соответствую- 30 щих минимальной и максимальной наг. рузкам выпрямителя. За счет уменьшения диапазона изменения сигнала уп равления до минимально необходимого исключается перерегулирование сигнала управления. При отсутствии ограничи35 телей 4 и 5 напряжение управления могло бы изменяться в большем диапазоне, границы которого соответствовали бы точкам С и D на пилообразном напряжении, или даже превосходить его, что привело бы к дополнительному затягиванию переходных процессов и ухудшению качества стабилизации при работе выпрямителя в режимах частых сбросов и набросов нагрузки °

Введение ограничителей 4 и 5, а также суммирование второго эталонного сигнала и регулирующего сигнала интегратора 3 с ylIO HyTbIM коэфф ц ен- 50 том пропорциональности позволяют улучшить качество стабилизации выходного напряжения выпрямителя.

На принципиальной схеме (фиг. 2) роль ограничителей (4,5, фиг. 1) выполняют диоды 23 и 24 и усилитель 18.

Ограничение выходного напряжения интегратора происходит на уровнях,рав96 ных максимальному выходному напряжению усилителя 18, определяемому напряжениями источника питания и амплитудной характеристикой усилителя. При изменении выходного напряжения интегратора до максимально возможного напряжения усилителя 18 потенциал правой обкладки, конденсатора увеличиваться более не может. Если при этом ток через резистор 20 не равен току через резистор 21, что выполняется при неравенстве выходного напряжения выпрямителя эталонному сигналу стабилитрона 15, то конденсатор интегратора продолжает заряжаться и потенциал его левой обкладки начинает изменяться. При этом открывается один из диодов 23 и 24 и после этого напряжение на конденсаторе остается постоянным и равным бых макс +. UАы *"

i Uñ макс где U„,„- максимальное напряжение усилителя 18

U„„ä — падение напряжения на диоде (23,24) .

Формула изобретения

Способ управления стабилизированным выпрямителем с емкостным фильт- ром на выходе, состоящий в том, что формируют опорные сигналы пилообразной формы, синхронизированные с напряжением фаз питающей сети, формируют сигнал управления выпрямителем, сравнивают его с опорными сигналами и в моменты их равенства формируют

Коэффициент пропорциональности сумматора, выполненного на усилителе

26, обеспечивается соответствующим выбором резисторов 27 - 29. При изменении напряжения выпрямителя, поступающего на клемму 19, происходит изменение выходного напряжения интегратора 18 и усилителя 26 только в определенном диапазоне, исключающем перерегулирование сигнала управления.

При этом повышается качество стабилизации выходного напряжения выпрями» т еля.

Таким образОм, способ позволяет повысить качество стабилизации выходного напряжения управляемого выпрямителя с емкостным фильтром на выходе в переходных режимах.

137б 196

Фиг. 3 импульсы управления, которые подают на тиристоры выпрямителя, формируют сигнал задания выходного напряжения выпрямителя, измеряют выходное напряжение и формируют пропорциональный ему сигнал отрицательной обратной связи, который вычитают из сигнала задания, а интегрированием сигнала их разности формируют регулирующий сигнал, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества стабилизации выходного напряжения выпрямителя в переходных режимах, измеряют наибольшее и наименьшее значения сигнала управления выпрямителем в режимах его работы с минимальной и максимальной нагруз ками, вычисляют вели1 чину сигнала управления, равную среднему арифметическому наибольшего и наименьшего значений, формируют рав5 ный этой величине второй эталонный сигнал, ограничивают диапазон измене° ния регулирующего сигнала сверху и снизу на одинаковых уровнях относительно нулевого значения и .формируют щ сигнал управления выпрямителем путем суммирования второго эталонного сигнала -и сигнала, пропорционального регулирующему, с коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим изме нение сигнала управления выпрямителем от наименьшего до наибольшего измеренных значений при полном диапазоне изменения регулирующего сигнала.

1376196

1 I

Составитель В, Бунаков

Редактор M. Бланар Texpep, A. Кравчук Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Заказ 795/53 Тираж 665. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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