Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении импульсных преобразователей постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы. Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения преобразователя. Цель достигается тем, что параллельная цепь Г-образного фильтра выполнена в виде LC-контура. При этом измеряют ток дросселя LC-контура и ток нагрузки, умножают сигнал, соответствующий току дросселя LC-контура, на постоянный коэффициент N(0*98N*981). управляющий сигнал формируют путем суммирования сигнала, пропорционального току дросселя LC-контура, сигнала, пропорционального току нагрузки, и сигнала, пропорционального отклонению выходного напряжения от заданной величины. 3 ил.

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ!(РЕСГ1УБЛИН.,Я0„„1 614003

А2 (51)5 G 05 F !/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (61) 1394206 (21), 4470674/24-07 (22) 20,06.88 (46) 15.12.90. Бюл. И 46 (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта

% им. М.Т.Елизарова (72) В.В.Сазонов, В,Т.Барабаш и И.О Маркович (53) 621.3!6.722.1 (088.8) (56 ) Авторское свидетельство СССР

У 1394206, кл, G 05 F l/44, 1985. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении импульсных

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении импульсных преобр азовател ей постоя нного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы.

Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения преобразователя, На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2векторная диаграмма токов и напряжений, действующих в параллельном ЬСконтуре; на фиг, 3 — релейная система управления.

Силовой каскад преобразователя со-. стоит иэ коммутатора l выполненного, например, по мостовой схеме, и фильт2 пр еобр азов ат елей постоянно го напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы. Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения преобразователя. Цель достигается тем, что параллельная цепь.

Г-образного фильтра выполнена в виде

LC-контура. При этом измеряют ток дросселя LC-контура и ток нагрузки, умножают сигнал, соответствующий току дросселя LC-контура, на настоян" ный коэффициент п(0<пс1). Управляющий сигнал формируют путем суммирования сигнала, пропорционального току дросселя ЬС-контура, сигнала, пропорционального току нагрузки, и сигна- ф ла, пропорционального отклонению выходного напряжения от заданной величины, 3 ил °

С:

leeL ра, содержащего последовательный дрос- 1 ф сель 2, конденсатор 3 и параллельный дроссель 4. Конденсатор 3 и дроссель „р

4 образуют параллельный колебатель- « ив ный LC-контур, настроенный в резонанс на частоту выходного напряжения преобразователя. На выход фильтра подключена нагрузка 5, Датчики 6-8 тока измеряют соответственно ток поспедовательного дросселя li ток нагрузки

i > и ток i < дросселя параллельного

LC-контура. Сигнал, соответствующий току i<, умножается масштабным пре- 1Я образователем 9 (в простейшем случае делите:.ем) на коэффициент Il Устройство 10 управления в каждом i-м такте преобразования реализует соотношение

1614003

1,(t)=7 (t) (5) 3

Х, (Т; ) =Х (Т; )+пХ, (Т,. )+Х„(Т,), (1) где Хч(Т<) I„(t„ ), IÄ(i), т (Т, ) соответственно средние за такт преобразов.ания T значения токов i 1д, 1 g и сннусоидального сигнала управления

Если пренебречь пульсациями всех укаэанных переменных и считать, что 10

11 II они совпадают со своими гладкими составляющими, то можно записать 1 (с)=1 1()+Bi„(t)+iH(t). (2)

В то же время 15

1< ()=1с(1)+1L()+i„(t) (3) где i - ток конденсатора параллельного LC-кон тур а.

Из (2) и (3) получаем соотношение 20 (t.)+(1-n)i((t)=i (t) (4) с

При изменении сигнала i по синусоидальному закону -.игналы i (1 ) и

i1,(t) после завершения переходных про-. 5 цессов, связанных с включением преобразователя, также имеют синусоидаль, ную форму.

Вектор выходного напряжения U оТстает от вектора тока по фазе на

906 (как показано на фиг. 2), вектор тока I . отстает от вектора U „„на угол несколько меньший 90 из-за на0 личия активных потерь мощности в дросселе. Вектор тока Х, потребляемого

LC-контуром, равный сумме векторов токов I и Х, в режиме резонанса токов совпадает по фазе с вектором

li и при малых потерях в дросселе

Bb(X имеет малую амплитуду ° 40

Из векторной диаграммы видно, что модуль векторной суммы Х =Хс+(1-п)Х1 при п 1 больше модуля вектора Х (тем больше, чем больше коэффициент n).

Однако при п=1 суммарный вектор вы- 4 рождается в вектор Х, при этом из (4) имеем

Контролю в этом случае подлежит ток конДенсатоРа 1С, т,е, с точки зРения управления система вырождается в систему преобразователя с простым Гобразным ЬС-фильтром со всеми присущими ей. недостатками.

Поскольку фазовая ориентация вектоРов ов I u I g (а следовательно, и вектора (1-п)Х1,) относительно суммарного вектора I определяется только параметрами LC-контура и значением коэффициента и то иэ очевидных геометрических соображений ясно, что если модуль вектора I постоянен, то постоянны модули векторов I<, I <, Iz, a следовательно, и молуль вектора U>, При изменении модуля суммарного вектора Х пропорционально будут изме": о няться модули векторов Хс, I1, I < и вых °

Таким образом, изменяя амплитуду синусоидального управляющего сигнала можно изменять амплитуду выходного напряжения преобразователя, т.е. организовать обратную связь по выходному напряжению преобразователя.

Поскольку амплитуда .синусоидального сигнала i+(t) в рассматриваемом случае существенно возрастает по сравнению со случаем, когда обеспечивается слежение эа сигналом i (t) сигнала, соответствующего току i то точность слежения в условиях сильных пульсаций токов существенно возрастает. Это заметно повышает качество выходного напряжения преобразователя. Как и в способе управления, предложенном в основном изобретении, выходное напряжение не зависит от напряжения питания и тока нагрузки, Всякое изменение тока .нагрузки i приводит согласно выражению (2) к соответствующему изменению тока i (с), ток контУРа 1х(1) при этом не зависит от i (t), а следовательно, и напряжение Б,ы„(1) не зависит от тока i <(t) .

Хотя сигнал управления 1ч. заметно возрастает, ток i< потребляемый LCконтуром, а следовательно, потери с мощности в преобразователе, остаются малыми.

При использовании предлагаемого способа управления параллельный Х Сконтур, оставаясь по отношению к реальным процессам в фильтре настроенным в резонанс, по отношению к управлению становится как бы расстроенным и имеющим емкостный характер, так как сигнал i, по которому фактически осуществляется управление, имеет емкостный характер, т.е. по отношению к управлению имитируется расстройка ЬС-контура. Естественно, что при такой "квазирасстройке ток контура

It квазивозрастает и

Аналогичный с точки зрения управления результат получается и в случае использования способа управле

03 6

Пример такой схемы приведен на фиг. 3. Силовой каскад преобразователя - как на фиг. 1, обозначения те же. На выходе коммутатора формирует-, ся двухполярное .напряжение.

Устройство управления состоит из датчика 6 тока i4 последовательногс дросселя, датчика 7 тока i!(нагрузки, дат-. ика 8 тока дросселя 4, масштабного преобразователя 9, датчика 1 полезного (среднего или действующего) значения выходного напряжения преобр аз св ателя, сравнивающего усилителя

12, генератора-13 синусоидального напряжения (ГСН), узла 14 умножения, аналогового сумматора 45, релейного элемента (РЭ) 16 с симметричными относительно нуля порогами срабатывания

+pi и -!I»i, Масштабный преобразователь

9 можно иСключить, если использовать датчик тока с чувствительностью в и раэ меньшей, чем у остальных датчиков тока.

Управление импульсным преобразователем осуществляется следующим образом.

Сравнивающий усилитель формирует постоянное напряжение

5 16140 .ния по основному изобретению, если произвести фактическую расстройку параллельного LC-контура увеличив в .1

Э (1-и) раз значение индуктивности контура и уменыпив таким образом амплитуду тока i1,. Однако с энергетической точки зрения такой подход к решению вопроса не оправдан, Введение в закон управления сигнала, пропорционального току дросселя параллельного LC-контура, дает системе управления новое качество: высокую точность управления, т.е. высокое качество напряжения без ухудше!

5 ния энергетических характеристик преЮ об р азов ат еля ..

При практической реализации предлагаемого способа управления выбор значения коэффициента и следует про- 20 изводить, учитывая следующие соображения .

Для увеличения точностч управления амплитуду сигнала i желательно уве25 личить, т.е, коэффициент п следует также увеличивать. Однако из-за погрешности импульсного слежения реализация соотношения (4), т. е, соотношения,(t) =7>(t), может сопровождать-30 ся появлением постоянной составляющей в суммарном сигнале i (t), который замыкается через дрсссель LC-контураа.

Для постоянных составляющих из (4) имеем с К (!1 ов вы»() 1 где U ор — опорное постоянное напряжение;

К вЂ” коэффициент усиления усилителя.

На выходе ГСН действует напряжение (1-n)i1, о о откуда

1- о

Ь

"о 1=n

При увеличении коэффициента п зна- . чение i g возрастает. Эксперименты, о проведенные на действующем макете преобразователя, показывают, что хорошие результаты получаются при п0,5.

Схемная реализация предлагаемого способа управления зависит от кон. кретных требований к качеству выходного напряжения, уровня и интенсивности возмущений, действующих со стороны источника питания и нагрузки .

Если напряжение питания и ток нагрузки изменяются достаточно медленно, то можно использовать наиболее простую релейную систему управления, подобную рассмотренной в описании основного изобретения.

U =U sinQt

r (8) 45 (l0)

Этот сигнал должен изменяться достаточно медленно по сравнению с током что достигается соответствующим выб ор о м индук ти в ности дро с сел я 2 и режима работы преобразователя.

Б течение интервала времени»,, нал пряжение U! на выходе коммутатора равно +Б„, ток i » в дросселе 2 нарастает, Когда ток i достигает значения .((!

i +(1, РЭ 16 срабатывает и переклюгде Q — требуемая угловая частота вы40 ходного напряжения преобразователя.

На выходе узла 9 умножения формируется управляющий сигнал т„К„О (U „-Usb(„)singt. (9)

На выходе сумматора 15 действует сигнап. 1614003

7 чает ключи коммутатора. В течение интервала времени .U =-П.;п ток i na231 Ф 1 дает. По достижении током i значения \

РЭ 16 и ключи коммун штора воз 3 5

Вращаются в исходное состояние. Далее процессы повторяются. В итоге ток дросселя будет изменяться по закону, близкому к закону изменения сигнала

° I

:(,,, т.е, реализуется соотношение (2) и, как следствие, соотношение (4).

Любые изменения напряжения питания

Up и нагрузки, ограниченные по модулю и скорости, не влияют на значение и форму выходного напряжения преобра- 15 зователя. Это полностью подтверждается экспериментально на действующем макете преобразователя выполненного

:по рассмотренной схеме. В то же время преобразователь со схемой управле- 2п ния, в которой измерение тока i1 не

Производится„ работает неустойчиво„

В выходном напряжении присутствуют, субгармоники, форма кривой заметно отличается от синусоидальной.

Формула изобретения

Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной форма, по авт.св. 9 1394206, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, в нем параллельная ветвь Г-образного фильтра выполнена в виде резонансного LC-контура, используемого для измерения тока дросселя этого контура, при этом полученный в результа-а те измерения сигнал умножают на постоянный коэффициент и, где Осп<1, измеряют ток нагрузки и формируют управляющий синусоидальный сигнал путем суммирования сигнала, полученного в результате умножения на и, сигнала, пропорционального току нагрузки, и сигнала, пропорционального отклонению выходного напряжения преобразователя от заданного значения, 1614003 и)1

Arx

Фиа 2

Составитель С.Чернышева

Техред Л. Сердюкова Корректор M,Øàðîøè

Редактор А.Маковская

Заказ 3892 Тираж 653 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101