Способ импульсного преобразования постоянного тока
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в переменное. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования и получение выходного напряжения с задаваемой формой, в частности синусоидальной. В способе импульсного преобразования постоянного напряжения энергию от источника питания передают в конденсатор, с помощью системы управления коммутируя ключи инвертора с односторонней проводимостью, при этом измеряют мгновенные значения выходного сигнала и сравнивают их с эталонным сигналом и при превышении разности сигналов порогового значения коммутируют ключи инвертора. Пороговое значение срабатывания ключей увеличивают по мере роста и уменьшают по мере снижения мгновенного значения выходного тока. В качестве регулируемого параметра используют ток в нагрузке, в инверторе используют и коммутируют 4 ключа, с высокой частотой переключая пары ключей, расположенных в разных плечах инвертора, сначала открывают 2 ключа, запасая энергию в конденсаторе, затем закрывают ранее открытые ключи и открывают другую пару ключей и прикладывают к конденсатору обратное напряжение. Входной ток инвертора ограничивается с помощью дросселя и изменяется по апериодическому закону. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к способам формирования синусоидального тока в нагрузке при использовании в автономных системах электропитания и электроприводах переменного тока.
Известен способ импульсного преобразования постоянного напряжения [Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразования напряжения в устройствах электропитания РЭАю. - М.: Радио и связь. 1989 г., с. 61, 67, 68].
В данном способе энергию преобразуют с помощью регулирующего транзисторного ключа, дозирующего дросселя, диода.
Недостатком указанного способа импульсного преобразования постоянного напряжения являются пониженная эффективность преобразования из-за значительных потерь в двухобмоточном дросселе, так как мощность преобразования обеспечивается только пульсацией электромагнитной энергии - этого основного компонента - и частотой преобразования, и большая величина напряжения на разомкнутом регулирующем ключе, превышающая напряжение питания, с дополнительным коммутационным выбросом из-за индуктивности рассеяния обмотки дозирующего дросселя и резким набросом тока в дополнительный диод, а также трудность обеспечения безопасной траектории коммутации транзисторного ключа. Это приводит к необходимости завышения установочной мощности силового ключа и дозирующего дросселя для получения необходимой надежности, что вызывает ухудшение энергетических, массогабаритных и экономических показателей преобразователя.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ импульсного преобразования постоянного напряжения, при котором энергию от источника питания постоянного тока непрерывно предают непосредственно подключенной к нему двухконденсаторной емкостной стойке. Причем с помощью импульсного управления двумя регулируемыми ключами на первом этапе каждого периода высокочастотного периодического процесса дозирования осуществляют накопление энергии в дозирующем дросселе путем его подключения к одному из двух конденсаторов стойки. А на втором этапе энергию, накопленную на первом этапе, передают в другой конденсатор стойки при разомкнутых состояниях обоих ключей. [Патент на изобретение №2510871. Способ импульсного преобразования постоянного напряжения и устройство для его осуществления. Резников С.Б., Бочаров В.В., Харченко И.А., Ермилов Ю.В. Бюл. №10 от 10.04.2014].
Недостатком данного способа являются пониженная эффективность преобразования из-за использования полумостового инвертора: энергию необходимо прокачивать через конденсаторный делитель напряжения, из-за чего напряжение питания снижается в 2 раза (для компенсации этого приходится использовать специальный двуполярный источник питания), кроме этого, нужно завышать установочные мощности конденсаторов, через которые передается вся мощность.
Техническим результатом предложения является повышение эффективности и качества преобразования энергии при импульсном преобразовании постоянного тока. А именно более высокая энергоэффективность при получении выходного тока с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидальной, из-за использования мостового инвертора вместо полумостового. И улучшенный гармонический состав выходного тока из-за использования релейного принципа формирования выходного тока с изменяющимся в зависимости от значения выходного тока пороговым значением срабатывания регулирующих ключей.
Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в способе импульсного преобразования постоянного напряжения, в соответствии с которым энергию от источника питания передают в конденсатор, коммутируют ключи инвертора с односторонней проводимостью с помощью системы управления, при этом измеряют мгновенные значения выходного сигнала, сравнивают их с эталонным сигналом и при превышении разности сигналов порогового значения подают сигнал на переключение ключей инвертора, в качестве регулируемого параметра используют ток в нагрузке, в инверторе используют и коммутируют с высокой частотой четыре ключа, переключают пары ключей, расположенных в разных плечах инвертора, при этом сначала открывают первую пару ключей и запасают энергию в конденсаторе, затем закрывают ранее открытые ключи и открывают другую пару ключей и прикладывают к конденсатору обратное напряжение, входной ток инвертора ограничивают с помощью дросселя и изменяют по апериодическому закону, пороговое значение срабатывания ключей увеличивают по мере роста и уменьшают по мере уменьшения мгновенного значения выходного тока.
На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующая предложенный способ импульсного преобразования постоянного напряжения в однофазное переменное.
Предложенный способ реализован в устройстве, схема которого приведена на чертеже. Устройство содержит источник питания постоянного тока 1 и подключенный к его выводам через индуктивность 2 инвертор, выполненный по мостовой схеме, состоящей из четырех ключей 3-6. К выходам инвертора подключена активно-индуктивная нагрузка 7, 8 и включенный параллельно ей конденсатор 9, необходимый для обмена реактивной мощностью с нагрузкой. Датчик тока 10 подключен последовательно с нагрузкой. Выходные выводы схемы управления 11 подключены к управляющим выводам регулирующих ключей 3-6, а цепь обратной связи подключена к сигнальному выводу датчика тока 10. Выход источника эталонного сигнала 12 соединен с положительным входом узла сравнения 13. Вывод датчика тока 10 подключен к блоку формирования порогового значения срабатывания ключей инвертора 14 и к отрицательному входу блока сравнения 13. Блок сравнения 13, в свою очередь, выходом подключен через блок гистерезиса 15 к формирователю импульсов 16, а затем к выходным клеммам системы управления.
Лабораторные испытания устройства для реализации заявленного способа и исследования на компьютерной модели показали их работоспособность и пригодность для широкого применения в промышленности. Способ позволяет формировать требуемую форму выходного тока в нагрузке с заданным отклонением. Величина отклонения уменьшается при уменьшении мгновенных значений выходного тока и увеличивается по мере роста мгновенных значений выходного тока за счет регулирования порогового значения срабатывания релейного элемента 15. Это позволяет получить более качественную, в частности приближенную к синусоидальной, форму выходного тока.
Способ импульсного преобразования постоянного напряжения, в соответствии с которым энергию от источника питания передают в конденсатор, коммутируют ключи инвертора с односторонней проводимостью с помощью системы управления, при этом измеряют мгновенные значения выходного сигнала, сравнивают их с эталонным сигналом и при превышении разности сигналов порогового значения подают сигнал на переключение ключей инвертора, отличающийся тем, что в качестве регулируемого параметра используют ток в нагрузке, в инверторе используют и коммутируют с высокой частотой четыре ключа, переключают пары ключей, расположенных в разных плечах инвертора, при этом сначала открывают первую пару ключей и запасают энергию в конденсаторе, затем закрывают ранее открытые ключи и открывают другую пару ключей и прикладывают к конденсатору обратное напряжение, входной ток инвертора ограничивают с помощью дросселя и изменяют по апериодическому закону, пороговое значение срабатывания ключей увеличивают по мере роста и уменьшают по мере уменьшения мгновенного значения выходного тока.
