Способ дискретного регулирования напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ >789985

Ф

1 (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 06.05.77 (2l ) 2483776y24 07 (51)M. Кл.

G 05 Е 5/00 с присоединением заявки РЙ

Гооударстееииый комитет

СССР (26) Приоритет

Опубликовано 23.12.80. Бюллетень J%47 до делан изооретеинй и открытий (53) УДК621.316..722(088.8) Дата опубликования описания 23.12.80 (72) Авторы изобретения

В. Е. Болтнев, В. П. Миловзоров .и А. К. Мусопин

Рязанский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ и $4).

Изобретение относится K преобразова,нию параметров электроэнергии и может быть использовано в системах вторичного электропитания, в частности в регуляторах и стабилизаторах напряжения переменного, выпрямленного и постоянного тока.

Известны способы регулирования напряжения путем дискретного изменения коэффициента передачи регулирующего органа в функции результата его сравнения с эталонным напряжением реализующие согласт но заданному закону регулирования либо изменение чередования числа периодов фиксированных амплитудных значений напря15 жения сети, получаемых с помощью трансформатора с отводами, либо коммутацию в моменты перехода рабочим током нулевого уровня регулировочных секций трансформаторного регулирующего органа, весо-вые коэффициенты которых распределены равномерно, либо в соответствии с двоичным ипи троичным кодом 1.1, 1, 21, В1

Недостатками известных способов регулирования являются неудовлетворительные динамические характеристики и искажение формы выходного напряжения при воздействии дестабилизирующих факторов как со стороны питающей сети, так и со стороны нагрузки.

Цель изобретения — улучшение динамических характеристик и формы выходного напряжения регуляторов дискретного действия, Поставленная цель достигается тем, что при использовании известного способа в качестве эталонных формируют два уровня напряжения, равных соответственно максимальному и минимальному допустимым уровням выходного напряжения, определяемых заданной точностью регулирования, при этом коэффициент передачи регулирующего органа дискретного действия уменьшают либо увеличивают в случае отклонения текущего уровня выходного напряжения в сторону увеличения от максимально-допустимого, либо в сторону уменьше789985,ния от минимального допустимого его значения, определяемых указанными эталонными уровнями, до момента полной компенсации рассогласования на выходе регулятора. В случае регулирования напряжения переменного тока уровни эталонного напряжения попучают путем формирования напряжений требуемой, например синусоидальной, формы с частотой и фазой, совпадающими с частотой и фазой напряжения сети, и амплитудой, равной заданному значению амплитуды выходного напряжения, с последующим смешением в противоположные сторойы относительно нулевого уровня на постоянный уровень, равный или несколько меньший, заданной точности регулирования, а в случае регулирования напряжения выпрямленного или постоянного тока уровня эталонного напряжения формируют постоянными.

На фиг. 1 приведена функциональная схем ма реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 — форма выходного напря>кения переменного тока (толстая линия), в начальный момент одного из полупериодов которого произошло скачкообразное увеличение 25 амплитуды напряжения сети (пунктирная линия); тонкими пиниями обозначены границы зоны допустимых значений выходного напряжения; на фиг. 3 — схема процесса регулирования напряжения переменного 30 тока; на фиг. 4 — схема процесса динамического сглаживания пульсации трехфазного выпрямленного напряжения, Функциональная схема содержит регулирующий орган 1 дискретного действия (POlUi), реверсивный счетчик 2 импульсов (РСИ), трехпозиционный орган 3 сравнения (ТОС), формирователь 4 эталонных напряжений (ФЭН), высокочастотный генератор 5 тактовых импульсов {ГТИ), в щ случае регулирования выпрямленного наппяжения устройство также содержит выпрямитель 6.

4 частотой и фазой, напряжения сети. LIBQ уровня эталонного напряжения с- амплитудами 1J ц,,„и Он „„ д, определяющие верхнюю и нижнюю границы зоны заданной точности регулирования (ЗЗТР), формируют путем смещения базового (не содержащего постоянной составляющей) эталонного синусоидапьного напряжения на постоянный уровень, равный или несколько меньший заданной точности регулирования ОН jg c противоположными знаками. Формирование эталонного синусоидального напряжения синфазного с напряжением сети реализуется методами фазовой синхронизации генератора гармонических колебаний требуемой частоты с напряжением сети, либо путем фильтрации и астатического слежения за фазой входного напряжения с помощью ïåрестраиваемых фильтров с последующей стабилизацией амплитуды эталонного напряжения. И нерционность дополнительных контуров автоматического регулирования фазы и амплитуды в узле формирования эталонного напряжения реализуется пренебрежимо малой относительно инерционности изменения фазы напряжения сети и, следовательно, практически не оказывает какого-либо влияния на характер динамических процессов основного контура регулирования.

На фиг. 3 тонкими пунктирными линиями показано поле возможных дискретных

° уровней выходного напряжения, толстой пунктирной линией обозначен уровень возмущенного напряжения нагрузки (предполагается, что в начале текущего попупериода произошло скачкообразное увепичение амплитуды напря>кения сети), тонкими сплошными пиниями — границы ЗЗТР. В окрестности перехода через нулевой уровень текущее значение выходного напряжения находится-в пределах ЗЗТР, при этом дискретная обратная связь в схеме на фиг. 1 размыкается, н выходное напряСуть предлагаемого способа регулирования заключается в реализации дискрет- . ного регулирования текущего уровня вход. ного напряжения, основанного на сравнении последнего с текущими значениями двух специально формируемых уровней эталонного напряжения и использования результата сравнения в качестве информации управпения коэффициентом передачи регулирующего органа. Форма эталонного напряжения определяется заданной в общем случае произвольной, формой выходного напряжения (на фиг. 2 и 3 форма выходного напряжения предполагается синусоидапь;ной), а его частота и фаза совпадают с жение изменяется по синусоидапьному закону (в общем случае по закону изменения напряжения сети, например как это имеет место в случае искаженной или специальных форм последнего) с коэффициентом передачи РОДД 1, устанавливающегося к начальному моменту возмущающего воздействия (к концу предыдущего полупериода на фиг. 3). В некоторый момент времени текущее значение выходного напряжения выходит за пределы ЗЗТР, что регистрируется ТОС 3, который разрешает прохождение высокочастотных импульсов

ГТИ {фиг. З,б) на вычитающий вход РСИ

2. Каждый импульс, поступающий на тот

789985 ипи иной вход РСИ, изменяет в соответствуюшую сторону запасенный в нем ход на единицу, РСИ управляет ключевой системой РОДД, который соответственно дискретно изме«иет выходное напряжение в сторону уменьшения рассогласования с шагом квантования по уровню Ю.U 4 ц "ц

B обшем случае импульсы ГТИ 5 поступают на один из входов РСИ 2 до тех пор, пока полностью не скомпенсируется 1Î рассогласование не выходе регулятора, после чего ТОС 3 запрещает прохождение тактовых импульсов на входные шины РСИ

2, и обратная связь контура регулирования разрывается до следуюшего отклонения текущего уровня выходного напряжения за пределы ЗЗТР. В частном случае, рассмот— ренном на фиг. 3, уменьшение выходного напряжения на один дискретный уровень обеспечивает возвращение последнего в 20 пределы ЗЗТР на каждом интервале замыкания обратной связи, соответствующих моментам возникновения рассогласований относительно. верхней границы ЗЗТР. Компенсация возмушаюших воздействий с произвольным начальным моментом или противоположным знаком рассогласования практически не отличается от процесса на фиг. 3, Регулирование выпрямленного или по- M стоянного напряжений с помощью регулято- ра дискретного действия (фиг. 4) отличается от рассмотренного выше процесса регулирования напряжения переменного тока лишь тем, что в этом случае ЗЗТР ограни-з5 чивается постоянными уровнями эталонного напряжения U> .,«1 и U««««с, формируемыми на выходе ФЭН 4.

Динамические характеристики регуляторов напряжения зависят от прирашения воз- р мушаюшего воздействия за период следования тактовых импульсов, длительность которого в сторону уменьшения ограничивается в основном частотными свойствами используемых коммутируюших ключей регули-4 руюшего органа. Использование современных высокочастотных транзисторов в качестве коммутирующих ключей РОДД поз- воляет реализовать период тактовых импульсов в пределах до 1 мкс и менее, а так как реальные воэмушения имеют конечную скорость изменения, то практически всегда реализуется процесс дискретного ,регулирования напряжения без динамичес кого перерегулирования (фиг. 3).

Таким образом, возможности предлагаемого способа регулирования позволяют значительно улучшить динамические характеристики регу««яторов ««а««ряже««««я с регулирующим органом дискретного действия.

Регулирование текущего уровня позвс— ляет также существенно улучшить форму выходного напряжения переменного тока при воздействии дестабилизирую«цих факторов со стороны сети и нагрузки и получить низкий уровень пульсаций выпрямпенного напряжения (практически 1% и менее) без использования громоздких реактивных сглаживающих фильтров, обычно используемых в регулируемых выпрямителях Коммутация силовых ключей регулируюшего органа регуляторов осуществляется лишь в течение динамических процессов, в статическом же режиме коммутация силовых ключей отсутствует (фиг. 2), что дополнительно способствует улучшению формы выходного напряжения.

Формула изобретения

1. Способ дискретного регулирования напряжения путем ступенчатого изменения коэффициента передачи регулируюшего органа в функции результата его сравчения с эталонным, о т л и ч а ю ш и й— с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и формы выходного напряжения, в качестве эталонных формируют два уровня напряжения, равных соответственно максимальному и минимальному допустимым уровням выходного напряжен««я, определенных заданной точностью регулирования, причем коэффициент передачи регулирующего органа дискретного действия уменьшают пибо увеличивают при отклонении текушего уровня выходного напряжения в сторону увеличения от максимально допустимого, либо в сторону уменьшения от минимально допустимого его значений, определенных указанными эталонными уровнями, до момента полной компенсации рассогласования H& выходе регулятора, 2,Способпоп. 1, отлича ю— шийся тем, что эталонные уровни получают путем формирования напряжения требуемой, например, синусондальной, формы. с частОтОй и фаэойр сОвп&даюшими с частотой и фазой напряжения сети, и ами плитудой, равной заданному значению амппитуды выходного напряжения, и его последующего смещения в противоположные стороны относительно нулевого уровня на постоянный уровень, равный или меньший заданной точности регулирования.

789985

3. Способ по и. 1, о .т л и ч а ю— шийся тем, что, при работе на нагрузку постоянного тока эталонные уров. нй- формируют постоянными.

Истонники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

J4 325539, кл. Gr 05 Б 1/08, 1972.

2, Патент США 34 3195038, 19b4.

3. Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении. М., Сов.радио"

1978.

4. Епатовцев В. А. и др. Комбинированный стабилизатор напряжения с высоким КПД. - "Вопросы радиоэлектроники, Сер. ЭВТ, вып. 7, 1974.!

78 9985

Составитель Г; Мьаык

Редактор И. Черный Техред М.Табакович Корректор Г. Решетник

Заказ 9040/49 . Тираж 956 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета С(СР о делам изобретений и откртытий

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

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