Преобразователь постоянногонапряжения b переменное

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<>813629 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 28. 12. 78 (21) 2703429/24-07 с присоединением заявки H9— (23) Приоритет—

Опубликовано 15.03Я1. Бюллетень 89 10

Дата опубликования описания 17. 03. 81 (53)M. Кл.з

Н 02 И 7/48

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 621 ° 314 °

572(088 8) (72) Авторы изобретения

В.И. Сенько, В.С. Смирнов, A.B. Буденн и 10.К. Торопчинов

-" ::е: I !

50-летия:

Киевский ордена Ленина политехнический инст

Великой Октябрьской социалистической рев (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПЕРЕМЕННОЕ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано, например, в преобразовательной установке с квазисинусоидальньм выходным напряжением для стабилизированного прецизионного электропривода. .Известны преобразователи постоянного напряжения в переменное, содержащие блок управления и блок силовых ключей и позволяющие формировать и стабилизировать кваэисинусоидальное напряжение с определенным гармоническим составом (11- (81.

К недостаткам данного устройства относятся невозможность регулирования частоты выходного напряжения в широком диапазоне и невозможность получения низких и инфранизких частот выходного напряжения, что иногда необходимо в устройствах прецизионного электропривода, так как инверторные ячейки имеют трансформаторный выход. Кроме того, точность стабилизации выходного квазисинусоидального напряжения находится в прямой зависимости от числа инверторных ячеек, что в конечном счете приводит к резкому ухудшению массо-габаритных показателей при повышенной точности стабилизации;

Стабилизация выходного напряжения в инверторе, описанном в 2), осуществляется измерением величины напряжения основной гармонической составляющей выходного напряжения и запоминания этой величины на время следующего периода, в котором поступившее воздействие срабатывается системой управления. Таким образом, возмущающее воздействие отрабатывается устройством лишь через период выходного напряжения, что

15 приводит к существенному снижению быстродействия и точности стабилизации напряжения. Кроме того, задержка отработки возмущающего воздействия на величину периода вы20 ходного напряжения неизбежно приведет к искажению формы выходного квазисинусоидального напряжения, т.е. к ухудшению его гармонического состава, что имеет место, например при "сбросе" и "набросе" нагрузки (при пусковых режимах) .

К недостаткам инверторов, описанных в (31 — j7), следует отнести сравнительно низкое быстродействие стаЗО бнлиэации напряжения, вызванное

813б29 необходимостью выделения основной гармоники выходного напряжения и использования ее для получения пропорционального ей напряжения, срав- ниваемого с эталонным напряжением, что возможно только по окончании по меньшей мере одного периода выходного напряжения. Недостатком таких устройств является также непостоянство гармонического состава выходного напряжения при регулировании в.широких пределах его частоты или при изменении тока нагрузки. Изменение гармонического состава наПряжения может быть недопустимо большим (например, для прецизионного многоскоростного частотно-регулируемого электропривода при пусковых режимах) . Это обусловлено значительным влиянием формы кривой напряжения питания двигателя на величину колебаний мгновенной скорости вращения двигателя, являющийся одним из важных параметров такого привода. Применение на выходе системы фильтров для подавления высших гармоник и использование принципа "слежения" за формой выходного сигнала также далеко не всегда целесообразно, так как в системе "преобразователь-двигатель может возникнуть явление конденсаторного самовозбуждения, которое проявляется в виде устойчивых автоколебаний или в "застревании" двигателя на скорости, не соответствующей частоте напряжения питания, что совершенно недопустимо.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее блок силовых ключей и блок управления (8) .

К недостаткам данной схемы относится отсутствие стабилизации выходного напряжения и непостоянство его гармонического состава, что особенно проявляется в динамических режимах работы например при пусковых режимах.

Целью изобретения является.сбеспечение стабилизации при повышенных ее точности и быстродействии и повышенном качестве выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем

/ что в схему преобразователя постоянного напряжения в переменное, содержащую последовательно соединенные суммирующий и инверторный блоки с управляемыми ключевыми элементами, а также блок управления этими ключевыми элементами и измерительный выпрямитель, входом подключенный к выходу инверторного блока, причем суммирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных по выходу силовых ячеек, каждая из кото- . рых представляет собой замкнутую цепь из последовательно включенных источника напряжения и двух клю чевых элементов, силовые электроды одного из которых образуют выходы ячейки введены аналого-цифровой блок

) входом подключенный к выходу измерительного выпрямителя, цифровой компаратор, одним из информационных входов подключенный к выходу блока управления, логические схемы совпадения, одни из входов которых соединены с выходами цифрового компаратора, другие их входы подключены к выходу дополнительно - введенного генератора импульсов, а также реверсивный счетчик,. входами соединенный с выходами логических схем совпадения, а выходами связанный с управляющими входами соответствующих ключевых элементов суммирующего блока.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема инвертора;на фиг. 2 пример аппроксимации синусоидального напряжения; на фиг. 3 — пример реализации суммирующего блока; на фиг. 4 — пример реализации блокауправления", на фиг. 5 — пример выполнения цифрового компаратора. функциональная блок-схема преобразователя (фиг. 1) содержит блок

1 управления, один из выходов которого связан с управляющими входами инвертора 2, силовой суммирующий блок 3, выход которого соединен с силовым входом инвертора 2, а также последовательно соединенные измерительный выпрямитель 4, и аналогоцифровой блок (ЛЦБ) 5, причем вход выпрямителя 4 подключен к выходу инвертора 2, логический компаратор б, одним из входов подключенный к выходу ЛЦБ 5, а другим — к цифровому выходу блока 1 управления, логические схемы совпадения 7 и 8, одни из входов которых соединены с выходами логического компаратора б, а другие входы подключены к выходу дополнительного генератора 9 импульсов, реверсивный счетчик 10, входами соединенный с выходами схем совпадения

7 и 8, а выходами связанный с соответствующими управляющими входами суммирующего блока 3. Выход инвертора 2 является выходом преобразователя.

На цифровом выходе х блока 1 управления формируется двоичный параллельный многоэарядный код, в любой момент времени соответствующий величине аппроксимированной синусоиды. Однако величина выходного квазисинусоидального напряжения может и не соответствовать этому управляющему коду по причине, например флуктуации питающего напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

Квазисинусоидальное напряжение с выхода инвертора 2 после выпрямления поступает на вход АЦБ 5, где

813629

1преобраэуется в двоичный многоразрядный код у. Код у соответствует величине реального выходного напряжения. В то же время на выходе блока 1 управления формируется двоичный многоразрядный код х, соответствующий требуемому выходному напряжению. управляющие коды х и у поступают на входы логического компаратора 6, в котором постоянно происходит сравнение этих кодов и вырабатываются команды х > у и х <. у. Команды х > у и х < у в виде разрешающих сигналов поступают на один из входов схем 7 и 8 совпаде-. ния, в то время как на другие их входы поступают импульсы с выхода генератора 9. Таким образом, импульсы с выхода генератора 9 поступают либо на .суммирующий, либо на вычитающий входы реверсивного счетчика

10Ä на выходе которого формируется двоичный управляющий код, соответствующий увеличению или уменьшению выходного напряжения и подаваемый на силовые ключи суммирующего бло.ка 3. Например, при увеличении питающего напряжения, т.е. при увеличении выходного квазисинусоидального напряжения, на выходе логического компаратора будет присутствовать команда х с у, что обеспечит поступление импульсов с выхода генератора

9 на вычитающий вход реверсивного счетчика 10. На выходе счетчика 10 в этом случае будет формироваться управляющий код, соответствующий пониженному выходному напряжению до тех пор, пока не сравняются коды х и у

Ступенчатая аппроксимация синусоидального напряжения, положенная в основу построения блока 1 управления, производится следующим образом (фиг. 2). Амплитуду синусоидальной функции разбивают на И-1 равных значений, а саму функцию считают линейной в интервалах между полученными значениями амплитуды ввиду малости отрезков синусоиды, заключенных между дискретными значениями функции. Каждый отрезок аппроксимируется одной ступенью, начало которой проходит через середину полученного отрезка. Кроме того, величи-. ны напряжений источников Е в суммирующем блоке (фиг. 3) выбираются пропорциональными весами двоичных разрядов управляющего кода.

Блок 1 управления (фиг. 4)осуществляет формирование сигналов управления работой силовых ключей суммирующего блока 3 и инвертора 2. Управляющие сигналы формируются в виде двоичного параллельного многоразрядного кода. Блок управления включает в себя задающий генератор

11, счетчик 12 длительности ступеней, преобразователь 13 кода длительности ступеней, реверсивный счетчик 14, преобразователь 15 двоичного кода в десятичный, триггер

16 управления Реверсивным счетчиком триггер 17 управления работой инвертора, а также логические элементы

И и ИЛИ, необходимые для функционирования блока управления.

Работу блока управления рассмОтрим с момента времени, когда в счетчиках 12 и 14 записаны нулевые коды.

При этом на выходе (О) преобразователя 15 кодов присутствует сигнал логической единицы. С выхода генерато-. ра 11 на счетный вход счетчика 12 непрерывно поступают импульсы опорной частоты. При наборе в счетчике

12 кода„ соответствующего длительности "нулевой ступени" выходного напряжения, сигнал с выхода A npe20 образователя 13 кодов через схему

18 совпадения, на которую подано разрешение с выхода (О) преобразователя 15 кодов, поступает на счетный вход триггера 17, а с.его выхода снимаются сигналы управления ключевыми . элементами инвертора 2, выполненного по мостовой схеме.

При наборе в счетчике 12 кода, соответствующего длительности ступени

2А, сигнал с выхода 2А преобразователя 13 кодов через схему 19 сов- падения, на которую подано разрешение с выхода (О) преобразователя

15 кодов, устанавливает триггер.-16 управления в состояние 1и через открывшуюся схему 20 совпадения и схему ИЛИ 21 записывается в реверсивный счетчик 14. Одновременно происходит установка счетчика 12 в состояние О. При этом на выходе

40 счетчика 14 устанавливается код

0...001, и суммирующий блок 3 включает источник К2, величина напряжения которого равна амплитуде первой ступени (фиг. 4). Кроме того, на вы4 ходе (1) преобразователя 15 кодов появляется сигнал логической единицы, вырабатывающий разрешение на схему 22 совпадения. При этом снимается разрешение ао схем 19 и 18 совпадения. Счетчик 12 длительности ступеней повторно заполняется импульсами генератора 11 до того момента, пока не произойдет набор кода, соответствующего длительности второй ступени. После набора этого кода на выходе 8 преобразователя 13 кодов появляется сигнал, который через открытую схему 22 аовпадения и схемы ИЛИ 23 и 21 сбрасывает счетчик 12 в состояние О и устанавлифО вает в счетчике 14 код 0...010,при этом суммирующий блок 3 включает источник Е2, а разрешение с выхода (2) преобразователя 15 кодов поступает на схему 24 совпадения. АналоЯ гично происходит формирование управ813629 ляющего кода реверсивного счетчика

14 для" последующих ступеней.

Таким образом, на выходе иннертора 2 формируется многоступенчатое кйазисинусоидальное напряжение,причем величина каждой ступени этого напряжения соответствует определенный управляющий код на выходе реверсивного счетчика 14 °

На фиг. 5 представлен пример построения принципиальной схемы логического компаратора 6, выполненный на элементах И, ИЛИ и схемах сонпадения. Компаратор 6 осуществляет поразрядное сравнение m-разрядных двоичных кодов с последовательным переносом. 15

Технико-экономический эффект от использования заявляемого устройства состоит н следующем. Использование новых блоков и связей обеспечивают высокие быстродействие и точность 20 стабилизации выходного напряжения.

Речь идет о стабилизации по мгновенному назначению, так как цифровой компаратор и реверсинный счетчик н тракте стабилизации являются безынерционными звеньями. Таким образом, предлагаемое устройство обладает возможностью мгновенной отработки возмущающего воздействия как при быстродействующих переходных режимах, так и при режимах стабилизации выходного напряжения при его регулировании и при изменении тока нагрузки н широких пределах.

Возможная незначительная задержка отработки, вызванная прохождением сигнала по тракту "суммирующий блок — инвертор — выпрямитель

АЦБ" может быть скомпенсиронана. за счет выбора частоты импульсов дополнительного генератора и соответст- 4Q нии с формулой

Предлагаемое решение обеспечивает качественную стабильность гармонического состава по сравнению с известным 8), которое не позволяет стабилизировать гармонический состав выходного напряжения, т.е. искажения формы выходного напряжения неизбежны. Данное решение обеспечивает стабильность гармонического сосугава даже при динамических режимах работы за счет высокого быстродействия системы. При использовании преобразователя для питания синхронного микродвигателя типа ДСП-25 при регулировании частоты питающего напряжения 25 — 400 Гц коэффициент его гармоник поддерживался постоян- 60 ным как н установившемся режиме„

„так и при переходных и пусковых режи. мах работы двигателя,и составлял 6,8%.

Данный преобразователь может быть использован н прецизионном частотно- Я регулируемом электроприноде с повышенными требованиями к равномерности скорости вращения двигателя.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий последовательно соединенные суммирующий и инверторный блоки с управляемыми ключевыми элементами, а также блок управления этими ключевыми элементами и измерительный выпрямитель, входом подключенный к выходу инверторного блока, причем суммирующий блок выполнен в виде последовательно соединенйых по выходу силовых ячеек, каждая из которых представляет собой замкнутую цепь из последовательно включенных источниканапряжения и двух ключевых элементов, силовые электроды одного из которых образуют выходы ячейки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации при повышенных ее точности и быстродействии и повышенном качестве выходного напряжения, н него введены аналого-цифровой блок, входом подключенный к выходу измерительноно выпрямителя, цифровой компаратор, одним из информационных входов подключенный к выходу блока управления, логические схемы совпадения, одни иэ входов которых соединены с выходами цифрового комнаратора, другие их входы подключены х выходу дополнительно введенного генератора импульсон, а также реверсивный счетчик, входами соединенный с выходами логических схем совпадения, а выходами связанный с управляющими входами соответствующих ключевых элементов суммирующего блока, Источники информации, принятые но внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР

Р 505164, кл. Н 02 М 7/48, 1971.

2. Егоров В.А., Кисляков Ю.B., Обухов С.Г. Регулирование и стабилизации выходного напряжения иннертора .напряжения.-Современные зада-, чи преобразовательной техники.

Часть 4, Киев 1975, с. 157-165.

3. Патент США Р 3473039, кл. 307-11.

4. Патент CQIA 9 3697768, кл. 307-31.

5. Патент Великобритании Р 1288741, кл. Н 02 3/12, б. Патент Франции Р 2178806, кл. Н 02 р 13/00, 1973 °

7. Патент ФРГ Р 1513228 кл. Н02р 13/20, 1974.

8. Демченко Н.Н., Смирнов В.С., Торопчинон Ю.К. Цифровые системы управления трехфазными преобразователями с улучшенной формой ныходного напряжения,-Сб. Оптимизация устройств преобразовательной техники. Киев, "Наукова ДУмка", 1977, с. 138-145, 813629

Составитель Г. Мицык р акто П. Коссей Тех А. Am Ко екто Н. Стец

Эаказ 0 2 Тираж 30 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам иэобретений и открытий

113035 Москва З-35 Ра ская наб. . 4 5 филиал ППП Патент, г. Уигород, ул. Проектная, 4