Способ управления многоячейковой системой электропитания

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 100778 (21) 2641043/24-07 151) +»

Н, 02 M 7/48 с присоединением заявки Ио —.

Государственный комитет

СССР но ясаки изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 150981. Бюллетень HP 34

Дата опубликования описания 150981 (53) УДК 621. 316 ° 727 (088.8) {72) Авторы изобретения

Б.A. Глебов, Т.Н. Жарикова и A.A. (71) Заявитель

Московский ордена Ленина и ордена О

Революции энергетический институт (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОЯЧЕЙКОВОЙ СИСТЕМОЙ

ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Изобретение относится к силовой полупров одних оной преобра зов ательной технике и предназначено для применения в,устройствах управления вентильнымй преобразователями, используемыми в системах электропитания, электроприводе, электротермии и электротехнологии.

Известен способ управления много10 ячейковыми системами электропитания с параллельным соединением ячеек по выходу, при котором каждую иэ ячеек переводят в режим стабилизации напряжения, а максимальное значение 15 тока ячейки ограничивают на заранее заданном уровне. При достижении выходным током ячейки уровня ограничения напряжение на выходе падает и подключается следующая ячейка (1). 20

Недостаток данного способа состоит в том, что трудно осуществлять изменение уровня выходного стабилизированного напряжения (тока), так как для этого необходимо производить регулирование одновременно во всех ячейках системы. Кроме того, при изменении выходного тока ячейки системы оказываются загруженными по мощности неравномерно.- 30

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, реализованный в устройстве, представляющем собой многоячейковую систему электропитания, ячейки в которых, с целью выравнивания их выходных токов, охвачены обратными связями. В данном способе измеряют разность между напряжением, пропорциональным напряжению нагрузки и напряжением установки, и устанавливают режим работы одной ячейки в зависимости от указанной разницы так, чтобы минимизировать среднее, за некоторый промежуток времени,.значение этой разности. Кроме того, для всех остальных ячеек измеряют разность между током каждой из Мнх, и тохом основной ячейки и устанавливают режим работы остальных ячеек так, чтобы для каждой из них укаэанная разность между токами стремилась к нулю (2) .

Недостаток этого способа состоит в сложности управления следящей системой, содержащей множество органов сравнения и звеньев обратной связи, и поэтому склонной к самовозбуждению. Далее в подобной системе невозможно обеспечить большую крат864465 ность изменения тока нагрузки без изменения структуры схемы управления; при сбросе тока нагрузки, вследствие уменьшения КПД каждой ячейки, уменьшается общий КПД системы.

Цель изобретения — повышение устойчивости работы системы, расширение допустимых изменений выходного тока и повышение КПД системы.

Для этой цели ток каждой включенной ячейки устанавливают зависящим, например линейно, от упомянутого напряжения.отрицательной обратной связи, при этом включение (отпирание) каждой ячейки в системе осуществляют тогда, когда напряжение отрицательной обратной связи превысит по модулю первый пороговый уровень, а отключение (запирание) — когда напряжение отрицательной обратной связи станет по модулю меньше второго порогового уровня, причем величина второго порогового уровня в каждой из ячеек выбрана по модулю меньше первого порога.

На чертеже показана функциональная схема устройства, параллельнбго по выходу включения и ячеек, пронумерованных индексом j (j =1, 2,... и) .

Устройство содержит источник 1 входного напряжения многоячейковой системы электропитания, ячейку 2 нагрузку 3, регулирующий элемент 4 ячейки, пороговое переключающее устройство 5 j усилитель 6 отрицательной обратной связи, делитель 7 выходного напряжения. Выходы всех ячеек объединены на общей нагрузке 3. Каждая ячейка представлена регулирующим элементом 4 j и пороговым переключающим устройством 5 j (например, Шмидта), Регулирующий элемент имеет два канала регулирования: дискретный, Ф управляемый пороговым переключающим устройством 5 j, и аналоговый, управляемый напряжением отрицательной связи, сформированным операционным усилителем 6, на один вход которого подано напряжение U, а на другой напряжение, пропорцйональное выходному, снимаемое с делителя 7.

Реализация предлагаемого способа управления в устройстве состоит в следующем.

При подключении системы к источнику 1 питания, когда напряжение нагрузки на нем равно нулю, на выходе операционного усилителя 6 устанавливается максимальное значение напряжения отрицательной обратной связи, большее по модулю всех ерэых пороговых уровней U ячеек„ Пороговое переключающее устройс;.:;:.,с 5 j каждой из ячеек формирует c>::;: ::. ë отпирания (включения) ячейки. Тлк как выходной ток каждой ячейки пропорционален величине напряжения отрицательной обратной связи (что легко выполнить, например, в преобразователях напряжения с индуктивным ограничением скорости изменения первичного тока)

I то выход на установившийся режим происходит при работе всех ячеек, причем выходной ток каждой из ячеек равен максимальному. В устаиовившемся режиме изменение тока нагрузки вызывает пропорциональное изменение уровня напряжения отрицательной обратной связи. Если ток нагрузки снижается до такой степени, что соответствую- щий этому значению тока уровень напряжения отрицательной обратной связи становится по модулю выше второго порогового уровня Ф какой-либо

J ячейки, то пороговое переключающее

15 устройство этой ячейки вырабатывает сигнал выключения, и ячейка запирается (выключается). При этом происходит перераспределение токов оставшихся ячеек, причем уровень напряже20 ния отрицательной обратной связи повышается таким образом, чтобы обеспечить неизменное значение суммарного тока нагрузки. Таким образом, при отключении какай-либо ячейки ос2с; тавшиеся продолжают работать при больших уровнях токов в энергетических режимах, приближающихся к номинальным.

В указанном случае происходит отключение только одной из ячеек си-„ стемы, так как пороговые уровни U и U(„ задаются отдельно для каждой (2) ячейки и поэтому всегда существует некоторый их разброс. В целом пороговые уровни лежат в пределах:

Ф"- .— Р>; U"".. — U (» ми и ак сии max определяемых неравенствами ,„() < „и)

Ьи1И " МаХ

j=1,2,....n.

40 У(с и(а), и (.) м1и ynax

При увеличении тока нагрузки происходит подключение ячеек, когда напряжение отрицательной обратной свя4 зи становится больше (по модулю) их первого порогового уровня U ? При подключении ячеек напряжение отрицательной обратной связи понижается, чтобы это понижение не вызывало вновь отключения какой-либо ячейки, необходимо выбирать значения второго порогового уровня каждой ячейки меньше первого, Очевидно, что, если соотношение между первым и вторым уровнем любой

j-й ячейки удовлетворяет неравенству (g)

U <0.5 ° U.

3 (1) и выполняется условие с 5 Б

60 Ц ох со 5 "и 1и, то включение и выключение ячеек при изменении тока нагрузки происходит в произвольном порядке (при достижении напряжением обратнои связи пороЯ говых уровней), и система будет ус864465 гойчивой.Так,например,при отключении одной иэ двух работающих ячеек ток оставшейся ячейки возрастает в два раза,но так как выполняются условия

Ql)и(2),то напряжение отрицательной. обратной связи остается меньше Б (1) и ни одна из ячеек не включится вйовь.

При работе трех ячеек и отключении одной из них изменение напряжения отрицательной обратной связи происходит в 3/2 раза и т.д. Таким образом, выполнение условий (1) и (2) достаточно для устойчивой работы системы.

Преимуществом данного способа задания пороговых уровней является унификация ячеек (практически все пороговые уровни устанавливаются соответственно одинаковыми, а требуемое их несовпадение автоматически за счет разброса параметров задающих элементов) . Недостатком можно считать тот факт, что согласно (1), минимальное N и максимальное значение тока каждой ячейки различается более, чем в два раза.

Если первые и вторые уровни выставлены так, что их значения удовлетворяют системе неравенств ()(1) ) (1) (() (1)

U "сц("с < ()(«„Р)

О ЮС 050(1) 0(2) <050(1) 0() 2 И.

1 2 2

0 2)< il 0 и п л то алгоритм включения ячеек следующий: по мере увеличения тока нагрузки к работающей первой ячейке будут подключаться последняя и-1 и т.д. ячейка, а отключаться при сбросе тока нагрузки ячейки будут, начиная 4() с п-й, затем п-l, и — 2, ...2. При этом диапазон изменения тока каждой ячейки уменьшится, для третьей он составляет 3-2 раза, для четвертой

4/3 раза, для и-ой — n/(n-1) раз. 45

Оба описанных задания пороговых уровней легко реализуемы на практике.

Наличие гистерезиса при включении и выключении ячеек позволяет получить устойчивый режим работы системы.

Устойчивость повышается также благодаря наличию лишь одного инерционного звена во всей системе электропитания. Расширение пределов изменения токов нагрузки достигается огключением ячеек при уменьшении тока нагрузки при помощи пороговых переключающих устройств. Работа ячеек в режимах, близких к номинальным, обеспечивает высокий КПД всей системы в широком диапазоне изменения тока нагрузки. Все это позволяет расширить область применения многоячейковой системы электропитания на случай, когда требуется регулирование выходного стибилизированного напряжения с высоким КПД при широком диапазоне тока нагрузки.

Формула изобретения

Способ управления многоячейковой системой электропитания., ячейки в которой соединены параллельно по вы,ходу, заключающийся в том, что преобразуют разность между напряжением, пропорциональным выходному напряжению или току, и напряжением установки, в напряжение отрицательной обратной связи, управляющее работой многоячейковой системы электропитания, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения устойчивости работы системы, расширения пределов допустимых изменений выходного тока и повышения КПД системы, ток каждой включенной системы устанавливают.зависящим, например линейно, от упомянутого напряжения отрицательной обратной связи, при этом включение (отпирание) каждой ячейки в системе осуществляют тогда, когда напряжение отрицательной обратной связи превысит по модулю первый пороговый уровень, а отключение (запирание) - когда напряжение отрицательной обратной связи станет по модулю меньше второго порогового уровня, причем величина второго порогового уровня в каждой из ячеек выбрана по модулю меньше первого порога.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Голиков B.Ю., Девочкин A.Ô.

Работа импульсных стабилизаторов напряжения на общую нагрузку. — Тр/Nocковский Энергетический институт, 1975., вып» 275, с. 83, рис. 2.

2. Антонов И.И., Глебов Б.A. Голиков В.Ю., Лукин A.À. Пути увеличения мощности транзисторных ВИП. Современные задачи преобразовательной техники, Киев, 1975, ч 4 с. 357, рис. 4 (прототип).

864465

Составитель A. Данилин

Техред М, Рейвес Корректор О. Билак

Редактор П. Коссей

Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного коми1ета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7824/81

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4