УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА Российский патент 2011 года по МПК G05F1/00 H02M3/335 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах питания и распределения электрической энергии в качестве преобразователя источника ЭДС в источник тока, а также для регулирования и стабилизации тока нагрузки.

Известен регулятор-стабилизатор переменного тока (см. патент на изобретение РФ №2364916, М.кл. G05F 1/30, опубл. 20.08.2009). Устройство содержит основной силовой канал регулирования в виде основного трансформатора напряжения, первичная обмотка которого подключена к силовым входным выводам регулятора-стабилизатора через пару встречно-параллельно соединенных основных тиристоров, а вторичная обмотка предназначена для подключения ее к выходным выводам регулятора-стабилизатора, а также систему управления, включающую в себя последовательно соединенные датчик тока нагрузки, узел измерения действующего значения тока нагрузки, узел сравнения его с выходным сигналом задатчика уровня стабилизации тока и блок импульсно-фазового управления основными тиристорами, одним из своих входов подключенный ко входным выводам регулятора-стабилизатора, и снабжено дежурным трансформатором напряжения со вторичной обмоткой и с первичной обмоткой, подключенной к силовым входным выводам регулятора-стабилизатора, N числом дополнительных силовых каналов регулирования, каждый из которых выполнен аналогично основному силовому каналу регулирования и содержит дополнительный трансформатор напряжения со вторичной обмоткой и с первичной обмоткой, подключенной ко входным силовым выводам регулятора-стабилизатора через пару встречно соединенных дополнительных тиристоров, N+1 числом пар встречно-параллельно соединенных шунтирующих тиристоров, каждая из которых подключена параллельно одной из первичных обмоток основного и N дополнительных трансформаторов напряжения, вторичные обмотки основного, N дополнительных и дежурного трансформаторов соединены согласно последовательно и подключены к выходным выводам регулятора-стабилизатора, система управления снабжена датчиком перехода тока нагрузки через нулевые значения, а также логическим блоком распределения управляющих импульсов между основными, дополнительными и шунтирующими тиристорами, задатчик уровня стабилизации тока нагрузки выполнен с переключаемыми N+1 уровнями, причем входы упомянутого логического блока подключены к выходу задатчика уровня стабилизации тока нагрузки, к выходу датчика перехода тока нагрузки через нулевые значения, к выходу блока импульсно-фазового управления и ко входным силовым выводам регулятора тока.

Регулятор-стабилизатор переменного тока работает следующим образом.

Система управления формирует импульсы управления как основным, так и N дополнительными каналами регулирования силового преобразующего тракта. Для этого действующее значение выходного тока измеряется и сравнивается со значением выходного сигнала задатчика уровня стабилизации тока, и выдаются команды импульсно-фазового управления тиристорами. Подача управляющих импульсов на тиристоры происходит по определенному алгоритму, обеспечивающему регулирование суммарного напряжения на нагрузке, которое складывается из напряжений вторичных обмоток трансформаторов основного и N дополнительных каналов регулирования. Тиристоры подключают или отключают соответствующие каналы регулирования, в результате чего происходит регулирование и стабилизация уровня первой гармоники выходного тока, который пропорционален значению выходного сигнала задатчика уровня стабилизации.

Регулятор-стабилизатор переменного тока регулирует значение выходного тока, однако точность и диапазон регулирования определяются количеством каналов регулирования силового преобразующего тракта. Стабилизация выходного тока осуществляется методом дискретного регулирования действующего значения напряжения на нагрузке, что снижает точность стабилизации. Устройство не учитывает возможные искажения напряжения питающей сети и нелинейно-параметрические изменения сопротивления нагрузки, что также снижает точность стабилизации. Кроме этого стабилизатор не корректирует в достаточной степени коэффициент мощности. Это приводит к повышенному энергопотреблению и к низкой энергоэффективности стабилизации тока. Кроме того, данный стабилизатор не может обеспечить стабилизацию выходного тока при изменении частоты напряжения источника электроэнергии. Например, стабилизатор не может осуществлять стабилизацию постоянного тока.

Известен импульсный стабилизатор тока (см. патент на изобретение РФ №2194352, М.кл. Н02М 3/335, опубл. 10.12.2002). Устройство содержит инвертор, трансформатор, выпрямитель, LC-фильтр, первый и второй датчики тока, выполненные в виде трансформаторов тока, схему управления, при этом выход источника электроэнергии соединен со входом импульсного стабилизатора тока, к которому подключен также первый вход инвертора, второй и третий входы которого связаны соответственно с первым и вторым выходами схемы управления, выход инвертора соединен со входом трансформатора, выходные выводы которого соединены со входами первого и второго датчиков тока, первые выходы которых соединены с соответствующими входами схемы управления, а вторые выходы первого и второго датчиков тока соединены с входными выводами выпрямителя, выход которого подключен ко входу LC-фильтра, выход которого связан с выходом импульсного стабилизатора, к которому подключена нагрузка.

Импульсный стабилизатор тока работает следующим образом.

При работе инвертора на вторичных обмотках трансформатора возбуждаются переменные напряжения с рабочей частотой инвертора. С помощью выпрямителя эти напряжения выпрямляются, сглаживаются LC-фильтром и выделяются на нагрузке. Схема управления вырабатывает сигнал, задающий рабочий режим инвертора. При этом информация об изменении нагрузочного тока поступает на вход схемы управления с выходов первого и второго датчиков тока. Величина переменного тока на входе схемы управления пропорциональна величине выпрямленного тока нагрузки и используется для формирования сигнала рассогласования для стабилизации нагрузочного тока.

Данный импульсный стабилизатор, в отличие от предыдущего аналога, может осуществлять стабилизацию постоянного тока, однако, как и предыдущий аналог, он не обеспечивает стабилизацию тока, при изменении частоты колебаний напряжения источника электроэнергии, и не позволяет задавать частоту выходного тока. То есть стабилизатор не может обеспечить стабилизацию тока заданной частоты на выходе устройства вне зависимости от частоты колебаний напряжения источника электроэнергии, действующего на входе устройства. Например, устройство не обеспечивает стабилизацию переменного тока на выходе, при действии на входе источника электроэнергии постоянного тока. Или, наоборот, устройство не может обеспечить стабилизацию постоянного тока на выходе, при действии на входе источника электроэнергии переменного тока. Кроме этого устройство не учитывает нелинейно-параметрические изменения сопротивления нагрузки, связанные с резкопеременным ее характером, в результате чего снижается точность и энергоэффективность стабилизации тока.

Известен способ управления импульсным стабилизатором тока (см. патент на изобретение РФ №2366067, М.кл. Н02М 3/335, опубл. 27.08.2009). Импульсный стабилизатор тока, реализующий данный способ, содержит первый (входной) и второй (выходной) фильтры, инвертор, блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ), датчик тока, пиковый детектор, трансформатор, выпрямитель. Выход источника электроэнергии соединен со входом импульсного стабилизатора тока, к которому подключен также вход первого фильтра, выход которого соединен с первым входом инвертора, второй вход которого связан с выходом блока ШИМ, а выход инвертора соединен со входом датчика тока, первый выход которого связан со входом пикового детектора, выход которого подключен ко входу блока ШИМ, второй выход датчика тока подключен ко входу трансформатора, выход которого соединен со входом выпрямителя, выход которого связан со входом второго фильтра, выход которого соединен с выходом стабилизатора, к которому подключена нагрузка.

Устройство работает следующим образом.

Входной фильтр сглаживает пульсации питающего напряжения. Инвертор преобразует поступающее с выхода первого фильтра постоянное напряжение в переменное, которое затем трансформируется при помощи трансформатора до необходимой величины. Выпрямитель преобразует переменное напряжение с выхода трансформатора в постоянное, которое затем сглаживается с помощью второго фильтра и подается в нагрузку. Пиковый детектор выделяет амплитуду тока первичной обмотки трансформатора и подает ее в блок ШИМ, который изменяет ширину управляющих инвертором импульсов таким образом, чтобы амплитуда тока совпала с установленным в блоке ШИМ значением. При этом ток первичной обмотки трансформатора будет иметь форму прямоугольных импульсов, амплитуда которых через коэффициент трансформации связана с величиной выходного тока. Таким образом производится стабилизация выходного тока.

Рассматриваемый импульсный стабилизатор, как и предыдущий аналог, может осуществлять стабилизацию постоянного тока, однако так же, как и предыдущее аналогичное устройство, оно не обеспечивает стабилизацию тока при изменении частоты колебаний напряжения источника электроэнергии и не позволяет задавать частоту колебаний выходного тока. То есть, стабилизатор не может обеспечить стабилизацию тока заданной частоты на выходе устройства вне зависимости от частоты колебаний напряжения источника электроэнергии, действующего на входе устройства. Например, устройство не обеспечивает стабилизацию переменного тока на выходе, при действии на входе источника электроэнергии постоянного тока. Или, наоборот, устройство не может обеспечить стабилизацию постоянного тока на выходе, при действии на входе источника электроэнергии переменного тока. Кроме этого устройство не учитывает нелинейно-параметрические изменения сопротивления нагрузки, связанные с ее резкопеременным характером, в результате чего снижается точность и энергоэффективность стабилизации тока.

Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом изобретения является обеспечение стабилизации тока заданной частоты на выходе устройства стабилизации вне зависимости от частоты колебаний и формы напряжения источника электроэнергии, действующего на входе устройства стабилизации, повышение точности и энергоэффективности стабилизации выходного тока вне зависимости от характера нагрузки.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом устройстве стабилизации тока, содержащем первый датчик тока (ДТ), выпрямитель, фильтр, трансформатор, инвертор, блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ), выход которого соединен с одним из входов инвертора, отличающемся тем, что введены первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок цифровой обработки сигналов (ЦОС), блок регулирования контроля и визуализации (РКВ), блок коммутации, первый, второй и третий датчики напряжения (ДН), блок накопления энергии (НЭ), ограничительный блок (ОБ), второй ДТ, причем упомянутый выпрямитель выполнен в виде зарядно-выпрямительного устройства (ЗВУ), при этом вход устройства стабилизации тока подключен к выходу источника электроэнергии, к которому также подключен вход первого ДТ, первый выход которого соединен со входом первого блока АЦП, выход которого связан с первым входом блока ЦОС, выходная/входная шина которого соединена с соответствующей входной/выходной шиной блока РКВ, первый выход блока ЦОС связан с первым входом блока коммутации, второй вход которого подключен ко второму выходу первого ДТ, к которому подключен также вход первого ДН, выход которого соединен со входом второго блока АЦП, выход которого связан со вторым входом блока ЦОС, второй выход первого ДТ соединен также со входом ЗВУ, выход которого подключен ко входу блока НЭ, второй выход первого ДТ связан также с первым входом второго ДН и первым входом фильтра, второй вход которого подключен к выходу трансформатора, вход которого соединен с выходом инвертора, другой вход которого связан соответственно с выходом блока НЭ, вход блока ШИМ соединен со вторым выходом блока ЦОС, третий вход которого подключен к выходу третьего блока АЦП, вход которого соединен с выходом второго ДН, второй вход которого связан с выходом фильтра и со входом третьего ДН, выход которого соединен со входом четвертого блока АЦП, выход которого подключен к четвертому входу блока ЦОС, третий выход которого связан с первым входом ОБ, второй вход которого соединен с выходом фильтра, а выход ОБ подключен ко входу второго ДТ, первый выход которого связан со входом пятого блока АЦП, выход которого соединен с пятым входом блока ЦОС, второй выход второго ДТ связан с выходом устройства стабилизации тока, к которому подключена нагрузка, при этом блок ЦОС содержит блок контроля входного тока (КВТ), коннектор, блок частотного детектирования (ЧД), блок контроля входного напряжения (КВН), первый, второй и третий синтезаторы эталонного сигнала (СЭС), первый, второй и третий синтезаторы компенсирующего сигнала (СКС), блок цифровой коррекции (ЦК), первый и второй блоки амплитудного детектирования (АД), блок контроля сопротивления (КС), при этом первый вход блока КВТ является первым входом блока ЦОС, первый выход которого является первым выходом блока КВТ, второй выход которого соединен с первым входом коннектора, первый выход которого соединен со вторым входом блока КВТ, второй вход коннектора связан с выходом блока ЧД, вход которого является вторым входом блока ЦОС, к которому также подключен первый вход блока КВН, второй вход которого связан со вторым выходом коннектора, третий вход которого подключен к выходу блока КВН и первому входу первого СЭС, второй вход которого соединен с третьим выходом коннектора, а выход первого СЭС соединен с первым входом первого СКС, второй вход которого является вторым входом блока ЦОС, а выход первого СКС подключен к четвертому входу коннектора, четвертый выход которого связан с первым входом блока ЦК, выход которого является вторым выходом блока ЦОС, а второй вход блока ЦК является третьим входом блока ЦОС, четвертый вход которого является первым входом второго СКС, второй вход которого соединен с выходом второго СЭС, а выход второго СКС соединен с пятым входом коннектора, пятый выход которого соединен с первым входом второго СЭС, четвертый вход блока ЦОС соединен также с первым входом первого блока АД, второй вход которого связан с шестым выходом коннектора, а выход первого блока АД соединен с шестым входом коннектора, который подключен также ко второму входу второго СЭС и к первому входу блока КС, первый выход которого является третьим выходом блока ЦОС, а второй выход блока КС подключен к седьмому входу коннектора, восьмой вход которого связан со вторым входом блока КС, который соединен с выходом второго блока АД, первый вход которого соединен с седьмым выходом коннектора, восьмой выход которого подключен к первому входу третьего СЭС, второй вход которого соединен с выходом второго блока АД, а выход третьего СЭС соединен с первым входом третьего СКС, второй вход которого соединен со вторым входом второго блока АД и является пятым входом блока ЦОС, а выход третьего СКС связан с девятым входом коннектора, входная/выходная шина которого является входной/выходной шиной блока ЦОС.

При этом ЗВУ может содержать дополнительно индуктивно-емкостный преобразователь, выполненный по Г-образной схеме Бушеро, входом подключенный ко входу ЗВУ, а выходом - ко входу выпрямителя, выход которого является выходом ЗВУ.

Блок НЭ может содержать накопительный конденсатор, параллельно соединенный с аккумуляторной батареей.

ОБ может содержать последовательно соединенные активное и регулируемое индуктивное сопротивления, параллельно каждому из которых подключено управляемое коммутирующее устройство.

При этом регулируемое индуктивное сопротивление может быть выполнено в виде управляемого подмагничиванием реактора, содержащего сетевую обмотку, последовательно включаемую в фазу, и обмотку управления, которая соединена с управляемым выпрямителем, при помощи которого изменяется индуктивность реактора путем изменения тока, протекающего по обмотке управления.

Введенный в предлагаемое устройство первый блок АЦП позволяет преобразовать аналоговый сигнал с первого датчика тока в цифровую форму для дальнейшей обработки этого сигнала в блоке ЦОС с целью контроля входного тока. Контроль входного тока осуществляется в блоке ЦОС, где определяются физические характеристики сигнала, поступающего с первого блока АЦП с целью автоматического управления блоком коммутации, а также с целью визуального контроля характеристик сигнала при помощи блока РКВ.

Введенный в предлагаемое устройство блок ЦОС производит цифровую обработку сигналов, поступающих на входы блока ЦОС с соответствующих выходов блоков АЦП. В результате цифровой обработки формируется суммарный компенсационный сигнал, управляющий при помощи блока ШИМ, инвертором, который регулирует процесс стабилизации тока нагрузки. Кроме этого блок ЦОС формирует команды управления блоком коммутации и ОБ, а также сигналы для регулирования, контроля и визуализации при помощи блока РКВ.

Введенный в предлагаемое устройство блок РКВ позволяет задавать и регулировать значения амплитуды и частоты выходного тока, которые используются в блоке ЦОС для формирования сигнала стабилизации тока, поступающего в блок ШИМ. Кроме этого блок РКВ предоставляет информацию о физических характеристиках сигналов (амплитуде, частоте, коэффициенте гармоник тока и напряжения, коэффициенте пульсаций, коэффициенте мощности, уровне потребления активной, реактивной и полной мощностей, значении сопротивления нагрузки и т.д.) в удобной для зрительного восприятия форме.

Введенный в предлагаемое устройство первый ДН позволяет выделить аналоговый сигнал, характеризующий мгновенное значение напряжения на входе устройства стабилизации, для дальнейшей обработки этого сигнала с целью контроля и управления блоками устройства.

Введенный в предлагаемое устройство второй блок АЦП позволяет преобразовать сигнал с первого ДН в цифровую форму для его дальнейшей обработки в блоке ЦОС с целью контроля входного напряжения. Контроль входного напряжения осуществляется в блоке ЦОС для автоматического управления блоком коммутации, в случае выхода входного напряжения за пределы рабочего диапазона, а также для формирования сигнала, поступающего в блок ШИМ, который регулирует и управляет процессом стабилизации тока при помощи инвертора. Кроме этого контроль входного напряжения позволяет обеспечить стабилизацию тока заданной частоты на выходе устройства вне зависимости от частоты колебаний и формы напряжения источника электроэнергии, действующего на входе устройства.

Введенный в предлагаемое устройство блок коммутации обеспечивает подключение нагрузки к питанию при отсутствии входного тока (отключение источника электроэнергии), например, в случае обрыва провода со стороны питающей сети или в случае выхода входного напряжения за пределы рабочего диапазона, которые задаются при проектировании устройства. При этом питание нагрузки осуществляется за счет энергии накопленной в блоке НЭ.

Введенное в предлагаемое устройство стабилизации ЗВУ осуществляет питание инвертора постоянным током и заряд блока НЭ для обеспечения поступления энергии в нагрузку и обеспечения процесса стабилизации тока нагрузки.

Введенный в предлагаемое устройство блок НЭ является накопителем энергии и обеспечивает питание инвертора постоянным током с целью регулирования и стабилизации тока нагрузки при отключении напряжения источника электроэнергии. Длительность питания при отключении источника определяется уровнем энергии запасенной в блоке НЭ и задается при проектировании устройства.

Введенный в предлагаемое устройство второй ДН позволяет выделить аналоговый сигнал, характеризующий мгновенное значение напряжения, выделяемого фильтром, для дальнейшей обработки этого сигнала с целью контроля и управления блоками устройства.

Введенный в предлагаемое устройство третий блок АЦП позволяет преобразовать сигнал со второго ДН в цифровую форму для его дальнейшей обработки в блоке ЦОС с целью контроля напряжения выделяемого фильтром. Контроль напряжения, выделяемого фильтром, осуществляется в блоке ЦОС, что обеспечивает обратную связь по напряжению и коррекцию формы выделяемого фильтром напряжения с целью повышения точности регулирования и стабилизации выходного тока путем коррекции сигнала, поступающего в блок ШИМ, который управляет процессом стабилизации тока при помощи инвертора.

Введенный в предлагаемое устройство третий ДН позволяет выделить аналоговый сигнал, характеризующий мгновенное значение напряжения в соответствующей точке подключения для дальнейшей обработки этого сигнала с целью контроля и управления блоками устройства.

Введенный в предлагаемое устройство четвертый блок АЦП позволяет преобразовать сигнал с третьего ДН в цифровую форму для его дальнейшей обработки в блоке ЦОС с целью контроля выходного напряжения. Контроль выходного напряжения осуществляется в блоке ЦОС для автоматического управления ОБ, а также для формирования сигнала, поступающего в блок ШИМ, который регулирует и управляет процессом стабилизации тока при помощи инвертора. Контроль выходного напряжения позволяет также повысить точность и энергоэффективность стабилизации тока вне зависимости от характера нагрузки.

Введенный в предлагаемое устройство ОБ является устройством согласования и позволяет согласовать выходные параметры фильтра с входными параметрами сопротивления подключенной нагрузки. Это дает возможность осуществлять регулирование и стабилизацию выходного тока в режимах, близких к режиму короткого замыкания нагрузки, и обеспечивает расширение диапазона сопротивлений подключаемых нагрузок. Кроме этого ОБ способствует также повышению точности стабилизации выходного тока.

Введенный в предлагаемое устройство второй ДТ позволяет выделить аналоговый сигнал, характеризующий мгновенное значение выходного тока с целью контроля и управления блоками устройства.

Введенный в предлагаемое устройство пятый блок АЦП позволяет преобразовать сигнал со второго ДТ в цифровую форму для его дальнейшей обработки в блоке ЦОС с целью контроля выходного тока. Контроль выходного тока осуществляется в блоке ЦОС для автоматического управления ОБ, а также для формирования сигнала, поступающего в блок ШИМ, который регулирует и управляет процессом стабилизации тока при помощи инвертора. Контроль выходного тока позволяет также повысить точность и энергоэффективность стабилизации тока вне зависимости от характера нагрузки.

В свою очередь, введенный в блок ЦОС блок ЧД вычисляет значение круговой частоты напряжения источника электроэнергии и обеспечивает согласование эталонных характеристик блоков КВТ и КВН по частоте. Это позволяет исключить влияние частоты напряжения источника электроэнергии на процессы регулирования и стабилизации выходного тока. Сигнал для согласования эталонных частотных характеристик указанных блоков поступает в упомянутые блоки через коннектор.

Введенный в блок ЦОС коннектор обеспечивает связь блоков, содержащихся в блоке ЦОС между собой и с выходной/входной шиной коннектора, которая является выходной/входной шиной блока ЦОС, к которой подключается блок РКВ. Коннектор является связующим звеном внутри блока ЦОС и соединяет выходы соответствующих блоков со входами других соответствующих блоков, участвующих в формировании сигнала, который поступает в блок ШИМ для стабилизации и регулирования выходного тока устройства при помощи инвертора.

Веденный в блок ЦОС блок КВТ вычисляет амплитудный и фазовый спектры входного тока для контроля и визуализации при помощи блока РКВ. Кроме этого блок КВТ выдает команды управления блоком коммутации.

Введенный в блок ЦОС блок КВН вычисляет амплитудный и фазовый спектры входного напряжения для контроля и визуализации при помощи блока РКВ. Кроме этого блок КВН участвует в формировании первого эталонного сигнала при помощи первого СЭС, направляет информационный сигнал в блок КВТ для управления блоком коммутации, например в случае выхода значений входного напряжения за пределы рабочего диапазона напряжений, который задается при проектировании устройства. Так как блок КВН вычисляет начальную фазу первой гармоники напряжения источника электроэнергии, это позволяет повысить точность и энергоэффективность стабилизации переменного тока при действии на входе устройства источника электроэнергии переменного тока путем компенсации реактивной мощности и коррекции коэффициента мощности.

Введенный в блок ЦОС первый СЭС на основании информационных сигналов, поступающих в первый СЭС через коннектор с блоков КВН, КС и РКВ, позволяет синтезировать первый эталонный сигнал, необходимый для синтеза первого компенсирующего сигнала при помощи первого СКС.

Введенный в блок ЦОС первый СКС, получая информацию со второго входа блока ЦОС, а также с выхода первого СЭС, позволяет синтезировать первый компенсирующий сигнал, который является одной из составляющих суммарного компенсационного сигнала, поступающего в блок ШИМ для управления процессами стабилизации и регулирования выходного тока при помощи инвертора. Сигнал, сформированный в первом СКС и используемый в дальнейшем для управления инвертором при помощи блока ШИМ, исключает влияние частоты и формы напряжения источника электроэнергии на процессы стабилизации и регулирования выходного тока. Это позволяет уменьшить мощность искажения как на входе, так и на выходе устройства, и тем самым повысить энергоэффективность и точность стабилизации тока.

Введенный в блок ЦОС блок ЦК формирует суммарный компенсационный сигнал и сравнивает оцифрованный выходной сигнал со второго датчика напряжения с сформированным суммарным компенсационным сигналом, необходимым для стабилизации тока, и вычисляет сигнал рассогласования, который вычитается из суммарного компенсационного сигнала и поступает в блок ШИМ, управляющий инвертором. Таким образом, блок ЦК корректирует форму напряжения, выделяемого фильтром, что повышает точность воспроизведения суммарного компенсационного сигнала, участвующего в процессе регулирования и стабилизации выходного тока.

Введенный в блок ЦОС первый блок АД вычисляет значение амплитуды первой гармоники выходного напряжения, которое используется для определения значения сопротивления нагрузки в блоке КС, а также участвует в формировании второго эталонного сигнала при помощи второго СЭС. Контроль сопротивления при помощи первого блока АД позволяет стабилизировать выходной ток вне зависимости от характера нагрузки.

Введенный в блок ЦОС второй СЭС на основании информационных сигналов, поступающих во второй СЭС через коннектор с первого блока АД и блока РКВ, позволяет синтезировать второй эталонный сигнал, необходимый для синтеза второго компенсирующего сигнала при помощи второго СКС. Формирование сигнала во втором СЭС и его дальнейшее использование в СКС и в блоке ШИМ обеспечивает контроль выходного напряжения для повышения точности стабилизации выходного тока.

Введенный в блок ЦОС второй СКС, получая информацию с четвертого входа блока ЦОС, а также с выхода второго СЭС, позволяет синтезировать второй компенсирующий сигнал, который является одной из составляющих суммарного компенсационного сигнала, поступающего в блок ШИМ для управления процессами стабилизации и регулирования выходного тока при помощи инвертора. Сигнал, формируемый во втором СКС, позволяет повысить точность стабилизации выходного тока вне зависимости от характера нагрузки, уменьшить мощность искажения как на входе, так и на выходе устройства, и тем самым повысить энергоэффективность стабилизации.

Введенный в блок ЦОС второй блок АД вычисляет значение амплитуды первой гармоники выходного тока, которое используется для определения значения сопротивления нагрузки в блоке КС, а также участвует в формировании третьего эталонного сигнала при помощи третьего СЭС. Контроль сопротивления при помощи второго блока АД позволяет стабилизировать выходной ток вне зависимости от характера нагрузки.

Введенный в блок ЦОС третий СЭС на основании информационных сигналов, поступающих в третий СЭС через коннектор со второго блока АД, блока РКВ и блока КС, позволяет синтезировать третий эталонный сигнал, необходимый для синтеза третьего компенсирующего сигнала при помощи третьего СКС. Формирование сигнала в третьем СЭС и его дальнейшее использование в СКС и в блоке ШИМ обеспечивает контроль выходного тока, что также позволяет повысить точность стабилизации выходного тока, уменьшить мощность искажения как на входе, так и на выходе устройства, и тем самым повысить энергоэффективность стабилизации.

Введенный в блок ЦОС третий СКС, получая информацию с пятого входа блока ЦОС, а также с выхода третьего СЭС, позволяет синтезировать третий компенсирующий сигнал, который является одной из составляющих суммарного компенсационного сигнала, поступающего в блок ШИМ для управления процессами стабилизации и регулирования выходного тока при помощи инвертора.

Введенный в блок ЦОС блок КС, получая информацию с первого и второго блоков АД, осуществляет контроль сопротивления нагрузки и формирует сигнал, используемый в первом СЭС и в блоке ЦК для синтеза первого эталонного и суммарного компенсационного сигналов. Контроль сопротивления нагрузки повышает точность стабилизации выходного тока вне зависимости от характера нагрузки, уменьшает мощность искажения как на входе, так и на выходе устройства стабилизации, что в свою очередь приводит к повышению энергоэффективности стабилизации тока. Кроме этого блок КС управляет ОБ в режимах, близких к режимам короткого замыкания и холостого хода нагрузки. Также блок КС через коннектор направляет сигнал в блок ЦК для регулирования амплитуды суммарного компенсационного сигнала в случае выхода значения сопротивления нагрузки за пределы рабочего диапазона сопротивлений, которые задаются при проектировании устройства.

Таким образом, введенные в предлагаемое устройство стабилизации тока отличия позволяют получить указанный выше технический результат.

Структурная схема устройства стабилизации тока приведена на чертеже, согласно которому выход источника 1 электроэнергии соединен со входом устройства 2 стабилизации тока, которым является вход первого ДТ 3, первый выход которого соединен со входом первого блока АЦП 4, выход которого связан с первым входом блока ЦОС 5, выходная/входная шина которого соединена с соответствующей входной/выходной шиной блока РКВ 6, первый выход блока ЦОС 5 связан с первым входом блока 7 коммутации, второй вход которого подключен ко второму выходу первого ДТ 3, к которому подключен также вход первого ДН 8, выход которого соединен со входом второго блока АЦП 9, выход которого связан со вторым входом блока ЦОС 5, второй выход первого ДТ 3 соединен также со входом ЗВУ 10, выход которого подключен ко входу блока НЭ 11, второй выход первого ДТ 3 связан также с первым входом второго ДН 12 и с первым входом фильтра 13, второй вход которого подключен к выходу трансформатора 14, вход которого соединен с выходом инвертора 15, первый и второй входы которого связаны соответственно с выходом блока НЭ 11 и выходом блока ШИМ 16, вход которого соединен со вторым выходом блока ЦОС 5, третий вход которого подключен к выходу третьего блока АЦП 17, вход которого соединен с выходом второго ДН 12, второй вход которого связан с выходом фильтра 13 и со входом третьего ДН 18, выход которого соединен со входом четвертого блока АЦП 19, выход которого подключен к четвертому входу блока ЦОС 5, третий выход которого связан с первым входом ОБ 20, второй вход которого соединен с выходом фильтра 11, а выход ОБ 20 подключен ко входу второго ДТ 21, первый выход которого связан со входом пятого блока АЦП 22, выход которого соединен с пятым входом блока ЦОС 5, второй выход второго ДТ 21 связан с выходом устройства 2 стабилизации тока, к которому подключена нагрузка 23, при этом блок ЦОС 5 содержит блок 5₁ КВТ, коннектор 5₂, блок 5₃ ЧД, блок 5₄ КВН, первый СЭС 5₅, первый СКС 5₆, блок 5₇ ЦК, второй СКС 5₈, второй СЭС 5₉, первый блок 5₁₀ АД, блок 5₁₁ КС, второй блок 5₁₂ АД, третий СЭС 5₁₃, третий СКС 5₁₄, при этом первый вход блока 5₁ КВТ является первым входом блока 5 ЦОС, первый выход которого является первым выходом блока 5₁ КВТ, второй выход которого соединен с первым входом коннектора 5₂, первый выход которого соединен со вторым входом блока 5₁ КВТ, второй вход коннектора 5₂ связан с выходом блока 5₃ ЧД, вход которого является вторым входом блока 5 ЦОС, к которому также подключен первый вход блока 5₄ КВН, второй вход которого связан со вторым выходом коннектора 5₂, третий вход которого подключен к выходу блока 5₄ КВН, который является также первым входом первого СЭС 5₅, второй вход которого соединен с третьим выходом коннектора 5₂, а выход первого СЭС 5₅ соединен с первым входом первого СКС 5₆, второй вход которого является вторым входом блока 5 ЦОС, а выход первого СКС 5₆ подключен к четвертому входу коннектора 5₂, четвертый выход которого связан с первым входом блока 5₇ ЦК, выход которого является вторым выходом блока 5 ЦОС, а второй вход блока 5₇ ЦК является третьим входом блока 5 ЦОС, четвертый вход которого является первым входом второго СКС 5₈, второй вход которого соединен с выходом второго СЭС 5₉, а выход второго СКС 5₈ соединен с пятым входом коннектора 5з, пятый выход которого соединен с первым входом второго СЭС 5₈, четвертый вход блока 5 ЦОС соединен также с первым входом первого блока 5₁₀ АД, второй вход которого связан с шестым выходом коннектора 5₂, а выход первого блока 5₁₀ АД соединен с шестым входом коннектора 5₂, который подключен также ко второму входу второго СЭС 5₈ и к первому входу блока 5₁₁ КС, первый выход которого соединен с третьим выходом блока 5 ЦОС, а второй выход блока 5₁₁ КС подключен к седьмому входу коннектора 5₂, восьмой вход которого связан со вторым входом блока 5₁₁ КС, который является выходом второго блока 5₁₂ АД, первый вход которого соединен с седьмым выходом коннектора 5₂, восьмой выход которого подключен к первому входу третьего СЭС 5₁₃, второй вход которого соединен с выходом второго блока 5₁₂ АД, а выход третьего СЭС 5₁₃ соединен с первым входом третьего СКС 5₁₄, второй вход которого соединен со вторым входом второго блока 5₁₂ АД и является пятым входом блока 5 ЦОС, а выход третьего СКС 5₁₄ связан с девятым входом коннектора 52, входная/выходная шина которого соединена с выходной/входной шиной блока 5 ЦОС.

Устройство 2 стабилизации тока работает следующим образом.

Напряжение с выхода источника 1 электроэнергии подается на вход устройства 2 стабилизации. ЗВУ 10 обеспечивает заряд блока НЭ 11 до амплитудного значения напряжения источника 1 электроэнергии. Блок РКВ 6 задает эталонные значения амплитуды I_э, и частоты ω_э выходного тока, после чего сигналы с заданными значениями поступают в блок ЦОС 5. Далее аналоговые сигналы с первого 3 и второго ДТ 21, первого 8, второго 12 и третьего ДН 18 поступают соответственно в первый 4, пятый 22, второй 9, третий 17 и четвертый 19 блоки АЦП, где преобразуются в цифровые сигналы. С выходов соответствующих блоков АЦП цифровые сигналы подаются на соответствующие входы блока ЦОС 5. Блок ЦОС 5 производит цифровую обработку сигналов, в результате которой формируется суммарный компенсационный сигнал, необходимый для регулирования и стабилизации выходного тока.

Чтобы сформировать суммарный компенсационный сигнал, который обеспечивает регулирование и стабилизацию выходного тока, необходимо согласовать эталонные характеристики первого 5₁₀ и второго 5₁₂ АД, а также блоков 5₁ КВТ и 5₄ КВН по частоте.

Для этого сигналы с заданным в блоке РКВ 6 эталонным значением частоты ω_э выходного тока устройства 2 поступает в блок ЦОС 5 и через коннектор 5₂ подается в первый 5₁₀ и второй 5₁₂ блоки АД для согласования эталонных характеристик указанных блоков по частоте. Блок 5₃ ЧД определяет значение частоты первой гармоники входного напряжения и через коннектор 5₂ направляет сигналы со значением частоты в блоки 5₁ КВТ и 5₄ КВН для согласования эталонных характеристик блоков по частоте. Такая настройка и согласование эталонных характеристик блоков 5₁₀ и 5₁₂ АД, 5₁ КВТ и 5₄ КВН по частоте, которые происходят всегда в процессе работы, обеспечивают, в отличие от прототипа, стабилизацию выходного тока заданной частоты ω_э на выходе устройства вне зависимости от частоты и формы напряжения источника 1 электроэнергии. При этом эталонные частотные характеристики первого блока 5₁₀ АД согласуются с заданной в блоке 6 РКВ эталонной частотой ω_э выходного тока для корректного вычисления значения амплитуды первой гармоники напряжения, снимаемого с третьего ДН 18. Эталонные частотные характеристики второго блока 5₁₂ АД согласуются с заданной в блоке 6 РКВ эталонной частотой ω_э выходного тока для корректного вычисления значения амплитуды первой гармоники тока на выходе устройства 2. Эталонные частотные характеристики блока 5₁ КВТ согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров входного тока. Эталонные частотные характеристики блока 5₄ КВН согласуются с частотой напряжения источника 1 электроэнергии для корректного вычисления амплитудного и фазового спектров входного напряжения.

Формирование суммарного компенсационного сигнала происходит в блоке ЦОС 5 и включает в себя формирование первого второго и третьего компенсирующих сигналов.

Первый компенсирующий сигнал формируется следующим образом.

Первый 5₁₀ и второй 5₁₂ блоки АД вычисляют значения амплитуд первых гармоник напряжения и тока на выходе устройства 2 и направляют эти значения блок 5₁₁ КС. Блок 5₁₁ КС, который вычисляет текущее значение сопротивления нагрузки 23 Z(t), и блок 54 КВН, который вычисляет текущее значение начальной фазы φ_u0 первой гармоники входного напряжения, направляют сигналы со значениями Z(t) и φ_u0 в первый СЭС 5₅.

Используя эталонные значения амплитуды I_э и частоты ω_э выходного тока, заданные в блоке РКВ 6, значение сопротивления нагрузки Z(t), вычисленное в блоке 5₁₁ КС, значение начальной фазы входного напряжения φ_u0, вычисленное в блоке 5₄ КВН, первый СЭС 5₅ синтезирует первый эталонный сигнал S_1э(t), который представляет собой колебание вида:

где t - время.

Первый эталонный сигнал S_1э(t) поступает в первый СКС 5₆ для синтеза первого компенсирующего сигнала S_1к(t), который может быть описан следующим выражением:

где U₁(t) - напряжение на входе устройства 2 стабилизации, поступающее с первого ДН 8.

Синтезированный первый компенсирующий сигнал S_1к(t) через коннектор 5₂ подается в блок 5₇ ЦК.

Первый компенсирующий сигнал учитывает изменения сопротивления нагрузки 23, а также частоту и форму входного напряжения, что обеспечивает стабилизацию тока заданной частоты на выходе устройства 2 стабилизации вне зависимости от частоты колебаний и формы напряжения источника 1 электроэнергии, действующего на входе устройства 2 стабилизации. Кроме этого первый компенсирующий сигнал S_1к(t) учитывает начальную фазу φ_u0 входного напряжения, что позволяет синхронизировать по фазе все составляющие суммарного компенсационного сигнала, который включает в себя первый, второй и третий компенсирующие сигналы. Синхронизация составляющих суммарного компенсационного сигнала по фазе обеспечивает высокую скорость реагирования, а также энергоэффективность и точность при стабилизации выходного тока.

Второй компенсирующий сигнал формируется следующим образом.

Используя текущее значение амплитуды первой гармоники напряжения, вычисляемое в первом блоке 5₁₀ АД, эталонное значение частоты выходного тока ω_э, заданное в блоке 6 РКВ, а также значение начальной фазы входного напряжения φ_u0, вычисляемое в блоке 54 КВН, второй СЭС 5₉ синтезирует второй эталонный сигнал S_2э(t), который представляет собой колебание вида:

где U₂ - значение амплитуды первой гармоники напряжения, вычисляемое в первом блоке 5₁₀ АД.

Второй эталонный сигнал S_2э(t) поступает во второй СКС 5₈ для синтеза второго компенсирующего сигнала S_2к(t), который может быть описан следующим выражением:

где U₂(t) - напряжение на выходе устройства 2 стабилизации, поступающее с третьего ДН 18.

Синтезированный второй компенсирующий сигнал S_2к(t) через коннектор 5₂ подается в блок 5₇ ЦК.

Второй компенсирующий сигнал S_2к(t) учитывает искажения выходного напряжения, что обеспечивает высокую точность и энергоэффективность стабилизации выходного тока в тех случаях, когда в процессе стабилизации компенсируются искажения выходного тока за счет формирования и воспроизведения третьего компенсирующего сигнала, являющегося одной из составляющих суммарного компенсационного сигнала. Второй компенсирующий сигнал S_2к(t) идентифицирует искажения, необходимые для стабилизации выходного тока путем вычисления искажений выходного напряжения, создаваемых в результате воспроизведения фильтром 13 суммарного компенсационного сигнала, повышая при этом скорость реагирования на быстрые изменения сопротивления нагрузки 23, которые приводят к быстрым изменениям выходного тока. Таким образом обеспечивается высокая точность и энергоэффективность стабилизации выходного тока вне зависимости от характера нагрузки 23. Кроме этого второй компенсирующий сигнал S_2к(t) учитывает начальную фазу φ_u0 входного напряжения таким образом, что начальная фаза первой гармоники выходного напряжения при стабилизации совпадает с начальной фазой первой гармоники входного напряжения. При стабилизации переменного тока и питании устройства 2 от источника 1 электроэнергии переменного тока учет фазы φ_u0 входного напряжения позволяет компенсировать реактивную мощность, снизить мощность искажения как на входе, так и на выходе устройства, повысить коэффициент мощности и тем самым обеспечить высокую энергоэффективность стабилизации тока.

Третий компенсирующий сигнал формируется следующим образом.

Используя текущее значение амплитуды первой гармоники выходного тока, вычисляемое во втором блоке 5₁₂ АД, эталонное значение частоты выходного тока ω_э, заданное в блоке РКВ 6, а также значение начальной фазы входного напряжения φ_u0, вычисляемое в блоке 5₄, КВН, третий СЭС 513 синтезирует третий эталонный сигнал S_3э(t), который представляет собой колебание вида:

где I_вых - значение амплитуды первой гармоники выходного тока, вычисляемое во втором блоке 5₁₂ АД.

Третий эталонный сигнал S_3э(t) поступает в третий СКС 5₁₄, который синтезирует третий компенсирующий сигнал S_3к(t), который может быть описан следующим выражением:

где I_вых(t) - мгновенное значение тока на выходе устройства стабилизации, которое поступает со второго ДТ 21.

Синтезированный третий компенсирующий сигнал S_3к(t) через коннектор 5₂ подается в блок 5₇ ЦК.

Третий компенсирующий сигнал S_3к(t) учитывает искажения выходного тока и совместно со вторым компенсирующим сигналом S_2к(t) обеспечивает мгновенное реагирование на быстрые изменения выходного тока за счет постоянной идентификации искажений тока и напряжения на выходе устройства 2, что позволяет повысить точность и энергоэффективность стабилизации выходного тока вне зависимости от характера и скорости изменения нагрузки 23. Кроме этого третий компенсирующий сигнал учитывает начальную фазу φ_u0 входного напряжения таким образом, что начальная фаза входного тока при стабилизации совпадает с начальной фазой входного напряжения. При стабилизации переменного тока и питании устройства 2 от источника 1 электроэнергии переменного тока учет фазы φ_u0 входного напряжения позволяет компенсировать реактивную мощность, повысить коэффициент мощности и тем самым обеспечить высокую энергоэффективность устройства 2 стабилизации.

Используя синтезированные первый, второй и третий компенсирующие сигналы, определяемые формулами (2), (4) и (6) соответственно, а также значение сопротивления нагрузки Z(t), которое вычисляется в блоке 5₁₁ КС и поступает в блок 5₇ ЦК через коннектор 5₂, блок 5₇ ЦК формирует суммарный компенсационный сигнал , который описывается следующим выражением:

Кроме этого блок 5₇ ЦК обеспечивает коррекцию суммарного компенсационного сигнала и формирует входной сигнал для блока 16 ШИМ, который подается в блок 16 ШИМ с выхода блока 57 ЦК, которым является также второй выход блока 5 ЦОС. Входной сигнал для блока 16 ШИМ может быть описан следующим выражением:

где U_ф(t) - напряжение, которое поступает со второго ДН 12.

Сформированный и откорректированный в блоке ЦОС 5 суммарный компенсационный сигнал подается на вход блока ШИМ 16, который производит широтно-импульсную модуляцию сигнала и подает его на управляющий вход инвертора 15. Инвертор 15 усиливает модулированный сигнал путем преобразования постоянного напряжения блока НЭ 11 в последовательность импульсов напряжения, ширина которых пропорциональна амплитуде суммарного компенсационного сигнала, а частота определяется частотой модуляции блока ШИМ 16. Импульсное напряжение с выхода инвертора 15 поступает на вход трансформатора 14, при помощи которого напряжение повышается в k раз, (где k - коэффициент трансформации трансформатора 14, который задается при проектировании устройства 2), после чего подается на вход фильтра 13. Фильтр 13 выделяет огибающую модулированного при помощи блока ШИМ 16, усиленного при помощи инвертора 15 и трансформированного при помощи трансформатора 14 сигнала, который аналитически представляет собой колебание, форма которого повторяет форму сформированного в блоке ЦОС 5 суммарного компенсационного сигнала . Напряжение источника 1 электроэнергии складывается с напряжением, которое выделяется фильтром 13, в результате чего обеспечивается такое суммарное напряжение на нагрузке 23, которое прямо пропорционально мгновенному сопротивлению Z(t) нагрузки 23. При этом значения амплитуды и частоты выходного тока равны заданным в блоке 6 РКВ эталонным значениям I_э и ω_э.

В режимах, близких к режиму короткого замыкания нагрузки 23 (сопротивление нагрузки 23 стремится к нулю), блок ЦОС 5 при помощи блока 5₁₁ КС, выдает команды управления в ОБ 20 для размыкания содержащихся в ОБ 20 контакторов. Если производится стабилизация переменного тока, происходит размыкание коммутирующего устройства, подключенного параллельно индуктивному сопротивлению, и подача сигнала управления для регулирования индуктивности реактора, содержащегося в ОБ 20 при помощи выпрямителя, также содержащегося в ОБ 20. Если производится стабилизация постоянного тока, происходит размыкание коммутирующего устройства, подключенного параллельно активному сопротивлению. Обеспечивается подключение балластного сопротивления ОБ 20, которое согласует выходные параметры фильтра 13 с входными параметрами сопротивления нагрузки 23 и позволяет ограничить ток нагрузки 23 величиной заданного в блоке РКВ 6 эталонного значения I_э выходного тока. При стабилизации переменного тока подключаемое индуктивное сопротивление регулируется таким образом, чтобы в зависимости от значения частоты ω_э выходного тока устройства, заданной в блоке 6 РКВ, обеспечить согласование выходных параметров фильтра 13 с входными параметрами сопротивления нагрузки 23. Так как значение индуктивного сопротивления, ограничивающего ток нагрузки 23 величиной заданного в блоке 6 РКВ эталонного значения I_э выходного тока, прямо пропорционально частоте ω_э, то при повышении ω_э индуктивное сопротивление ОБ 20 уменьшается, а при снижении ω_э индуктивное сопротивление ОБ 20 увеличивается. Изменение индуктивного сопротивления в данном случае происходит за счет изменения подмагничивания реактора при помощи выпрямителя, который регулирует ток подмагничивания.

В режимах, близких к режиму холостого хода нагрузки (большое сопротивление нагрузки 23), когда значение сопротивления нагрузки 23 выходит за пределы рабочего диапазона сопротивлений, который задается при проектировании устройства 2, блок 5₁₁ КС выдает команды в ОБ 20 для замыкания контакторов, и через коннектор 5₂ направляет сигнал управления в блок 5₇ ЦК. В результате подачи сигнала управления, в блок 5₇ ЦК из блока 5₁₁ КС, амплитуда суммарного компенсационного сигнала, определяемого по формуле (7) и сформированного в блоке 5₇ ЦК, плавно уменьшается до нуля. За счет управления инвертором 15 при помощи блока ШИМ 16 происходит плавное отключение питания нагрузки 23. После входа значения сопротивления нагрузки 23 в рабочий диапазон сопротивлений, блок 5₁₁ КС через коннектор 52 направляет команду управления в блок 5₇ ЦК, в результате которой производится плавное увеличение амплитуды суммарного компенсационного сигнала до значения, определяемого по формуле (7). За счет управления инвертором 15 при помощи блока ШИМ 16 происходит плавное подключение нагрузки 23 к питанию.

Блок ЦОС 5 при помощи блоков 5₁ КВТ и 5₄ КВН контролирует также ток и напряжение на входе устройства 2 и управляет блоком 7 коммутации при отсутствии входного тока или напряжения, например, в случае отключения источника электроэнергии. В этих случаях происходит подача команды управления при помощи блока 5₁ КВТ в блок 7 коммутации, который обеспечивает подключение нагрузки 23 непосредственно к напряжению, выделяемому фильтром 13. При этом питание нагрузки 23 и стабилизация тока осуществляется за счет энергии, накопленной в блоке 11 НЭ. Это позволяет избежать аварийных ситуаций, связанных с нестабильностью параметров питающей сети и обеспечить бесперебойное поступление энергии в нагрузку 23 при отключении источника 1 электроэнергии. Длительность питания нагрузки 23 при отключении источника 1 определяется уровнем энергии, запасенной в блоке НЭ 11, и задается при проектировании устройства 2. В случае нормализации параметров питающей сети, например при входе входного напряжения в рабочий диапазон напряжений, блок ЦОС 5 при помощи блока 5₁ КВТ выдает команду управления в блок 7 коммутации, который отключает нагрузку 23 непосредственно от напряжения, выделяемого фильтром 13, и подключает ее к выходу устройства 2, после чего работа устройства 2 протекает в штатном режиме.

Кроме этого устройство 2 стабилизации тока при помощи блока РКВ 6 и сигналов для визуализации физических характеристик, поступающих в блок РКВ 6 из блока ЦОС 5, отображает информацию о текущем состоянии устройства 2 (амплитуде, частоте, коэффициенте гармоник тока и напряжения, коэффициенте пульсаций, коэффициенте мощности, уровне потребления активной, реактивной и полной мощностей, значении сопротивления нагрузки и т.д.), в удобной для зрительного восприятия форме.

Как видим, предлагаемое устройство 2 стабилизации тока по сравнению с прототипом имеет расширенный диапазон функциональных возможностей и обеспечивает стабилизацию тока заданной частоты на выходе устройства 2 стабилизации вне зависимости от частоты колебаний и формы напряжения источника 1 электроэнергии, действующего на входе устройства 2 стабилизации, а также повышает точность и энергоэффективность стабилизации выходного тока вне зависимости от характера нагрузки 23.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет получить необходимый технический результат.

Рассмотрим пример выполнения блоков устройства 2 стабилизации тока.

В качестве ДТ 3, 21 и ДН 8, 12, 18 в зависимости от мощности нагрузки могут использоваться датчики тока ДТТ-01…ДТТ-09, LT 4000-S…LT 10000-S или ACPL-785J, ACPL-796J фирмы «Avago Technologies» и датчики напряжения типа LV 100-500, CV 4-6000 фирмы «LEM».

Блоки АЦП 4, 9, 17, 19 и 22 могут быть выполнены на микросхемах AD7760 фирмы «Analog Devices».

Блок ЦОС 5 может быть выполнен на ПЛИС (FPGA) EP2C20…50 фирмы «Альтера».

Блок РКВ 6 может быть выполнен на базе мобильного промышленного компьютера, например Bit-RPC-1522D-MIL фирмы «Фарпоинт».

Блок ШИМ 16 может быть выполнен на контроллерах типа 1114ЕУ 4, TL 493, TL 494, TL 495, TDA 16831 фирмы «Infrneon Technologies AG».

Блок 7 коммутации может быть выполнен в виде управляемого контактора или коммутирующего устройства серии КМИ или КТИ фирмы «lek». Кроме этого блок 7 коммутации может быть выполнен на базе софт-стартера серии ДМС компании «Веспер».

ЗВУ 10 может быть выполнено на базе зарядно-выпрямительных устройств серий НРТ или НРТ+НР 000 «Системы Постоянного Тока». Кроме этого ЗВУ 10 может состоять из индуктивно-емкостного преобразователя, выполненного по Г-образной схеме Бушеро (Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. - М.: «Советское радио», 1972, стр.245, рис.4.7.а) и выпрямителя.

Блок НЭ 11 может содержать накопительный конденсатор на основе полипропиленовых пленок со свойствами самовосстановления после пробоя, серии Е5х или Е6х фирмы «Electronicon Kondensatoren», параллельно соединенный с аккумуляторной батареей. Кроме этого блок 11 НЭ может быть выполнен на базе батарейных шкафов серии ШБ ООО «Системы Постоянного Тока».

Инвертор 15 может быть выполнен на основе силовых IGBT - модулей 17-го класса А-серии 5-го поколения фирмы «Mitsubishi Electric».

Трансформатор 14 может быть выполнен на базе высокочастотного трансформатора типа ТВ производства НПП «Гаммамет».

Фильтр 13 представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ) на LC-элементах.

ОБ 20 может содержать последовательно соединенные активное и регулируемое индуктивное сопротивления, параллельно каждому из которых подключено управляемое коммутирующее устройство серии КМИ или КТИ фирмы «lek». При этом регулируемое индуктивное сопротивление может быть выполнено в виде управляемого подмагничиванием реактора типа РУОМ, РТУ или РУОДЦ ОАО «Запорожтрансформатор» и управляемого выпрямителя с цифровым управлением серии Gamatronic 1U DC+ компании «MAS Elektronik AG». Активное сопротивление в зависимости от мощности нагрузки может быть выполнено на базе тормозных резисторов серий EI-BR-030H…EI-BR-075H производства НП ЗАО «Электромаш».

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах питания и распределения электрической энергии в качестве преобразователя источника эдс в источник тока, а также для регулирования и стабилизации тока нагрузки. Техническим результатом является обеспечение стабилизации тока заданной частоты на выходе устройства стабилизации вне зависимости от частоты колебаний и формы напряжения источника электроэнергии, действующего на входе устройства стабилизации, повышение точности и энергоэффективности стабилизации выходного тока вне зависимости от характера нагрузки. Он достигается тем, что в устройстве стабилизации тока, содержащем первый датчик тока, выпрямитель, фильтр, трансформатор, инвертор, блок широтно-импульсной модуляции, выход которого соединен с одним из входов инвертора, дополнительно введены первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки аналого-цифрового преобразования, блок цифровой обработки сигналов, блок регулирования контроля и визуализации, блок коммутации, первый, второй и третий датчики напряжения, блок накопления энергии, ограничительный блок, второй датчик тока, причем упомянутый выпрямитель выполнен в виде зарядно-выпрямительного устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство стабилизации тока, содержащее первый датчик тока (ДТ), выпрямитель, фильтр, трансформатор, инвертор, блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ), выход которого соединен с одним из входов инвертора, отличающееся тем, что введены первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки аналого-цифрового преобразования (АЦП), блок цифровой обработки сигналов (ЦОС), блок регулирования контроля и визуализации (РКВ), блок коммутации, первый, второй и третий датчики напряжения (ДН), блок накопления энергии (НЭ), ограничительный блок (ОБ), второй ДТ, причем упомянутый выпрямитель выполнен в виде зарядно-выпрямительного устройства (ЗВУ), при этом вход устройства стабилизации тока подключен к выходу источника электроэнергии, к которому также подключен вход первого ДТ, первый выход которого соединен со входом первого блока АЦП, выход которого связан с первым входом блока ЦОС, выходная/входная шина которого соединена с соответствующей входной/выходной шиной блока РКВ, первый выход блока ЦОС связан с первым входом блока коммутации, второй вход которого подключен ко второму выходу первого ДТ, к которому подключен также вход первого ДН, выход которого соединен со входом второго блока АЦП, выход которого связан со вторым входом блока ЦОС, второй выход первого ДТ соединен также со входом ЗВУ, выход которого подключен ко входу блока НЭ, второй выход первого ДТ связан также с первым входом второго ДН и первым входом фильтра, второй вход которого подключен к выходу трансформатора, вход которого соединен с выходом инвертора, другой вход которого связан соответственно с выходом блока НЭ, вход блока ШИМ соединен со вторым выходом блока ЦОС, третий вход которого подключен к выходу третьего блока АЦП, вход которого соединен с выходом второго ДН, второй вход которого связан с выходом фильтра и со входом третьего ДН, выход которого соединен со входом четвертого блока АЦП, выход которого подключен к четвертому входу блока ЦОС, третий выход которого связан с первым входом ОБ, второй вход которого соединен с выходом фильтра, а выход ОБ подключен ко входу второго ДТ, первый выход которого связан со входом пятого блока АЦП, выход которого соединен с пятым входом блока ЦОС, второй выход второго ДТ связан с выходом устройства стабилизации тока, к которому подключена нагрузка, при этом блок ЦОС содержит блок контроля входного тока (КВТ), коннектор, блок частотного детектирования (ЧД), блок контроля входного напряжения (КВН), первый, второй и третий синтезаторы эталонного сигнала (СЭС), первый, второй и третий синтезаторы компенсирующего сигнала (СКС), блок цифровой коррекции (ЦК), первый и второй блоки амплитудного детектирования (АД), блок контроля сопротивления (КС), при этом первый вход блока КВТ является первым входом блока ЦОС, первый выход которого является первым выходом блока КВТ, второй выход которого соединен с первым входом коннектора, первый выход которого соединен со вторым входом блока КВТ, второй вход коннектора связан с выходом блока ЧД, вход которого является вторым входом блока ЦОС, к которому также подключен первый вход блока КВН, второй вход которого связан со вторым выходом коннектора, третий вход которого подключен к выходу блока КВН, и первому входу первого СЭС, второй вход которого соединен с третьим выходом коннектора, а выход первого СЭС соединен с первым входом первого СКС, второй вход которого является вторым входом блока ЦОС, а выход первого СКС подключен к четвертому входу коннектора, четвертый выход которого связан с первым входом блока ЦК, выход которого является вторым выходом блока ЦОС, а второй вход блока ЦК является третьим входом блока ЦОС, четвертый вход которого является первым входом второго СКС, второй вход которого соединен с выходом второго СЭС, а выход второго СКС соединен с пятым входом коннектора, пятый выход которого соединен с первым входом второго СЭС, четвертый вход блока ЦОС соединен также с первым входом первого блока АД, второй вход которого связан с шестым выходом коннектора, а выход первого блока АД соединен с шестым входом коннектора, который подключен также ко второму входу второго СЭС и к первому входу блока КС, первый выход которого является третьим выходом блока ЦОС, а второй выход блока КС подключен к седьмому входу коннектора, восьмой вход которого связан со вторым входом блока КС, который соединен с выходом второго блока АД, первый вход которого соединен с седьмым выходом коннектора, восьмой выход которого подключен к первому входу третьего СЭС, второй вход которого соединен с выходом второго блока АД, а выход третьего СЭС соединен с первым входом третьего СКС, второй вход которого соединен со вторым входом второго блока АД и является пятым входом блока ЦОС, а выход третьего СКС связан с девятым входом коннектора, входная/выходная шина которого является входной/выходной шиной блока ЦОС.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ЗВУ дополнительно содержит индуктивно-емкостный преобразователь, выполненный по Г-образной схеме Бушеро, входом подключенный ко входу ЗВУ, а выходом - ко входу выпрямителя, выход которого является выходом ЗВУ.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок НЭ содержит накопительный конденсатор, параллельно соединенный с аккумуляторной батареей.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ОБ содержит последовательно соединенные активное и регулируемое индуктивное сопротивления, параллельно каждому из которых подключено управляемое коммутирующее устройство.

5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что регулируемое индуктивное сопротивление выполнено в виде управляемого подмагничиванием реактора, содержащего сетевую обмотку, последовательно включаемую в фазу, и обмотку управления, которая соединена с управляемым выпрямителем.