Устройство для управления автономным инвертором напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02P13/18 

2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что оно снабжено пороговым блоком, дополнительным ключом и интегрирующим элементом, второй интегратор выполнен с суммирующим входом, причем вькод второго

сумматора через дополнительный ключ и интегрирующий элемент связан с суммирующим входом второго интегратора, а управляющая цепь дополнительного ключа через пороговый блок связана с источникам управляющего напряжения.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЬМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее датчик выходного напряжения и источник управляющего напряжения, связанные через первый сумматор и первый интегратор с компаратором, второй сумматор, вход которого связан с источником управляющего напряжения, второй интегратор, накопительный элемент которого зашунтирован ключом, управляющая цепь которого связана с выходом компаратора, о тличающееся тем, что, с целью улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора и его регулировочных характеристик, введены RS-триггер, источник постоянного напряжения и дополнительный компаратор, причем выходы основного и дополнительного компараторов связаны с входами RS-триггера, выход .которого является выходом устройства, источник постоянного напряжения через второй интегратор и непосредст(Л венно связан с входами второго сумматора, выход которого связан с входом дополнительного компаратора. о со N СО со

Изобретение «относится к электротехнике и предназначено для управления тиристорными или транзисторными автономными инверторами напряжения. Известно устройство для управления автономньми инверторами напряжения с замкнутьи контуром управления, обеспечивающее коррекцию возмущений, воздействующих на работу преобразователя (искажения питающего напряжения, коммутационные процессы, прерывистость токов и т.п.) Cll , Устройство с интегральным слежением обеспечивает устойчивую работу инвертора, но вследствие асинхронного принципа работы средняя частота коммутации не синхронизирована с выходной частотой. Поэтому гармоники спектра выходного напряжения не имеют постоянных частот, что затрудняет построение фильтруиядих устройств. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления автономным инвертором напряжения, содержащее источники опорного и упра ляющего напряжений, компаратор, два сумматора, два интегратора, накопительные элементы которых защунтирова ны ключами, дополнительный сумматор коммутирующий ключ и логический инвертор. Устройство основано на синхр ном вертикальном принципе управления и обеспечивает устойчивую работу инвертора при возможности коррекции гармонического состава выходного напряжения за счет обратной связи Г2 3 Недостатком устройства является статический характер регулирования, вследствие которого появляется ошибка в воспроизведении спектром выходного напряжения управляющего сигнала Указанная ощибка ухудщает параметры выходного напряжения инвертора и при водит к погрешностям в работе нагрузочных устройств. При работе инверто ра на фильтры из-за статизма системы в спектре выходного напряжения появляются низкочастотные составляющие, подавление которых фильтром затруднено (низкочастотные гармонические). Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного напряже ния инвертора и его регулировочных характеристик. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления автономным инвертором напряжения,содержащее датчик выходного напряжения и источник управляющего напряжения,связанные через первый сумматор и первый интегратор с компаратором, второй сумматор, вход которого связан с источником управляющего напряжения, второй интегратор, накопительный элемент которого зашунтирован первым ключом, управляющая цепь которого связана с выходом компаратора, введены RS-триггер, выход которого является выходом устройства, источник постоянного напряжения и дополнительный компаратор, причем выходы основного и дополнительного компараторов связаны с входами RS-триггера, выход которого является выходом устройства, источник постоянного напряжения через второй интегратор и непосредственно связан с входами второго сумматора, выход которого связан с входом дополнительного компаратора . Для повьппеяия стабилизации частоты коммутации второй интегратор выполняется с суммирующим входом, а в устройство введены пороговый блок, дополнительный ключ и интегрирующий элемент, причем выход второго сумматора через дополнительный ключ и интегрирующий элемент связан с суммирующим входом второго интегратора, 3 управляющая цепь дополнительного ключа через пороговый блок связана с источником управляющего напряжени На фиг.1 представлена структурна схема устройства; на фиг.2 - времен ные диаграммы напряжений. Датчик 1 выходного напряжения и источник 2 управляющего напряжения через первый сумматор 3, первый интегратор А, компаратор 5 связаны с R-входом RS-триггера 6. Источник 7 постоянного напряжения через второй интегратор 8, накопительный элемент которого зашунтярован первьм ключом 9, и второй сумматор 10 связаны с дополнительным компаратором 11, к выходу которого присоединен S-вход RS-триггера 6. Выход второго сумматора 10 через дополнительный ключ 12 и дополнительный интегрирующий элемент 13 связа ш со вторым входом второго интегратора 8, а источник : управляющего напряжения 2 через пороговое устройство 14 связан с ynpa ляющей цепью дополнительного ключа На фиг. 2 временные диаграммы напряжений соответствуют: 15 - выход ное напряжение инвертора,16 - управляющее напряжение, 17 - напряжение на входе дополнительного компаратор 11,18 - напряжение на выходе RS-три гера 6. Принцип действия устройства заклю чается в следующем. . Инвертор формирует однополярное на полупериоде выходное напряжение (диаграмма 15) , один из фронтов ко торого формируется следящим каналом устройства, включающим датчик 1, ис точник 2, с выходом которых сигналы через сумматор 3 и интегратор 4 по.ступают на компаратор 5, выходной сигнал которого поступает на R-вход RS-TpHrr«Epa, который формирует задний фронт выходного напряжения инвертора - моменты t, , tjj , t и т.д. Работа следящего канала описывается зависимостью 4 poUeb,x( ( где Kg - коэффициент пропорциональности между амплитудами управляющег и выходного напряжений. Равенство среднеинтервальных значений выходного и управляющего напряжений определяют астатический характер регулирования и его высоку точность, при этом обеспечивается х роший гармонический состав выходного напряжения при воздействии на вьпсодное напряжение инвертора любых возмущающих факторов. Остальные элементы устройства обеспечивают стабилизацию частоты коммутации по отношению к выходной частоте инвертора и устойчивость работы следящего устройства управления. При срабатывании компаратора 5 формируется задний фронт импульса выходного напрйжения, в этот же момент начинается очередной этап работы второго интегратора 8 и после разрядки накопительного элемента через ключ 9 формируется линейно-падающее напряжение. Величина источника 7 постоянного напряжения U и постоянная времени интегратора 8 выбираются таким образом чтобы кривизна напряжения на выходе интегратора соответствовала уравнегде и, амгшитудауправлякицего сигнала; интервал между одноименными коммутация т, усредненный за длительный промежуток времени. Дополнительный компаратор 1I .фиксирует на входе равенство нулю выраженияи - S (tj - t ) - I3y. О.(3) При постоянном управляющем сигнале на выходе источника 2 из выражения (3) можно получить длительность интервала ta - t« Ч и 44-M(-ii)учетом выражения (I) (.4 2 te. ткуда следует, что интервал ( const, т.е. схема работает со табильной частотой коммутации, что обеспечивает уменьшение перечня гармонических составляющих выходного напряжения, облегчает условия их одавления фильтрами, обеспечивает стабильность формы выходного напряжения на полупериоде и порядке переключения вентилей при реверсе направления выходного напряжения. При изменении управляющего сигнала во времени период повторения между одноименными фронтами изменяется пропорционально производной изменения управляющего сигнала. Анализ выражения (1) и (3) показывает, что это изменение определяется также

текущим значением управляющего сигнала. Однако поскольку в автономных инверторах напряжения управляющий сигнбш обладает симметриейэ на всем периоде выходной частоты участки положительных приращений интервалов между коммутациями уровновешиваются участками отрицательных приращений соответствующих интервалов.

Таким образом, в устройстве средняя частота коммутации поддерживается постоянной, но осуществляется это параметрически. Отсутствие жестко заданного межкоммутационного интервала между коммутациями в системе, т.е. асинхронный принцип ее работы обуславливает ее заметное преимущество перед синхронными системами замкнутого типа: в предлагаемой системе нет ограничений по устойчивости так как нет навязываемого системе программньи путем периода повторения. При этом за счет параметрической стабилизации частоты система обладает достоинства14И синхронных систем.

Параметрическая стабилизация частоты коммутации обеспечивает точность задания частоты коммутации, достаточную для применения наиболее компактных выходных фильтров инверторов напряжения резонансного типа. Но в случае необходимости большей стабилизации устройство снабжается пороговым блоком 14, ключом 12 и интегрирующим элементом 13. Введение этих элементов (Збеснечивает стабилизацию формы выкодного напряжения путем введения астатической обратной связи. Порогевый блок 14 (например, компаратор с пострянньм порогом срабатывания) фиксирует некоторое зкачение уп:равляющего сигнала, например моментэ близкий к переходу управляющего сиг нала через ноль. Если в этот момент формируются передний фронт импульса, на выходе второго сзшматора О нулеБой сигналS который переписывается в кктег.рирующий элемент 13 и не воздействует на крутизну напряжения второго интегратора 8. Если же передний фронт смещен относительно срабатывания порогового устройства, то ненулевой сигнал с сумматора 10 будет записан в интегрирующем элементе 13 и вызовет изменение крутизны расс,огласование начнет уменьшаться до полного исчезновений. Таким образом, устанавливается оптимальный и стабильный алгоритм переключения силовых вентилей при смене знака выходного напряжения и весьма точно стабилизируется отношение выходной частоты к средней частоте коммутации.

Таким образом, изобретение содержит ряд преимуществJ свойственных системам различШ)Ж типов. Как все следящ1че системы оно обеспечивает хороший гармонический состав выходного напряжения при наличии дестабилизирующих факторов, повышенную точность и астатический характер регули-ровочных характеристик. При этом обладает неограниченным запасом устойчивости., присущим асинхронным системам, однако в отличие от них имеет параметрическую стабилизацию отношения частоты коммутации к выходной частоте, позволяющую использовать вьжодные фильтры резонансного типа с улучшеыньши массогабаритными показателями „ СледовательноS предлагаемое устройство управления позволяет улучшить гермонический состав выход-, кого напряжения выходного напряжения, повысить стабг льность регулировочных характерис7ик,, дает возможность снижения массогабаритных показателей сиг ловой части за счет снижения массы фильтров. Устройство состоит из сравнительно небольшого числа стандартных узлов 5 компактно реализуемых на микросхемах. NJ

0ut.Z .i