Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное Советский патент 1984 года по МПК H02M5/257 H02P13/30 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может, быть использовано для регулирования и стабилизации переменного напряжения .5

Известно устройство, содержащее ; иЬточник переменного напряжения (сеть), регулятор типа широтноимпульсного преобразова;еля, включающий в себя систему импульсно-фазового 10 управления (СИФУ), систему автоматического регулирования, состоящую из датчика действующего значения напря-- жения на нагрузке pj .

Однако данное устройство позволя- 15 ет регулировать напряжение на нагрузке до величины напряжения сети, COS U сети при работе этого устройства определяется параметрами нагрузки, глубиной регулирования и может 20 иметь низкие значения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является регулируемый преобразователь .переменного напряжения в переменное, содер- 25 жащий регулирующий орган, включенный между входньм и выходным выводом, блок импульсно-фазового управления, выход которого соединен с входом управления регулирукедего орга- зо на, первый сумматор, один из входов которого связан с выходньм выводом, а другой - с выходом первого источника опорного напряжения 2j .

Однако известное устройство имеет ,„ низкое качество тока в нагрузке при глубоком регулировании, cos f сети зависит от параметров активно-индук-i тивной нагрузки и глубины регулирования и может бьггь небольшой величи- Q ны, максимальное значение напряжения на нагрузке ограничено величиной напряжения сети. I . . . Целью изобретения является улучше: яие формы выходного тока, увеличе- 45 ние cos ( сети и увеличение максимального напряжения на нагрузке. Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом преобразователе переменного напряжения в пере- 50 менное, содержащем регулирующий орган, включенный между входным и выходным выводами, блок импульснофазового управления, выход которого соединен с входом управления регули- 55 рзтощего органа, первый сз матор, .один из входов которого связан с / выходным выводом, а другой - с выходом первого источника опорного напряжения, регулирующий орган вьшолнен в .виде инвертора с обратн диодами и конденсатором, включенны в цепь постоянного тока, вьшоды переменного тока которого включены в силовую цепь, введены датчик амплитуды первой гармоники, датчик напряжения на конденсаторе, генератор синусоидального сигнала,второй сумматор, второй источник опорного напряжения, блок импульсно-фазового управления содержит широтно-импульсньй модулятор, при этом датчик амплитуды первой гармоники включен между вь1ходньв4 выводом и первым входом первого сумматора, выход датчика напряжения на конденсаторе соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход - с входом управления фазой генератора синусоидального сигнала выход первого сумматора соединен с входом управления амплитудой генератора синусоидального напряжения, выход которого соединен с входсм блока импульсно-фазового управления

На фиг.1 представлена блок-схема устройстваJ на фиг.2 - принципиальная схема регулирукицего органа.

Устройство содержит источник 1 переменного напряжения (сеть), регулирукнций орган 2 со схемой управления, нагрузку 3, регулирующий орган 4, блок 5 импульсно-фазового управления (БИФУ), генератор 6 синусоидального напряжения, двувходовые сумматоры 7 и 8, датчик 9 амплитуды первой гармоники, датчик 10 напряжения, на конденсаторе.

Принципиальная схема регулирующего органа (фиг.2) включает бло- ки 1,3,4 (фиг.Ч), регулирзпощий орган выполнен в виде инвертора содержащего четыре полностью, упр вляемых вентиля 11-14 (транзисторы, двухоперационные тиристоры, тиристоры с узлами искусственной коммутации), четыре обратных диода 15-18,конденсатор 19 в цепи постоянного тока инвертора.

Устройство работает следующим образом.

Инвертор напряжения формирует на своих заш1мах переменного тока 3 напряжения Uy методом синусоидальной однополярной широтно-импульсной модуляции. Это обеспечивается при подаче в БИФУ 5 синусоидального напряжения от генератора 6 синусоидального напряжения, которое сравнивается с опорным треугольным напряжением в БИФУ и по моментам совпадения вырабатываются импульсы управления, на вентили 11-14. Управляемые вентили 11-14 совместно с обратными диодами 15-18 формируют известным образом напряжение инвертора Uj.. Существенным является то, что напряжение инвертора (его перва гармоника иц,) должно быть сдвинуто на 90 эл.град, по отношению к току нагрузки, так как в звене постоянно го тока инвертора нет активного источника постоянной ЭДС, а есть только заряженный, конденсатор 19 и, значит, невозможно ни потребление, ни отдача активной мощности инвертором, т.е. инвертор работает в реж ме источника реактивной мощности, дальнейшее приближение формы напряжения инвертора U4 к синусоидальной можно обеспечить использованием фильтра на выходе инвертора. Требуемый сдвиг фазы напряжения инвертора по отношению к току нагру ки достигается тем, что в системе регулирования имеется контур отрицательной обратной связи по напряже нию на конденсаторе в цепи постоянного тока инвертора. Он состоит из датчика мгновенного напряжения на конденсаторе 10, выход которого под ключен к входу сумматора 8, на другой вход сумматора поступает сиг нал с выхода источника опорного напряжения Urt, задаюпщй уровень напряжения на конденсаторе. Выход сумматора 7 подключен к второму входу генератора синусоидального напряжения, который управляет фазой задающего синусоидального сигнала, используемого при формировании напряжения инвертора методом широтноимпульсной модуляции. Этот контур обратной связи обеспечивает постоян CT:BQ напряжения на емкости, а значит, и иц D1Допустим, что фаза между напряже нием инвертора и током нагрузки мен ше 90 эл.град. (С| :90 ), тогда ток инвертора будет иметь активную и реактивную составляющие. Направлени 504 векторов 1 и активной составляющей тока Гд совпадают. Инвертор будет отдавать мощность в нагрузку, что приведет к уменьшению напряжения на конденсаторе и по контуру обратной связи вызовет изменение управляющего сигнала на втором входе генератора синусоидального напряжения. Отрицательная обратная связь изменяет фазу модулирующего сигнала (увеличивает) так, что фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током стремится к 90 эл.град. Если же сдвиг фаз между напряжением инвертора и током больше 90 эл.град. (), то вектор la противоположен по направлению вектору (1) 0. Инвертор будет потреблять активную мощность от цепи переменного тока. Это приведет к увеличению напряжения на конденсаторе, что уменьшит задание по фазе на втором входе генератора синусоидального напряжения, фаза модулирующего синусоидального сигнала уменьшится. Это вызовет изменение фазынапряжения инвертора. Таким образом, фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током будет поддерживаться равным 90 эл.град. Второй контур обратной связи включает в себя датчик 9 амплитуды первой гармоники, подключенный к входу сумматора 7, на другом входе которого присутствует сигнал уставки по напряжению на нагрузке U. С выхода сумматора 7 сигнал ошибки поступает на первьй вход генератора синусоццального напряжения, управляющий амплитудой задающего синусоидального сигнала. В этом контуре осуществляется регулирование и стаг билизацкя величины напряжения на нагрузке, Рассмотрим режим регулирования напряжения на нагрузке U. Регулировать и, можно изменением величины уставки Uj. При изменении (увеличении) и на выходе сумматора 7 увеличивается сигнал ошибки, который приводит к увеличению амплитуды модулирующего синусовдального сигнала. Возросший модулирукнций сигнал вызовет увеличение напряжения инвертора . Это приведет к увеличению Напряжения на нагрузке. Напряжение на нагрузке установится в соответствии с величиной уставки V . Но из менившееся значение напряжения инвертора приведет к изменению фазово го сдвига между ЭС сети и напряжени на нагрузке. Фазовьй сдвиг между напряжением инвертора и током откло нится от 90 эл.град. В соответствии с этим будет действовать контур стабилизации фазового сдвига. После окончания переходных процессов на нагрузке установится заданное значе ние напряжения на нагрузке, сдвиг фаз между напряжением инвертора и током будет поддерживаться равным 90 эл.град. Рассмотрим режим стабилизации Uj, при из1у1енении ЭДС сети. Изменение (зп еньшение) ЭДС сети приведет к тому, что в первый момент уменьшится напряжение на нагрузке, с датчика 9 сигнал меньшей величины поступит на вход сумматора 7. При той же величине установки Ц| на выходе 7 увеличится сигнал ошибки, который приведет к увеличению амплитуды модулирующего сигнала на выходе генератора синусоидального напряжения. В результате увеличится величина напряжения инвертора так, чтобы напряжение на нагрузке установилось в соответствии с величиной уставки. Подобно описанному изменится фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током ((). Контур стабилизации фазового сдвига установит фазу равной 90. Устройст во будет поддерживать напряжение на-нагрузке в соответствии с величи ной уставки U|. Улучшение качества тока в нагруз ке в устройстве достигается за счет использования инвертора с ШИМ в качестве регулятора, так как частота пульсаций тока в нагрузке определяется частотой коммутации инвертора, а эта частота существенно больше частоты сети (и частоты пульсаций при базовом управлении), следовательно, ток в активно-индуктивной нагрузке будет лучше сглажен, амплитуда пульсаций уменьшится. Ток в нагрузке получается лучшего качества. Так как напряжение инвертора отстает от тока на 90°, то инвертор компенсирует индуктивный характер нагрузки и приводит к опережающей фазе тока по отношению к ЭДС сети. Тем самым повьш1ается значение cos Cf сети. Увеличение напряжения на нагрузке достигается при увеличении выходного напряжения инвертора, причем максимальное значение определяется возможностями инвертора, т.е. в устройстве можно получить напряжения на нагрузке больше, чем величина ЭДС сети. В предлагаемом изобретении, инвертор напряжения с ШИМ работает в режиме источника реактивной мощности, при этом происходив компенсация части реактивной мощности активноиндуктивной нагрузки и улучшается значение cos if питающей сети. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет получить выхбдное напряжение на нагрузке, превьшакщее величину ЭДС сети, за счет того,что напряжение на нагрузке есть геометрическая сумма векторов ЭДС сети и вьпсодного нахфяжения инвертора. .1 .

1Г;Ш

wT4

u

17

f5

r

;

ae

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий регулирующий орган, включенный между входным и выходным выводами, блок импульснофазового управления, выход которого соединен с входом управления регулирующего органа, первьй сумматор, один из входов которого связан с выходным выводом, а другой - с выходом первого источника опорного напряжения , отличающийся тем, что, с целью увеличения Ср9 р сети, улучшения формы выходного тока и увеличения максимального напряжения на нагрузке, регулирующий орган выполнен в виде инвертора с обратными диодами и., конденсато ром, включенным в цепь постоянного Тока, вьшоды переменного тока которого включены в силовую цепь, введены датчик амплитуды первой гармоники, датчик напряжения на конденсаторе, генератор синусовдального сигнала, второй сумматор, второй источник опорного напряжения, блок импульсно-фазового управления содержит широтно-импульсный модулятор, при этом датчик а.мплитуды первой гармоники включен между выходным вьгаодом и первым входом первого сумматора, выход датчика напряжения на конденсаторе соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход - с входом управления фазой генератора синусоидального сигнала, выход первого сумматора соединен с входом управления амплитудой генератора синусоидальйого напряжения, 1C выход которого соединен с входом 00 00 СП блока импульсно-фазового управления. о

От стру (5)

Фиг.2