Способ стабилизации постоянного тока конвертора Советский патент 1985 года по МПК H02M3/00 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания аппаратуры связи.. По основному авт. св., № 769515 известен способ стабилизации постоян ного тока конвертора резонансного типа, заключающийся в том, что интегрируют ток дросселя, сравнивают контролируемую и заданную величины, напряжений, формируют в моменты их равенства сигналы управления тиристо рами конвертора и изменяют скважность импульсов тока, потребляемого от питающей сети, генерируют сигналы постоянной частоты подключения конвертора к питающей сети, измеряют результат указанного интегрирования тока дросселя, передаваемого нагрузк в интервале времени, отсчитываемом от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети,, использзпот этот результат в качестве указанной контролируемой величины и прекращают потребление тока от питающей сети в моменты равенств контролируемой и заданной величины напряжений l Известный способ используется для стабилизации постоянного тока конверторов, работающих как в режиме непрерывного тока обмоток реакто ра без рекуперации энергии в источн питания, так и в режиме прерывистог тока с рекуперацией избыточной энер гии дросселя в источник питания. Работа конвертора в первом из упомянутых режимов выгоднее, чем во втором, так как позволяет лучше использовать элементы конвертора за счет меньщего действующего значения тока, протекающего через элементы, при том же его среднем значении, и иметь более высокий КПД за счет исключения потребления избыточной энергии и ее возврата в источник пи тания. Однако быстродействие системы стабилизации постоянного тока во втором из рассматриваемых режимок вьше, чем в первом (соответственно 0,5 периода и 10-30 периодов промежуточной частоты). Таким образом, данный способ ста билизации тока конвертора, работающего в режиме непрерьюного протекания тока в обмотках дросселя (реакт ра) и отсутствия рекуперации избыто ной энергии этого дросселя в источ0092ник питания, не обеспечивает высокого быстродействия стабилизации тока. Указанньм недостаток известного способа обусловлен тем, что стабилизируется ампер-секундный интеграл тока (q const) в течение интервала времени между двумя очередными моментами прекращения потребления тока от источника питания (Ъ,(), длительность которого изменяется в ходе переходного процесса и только через ряд периодов, в установившемся режиме работы, становится равной фиксированной длительности полупериода напряжения задающего генератора (Т). Поэтому среднее значение выпрямленного тока, равное , остается постоянным при изменении длительности интервала и ( . Цель изобретения - повьшение быстродействия стабилизации постоянного тока преобразователя электроэнергии, работающего в режиме непрерывного тока обмоток реактора и отсутствия рекуперации избыточной энергии упомянутого реактора в источник питания. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу стабилизации постоянноготока конвертора интегрируют ток дросселя, сравнивают контролируемую и заданную величины напряжений, формируют в моменты их равенства сигналы управления тиристорами конвертора и изменяют скважность импульсов тока, потребляемого от питающей сети, генерируют сигналы постоянной частоты подключения конвертора к питающей сети, измеряют результат указанного интегрирования Тока дросселя, передаваемого нагрузке, в интервале времени отсчитьшаемом от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети, используют этот результат в качестве указанной контролируемой величины и прекращают потребление тока от питающей сети в моменты равенства контролируемой и заданной величины напряжений, заданное напряжение формируют в виде линейно нарастающего . с эталонной скоростью напряжения, в течение интервала времени, отсчитываемого от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети. При зтом контролируемый амперсекун; ный интеграл тока изменяют прямо 3 пропорционально длительности интервала между двумя очередными момента ми прекращения потребления тока питающей сети. Теоретическая основа предложенного способа стабилизации постоянного тока на выходе преобразователя электроэнергии, работающего в режиме непрерывного тока обмоток реакто ра и отсутствия рекуперации избыточ ной энергии реактора в источник питания, заключается в следующем. Среднее значение тока нагрузки при отсутствии конденсатора на выходе выпрямительного моста равно среднем за полупериод значению тока одного плеча упомянутого выпрямительного моста. В течение одной части каждого полупериода, обозначаемой t с индексом ,, ;,u.4)4,,.. происходит нарастание тока реактора а в течение другой, обозначаемой с индексом ,, ,-2(мОг.-, происходит спад его тока. Суммарная длительность интервалов в течение одного и того же к-го полупериода постоянна, T.e.,C,,.,(4t,(, Суммарная же длительность следующих друг за другом интервалов, отно сящихся к разным полупериодам сигна лов управления, изменяется в ходе переходных процессов, т.е. 2((y;-irK-i)( UK-1 fuk УТ и становится равной Т только в уста новившемся режиме работы. Поэтому для повышения быстродействия стабилизации тока в течение каждого изменяющегося по длительности суммарного интервала bj, образованного подынтервалами спада и последующего нарастания тока реактора, необходимо формировать заданное напряжение не постоянным, а линейно нарастающим с эталонной скоростью, не зависящей от величины питающего напряжения и сопротивления нагрузки. При этом среднее значение тока за интер вал /i равно ЧхН «Контролируемое напряжение равно вольт-секундному интегралу падения напряжения на резисторе R от протекающего по этому резистору тока 94 в течение интервала Ьк, деленному на постоянную времени T|o consi. .р «-т Заданное напряжение к концу, интервала времени 0(Дц равно и,-т-й., где Up congt; Tjo con6tv скорость нарастания заданного напряжения. Из условия равенства контролируемого и заданного напряжений U (UK) и 7, (UK) следует, что и„-Ч | Con5t . Zo На фиг. 1 представлена электрическая схема конвертора (преобразователя электроэнергии) резонансного типа, работающего в режиме непрерывного протекания тока в обмотках реактора и отсутствия рекуперации избыточной энергии этого реактора в источник питания; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений на элементах преобразователя. Преобразователь состоит из силовой части и схемы управления. В состав силовой части входят резонансный полумостовой инвертор, питающийся от источника постоянного напряжения с выведенной средней точкой О, и мостовой выпрямитель. Инвертор состоит из основных тиристоров 1 и 2, через которые протекает ток от источника питания к нагрузке и вспомогательных тиристоров 3 и 4, через, которые протекает ток реактора при выключенных основных тиристорах, двухобмоточного реактора 5, коммутирующего конденсатора 6, силового трансформатора 7 и трансформатора 8 тока. Выпрямитель состоит из диодного моста 9, к которому подключена нагрузка 10. Схема управления включает задающий генератор 11 фиксированной частоты, выпрямитель 12 без фильтра, подключенный к вторичной обмотке трансформатора тока, интегратор 13 выходного напряжения выпрямителя 12, генератор 14 линейно нарастающего с эталонной скоростью (пилообразного) напряжения, формирователь 15 запускающих импульсов интегратора 13 и генератора 14 и формирователи 16 сигналов управления вспомогательными тиристорами 3 и 4, компаратор 17, к входам которого подключены выходы интегратора 13 и генератора 14, выхо подключен к входам формирователя 15 и устройства 18 первоначального запуска генератора 14, управляемого от задающего генератора 11 и-компара тора 17. В схеме может также присутствовать емкостный выходной фильтр (конденсатор) 19 выпрямителя 9. На фиг. 2 изображены временные диаграммы 20 - тока ( (|у), протекающего в первичной обмотке трансформатора в течение некоторой части переходного процесса; 21 -напряжения U | , пропорционального инте.гралу по времени от выпрямленного значения тока выпрямителя 12 и заданного выходного напряжения генератора 14 ((J|(.)j изменяющегося по линейному 3aKOHyj22- срецнего значения выпрямленного тока выпрямителя 9 (1) . Работа преобразователя осуществляется следующим образом-. . Сигналы управления поступают на тиристоры 1 и 2 через интервалы врем ни .n9t. Если первый сигнал прихо дит на тиристор 1 в момент времени Т.2 начинает протекать ток чере тиристор 1, верхнюю половину обмотки реактора 5, трансформатор 8 тока, конденсатор 6 и силовой трансформатор 7. Одновременно происходит интегрирование выходного контролируемого напряжения выпрямителя 12 ((J|2) и возрастание по линейному закону заданного напряжения генератора 14 (Уц). В моментс:|(ц..2, когда Ui tt llnW срабатывает компаратор 17, и от формирователя 16 сигналов управления подается сигнал управления на тиристор 4. При этом к тиристору 1 прикладьюается обратное напряжение, и он закрывается. Направление протекания тока через обмотки трансформаторов 7 и 8 и пластины конденсатора 6 изменяется на противоположное, но абсолютная величина тока уменьшается (интервал ) Далее ток течет через нижнюю половину обмотки реактора 5 и тиристор 4. Протекание тока обусловлено энергией, накопленной в электрическом поле конденсатора 6 09б и магнитном поле реактора 5. В момент времени Т,, . поступает сигнал управления на тиристор 2, который открывается. При этом тиристор 4 закры- . вается, а направление протекания тока через трансформаторы 7 и 8 и конденсатор 6 остается прежним, но его абсолютная величина возрастает (интервалоц,). Б момент срабатывания компаратора 17 (,,+t(,) подается сигнал управления на тиристор 3. Тиристор 2 закрывается, направление протекания тока через трансформаторы 7 и 8 и конденсатор 6 изменяется на противоположное (интервал Г(,, ). Далее снова открывается тиристор 1, и процессы повторяются. На интервалах типа t, происходит потребление энергии от источника питания, а на интервалах типа ji, рассеяние и перераспределение ранее накопленной в поле конденсатора 6 и реактора 5 энергии. При этом в течение любого интервала времени й, t2(ic-t) Р®Д значение тока нагрузки остается постоянным при изменении как питающего напряжения, так и сопротивления нагрузки, если ток первичной обмотки трансформатора 7 достаточно велик для срабатывания компаратора 17 в течение интервала времени, равного полупериоду частоты инвертирования. При первоначальном включении конвертора этот ток мал и срабатывания компаратора 17, в течение нескольких первых периодов частоты инвертирования не происходит. В течение этой части переходного процесса запуск генератора 14 происходит от устройства 18 первоначального запуска с частотой задающего, генератора 11, и сигналы управления на тиристоры 3 и 4 не поступают. Как только компаратор 17 сработает пер-. вый раз, прекращается поступление сигналов запуска на генератор 14 от устройства 18 первоначального запуска « начинается управление генератором 14 от формирователя 15. Если на выходе выпрямителя 9 установлен кон-, денсатор 19, то срабатывание компаратора 17 обычно происходит в течение первого полупериода работы инвертора в связи с отсутствием первоначального заряда конденсатора 19. Однако как при наличии, так и при отсутствии конденсатора 19 при первоначальном включении конвертора стабилизация тока нагрузки начинается с запаздыванием в несколько периодов частоты инвертирования напряжения. Когда же конвертор выходит на установившийся режим и затем скач.ком изменяется величина питающего напряжения , стабилизация тока нагрузки происходит безынерционно .

Предложенный способ стабилизации постоянного тока может быть применен для стабилизации тока нагрузки любого конвертора (преобразователя постоянного напряжения в постоянное) с широтно-импульсным управлением и последовательным включением ключа, реактора и нагрузки, работающего в режиме непрерывного протекания тока в обмотках реактора при отсутствии рекуперации избыточной энергии реактора в источник питания.

Таким образом, предложенный способ стабилизации постоянного тока конвертора, работающего в квазиустановившемся режиме непрерывного тока реактора без рекуперации его избыточной энергии в источник питания, позволяет обеспечить инвариантность среднего

значения постоянного тока нагрузки

к скачкам питающего напряжения во время переходных процессов, вызванных этими скачками, без запаздьшания. Аналогичньй эффект достигается и при

скачках сопротивления нагрузки при отсутствии фильтрового конденсатора тока нагрузки, т.е. обеспечивается повьпиение быстродействия системы стабилизации.

СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ .ПОСТОЯННОГО ТОКА КОНВЕРТОРА по авт. св. № 769515, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия стабилизации тока в режиме непрерывного тока обмоток реактора и отсутствия рекуперации избыточной энергии реактора в источник питания, заданное напряжение формируют в виде линейно нарастакщего с эталонной скоростью напряжения в интервале времени, отсчитываемом от очередного момента прекращения потребления тока питающей сети.

иг.1