Устройство для управления преобразователем постоянного тока со звеном переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H02M3/10 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено при управлении быстродействуюищми стабилизаторами напряжения, ключевыми усилителями, работающими в устройст вах с промежуточным звеном повьшенн частоты. Цель изобретения - повышение надежности. На фиг. 1 представлена функциональная схема регулируемого преобра зователя напряжения и устройства дл управления им; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит согласунлций трансформатор 1, первичная и вторич ная обмотки которого включены в диа гонали высокой частоты инвертора 2 выполненного на полностью управляемых ключах 3-6, и демодулятора 7, также вьтолненного на ключах 8 11, диагональ низкой частоты инвертора 2 подключена к входным зажимам преобразователя через датчик 12 потребляемого тока, а диагональ демодулятора - последовательно с нагрузкой Z, измеритель 13 тока намагничивания, включенньй к первич ную и вторичную цепи согласующего трансформатора, интегратор 14, формирователь 15 импульсов, фазосдвига пще блоки 16 и 17, управляемый по частоте задающий генератор 18, парафазный выход которого предназначе для подключения к управляющим цепям ключей 8-11 деподулятора, а другой выход соединен с одним из входо блоков 16 и 17, другие входы которы объединены и образуют управляющий вход 19 устройства, а парафазные вы ходы предназначены для подключения к управляющим цепям ключей 3 и 4, 5 и 6,инвертора, источник 20 опорного напряжения, усилитель 21 сигнала ошибки, запоминающий блок 22, однополупериодный вьшрямитель 23, двухполупериодный выпрямитель 24, два у равляемых ключа 25 и 26, ключ 25 шу тирует интегрирующий конденсатор 27 интёгратора 14, а ключ 26 включен метщу выходом интегратора 14 и вхоfloM блока 22. Измеритель 13 вьшолнен в виде двух трансформаторов 28 и 29 тока, первичные обмотки которых включены последовательно с первичной и вторич ной обмотками трансформатора 1, а вторичные соединены между /собой встречно-последовательно и образуют выход измерителя. На фиг. 2 обозначено сигнал 30 на парафазных выходах генератора 18; напряжение 31 управления, действующее на управляющем входе 19; пилообразные опорные напряжения 32 и 33 блоков 16 и 17. Устройство работает следующим образом. Если на вход преобразователя подается постоянное питающее напряжение и, при подаче сигналов 30, 34 и 35 (фиг. 2) на управляюп91е цепи ключей 3-6 и 8-11 угол сдвига фаз управляющих сигналов 34 и 35 и, следовательно алгоритм замыкания ключей инвертора 2 определяются напряжением 31. При минимальном значении напряжения 31 в интервале от нуля до момента времени t сигналы 34 и 35 находятся в противофаэе, а фазы сигналов 30 и 34 совпадают. Положительные полуволны сигналов 34 и 35. соответствуют включенному состоянию ключей 3 и 5 инвертора 2, а отрицательные - включенному состоянию ключей 4 и 6. Положитель.ные полуволны напряжения 30 соответст. (вуют включенному состоянию ключей 8 и 11, а отрицательные - состоянию ключей 9 и 10 демодулятора 7. Изменение уровня напряжения 31 приводит к изменению фазового сдвига между сигналами 34 и 35. На фиг. 2 входное напряжение 31 задается ступенчатонарастакяцим, при этом можно проследить все возможные режимы работы силовой цепи: 1)режим суммирования напряжения демодулятора с напряжением источника питания (0 t ti); 2)режим регулирования добавочного напряжения (t t t), 3)режим неискаженной передачи (tj t tj); 4)режим регулирования напряжения демодулятора вычитаемого из напряжения Uo (tj : t t); 5)режим (t t,,). Первьй режим обеспечивается при величине .напряжения 31, подаваемого на объединенньй вход 19 (фиг. 1) фазосдвигающих блоков 16 и 17, меньшей минимального значения напряжений 32 и 33. На выходах блоков 16 и 17 формируются сигналы 34 и 35. Алгоритм замыкания ключей инвертора 2 демодулятора 7 полностью определяется фазами сигналов 30, 34 и 35. В демодуляторе ключи переключаются парами, и положительной полуволне сиг нала 30 соответствует замкнутое сос тояние ключей 8 и 11, а отрицательной - замкнутое состояние ключей -9 10. В интервале времени О t t, в первый полупериод одновременно замкнуты в инверторе ключи 3 и 6. Первичная обмотка трансформатора 1 началом подключается к плюсу источника и. В демодуляторе одновременн замкнуты ключи 8 и 11, и ток нагруз ки протекает по цепи:, плюс Ug - конец вторичной обмотки трансформатора 1 (на котором действует отрицательный потенциал) - начало этой .обмотки - ключ 11 - нагрузка 2„ минус Uo. Источник напряжения U и обмотка трансформатора 1 включены согласно, на нагрузке действует напряжение 36, равное сумме этих напряжений. Во второй полупериод ключи 3 и 6 инвертора разомкнуты, ключи 5 и 4 замкнуты - первичная обмот ка трансформатора 1 подключена к плюсу Uo концом, напряжение 37 изменяем полярность, в демодуляторе замкнуты ключи 9 и 10, ток нагрузки пр отекает по цепи: плюс U - ключ 10 начало вторичной обмотки трансформато ра 1 (на котором действует отрицательный потенциал) - конец этой обмотки - ключ 9 - нагрузка Z - мину UQ. И в этот полупериод напряжение 36 остается постоянным. Далее процессы повторяются. При увеличении напряжения 31 (t t t) изменяет ся фаза сигналов 34 и 35, причем фа за сигнала 34 изменяется в сторону отставания, а фаза напряжения 35 в сторону опережения. Это приведет к изменению алгоритма переключения ключей инвертора. При t t,, сохраняется режим суммирования напряжени и и добавочного, затем ключ 6 размыкается и замыкается ключ 5 при замкнутом ключе 3 - трансформатор 1 закорачивается и на его обмотках на пряжение становится равным нулю, а к нагрузке прикладывается напряжени i UQ. В этом режиме ключи 8 и 11 демо дулятора выключаются и включаются ключи 9 и 10 без разрыва цепи прот кания тока нагрузки. Затем ключ 3 размыкается, замыкается ключ 4, что соответствует отрицательной полуволн напряжения на обмотках трансформатора и суммированию этого напряжения Uo. Далее процессы повторяются, чередуя режим добавки с неискаженной передачей. Увеличение управляющего напряжения 31 до половины амплитуды напряжений 32 и 33 (t t tj) приво-. дит к режиму неискаженной передачи, так как фазы сигналов 34 и 35 равны и совпадают при этом трансформатор 1 все время закорочен. Дальнейшее увеличение напряжения 31 сопровождается реверсом полярности напряжения на обмотках трансформатора по отношению к исходному первому режиму, при сохранении которого напряжение 36 изменялось бы так, как, показано на фиг. 2 пунктиром. Алгоритм замыкания ключей в этом режиме: 4и5-5иЗ-Зи6-6и4. В частности при t t одновременно замкнуты ключи 4 и 5 и к плюсу источника питания подключен конец первичной обмотки трансформатора 1, что соответствует отрицательной полярности напряжения 37. Ток нагрузки протекает по цепи: плюс U - ключ 8 - конец обмотки трансформатора 1 (на котором действует положительный потенциал) конец этой обмотки - ключ 11 - нагрузка .ZP - минус и , так как алгоритм переключения ключей демодулятора сохраняется. К нагрузке прикладывается разность напряжений U и выходного напряжения демодулятора 7. При t t фазы сигналов 34 и 35 изменяются на т (суммарный сдвиг составляет 2F), при этом одновременно замкнуты в одном полупериоде ключи 4 и 5 инвертора, а в другом ключи 3 и 6, что соответствует максимальной величине напряжения на обмотках трансформатора и встречному включению его с напряжением источника питания и,. Работа ключей инвертора и демодулятора задается работой устройства управления. Предположим, что трансформатор 1 работает в симметричном режиме при этом индукция и ток намагничивания определяется величиной и формой напряжения 37. Потребляемый инвертором ток (в режиме холостого хода) определяется током намагничивания, но при переключениях ключей содержит реактивную составляющую, определяемую индуктивностью рассеяния трансформатора 1.Частота задающего генератора 18 и скорость изменения пилообразных напряжений определяется величиной выходного напряжения усилится 21,которая равна разности опорного на пряжения источника 20 и выходного напряжения блока 22. Напряжение блока 22 формируется следующим образом. Выходное напряжение измерителя 13, пропорциональное току намагничивания 1,. вьтрямляется двухполупериодным вьшрямителем 24 и поступает на вход интегратора 14. Величина выходного напряжения интегратора к моменту сме ны знака напряжения 30 равна среднему значению Ij за полупериод напряжения инвертора. В конце каждого полупериода по сигналу с одного из выходов задаюЕ его генератора 18 на выходе формирователя 15 формируется иютульс, поступающий на управля;о11Ц1й вход ключа 26, замыкание которого приводит к перезаписи уровня напряжения блока 22, которое остается постоянным до прихода следующего им формирователя 15. В то же время из выходного напряжения датчика 12 выпрямителем 23 выделяются отрицательные и шyльcы тока инвертора, пос тупающие на вход формирователя 15, на втором выходе которого формируются импульсы. Таким образом, после размыкания ключа 26 заг« 1кается ключ 25 и вьЕходпое напряжение интегратора 14 становится равным нулю. При этом заряд конденсатора 27 начинается с нулевыми начальными условиями.В симметричном режима работы трансформатора 1 полуволны тока равны , следовательно, и напряжение на выходе интегратора не отличается по величине от полупериода к полупериоду По этой причине выходное напряжение блока 22 и выходное напряжение.усилителя 21 не меняются. Изменение напряжения 31 в момент времени t приводит к изменению сдвига фаз сигналов 34 и 35 между собой и по отношению к напряжению 30. Изменение режима работы приводит к росту тока рамагничивания. Напряжение на выходе интегратора возрастает пропорциональ но росту IP, но на выходе блока 22 по-прежнему действует напряжение, пропорциональное среднему значению IM за предьщущий полупериод, поэтому частота задающего генератора неизменна. При замьщании ключа 26 напряжение на выходе блока 22 увеличивается скачком. Сигнал ошибки на выходе усилителя 4 уменьшается, снШкая частоту задающего генератора 18 и скорость изменения пилообразных напряжений 32 и 33. По импульсу формирователя .15 замыкается ключ 25, который разомкнется, когда ток намагничивания (отрицательное значение потребляемого инвертором тока.станет равным нулю. Таким образом, конденсатор 27 интегратора 14 начинает заряжаться практически на вертикальном участке петли гистерезиса трансформатора 1. Конечная точка этой траектории определяется коэффициентом усиления усилителя 21 и может быть выбрана любой на вертикальном участке петли гистерезиса. Поскольку при этом ток намагничивания уменьшается практически до нормальной (в симметричном ) величины, напряжение усилителя 21 в момент времени снова уменьшается, и частота работы задающего генератора 18 устанавливается близкой к. первоначально заданной величине. Если каждая последующая полуволна тока намагпичива}шя (его среднее значение) отличается от предыду-. щей в ту или иную сторону, пропорционально изменяется часто а задающего генератора в сторону ее понижения таким образом, чтобы переместить частный цикл перемагничивания в сторону снижения тока намагничивания. В результате исключаются дополнительные искажения выходного напряжения и стабилизируется ток намагничивания, что приводит к повышению надежности преобразователя. Увеличение тока нагрузки может привести к изменению величины и длительности реактивной составляющей тока инвертора, а следовательно, к незначительному изменению частоты задающего генератора в сторону ее повьш1ения. Таким ооразом, применение устройства позволяет исключить режим од- jiocTopoHHero насьш ения трансформатора за счет стабилизации тока намагничивания и повысить надежность работы преобразователя, причем стабилизация осуществляется без принудительного изменения фаз управлякщих импульсов, что гарантирует исключение дополнительных искажений и снижение массы и габаритов фильтрукицих устройств преобразователя.

71

ормула изобретения

Устройство для управления преобразователем постоянного тока со звеном переменного тока, состоящим Из инвертора, трансформатора и демодулятора, содержащее интегратор, формирователь импульсов, два фазосдвигающих блока, выходы которых предназначены для подключения к инвертору преобразователя, и управляемый задающий генератор, первые выходы которого предназначены для подключения к демодулятору преобразователя, втоой выход соединен с первыми входами фазосдвигающих блоков, вторые входы которых соединены с управляющим входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено источником опорного напряжения, вычитаю1ЦИМ усилителем, измерителем тока намагничивания трансформатора, запоминающим блоком, однополупериодньм

642728

и двухполупериодным вьшрямителями и двумя управляемыми ключами,причем первый управляемый ключ подключен между входом и выходом интегратора, 5 выход интегратора соединен через второй управляемый ключ и запоминающий блок с первым входом вычитающего усилителя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного на0 пряжения, выход вычитающего усилителя соединен с третьими входами фазосдвигающих блоков и входом управляемого задающего генератора, первые ,выходы которого через формирователь

5 импульсов соединены с управляющим входом второго управляемого ключа, управляющий вход первого управляемого ключа соединен через формирователь импульсов и однополупериодный выпря0 митель с выходом датчика тока инвертора, а выход измерителя тока намагничивания трансформатора подключен через двухполупёриодный выпрямитель к входу интегратора.

Изобретение относится к электрот.ехнике и может быть использовано для управления преобразователями. Целью изобретения является повышение надежности. Конденсатор 27 интегратора 14 заряжается на вертикальном участке петли гистерезиса трансформатора 1 . Конечная точка этой траектории определяется коэффициентом усиления усилителя 21. Поскольку при этом ток намагничивания уменьшается практически до нормальной величины, напряжение усилителя 21 уменьшается и частота работы задающего генератора 18 устанавливается близкой к перввначапьно заданной величине. Если каждая последующая полуволна тока намагничивания отличается от предыдущей, это приводит к пропорциональному изменению частоты задающего генератора таким образом, чтобы переместить частный цикл перемагни(Л чивания в сторону снижения тока наС магничивания. В результате исключаются дополнительные искажения выходного напряжения и стабилизируется ток намагничивания. 2 ил.