Трехфазный стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК G05F1/22 

: Од О

Изобретение относится к электро-- iтехнике и может быть использовано в :качестве вторичного источника электропитания, в частности стабилизато- pa линейных напряжений трехфазной сети переменного тока.

Целью иза(бретения является повышение быстродействия стабилизации линейных напряжений в нагрузке, ; На фиг. 1 приведена структурная схема трехфазного стабилизатора пе- I ременного напряжения; на фиг. 2 - I векторная диаграмма линейных и фазо- :вьк относительно нулевого вывода на- :пряжений; на фиг. 3 - схема преобразователя углов фазовых сдвигов напря- : жений в двоичные коды; на фиг. 4 - : временные диаграммы, поясняющие рабо : ту преобразователя углов фазовых

сдвигов напряжений в двоичные коды; ; на фиг, 5 - схема элемента сравнения; на фиг. 6 --временные диаграммы, по-. : ясняющие работу элемента сравнения. Г Трехфазный стабилизатор перемен- ; ного напряжения содержит регулирую- :1ций орган 1, зключенньй между входныI ми 2-4 и выходными 5-7 зажимами, три измерительных органа 8-10, подключенных входными выводами к выходным за- жимам и нейтральному выводу 11 регу - лирующего органа, три элемента сравнения 12-14, первые.входы которых соединены с выходами измерит альных органов, три источника 15-17 опорных сиг- налов, выходы которых подключены к вторым входам соответствующих элементов сравнения, три узла 18-20 управ-. ления, выходы которых соединены с управляющими входами трехфазного регу- лирующего органа, вьЕчислктельньш блок 21 с памятью и преобразователь 22 углов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды.

Преобразователь углов фазовых сдви РОВ напряжений в двоичные коды (фиг.2 содержит три формирователя 23-25 прямоугольных импульсов полуволн напряжений, две логические схемы НЕ 26 и 27, три логические схемы ЗИ 28-30, гене- ратор 31 импульсов, дифференцирующую : цепь 32, два компаратора 33 и 34, два источника 35 и 36 опорных напряжений три счетчика 37-39 и три регистра 40-42.

Элементы 12-14 сравнения (фиг,5) содержат два компаратора 43 и 44, зге- нератор 45 пилообразного напряжения, две логические схемы 2И 46 и 47, две

5 0

5 0 . 5 0

5 п

,5

логичесреие схемы НЕ 48 и 49, две. логические схемы ЗИ 50 и 51 и генератор 52 импульсов.

Стабилизатор работает следующим образом.

Трехфазное напряжение сети поступает на регулирующий орган 1 с входных зажимов 2-4. С выходных зажимов 5-7 регулирующего органа выходные линейные напряжения поступают к нагрузке. На входные выводы измерительных органов 8-10 поступают выходные фазовые напряжения относительно нейтрального вывода 11 регулирующего органа. Сигналы с выходов измеритель- н ых органов поступают на первые входы элементов 12-14 сравнения. На вторые входы последних поступают сигналы с выходов источников 15-17 опорных сигналов. С выходов элементов сравнения, сигналы отклонения значений выходных фазовых напряжений относительно нейтрального вывода регулирующего органа от заданных источниками опорных сигналов значений поступают на узлы 18-20 управления,которые воздействуют на управляющие входы регулирующего .органа таким образом, чтобы ликвиди-. ровать рассогласование в системе стабилизации.

Для поддержания значений линейных напряжений на заданном уровне U не- . обходимо, чтобы значения выходных .фазных напряжений относительно нейтрального вьшода Ujjg , Ufe , Uco - соответствии с теоремой косинусов удовлетворяли системе уравнений

Ufto ао - 1о 2UaoUbocos o6

Ч, и|„ - 2UboAJcocos/3 (1) Л со L- 2UcoUaoCOsy,

гдеЫ, / 3 Л углы фазовых сдвигов вы- ходных фазных напряжений относительно нейт рального вывода (фиг.2).

Решение системы уравнений (1)от- но.сительно U , Uj, , U. выдает блок 21 памяти в виде двоичных кодов, поступающих на входы источников опорных сигналов На входные двоичные шины блока памяти поступают двоичные коды, соответствующие значениям oL,|3,

у с преобразователя 22 углов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды. Таким образом, в предлагаемом устройстве стабилизация выходных ли- ней,ных напряжений при управляющих воздействиях на фазы регулирукнцего

органа осуществляется по заранее определенным значениям требуемых фазных напрялсений относительно нейтрального вывода регулирующего органа. Работа системы происходит дискретно во времени с циклом повторения, равным периоду питающей сети. Установление выходных линейных напряжений может быть достигнуто практически за шаг работы стабилизатора, если в качестве регулирующего органа использовать регулируемьй со стороны вторичньпс обмоток трехстержневой трансформатор (автотрансформатор), включенньм по схеме звезда без нуля со стороны входного напряжения, поскольку в этом случае нейтраль фазных напряжений находится примерно в центре тяжести тре6105

определенной парой выходных фазных напряжений. На втором этапе происходит преобразование пачек импульсов 61-63 в двоичные коды. Преобразова-нке осуществляется на основе двоичных счетчиков 37-39 .При этом перед каждым новым циклом преобразования происходит обнулекие счетчиков 37-39 импульсами

10 65, Импульсы 65 формируются компара- тором 33, на прямой вход котор ого поступают сигналы 64 с дифференцирующей цепи 32. На инверсньй вход пода ется напряжение 69 (верхняя пунктир15 ная прямая) с источника 36 опорного напряжения. Вход дифференцирующей цепи 32 подключен.к выходу формирователя 23. Пачки импульсов 61-63 поступают на суммирующие входы соответ

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью .изобретения является повышение быстродействия стабилизации линейных напряжений. Цель достигается тем, что стабилизация линейных напряжений осуществляется при управляющих воздействиях на фазы регулирующего органа. При зтом с помощью вычислительного блока с памятью предварительно определяются требуемые значения фазных напряжений по значениям углов относительных фазовых сдвигов выходных фазных напряжений. Информацию об относительных углах фазовых сдвигов в вычислительный блок вццает преобразователь углов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды. Стабилизация линейных напряжений сводится к стабилизации фазных напряжений при управляющих воздействиях на фазы регулирующего органа. 6 ил. «5

угольника векторной диаграммы первич- 20 ствующих двоичных счетчиков 37-39.

ных линейных напряжений, следовательно,углы oi 5 Ь и у зависят только от значений линейных напряжений сети.

Измерительньй орган представляет собой последовательно включенные сог- 25 сдвигов межцу выходными фазными напря- ласующий трансформатор, вентиль и ин- жениями. Каждый цикл преобразования

В результате в конце преобразования на выходных пинах двоичных счетчиков 37-39 формируются двоичные коды, соответствующие величинам углов фазовых

тегратор со сбросом. Сброс интегратора осуществляется в конце каждого периода соответствующего фазного напряжения.

Преобразователь углов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды может быть выполнен на основе структурной схемы (фиг.З). Преобразование в этом случае осуществляется в два этапа. На первом этапе фазовые сдвиги напряжений преобразуются в пачки импульсов с числом импульсов в каждой пачке, пропорциональным углу фазовых сдвигов фазных напряжений. При этом с выходных зажимов и нейтрального вывода регулирующего органа на формирователи 23-25 прямоугольных импульсов полуволн напряжений поступают выходные фазные напряжения 53 относительно . нейтрального вывода (фиг.4), На выходах указанных формирователей имеются импульсы 54-67. Импульсы 55, 57 и 59 являются инверсными по отношению к импульсам 54, 56 и 58 соответственно. Формирование пачек импульсов осущест

вляется с помощью логических схем ЗИ 28-30, на один из входов которых поступают импульсы 60 reiiepaTOpa 31 импульсов. По временнь1м диаграммам (фиг.5) видно, что длительность пачек импульсов 61-63, а сл.едовательно, и число импульсов в каждой пачке пропорционально фазовому сдвигу между

сдвигов межцу выходными фазными напря- жениями. Каждый цикл преобразования

В результате в конце преобразования на выходных пинах двоичных счетчиков 37-39 формируются двоичные коды, соответствующие величинам углов фазовых

35

30

завершается перезаписью двоичной информации с выходных шин счетчиков 37-39 в регистры 40-42 соответственно. Перезапись производится импуль- 66, которые формируются на выходе компаратора 34, на инверсный вход которого поступает сигнал с дифференцирующей цепи 32. На прямой вход цепи 32 подается отрицательное напряжение 64 (нижняя пунктирная прямая) с источника 35 опорного напряжения . С регистров 40-42 дворгчные коды поступают в блок памяти.

Блок 21 памяти выполняется на основе постоянного запоминающего устройства, в которое записывается решение системы уравнений (1) относительно значений требуемых фазных на- 4g пряжений. При этом 1У1Ялюбого двоичного кода, поступающего на входные шины блока памяти, формируются определенные двоичные коды на выходных щиг

нах блока памяти.

50 В качестве источников 15-17 опорных сигналов могут быть использованы

40

цифроаналоговые преобразователи. Вре м.енная диаграмма напряжения на выходе одного из источников опорных сигна- 551лов приведена на фиг. 5(67).

Элементы сравнения могут быть реализованы по структурной схеме (фиг.5). Работа элемента сравнения рассматривается для фазы А стабилизатора. Ра-,

бота других фаз происходит аналогично. На фиг. 6 показаны эгпоры напряжений 68-79 узлов элемента сравнения.

С измерительного органа 8 сигнал

fO-

DO поступает на прямой вход компарг;- тора 43J на инверсный вход которого подается напряжение пилообразной формы 68 (пунктирная ломанная) с генератора 45 пилообразного напряжения. За- пуск генератора 45 осуш,ес : вляется прямоугольными импульсами 7СЬ которые могут быть получены с форгч ирователя прямоугольных импульсов полуволн напряжений преобразователя углов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды. С выхода KOMnapctTOpa 4.3. сигнал 69 поступает на один из вх.о,:тов логичеи:-.

кой схемь 2И 46, на второй вход которой поступает сигнал 70, 3 результате на выходе элемента 46 фотм ируются импульсы 71, длительность .х:ото.рых пр(5-- портдиональна величине выходьтого фазного напряжения. На инверсный взсоц компаратора 44 поступает :лаг1р.яженке с источника 15 опорного слягнала. Прямой вход в;омпаратора 44 соединен с выходом генератора 45 пк..г.(аобра.зн6го напряжения. Импульсы 74, форьшруемь е компаратором 44 j подаютсгг на один нз входов логической схемы 2И 47, на второй вход которой поступают импу:ть сы 70. При этом на выходе элемента 47 формируются опорные импульсы 75,. длительность которых пропорциона.льна величине опорного напряже пыя .. (равкеаие по длительности опорного сигнала с импульсами 71 осуществляется с по-- мощью логических схем НЕ 48 и 49 и логических схем ЗИ 50 и 51, На один из входов логических схем 50 н 51 поступают импульсы 77 генератора 52 чм пульсов. При этом раз.ностньп т сигнал представляет собой пачкк импульсов; появляющиеся либо на вьЕоэде элементов 50(73)5 если выходное-; папряженне фазы меньше опорного напряжения, либо на выходе элемента 51(79), если выходное напряжение фазы больше опорного напряжения. Число импульсов в пачке пропорционально отклонению величины фазного напряженТ :я О Г заданного значения, определяемого в еличиной .напряжения на выходе истсчника опор™ ного сигнала.

Узел управления выполняется на ос нове двоичного реверсивного счетчика суммирующий вход которого соединен с выходом элемента 50, а .вьмитаюцщй

..

Ь

ю15

вход - с.выходом элемента 51. При этом выходной двоичньй код реверсивного счетчика может быть использован для управления регулирующим органом стабилизатора.

Одним из вариантов выполнения регулирующего органа является управляет мый тирйсторными ключами трансформатор (автотрансформатор), у которогйг витки вольтодобавочных секций распределены по двоичному закону кодирования. В этом случае стабилизация напряжений в нагрузке происходит при подаче сигналов с вькодной шины реверсивного счетчика через выходные усилители на управляющие электроды тиристорных ключей при. соответствую- шдх вольтодобавочных секциях.

70 В предлагаемом устройстве стабили- захщя линейных напряжений осуществляется при управляющих воздействиях на фазы регулирующего органа. При этом с помощью вычислительного блока

25 с памятью предварительно определяются требуемые значения фазных напряжений по значениям углов относительных фазовых сдвигов выходных фазных напряжений. Информацию об относитель30 ных углах фазовых сдвигов в вычисли- тельньй блок вьщает преобразователь углов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды. Стабилизация линейных напряжений сводится к стабилизации

g фазных напряжений при управляющих ,воздействиях на фазы регулирующего органа. Это позволяет получить быстродействие стабилизатора, равное одному периоду сетевого напряжения при

40 любьк отклонениях напряжений питающей сети от номинальных значений.

Формула изобретения

45

Трехфазньй стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулирующий орган, включенный межцу входными и выходными выводами, три измерительных органа, подключенных первыми вхо- E;,-J дами к выходным выводам, три элемента сравнения, первые входы которых соединены с выходами указанных измерит . тельных органов, источники опорных сигналов, выходы которых подключены к вторым входам соответствующих элементов сравнения, три узла управления, выходы которых соединены с управляющими входами регулирующего органа, отличающийся тем.

55

714361

что, с целью повышения быстродействия стабилизации линейных напряжений, в стабилизатор введены вычислительный блок с памятью и преобразователь уг- g лов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды, причем входы источников опорных сигналов подключены к выходным двоичным шинам вычислительного блока с памятью, входные двоичные шиныкоторо- ю го подключены к выходным двоичным шинам преобразователя углов фазовых сдвигов напряжений в двоичные коды, входы которого соединены с выходными выводами и нейтральным выводом регу- 15 лирующего органа, измерительные органы подключены вторыми входами к нейтральному выводу регулирующего ор058

гана, а выходы элементов сравнения соединены с входами соответствующих узлов управления, при этом вычислительный блок с памятьто осуществляет решение системы уравнений

де Од

и«с

ос

U|. Ч.

и.

. Ч

+ U2 - ZUa Ub cosoi, - - 2Ub,U,,c6sp. и, - 2и,и„„Я°8У

-номинальное линейное напряжение;

фазные напряжения;

-углы фазовых сдвигов выходных фазных напряжений относи тельно нейтрального вывода.

фиг. Г

Оав

фиг.З

57

ш

ш

iirtt

tllMmill

5

6 65

66

67

S3

4ff

7f

7

7

75

IQ

45

Фг(г 5

ш

ш

ш

ttmtllllM

mi

ли

ПЯ

t

f

ftS

12

5ff

Cp2J.

18

75

51

13

-

52

77

9fiz.6