Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы Советский патент 1990 года по МПК G05F1/44 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении импульсных преобразователей постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы.

Целью изобретения является повьше- ние качества выходного напряжения преобразователя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 - векторная диаграмма токов и напряжений, действующих в параллельном LG- контуре; на фиг. 3 - релейная система управления.

Силовой каскад преобразователя состоит из коммутатора 1, выполненного, например, по мостовой схеме, и фильтpa, содержащего последовательный дроссель 2, конденсатор 3 и параллельный дроссель 4. Конденсатор 3 и дроссепь 4 образуют параллельный колебательный LC-контур, настроенный в резонанс на частоту выходного напряжения преобразователя. На выход фильтра подключена нагрузка 5. Датчики 6-8 тока .измеряют соответственно ток последовательного дросселя i , ток нагрузки i и ток ig дросселя параллельного LC-KOHTypa. Сигнал, соответствующий току ig, умножается масштабным преобразователем 9 (в простейшем случае делителем) на коэффициент п. Устройство 10 управления в каждом i-м такте преобразования реализует соотношение

о

st

о о со

1Ч

1,1Т-)1(Т;)п1,((Т), (I)

где I.CT;), ijTp, 1(ТЛ, т(Т;) - соответственно средние за такт преоб- разонания Т, значения токов i, , ij, и с нусоидального сигнала управлении iu..

Если пренебречь пульсациями всех указанных переменных и считать, что они совпадают со своими гладкими составляющими, то можно записать

i,(t)i(t)+nijt)-i-i(t).(2)

В то же время

i,(t)ic(t)+ijt)+iy(t),(3)

где ip - ток конденсатора параллельного LC-контура, :

Из (2) и (3) получаем соотношение

i ft.) + (l-n)i,(t)X{t) (4)

л.

, При изменении сигнала iq по синусоидальному закону -.игналы (,() и i.(t) после завершения переходных про цессов, связанных с включением преобразователя, также имеют синусоидапь,ную форму.

Вектор выходного напряжения U р,|у Отстает от вектора тока по фазе на 90° (как показано на фиг. 2), вектор тойа i (,. отстает от вектора (f угол несколько меньший 90 из-за наличия активных потерь мощности в дросселе, .Вектор тока Гц, потребляемого LC-контуром, равный сумме векторов токов ic и 1, в режиме резонанса токов совпадает по фазе с вектором ВЫХ малых-.потерях в дросселе имеет малую амплитуду.

Из векторной диаграммы видно, что модуль векторной суммы (()Т-1 при n«;i больше модуля вектора 1( (те больше, чем больше коэффициент п). Однако при суммарный вектор вы- рождается в вектор (., при этом из (4) имеем

(5)

ic(t)i,j(t)

Контролю в этом случае подлежит ток конденсатора ic, т.е. с точки зрния управления система вырождается в систему преобразователя с простым Г- образным LC-фильтром со всеми присущими ей недостатками.

Поскольку фазовая ориентация вектров if и i U(а следовательно, и вектра (l-n)ii,) относительно суммарного вектора , определяется/только пара

етрами LC-контура и значением коэфициента п то из очевидных геометрических соображений ясно, модуль вектора ig. постоянен, то постоянны модули векторов I, (,, IKJ. следовательно, и молуль вектора . При изменении модуля суммарного вектора i пропорционально будут изме--: о няться модули векторов 1, 1, I

и

вых

Таким образом, изменяя амплитуду синусоидального управляющего сигнала lu, можно изменя.ть амплитуду выходного напряжения преобразователя, т.е. организовать обратную связь по выходному напряжению преобразователя. Поскольку а.мплитуда синусоидального сигнала i(t) в рассматриваемом случае существенно возрастает по сравнению со случаем, когда беспечивает- ся слежение за сигналом i(( t) сигнала, соответствующего току i,, то точность слежения в условиях сильных пульсаций токов существенно возрастает. Это заметно повышает качество выходного напряжения преобразователя. Как и в способе управления, предложенном в основном изобретении, выходное напряжение не зависит от напряжения питания и тока нагрузки. Всякое изменение тока-нагрузки i ц приводит согласно выражению (2) к соответствующему изменению тока i,(t), ток контура in(t) при этом не зависит от i(,(t), а следовательно, и напряжение и,,,(1) не зависит от тока iK(t).

Хотя сигнал управления i заметно возрастает, ток i,, потребляе ш LC- контуром, а следовательно, потери мощности в преобразователе, остаются

малыми.

При использовании предлагаемого способа управления параллельньй LC- контур, оставаясь по отношению к реальным процессам в фильтре настроенным в резонанс, по отношению к управлению становится как бы расстроенным и имеющим емкостный характер, так как сигнал i, по которому фактически осуществляется управление, имеет емкостньй характер, т.е. по отношению к управлен1-гк1 имитируется расстройка LC-контура. Естественно, что при такой квазирасстройке ток контура квазивозрастает.

Аналогичный с точки зрения управления результат получается и в случае использования способа управле.ния по о сновному изобретению, если произвести фактическую расстройку параллельного LC-кон.тура, увеличив в (1-п) раз значение индуктивности контура и уменьшив таким образом ам- плитуду тока i. Однако с энергетической точки зрения такой поДход к решению вопроса не оправдан.

Введение в закон управления сиг- нала, пропорционального току дросселя параллельного LC-контура, дает системе управления новое качество: высокую точность управления, т.е. высокое качество напряжения без ухудше- ния энергетических характеристик пре- о Ьразователя..

При практической реализации предлагаемого способа управления выбор значения коэффициента п следует про- изводить, учитывая следующие соображения ,

Для увеличения точности управления

амплитуду сигнала i желательно увеличить, т.е, коэффициент п следует также увеличивать. Однако из-за погрешности импульсного слежения реализация соотношения (4), т.е. соотношения ig-(t)iu(t), может сопровождаться появлением постоянной составляющей в суммарном сигнале i(t), который замыкается через дроссель LC-контура.

Для постоянных составляющих из (4) имеем

(6)

(1-п)

откуда

i %о Ц1-п

При увеличении коэффициента п значение i L, возрастает. Эксперименты, проведенные на действующем макете преобразователя, показывают, что хо- рошие результаты получаются при п Л.П i;

л-U t J

Схемная реализация предлагаемого способа управления зависит от конкретных требований к качеству выход- ного напряжения, уровня и интенсивности возмущений, действующих со стороны источника питания и нагрузки. Если напряжение питания и ток нагрузки изменяются достаточно медленно, то можно использовать наиболее простую релейную систему управления, подобную рассмотренной в описании основного изобретения.

« c

5

Пример такой cxe№i приведен на фиг. 3. Сиповой каскад преобразователя - как на фиг. 1, обозначения те же. На выходе коммутатора формирует-, ся двухполярное .напряжение.

Устройство управления состоит из датчика 6 тока i. последовательного дросселя, датчика 7 тока 1.ц нагрузки, датчика 8 тока дросселя 4, масштабного преобразователя 9, датчика 11 полезного (среднего или действующего) значения выходного напряжения преобразователя, сравнивающего усилителя 12, генератора-13 синусоидального напряжения (ген), узла 14 умножения, аналогового сумматора 45, релейного элемента (РЭ) 16 с симметричными относительно нуля порогами срабатывания

у V

+ui и -ui. Масштабный преобразователь 9 можно исключить, если использовать датчик тока с чувствительностью в раз меньшей, чем у остальных датчиков тока.

Управление импульсным преобразователем осуществляется следующим образом.

Сравнивакмций усилитель формирует постоянное напряжение

U,Kjj(.,,),(7)

где и пг, - опорное постоянное напряжение;

- 35

40

.-

KU - коэффициент усиления усили теля. На выходе ГСН действует напряжение

Up U sinQt,(8)

где Q - требуемая угловая частота выходного напряжения преобразователя .

На выходе узла 9 умножения формируется управляющий сигнал

(,x)sinQt.

о о

Ка выходе сумматора 15 действует сигнал

(9)

(10)

Этот сигнал должен изменяться достаточно медленно по сравнению с током i,, что достигается соответствующим выбором индуктивности дросселя 2 и режима работы преобразователя.

Б течение интервала времени (. напряжение Uj на выходе коммутатора равно и, ток i{ в дросселе 2 {араста- ет. Когда ток i достигает значения i(, +4, РЭ 16 срабатывает и пе.реклю

чает ключи коммутатора. В течение интервала времени Т. U,-U{,. if дает. По достижении током i значения

.

:1„ -Ji РЭ 16 и ключи коммут лтора возвращаются в исходное состояние. Далее процессы повторяются. В итоге ток доосселя будет изменяться по закону, близкому к закону изменения сигнала i , т.е. реализуется соотношение (2) н, как следствие, соотнслпение (4). .Пюбые изменения напряжения питания U( и нагрузки, ограниченные по модулю и скорости, не влияют на значение н форму выходного напряжения преобра- вователя. Это полностью подтверждается экспериментально на действующем макете преобразователя, выполненного :по рассмотренной схеме, В то же время преобразователь со схемой управле- ВИЯ, в которой измерение тока 1 не Поизводится, работает неустойчиво, Э выходном напряжении присутствуют ; субгармоники, форма кривой заметно отличается от синусоидальной.

5 0

Формула изобретения

Способ управления импульсным преобразователем постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидаль- . ной формы, по авт,св, № 1394206, о т- личающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения, в нем параллельная ветвь Г-образ- ного фильтра выполнена в виде резонансного LC-контура, используемого для измерения тока дросселя этого контура, при этом полученный в результа-ti те измерения сигнал умножают на постоянный коэффициент п, где , измеряют ток нагрузки и формируют управляющий синусоидальньй сигнал путем суммирования сигнала, полученного в результате умножения на п , сигнала, пропорционального току нагрузки, и сигнала, пропорционального отклоне1шю выходного напряжения преобразователя от заданного значения.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении импульсных преобразователей постоянного напряжения в переменное напряжение синусоидальной формы. Целью изобретения является повышение качества выходного напряжения преобразователя. Цель достигается тем, что параллельная цепь Г-образного фильтра выполнена в виде LC-контура. При этом измеряют ток дросселя LC-контура и ток нагрузки, умножают сигнал, соответствующий току дросселя LC-контура, на постоянный коэффициент N(0*98N*981). управляющий сигнал формируют путем суммирования сигнала, пропорционального току дросселя LC-контура, сигнала, пропорционального току нагрузки, и сигнала, пропорционального отклонению выходного напряжения от заданной величины. 3 ил.

и

П

Ю

Т

Фае.1

ff

ff-n) I

eu/,

e I/

A-rWA

«.

.

«

т

i;

.(

TJL

,-(l.n)r

и

Лиг

I/

A

. t-Ц

«ТВ/Ji,

7/

/7

tf/

ni ;2

;