Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M7/04 

Изобретение относится к электротехни ке и может быть использовано для создания источников вторичного электропитания при повышенных требованиях к параметрам качества электрической энергии.

Известны схемы преобразовательных устройств, реализующих принцип принудительного формирования входных токов по закону изменения питающих напряжений. Данные преобразователи строятся на основе импульсных регуляторов повышающего типа по принципу систем автоматического регулирования, управляющими параметрами которых являются уровень выходного напряжения и форма потребляемого тока.

Общим недостатком таких устройств является ограничения стабильность выходного напряжения и наличие искажений входного тока. Это обусловлено наличием низкочастотных пульсаций выходного напряжения, кратных частоте сети возникающих в переходных режимах, при несимметрии и несинусоидальности напряжений сети. Низкочастотные пульсации после усиления цепью обратной связи вызывают модуляцию эталонного напряжения, что, в свою очередь, обусловливает дополнительные искажения кривой входного тока с последующим увеличением амплитуд низкочастотных пульсаций.

XI

(Л

со

00

о ел

Прототипом может служить преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий импульсный регулятор повышающего типа, делитель входного напряжения, формирователь эталонного напряжения, выполненный на основе перемножителя аналоговых сигналов и регулируемый по цепи обратной связи сигналами рассогласования с выхода датчика выходного напряжения; схему сравнения сигналов, пропорциональных входному току и напряжению, формирующую разностный сигнал; импульсный модулятор, вырабатывающий широтно-модулирован- ную импульсную последовательность управления ключевым элементом импульсного регулятора. В данном преобразователе с целью уменьшения нестабильности выходного напряжения и искажений входного тока в цепь обратной связи введено корректирующее звено с частотно-зависимым коэффициентом передачи.

Однако обеспечение зависимости коэффициента обратной связи преобразователя от частоты является компромисным вариантом выполнения противоречивых требований, предьявляемых к преобразователю. С одной стороны, для улучшения стабильности выходного напряжения преобразователя необходимо увеличение коэффициента X передачи усилителя сигнала рассогласования выходного напряжения. С другой стороны, для улучшения динамических свойств преобразователя необходимо увеличение коэффициента Y передачи корректирующего звена. При этом значение коэффициента обратной связи

Z X-Y

имеет некоторую конечную величину, превышение которой приводит к потере устойчивости и нарушению работоспособности преобразователя. И наконец, для уменьшения искажений эталона потребляемого тока коэффициент обратной связи Z необходимо минимизировать. Таким образом, при выборе конкретных значений X и Y неизбежно улучшение одних характеристик преобразователя за счет ухудшения других.

Цель изобретения - улучшение электромагнитной совместимости.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий импульсный регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, датчик входного тока, делитель входного напряжения, делитель выходного напряжения, формирователь эталонного напряжения,

первый сумматор, импульсный модулятор, источник опорного напряжения, при этом выход делителя входного напряжения подключен к первому входу формирователя эталонного напряжения, выход которого подключен к инверсному входу первого сумматора, прямой вход которого соединен с выходом датчика входного тока, а выход первого сумматора через импульсный моду0 лятор связан с входом управления импульсного регулирующего органа, введены второй, третий и четвертый сумматоры, два усилителя, три запоминающих устройства и нуль-орган, причем выход делителя выход5 ного напряжения соединен с информационным входом первого запоминающего устройства, выход которого соединен с информационным входом второю запоминающего устройства, а также с инверсным и

0 прямым входами второго и третьего сумматоров соответственно, прямой вход второго сумматора соединен с источником опорного напряжения, а инверсный вход третьего сумматора соединен с выходом второго за5 поминающего устройства, выходы второго и третьего сумматоров через первый и второй усилители соединены соответственно с первым и вторым входами четвертого сумматора, выход которого подключен к второму

0 входу формирователя эталонного напряжения и информационному входу третьего запоминающего устройства, выход которого соединен с третьим входом четвертого сумматора, а выход делителя входного напря5 жения через нуль-орган соединен с входами стробирования запоминающих устройств.

Существенным признаком предлагаемого технического решения, является принципиально новая организация цепи

0 обратной связи преобразователя, включающей три сумматора и три запоминающих устройства, два усилителя и нуль-орган. Новый положительный эффект достигается за счет того, что совокупность введенных и ра5 нее известных признаков позволяет осуществлять коррекцию коэффициента обратной связи дискретно, за счет чего значительно уменьшаются искажения потребляемого тока и улучшается электромагнитная совме0 стимость преобразователя с сетью.

На фиг.1 показана структурная схема преобразователя; на фиг.2 - структурная схема преобразователя с программным способом управления.

5 Устройство (фиг.1) содержит делитель входного напряжения 1, подключенный параллельно источнику переменного напряжения и входным выводам импульсного регулятора 3. Между входом импульсного регулятора 3 и питающим источником включен датчик тока 2, выход которого соединен с прямым входом первого сумматора 6. Выход делителя входного напряжений 1 соединен с входом нуль-органа 15 и входом формирователя эталонного напряжения 7, выход которого соединен с инверсным входом первого сумматора 6.

Выход первого сумматора 6 через схему импульсного модулятора 5 соединен с ключевым элементом импульсного регулятора 3. Параллельно выходным зажимам импульсного регулятора 3 подключен делитель выходного напряжения 4, выход которого соединен с информационным входом первого запоминающего устройства 11, выход которого соединен с информационным входом второго запоминающего устройства 14, а также с инверсным входом второго сумматора 10 и прямым входом третьего сумматора 13.

Выход источника опорного напряжения 8 соединен с прямым входом второго сумматора 10, а выход второго запоминающего устройства 14 соединен с инверсным входом третьего сумматора 13. Выходы второго 10 и третьего 13 сумматоров через усилители 9 и 12 соответственно соединены с первым и вторым входами четвертого сумматора 16, третий вход которого соединен с выходом третьего запоминающего устройства 17. Выход четвертого сумматора 16 соединен с вторым входом формирователя эталонного напряжения 7, а также с информационным входом третьего запоминающего устройства 17. Входы стро- бирования запоминающих устройств соединены с выходом нуль-органа 15.

Преобразователь работает следующим образом.

На вход формирователя эталонного напряжения 7 непрерывно поступают: сигнал, пропорциональный мгновенному значению напряжения источника питания переменного тока, и сигнал коррекции Z, сформированный цепью обратной связи преобразователя. При этом изменение сигнала Z осуществляется дискретно в моменты перехода кривой напряжения сети через нуль. Закон изменения сигнала коррекции имеет вид

Z(n) Z(n-1) + K1(Uon - UH(n)) + K2(UH(n) - UH(n-1)),(1)

где Z(n) - текущее значение сигнала коррекции;

Z(n-1) - предыдущее значение сигнала коррекции;

Uon значение опорного напряжения;

UH(n) - значение напряжения нагрузки преобразователя в текущий момент коррекции;

Ui,(n-1)- значение напряжения нагрузки преобразователя в предыдущий момент коррекции.

Второе и третье слагаемое выражения (1) учитывают статическую и динамическую ошибки в процессе формирования выходно0 го напряжения.

Устойчивый режим работы преобразователя имеет место при Z(n) - Z(n-1), что обеспечивается при Uon Он(п) и UH(n) 1)н(п-1). В этом случае выходное напряже5 ния полностью соответствует опорному и статическая ошибка в системе отсутствует. Моменты модификации Z определяются с помощью нуль-органа 15, на выходе которого формируются короткие импульсы стро0 бирования запоминающих устройств. По фронту импульсов стробирования в первое запоминающее устройство 11 заносится текущее значение напряжения на нагрузке преобразователя ин(п). Одновременно с

5 этим во второе запоминающее устройство 14 переписывается выходная информация первого запоминающего устройства 11, которая на текущий n-й момент коррекции является величиной напряжения на нагрузке в

0 предыдущий п-1 момент коррекции. Аналогично в третье запоминающее устройство 17 заносится значение Z(n-1) с выхода четвертого сумматора 16, соответствующее предыдущему значению сигнала коррекции.

5Модификация Z осуществляется практически мгновенно(по сравнению с периодом изменения напряжения источника питания) и сигнал коррекции в течение полупериода изменения напряжения сети остается неиз0 менным. Следовательно, закон изменения эталонного напряжения U3(t), формируемого на выходе формирователя эталонного на- пряжения 7, полностью определяется напряжением сети, а амплитудное значение

5 U корректируется в зависимости от изменения напряжения нагрузки. Следовательно, искажение потребляемого тока, вызываемые наличием пульсаций выходного напряжения, в такой системе отсутствуют.

0 Таким образом достигается улучшение электромагнитной совместимости по входу и выходу преобразователя.

На фиг.2 показана структурная схема устройства с программной реализацией ди5 скретной корректировки коэффициента обратной связи, где контур обратной связи содержит аналого-цифровой преобразователь 18, информационный вход и вход запуска которого соединены с выходом делителя выходного напряжения 4 и выходом нульоргана 15 соответственно. Информационные выходы аналого-цифрового преобразователя 18 и его выход готовности соединены с информационными входами и входом прерывания микроконтроллера 19, выходы ко- торого через цифроаналоговый преобразователь 20 соединены с вторым входом формирователя эталонного напряжения 7.

В этом случае канал обратной связи ра- ботает следующим образом.

По сигналу с выхода нуль-органа производится запуск аналого-цифрового преобразователя 18 и по окончании времени преобразования инициируется программа ввода и обработки информации микроконтроллером 19 согласно (1) и на входы цифро- аналогового преобразователя 20 выдается код текущего значения коэффициента.

Формулаизобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий импульсный регулирующий орган, включенный между входными и выходными выводами, датчик входного тока, делитель входного на- пряжения, делитель выходного напряжения, формирователь эталонного напряжения, первый сумматор, импульсный модулятор, источник опорного напряжения, при этом выход делителя входного напряже- ния подключен к первому входу формирователя эталонного напряжения, выход которого подключен к инверсному входу

первого сумматора, прямой вход которого соединен с выходом датчика входного тока, а выход первого сумматора через импульсный модулятор связан с входом управления импульсного регулирующего органа, отличающийся тем, что, с целью улучшения электромагнитной совместимости, введены второй-четвертый сумматоры, два усилителя, три запоминающих устройства и нуль- орган, причем выход делителя выходного напряжения соединен с информационным входом первого запоминающего устройства, выход которого соединен с информационным входом второго запоминающего устройства, а также с инверсным и прямым входами второго и третьего сумматоров соответственно, прямой вход второго сумматора соединен с источником опорного напряжения, инверсный вход третьего сумматора - с выходом второго запоминающего устройства, выходы второго и третьего сумматоров через первый и второй усилители соединены соответственно с первым и вторым входами четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу формирователя эталонного напряжения и информационному входу третьего запоминающего устройства, выход которого соединен с третьим входом четвертого сумматора, а выход делителя входного напряжения через нуль-орган соединен с входами стробирования запоминающих устройств.

Использование: изобретение относится к устройствам преобразования параметров электрической энергии и может быть использовано для создания многофункциональных преобразовательных устройств при повышенных требованиях к параметрам качества электрической энергии. Сущность изобретения: преобразователь выполнен на основе импульсного регулятора, в котором осуществляется принудительное формирование входного тока по закону изменения приложенного напряжения. Устройство представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования по двум координатам: уровню выходного напряжения и форме кривой входного тока. С целью улучшения электромагнитной совместимости коррекция коэффициента обратной связи преобразователя осуществляется дискретно в моменты перехода кривой напряжения сети через нуль. При этом сущест- венно уменьшается нестабильность выходного напряжения и улучшается устойчивость работы преобразователя. 2 ил. / (Л

|

Фив.1

„гj