Устройство для компенсации погрешности напряжения преобразователя Советский патент 1992 года по МПК H02M1/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для улучшения качества выходного напряжения преобразователя в электроприводах переменного тока.

В качестве аналога выбрана схема регулирования переменного напряжения суммирующего синусоидальное напряжение с разнополярными прямоугольными импульсами синфазными с синусоидальным напря- жением (авт.св. Nfc 1372293, G 05 F 1/12). Устройство содержит трансформатор, формирователь знака полуволн, коммутаторы, компаратор. Недостатком является то, что искажается форма кривой выходного напря- жения из-за суммирования синусоидального и прямоугольного напряжения.

В качестве аналога выбрана схема непосредственного преобразователя частоты с интегральной обратной связью по пульса- циям напряжения (см. книгу Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. Авторы Л.Джюди, Б.Пелли. - М : Энергоато- миздат, 1983, стр. 258). Устройство содержит интегратор, формирователь импульсов управления. Недостатком устройства является то, что возможна компенсация только высших гармоник,

В качестве прототипа выбрана схема управления активным фильтром с после- довательной компенсацией по авт. свид, № 1169106, Н 02 М 1/12, которое содержит источник эталонного сигнала, датчик выходного напряжения, сумматор, выпрямитель, силовой трансформатор. Данное устройст- во позволяет увеличить долю первой гармоники в выходном напряжении активного фильтра. Недостатком является то, что осуществляется формирование эталонного напряжения с явно заданным спектром. Это приводит к абсолютному искажению формы кривой выходного напряжения.

Целью изобретения является улучшение формы выходного напряжения преоб- разователя.

Указанная цель достигается тем, что устройство для компенсации погрешности напряжения преобразователя содержит источник эталонного сигнала, датчик выход- ного напряжения преобразователя, сумматор, выпрямитель, силовой трансформатор с обмоткой компенсации. Выходы источника эталонного сигнала и датчика напряжения преобразователя подключены к входам сумматора. Отличительными признаками является то, что в устройство введены силовой высокочастотный генератор, блок ключей, соединенных по однофазной мостовой схеме, датчик полярности сигнала погрешности, RS-триггер, первый и второй переключающие коммутаторы, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, три формирователя коротких импульсов, первый и второй интеграторы со сбросом, первый и второй компараторы. Силовой трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, предназначенной для подключения к выходу преобразователя. Выход силового высокочастотного генератора подключен ко входу блока ключей. В диагональ блока ключей включена обмотка компенсации силового трансформатора. К выходу сумматора подключены датчик полярности сигнала погрешности и выпрямитель. Первые входы каждого из элементов И подсоединены к соответствующим выходам датчика полярности сигнала погрешности. Вторые входы каждого из элементов И подключены к выходу RS-триггера. Выходы первого и второго элементов И подсоединены к входа соответственно первого и второго интеграторов со сбросом ; Выходы каждого из интеграторов подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов. Вторые входы первого и второго компараторов соответственно подклю- чены к выходам первого и второго переключающих коммутаторов. Первые входы первого и второго переключающих коммутаторов подсоединены к выходу выпрямителя, а вторые входы - к общему проводу. Управляющие входы первого и второго переключающих коммутаторов подключены к соответствующим выходам датчика полярности сигнала погрешности Выходы каждого из компараторов подключены к управляющим входам ключей блока ключей и к входам соответственно первого и второго формирователей коротких импульсов Выходы первого и второго формирователей коротких импульсов подсоединены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ и к соответствующим входам управления сбросом интеграторов. Выход первого элемента ИЛИ подключен к R-входу RS-триггера. Выход силового высокочастотного генератора подсоединен к первому входу второго элемента ИЛИ. Второй вход второго элемента ИЛИ подсоединен к выходу RS-триггера. Выход второго элемента ИЛИ подключен к входу третьего формирователя коротких импульсов. Выход третьего формирователя коротких импульсов подсоединен к S-входу RS-триггера

На фиг.1 показана функциональная блок-схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы поясняющие работу устройства.

Предлагаемое устройство (рис.1) содержит силовой высокочастотный генератор 7, на выходе которого подключен блок ключей 8. Ключи 9, 10, 11, 12, образующие блок ключей 8, включены по однофазной мостовой схеме. В диагональ блока ключей 8 включена обмотка компенсации 6 силового трансформатора 5.

К входам сумматора 3 подключены выходы источника эталонного напряжения 1 и датчика выходного напряжения преобразователя 2. Вход датчика выходного напряжения преобразователя 2 подключен к дополнительной вторичной обмотке 28 силового трансформатора. К выходу сумматора 3 подсоединены входы выпрямителя 4 и датчика полярности сигнала погрешности

13.Выход выпрямителя 4 подключен к первым входам переключающих коммутаторов

15и 16. Вторые входы переключающих коммутаторов 15 и 16 подсоединены к общему проводу. Управляющие входы первого и второго переключающих коммутаторов 15 и

16подключены к соответствующим выходам датчика полярности сигнала погрешности 13. Выходы переключающих коммутаторов 15 и 16 подсоединены к вторым входам соответственно первого и второго компараторов 26, 27. Первые входы каждого из элементов И 19 и 20 подсоединены к соответствующим выходам датчика полярности сигнала погрешности 13, Вторые входы первого и второго элементов И 19 и 20 подключены к выходу RS-триггера

14.Выходы первого и второго элементов И 19 и 20 подсоединены к входам соответственно первого и второго интеграторов со сбросом 24 и 25 Выходы упомянутых интеграторов подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов 26 и 27. Выходы первого и второго компараторов 26 и 27 подключены к входам соответствующих формирователей коротких импульсов 21 и 22. Выход первого компаратора 26 подключен к управляющим входам ключей 9 и 12, а выход второго компаратора 27 - к управляющим входам ключей 10 и 11. Выходы формирователей коротких импульсов 21 и 22 подсоединены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ 17 и к соответствующим входам управления сбросом интеграторов 24 и 25. Выход первого элемента ИЛИ 17 подключен к R-входу RS-триггера 14, Выход силового высокочастотного генератора 7 подсоединен к первому входу второго элемента ИЛИ 18. Второй вход второго элемента ИЛИ 18 подключен к выходу RS-триггера 14. Выход второго элемента ИЛИ 18 подсоединен к входу третьего формирователя коротких импульсов 23, выход которого подсоединен к S-входу RS-триггера 14,

Рассмотрим работу предложенного устройства (см. рис.1 и 2). Выходное напряжение преобразователя поступает на дополнительную вторичную обмотку 28 силового трансформатора 5 и на вход датчика выходного напряжения преобразователя 2. С выхода датчика выходного напряжения

0 преобразователя 2 сигнал поступает на один из входов сумматора 3 (рис.2, Ite). На второй вход сумматора 3 подается сигнал с выхода источника эталонного напряжения 1 (рис. 2 Ui). На выходе сумматора 3 получаем

5 сигнал погрешности (рис,2, Уз), который определяется разницей мгновенных значений эталонного напряжения и выходного напряжения преобразователя.

Однополярное напряжение с выхода си0 левого высокочастотного генератора 7 (рис.2, U) поступает на вход блока ключей 8. Сигнал погрешности поступает на входы датчика полярности сигнала погрешности 13 и на вход выпрямителя 4. Если сигнал

5 погрешности положительной полярности, тогда на первом выходе датчика полярности сигнала погрешности 13 появляется сигнал логической единицы (рис.2, Ui3,i). а на втором выходе - сигнал логического нуля

0 (рис.2, Ui3,2) сигнал логической единицы с первого выхода датчика полярности сигнала погрешности 13 подается на первый вход первого элемента И 19 и на управляющий вход первого переключающего элемента

5 коммутатора 15, а сигнал логического нуля с второго выхода датчика полярности сигнала погрешности 13 поступает на первый вход второго элемента И 20 и на управляющий вход второго переключающего коммутатора

0 16. Первый переключающий коммутатор 15 подключает выход выпрямителя 4 к второму входу первого компаратора 26, а второй переключающий коммутатор 16 подключает к второму входу второго компаратора 27 сиг5 нал логического нуля.

При подаче напряжения питания, на выходе RS-триггера устанавливается сигнал логической единицы, который поступает на вторые входы первого и второго элементов

0 И 19 и 20. На выходе первого элемента И 19 появляется сигнал логической единицы и первый интегратор со сбросом 24 начинает интегрировать пилообразное напряжение. В случае, когда напряжение,

5 поступающее на первый вход первого компаратора (рис.2, LJ26), меньше напряжения сигнала погрешности (рис.2, Uis), поступающего на второй вход первого компаратора 26, на выходе этого компаратора имеем сигнал логического нуля, который поступает на

входы управляющие ключей 9 и 12 и эти ключи открыты. С выхода силового высокочастотного генератора 7 через эти ключи на обмотку компенсации 6 силового трансформатора 5 подается напряжение положительной полярности (рис.2, Ue), суммируется с выходным напряжением преобразователя (рис,2, U2) и передается к потребителю (рис.2, Увых).

В это время на выходе второго элемента И 20 сигнал логического нуля, второй интегратор со сбросом 25 неинтегрирует(на его выходе сигнал логического нуля (фиг.2, U25). На оба входа второго компаратора 27 поданы одинаковые сигналы и на его выходе сигнал готической единицы, который поступает на управляющие входы ключей 10 и 11 и эти КУЛИЧИ удерживаются закрытыми.

В .этом случае, когда напряжения, поданные на входы первого компаратора 26, становятся равными, на его выходе появляется сигнал логической единицы. Ключи 9 и 12 закрываются, На выходе первого формирователя коротких импульсов 21 появляется положительный импульс, который через первый элемент ИЛИ 17 поступает на R- вход RS-триггера 14 и переключает его выход в состояние логического нуля, а также производит сброс первого интегратора со сбросом 24. На выходах первого и второго элементов И 19, 20 появляются сигналы логического нуля и не один из интеграторов со сбросом 24 и 25 не интегрируют. На второй вход второго элемента ИЛИ 18 поступает сигнал логического нуля. На вход S RS-триггера 14 поступает высокочастотный сигнал с выхода силового высокочастотного генератора 7, проходящий через второй элемент ИЛИ 18 и третий формирователь коротких импульсов 23. На выходе RS-триггера 14 устанавливается сигнал ло- -гической единицы. Если сигнал погрешности сохраняет ту же положительную полярность, то производится действия как описано выше.

Рассмотрим случай, когда сигнал погрешности имеет отрицательную полярность, В этом случае сигнал логического нуля с первого выхода датчика полярности сигнала погрешности 13 (фиг.2, Ui3,i) поступает на первый вход первого элемента И 19, а сигнал логической единицы с второго выхода датчика полярности сигнала погрешности 13 (фиг.2, U 13,2) - на первый вход второго элемента И 20. На второй вход первого компаратора 26 через первый переключающий 15 поступает сигнал логического нуля (фиг.2, Uis), и на второй вход второго компаратора 27 через второй переключающий коммутатор 16 поступает выпрямленный сигнал погрешности (фиг.2, Die). На выходе первого элемента И 19 имеется сигнал логического нуля и первый интегратор со сбросом 24 не интегрирует. На выходе

второго элемента И 20 имеется сигнал логической единицы и второй интегратор со сбросом 25 начинает интегрировать (фиг.2, LJ25). Если напряжение на первом входе компаратора 27 меньше напряжения

0 на втором входе, то на выходе этого компаратора имеем сигнал логического нуля, который поступает на входы управляющие ключей 10 и 11 и открывает эти ключи. С выхода силового высокочастотного генера5 тора 7 через ключи 10 и 11 на обмотку компенсации 6 силового трансформатора 5 подается напряжение отрицательной полярности (фиг.2, Ue), суммируется с выходным напряжением преобразователя (фиг.2,

0 ) и передается к потребителю (фиг.2,

иных}.

Ко;да напряжения, поступающие на входы второго компаратора 27 становятся одинаковыми, на его выходе появляется сиг5 нзл логической единицы и ключи 10, 11 закрываются. На выходе второго формирователя коротких импульсов 22 появляется положительный импульс, который через первый элемент ИЛИ 17 поступает на

0 R-вход RS-триггера 14 и переключает его выход в состояние логического нуля, а также производит сброс второго интегратора со сбросом 25. На выходах первого и второго элементов И 19 и 20 появляются сигналы

5 логического нуля и не один из интеграторов со сбрбсом 24 и 25 не действует. На второй вход второго элемента ИЛИ 18 поступает сигнал логического нуля. На S-вход RS-триггера 14 поступает высокочастотный сигнал

0 с выхода силового высокочастотного генератора 7, проходящий через второй элемент ИЛИ 18 и третий формирователь коротких импульсов 23. На выходе RS-триггера 14 устанавливается сигнал логической единицы.

5 Дальше устройство продолжает функционировать в зависимости от полярности сигнала погрешности.

Технико-экономическая эффективность устройства заключается в том, что достига0 ется улучшение формы выходного напряжения преобразователя за счет введения дополнительной мощности от источника высокой частоты. Этим повышаются энергетические характеристики преобразователя, а

5 вторые входы первого и второго компараторов соответственно подключены к выходам первого и второго переключающих коммутаторов, первые входы первого и второго переключающих коммутаторов подсоединены к выходу выпрямителя, вторые входы - к

общему проводу, а управляющие входы - к соответствующим выходам датчика полярности сигнала погрешности, выходы каждого из компараторов подключены к управляющим входам ключей блока ключей и к входам соответствующих формирователей коротких импульсов, причем выходы каждого из них подсоединены к соответствующим входам первого элемента и к соответствующим входам управления сбросом интеграторов, выход первого элемента ИЛИ подключен к R-входу RS-триггера, выход силового высокочастотного генератора подсоединен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен к выходу RS-триптера, выход второго элемента ИЛИ подключен к входу третьего формирователя коротких импульсов, выход которого подсоединен к S-входу RS-триггера

Формула изобретения Устройство для компенсации погрешности напряжения преобразователя, содержащее источник эталонного сигнала и датчик выходного напряжения преобразователя, выходы которых подключены к входам сумматора, выпрямитель, силовой трансформатор с обмоткой компенсации, отличающееся тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения преобразователя, в устройство введены силовой высокочастотный генератор, блок ключей, соединенных по однофазной мостовой схеме, датчик полярности сигнала погрешности, RS-триггер, первый и второй переключающие коммутаторы, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, три формирователя коротких импульсов, первый и второй интеграторы со сбросом, пер- вый и второй компараторы, силовой трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, предназначенной для

подключения к выходу преобразователя, причем выход силового высокочастотного генератора подключен к входу блока ключей, в диагональ блока ключей включена обмотка компенсации силового трансформатора, к выходу сумматора подключены датчик полярности сигнала и выпрямитель, первые входы каждого из элементов И подсоединены к соответствующим выходам датчика полярности сигнала погрешности, вторые входы каждого из элементов И подключены к выходу RS-триггера, а выходы первого и второго элементов И - к входам соответственно первого и второго

интеграторов со сбросом, выходы каждого из которых подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов, а вторые входы первого и второго компараторов соответственно подключены

к выходам первого и второго переключающих коммутаторов, первые входы первого и второго переключающих коммутаторов подсоединены к выходу выпрямителя, вторые входы - к общему проводу, а управляющие

входы - к соответствующим выходам датчика полярности сигнала погрешности, выходы каждого из компараторов подключены к управляющим входам ключей блока ключей и к входам соответствующих формирователей коротких импульсов, причем выходы каждого из них подсоединены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ и к соответствующим входам управления сбросом интеграторов, выход первого элемента

ИЛИ подключен к R-входу RS-триггера, выход силового высокочастотного генератора подсоединен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подсоединен к выходу RS-триггера, выход второго

элемента ИЛИ подключен к входу третьего формирователя коротких импульсов, выход которого подсоединен к S-входу RS-триггера.

т тгшгртггпттттттттггтшштттп т... ,

™ - ni iznjzzLa

t

4

J

Ч# Ц..П:П.-. П П I-I х

Устройство для компенсации погрешности напряжения преобразователя содержит силовой трансформатор 5, сумматор 2, усилитель 3, выпрямитель 4, силовой высокочастотный генератор 7, ключи 8, 9, 10, 11, 12, датчик полярности сигнала погрешности 13, RS-триггер 14, коммутаторы 15, 16, элементы ИЛИ 17, 18, элементы И 19, 20, формирователи коротких импульсов 21, 22, 23, интеграторы 24, 25, компараторы 26, 27. 2 ил. СО XI ON VJ О СП

ш пдпошжопюаж

/«

(4

JJ

J AЯХь.

145

сз -йзсза 0С & й Л к.

ь

&

1,

ош

1

.и.

/

тъ. итгтРх vr

ы/: 2