Устройство для асинхронного управления вентильным преобразователем Советский патент 1993 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к преобразоваельной технике и может быть использовано для управления силовыми статическими вентильными преобразователями. -. -.

Известно устройство для управления вентильным преобразователем, содержащее интегратор с разрядным ключом, вход

которого подкл ючёН к выходу датчика тока, а выход через блок запаздывания одностороннего действия к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен выход генератора опорного напряжения,

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное наличием блока запаздывания в цепи обратной связи.. . . : ,

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является однока- нальнре устройство для асинхронного управления вентильным преобразователем, содержащее суммирующий интег рвтбр, первый, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к выходам .источника управляющего напряжения, источника напряжения смещения и датчика регулируемого параметра, компаратор,, первый м второй входы которого подключены, соответственно, к выходам интегратора и источника напряжения смещения и формирователь импульсов, выход которого подключен ко входу разрядного ключа интегратора. Напряжение смещения выбирается равным среднему значению напряжения датчика регулируемого параметра при номинальном выходном напряжении преобразователя./.

Недостаткам указанного устройства является фиксированная Еёличина напряжения смещения. Это обстоятельство затрудняет применение указанного устройства для регулирования параметров, не связанных пропорциональной зависимостью с амплитудой сетевого напряжения.

Такими свойствами, например, обладает амплитуда напряжения на выходе датчика тока в процессах регулирования и стабилизации тока нагрузки преобразователя. - ; ., - ..;.у.. - : -.. .... . . При фиксированном напряжении смещения в таких процессах возможны ситуации, когда .;.... , : ;:. . л

; T. /2. UD U0,(1) где Uo - напряжение смещения;

UD -амплитуда напряжения на выходе датчика регулируемого параметра,

В первом случае система при некоторых углах управления теряет устойчивость, во втором - имеет низкое быстродействие при отработке возмущения.

Цель изобретения -.повышение качества работы преобразователя при регулировании .параметров, не связанных пропорциональной зависимостью с ампли5 тудой сетевого напряжения,

Поставленная цель достигается тем, что напряжение смещения устанавливается равным напряженно на выходе датчика ре- , гулируемого параметра в момент после сра- (

0 батывания .очередного вентиля преобразователя, причем в качестве источника напряжения .смещения использован аналоговый элемент памяти, фиксирующий мгновенное значение напряжения на выхо5 де датчика регулируемого параметра в момент после срабатывания очередного вентиля и хранящий его в течение шага регулирования до срабатывания следующего вентиля преобразователя. .,

0 На фиг.1 представлена функциональная схема устройства управления; на - функциональная схема аналогового элемента памяти; на фиг ,3 иллюстрирует некото- рые математические обозначения; на фиг.4

5 представлены временные диаграммы рабо-

ты устройства управления. . Устройство содержит двухвходовый суммирующий интегратор 1, снабженный разрядным ключом, аналоговый элемент па0 мяти 2, являющийся источником напряжения смещения Uo, компаратор 3, формирователь импульсов 4 запуск-а венти- . лей преобразователя. Первый и второй входы интегратора 1 подключены,

5 соответственно, к выходам датчика регулируемого параметра Ud и источника напряжения Смещения Do, первый, второй и третий входы компаратора 3 подключены, соответственно, к выходам интегратора Ui, йсточ0 ника напряжения смещения ,U0 и источника управляющего йапряжения Uy, вход формирователя импульсов 4 подключен к. выходу Компаратора Уз, выход формирователя импульсов Ш соединен с управляющим вхо5 дом разрядного ключа интегратора 1 и

входом выборки аналогового элемента па. . мяти 2, информационный вход аналогового

элемента памяти 2 подключен к выходу дат; чика регулируемого параметра Ud.

50 .Устройство работает следующим образом. Напряжение с выхода датчика регулируемого параметра Ud поступает на первый вход суммирующего интегратора 1 и на информационный вход аналогового элемента

55 памяти 2. ;:; ; . :

В моментсрабатывания формирователя импульсов4 запуска вентилей преобразователя на аналоговый элемент памяти 2 подается импульс выборки, время появления которого совпадает с моментом срабатывания

очередного вентиля преобразователя. Зна- . чение выходного напряжения датчика регулируемого параметра в момент после срабатывания вентиля Ud.i-1 запоминается в аналоговом -элементе памяти 2 с обратным знаком и используется в качестве напряжения смещения U0, которое подается на второй вход компаратора З.На первый и третий входы компаратора 3 подаются, соответственно, выходное напряжение интегратора U-i и управляющее напряжение Uy. В момент равенства суммы токов трех входов компа.. ратЬр а 3 нулю происходит его срабатыва- . ние. . .. /г;,: .; .-; -/:- - .-.:-/--

,. . .-.. По сигналу выхода компаратора Уз запускается формирователь импульсов 4, который .формирует импульс опрёдё лё.нной длительности. Этим импульсом-коммутируется очередной вентиль преобразователя, . разряжается конденсатор интегратора 1 и .заносится новая информация в аналоговый элемент памяти 2. Цикл работы устройства повторяется. Величины резисторов, указанных на фиг. 1, определяются из усло вия, чтобы вклад напря кейия смещения Uo в

/ в ы ходное напряжение интегратора Ursa период работы устройства 2л /т ш компенсировался вкладом напряжения смещения в сумму входных токов компаратора 3:

2. jr/mft : р ,

ij;.;;; ..-u0dt uo|

1

где т - постоянная интегратора;

m - ипульсность схемы вентильного преобразователя; . - .V;r : ,: -,. ;; л;-угловая частота напряжения сети. Одна из возможных функциональных схем аналогового элемента памяти представлена на фиг,2. Элемент памяти состоит из операционного усилителя А, электронного ключа К1, управляемого импульсами выборки, двух резисторов R и запоминающего конденсатора С.

; -. Постоянная времени элемента памяти RC выбрана так, чтобы она была в несколько раз больше длительности импульса выборки. В этом случае установление напряжения смещения осуществляется за несколько шагов работы устройства управления. Это стабилизирует работу устройства при переходных процессах.

Оценку устойчивости работы системы управления можно получить, рассматривая отклик на малые отклонения от стационарного режима.- .

- Напряжение на выходе интегратора 1 описывается выражением;

0

5

Mvy - ttfft- W- U ip yUi.(,-0. .... .... (2)

где f угол управления вентилем на i-том шаге работы устройства; г-постоянная интегратора; Ud(p) - напряжение на выходе датчика регулируемого параметра;

-. Uo напряжение смещения;

Ui(j - 1) - напряжение на выходе ий- тегратора после срабатывания разрядного ключа, т.е. Ui( - 1 )0;.... , v,- ;. - ;. Ui (1)- напряжение на выходе интегратора в конце i -того тага регулирования,

Если в результате воздействия каких-либо: случайных факторов на шаге i-1 угол управления вентиля изменйлс я на Api-{ относи-. тельно угла управле ния р в . стационарном режиме; то йа ёШд ующём;ша- .0 ге ретулирЪ ванйя бт кл ЪШнйё будетДу, , которое, связано с Луэ-j,- ) соотношением:

А U° U d 1 -1 . Uo.-Udtj

5 где Ud,i-i напряжение на выходе датчика регулируемого параметра в момент после включения вентиля на i-1 шаге;

Ud.i - то же, перед включением вентиля на Г-трм шаге.......,..:.

Величины Ud,i-1 и Ud.i проиллюстрированы фиг.З. Соотношение (3) получено из (2) при рассмотрении малых отклонений от стационарного режима Условием инвариантности контура регулирований является равенство:

0

5

(ЗУ

...

. ,

(4)

0

0

5

крторо е достигается при ,i-i.

(5)

Равенство (5) обеспечивается источником напряжения смещения, что следует из описания его.кьнструкцйи. ; .-- -.- . Равенство (4) означает, что малое отклонение отрабатывается системой за один шаг регулирования. На практике отклонение отрабатывается дольше, поскольку не всегда является малым.

На фиг.4 изображен переходный процесс при внезапном двукратн омувели чении амплитуды регулируемого параметра на примере однофазной системы. ч Из уравнения (3) следует, что если Ud,, то /Ay, - 1 -1. Это означает, что система колебательным образом уходит от стационарного режима и теряет устойчивость.

Если же Ud.i-1 Uo, то 0.. .

Это говорит о том, что система отрабатывает возмущение за тем большее количество шагов, чем ближе величина Аде /Д (р - 1 к единице. Этот анализ обоснов ывает утверждение, сделанное относительно выражений (1). ,: ;.:1:;: :,:;V.,;-;:.; :. - . . ,. сгюльзорание гтрёдлагаёмого йзоЬрё-; тения позволит повысить устойчйво сть преобразователя, сделать её равномерной во всем диапазоне угловуправления вентилями и независимой от величины ceteEiurq на- и|Ьтнапряжения обратной вУ По зд: i нее о6 т рятельсҐв6 позволяет применять предлагаемоёизобретение:в стабилйзатррах тока aKtHBHOH нагрузки, например в источниках тока сварки, гальванотёхвйке, элё1стрЬлйзё, зарядных устройствах W р, ;;; ; -;;..:;;;;.- .;.; /

Ф о р м .у л а изо б рi е т ё н;й я;: iv :: .V / :. .Устройство для асин ронйЬго управления вентильным преобразователем, содёр- ж ащёё : сумматор, двух входов ый суммирующий интегратор, снабженный разрядным ключом, первый и втооой входы

кЬтЬ{5бйг1бДклк чены соответственно к выходам датчика регулируемого параметра и источника .напряжения смещения, компаратор, первый и второй входы которого подХлю.ё н .й ,. Срр Т ёетств ённо к выходам интегратора Ч тЪ Я ника напряжения смещения, и фбрмйрбватель й ипуль срв запуска вентилей преобразователя, выходом соеди- нённый с управляющим входом разрядного

ключа, от л и ч а ю шее с я тём.что, с целью

повыш ния; качества: регулирования параметров, не сщязаниых пропорциональной

;.3&висйм.с.. амплитудой сетевого на- пряженияг кбтиШратдр снабжен третьим

входом, а в качестве источникаi напряжения смещений использобан аналоговый элемент памяти, информационный вход которого подключён к вьгхрду Датчика регулируемого параметра, а вход выборки соединен ;с выходом формирователя импульсов; запуска

вентилей преобразой атёлй, при этом третий

;вх6д компар атора соединён с выводом для пбдклюЦёнйя источника управляющего на:п:ряжё;н йя ;; : ; :;..,... .

/

ff

%

а ; И

. .и

4Г-.

5Г 7

Г

Устройство представляет собой однока- нальную асинхронную систему управления, содержащую суммирующий интегратор 1.со сбросом, компаратор 3. формирователь импульсов 4. На вход интегратора 1 подаются напряжение обратной связи и напряжение, смещения. Управляющее напряжение подается на вход компаратора 3, Новым в устройстве управления является то, что напряжение смещения не является фиксированной величиной, а автоматически адаптируется к напряжению обратной связи. 4 ил.

uv

:и„

rf

w./

f