Способ управления регулируемым статическим преобразователем Советский патент 1976 года по МПК H02M7/48 H02P13/16 

1

Изобретение относится к области преобразования и регулирования электрической энергии с помощью переключающих элемептов, например полупроводниковых приборов, н может быть использовано в системах электропитания, в электроприводах и автоматике транспортных средств и промышленных установок.

Для управления регулируемыми статическими преобразователями в основном используется широтно-импульсный способ, при котором при регулировании напряжения существенно меняется его форма и неизбежна установка сглаживающих фильтров для получения заданной формы кривой выходного напряжения или уменьшаются его пульсации в случае включения нагрузки через выпрямитель.

Известен способ регулирования за счет последовательного суммирования основного напряжения с добавочными напряжениями дополнительного, фиксированными по знаку, при котором в случае глубокого регулирования с заданной точностью требуется большое количество преобразовательпых ячеек.

Цель изобретения - упрощение устройства при одновремепном регулировании формы и величины выходного напряжения с высоким быстродействием.

Это достигается тем, что в статическом преобразователе, содержащем ряд силовых преобразовательных ячеек, каждая из которых состоит из к переключающих элементов, ооеспечивающих при соответствующем управляющем воздействии реализацию определенного квазиустойчивого состояния ячейки, управление осуществляется за счет воздействия результата сравнения соответствующего опорного сигнала с сигналом, пропорциональным сумме выходных напряжений предыдущих ячеек на элемент или группу переключающих элемептов, обеспечивающих переход последующей ячейки в новое квазиустойчивое состояние, причем число каналов такого воздействия на ячейку выбирается в соответствии с числом реализуемых в ячейке квазиустойчивых состояний, а соотношение выходных напрял ;ений предыдущей и последующей преобразовательных ячеек выбирают равным числу квазиустойчивых состояний. В результате при заданной точности удается сократить число силовых преобразовательных ячеек при одновременном регулировании формы и величины выходного напряжения с высоким быстродействием. Так на трех ячейках с двумя Квазиустойчивыми состояниями, выбрав соотношение нанряжений как 4:2: 1, удается нолучить 8 уровней выходного напряжения (4 + 2+1 7, 4+2-fO 6, 4-fO+l 5, 4 + 0+ +0 4, 0 + , , 0+0+1 1, 0+0+0 0), а на трех ячейках с тремя квазпустойчивыми соетояния.мн, выбрав соотношение напряжений как 9:3:1, удается получить 14 уровней выходного нанряжения (9 + +3+1 13, 9 + 3 + , 9+3--1 11,9+0 + + 1 10, 9 + , , 9-3+1 7 н т. д. до 0). Регулирование напряжения в нреобразовательной ячейке может осуш,ествляться за счет реализации нроизвольного числа квазиустойчивых состояний, и число уровней в выходном напряжении при конечном числе силовых ячеек можно приблизить к бесконечности. Регулирование выходного напряжения может осуществляться до нуля н, следовательно, может воснронзводиться напрял ;ение произвольной формы с быстродействием, определяемым скоростью переключения силовых элементов. Так, например, с помощью переключающих элементов может быть воспроизведен звуковой сигнал. На чертеже представлена блоксхема устройства, служащего для пояснения предложенного способа. Устройство содержит задающий генератор 1, силовые преобразовательные ячейки 2-5, например, по мостовым схемам, первая пара переключающих элементов которых улравляется от сигналов по каналу 6, а вторая нара от сигналов но «каналу 7. Фазы унравляющих сигналов, поступающих на пары переключающих элементов, зависят от состояний фазорегулирующих устройств 8, 9, 10, которые унравляются двумя разностными сигналами, каждый из которых пред- 35 назначен для воздействия на определенную нару переключающих элементов. Разностные сигналы получаются от сравнения суммы выходных напряжении нредыдущих ячеек с соответствующими опорными напряжениями ис- 40 точника опорных напряжений 11 и по каналу связи 12 они поступают на входы устройств 8, 9, 10. При фиксированных фазах унравления выходные напряжения ячеек составят, напри- 45 мер ,, , L2 3B, . Олорные нанряжения для каналов воздействия на первую и вторую пары переключающих элементов обозначим для ячейки 3 как Кз оп и KzlJon, для ячейки 4 как , а для ячей- 50 ки 5 как и Причем 63 ,. 51 ,, 57 , J - - , . 54 о4 о4 к,, к.. о4 о4 Пусть . Разностные сигналы на ячейку 2 не действуют, и на выходе 14в. Разностные сигналы - Uo и - f-o ноложительны и обе пары переключающих60 элементов ячейки 3 работают в фиксированных (исходных) фазах. Нанряжение iU QB и находится в фазе с UQ. Сумма Uo+Ui 23B. Разностные сигналы K Jon-Vo-Uz и K.UOU - и о - и ноложительны. Сумма f7o+б5 30 -}-Ui-{-Uz 26B. Разностные сигналы - У„ - f/i - Uz и ,1 - Uo Ui - /2 отрицательны. Первая и вторая нара нереключающнх элементов в ячейке 5 работает в антифазах с исходными. На выходе 5 ячейки н находится в антифазе с И. Сумма + У2+6з 25в. Пусть . Разностный сигнал, воздействующий на нервую нару элементов ячейки 3 - - отрицателен, а разностный сигнал, воздействующий на вторую пару элементов ячейкн 3 - t/o - положителен, Переключение первой нары осуществляется в антифазе, а второй нары в фазе с исходными сигналами. Напряжение на выходе ячейкн 3 равно нулю. Сумма Lo+6i 14B. Разностные сигналы, воздействующие па нары переключающнх элементов ячейки 4 положительны. Напряжение н находится в фазе с t/o. Сумма Uo- -Ui-}-U2 7n. Разностные сигналы, воздействующие на пары переключающих элементов ячейки 5 отрицательны. Нанряжение и находится в антифазе с UQ. Сумма ,. Точно так же можно проследить что, изменяя L/on от О до 27в на выходе с точностью до 1в, будем получать напряжение, равное L/on. Таким образом, три ячейки, с тремя квазнустойчивыми состояниями, управляемые по предлагаемому способу, обеспечивают регулирование нанряжения от нуля до номинального с точностью до 4%. Вводя дополнительную регулируемую ячейку и воздействуя на нее сигналом с выхода, как ноказано на фиг. 1 пунктиром, получаем любую заданную точность. Сравнивая с Uon сигналы, нропорциональные суммам выходных напряжений предыдущих ячеек, можно реализовать такой же способ унравления с управлением источника онорных напряжений 11. Напряжение UQ может быть нанряжением первичного источника. В общем случае, один переключающий элемент при воздействии на него соответствующих разностных, сигналов может обеспечить ряд квазиустойчивых состояний ячейки. Схемы управления преобразовательными ячейками могут быть построены не только на дисперсном оринципе. Быстродействие системы определяется скоростью переключения силовых элементов и, изменяя Uon, получаем на выходе напряжение, копирующее Поп по величине и форме с наперед заданной точностью. Формула изобретения 1. Способ управления регулируемым статическим преобразователем, содержащим ряд силовых ячеек, каждая из которых состоит из переключающих элементов, обеснечивающих при соответствующем управляющем воздействии реализацию определенного квазиустойчивого состояния ячейки путем регулирования выходного напряжения каждой носледующей ячейки с помощью разностного сигнала, представляющего результат сравнения опорного сигнала с сигналом, иропорциональным сумме выходных напряжений предыдущих ячеек, отличающийся тем, что, с целью упрощения с одновременным регулированием формы и величины выходного напряжения при высоком быстродействии, указанным разностным сигналом воздействуют по меньшей мере па один переключающий элемент. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что при глубоком регулировании с заданной точностью соотногаения выходных напряжений предыдущей и последующей ячеек выбирают равным числу реализуемых квазиустойчииых состояний.