Способ управления регулируемым статическим преобразователем Советский патент 1977 года по МПК H02P13/16 

1

Изобретение относится к области преобразования и регулирования электрической энергии с помощью переключающих элементов, например полупроводниковых приборов, и может быть использовано в системах электропитания с повышенными требованиями к качеству электроэнергии.

Для управления регулируемыми статическими преобразователями в основном используется широтно-имиульсный способ 1. Прн этом в процессе регулирования существенно меияется форма иапрял ения и неизбежна установка сглаживающих фильтров, которые резко ухудшают динамические характеристики системы регулирования

Наиболее близким к изобретению способом является способ управления регулируемым статическим преобразователем 2, при котором управление осуществляется за счет воздействия результата сравнения опорного сигнала с суммарным выходным напряжением предыдущих ячеек на элемент или группу переключающих элементов, обеспечивающих переход последующей ячейки в новое квазиустойчивое состояние.

По указанному способу выходное напряжение изменяется скачкообразно и для обеспечения высокого качества выходного напряжения требуется усложнять силовую часть преобразователя за счет увеличения числа преобразовательных ячеек.

Цель изобретения - уменьшение числа преобразовательных ячеек, что приводит к упрощению устройства.

Эта цель достигается тем, что разиостный сигнал, воздействующий, по меньшей мере, на один переключающий элемент последпей преобразовательной ячейки, получают от сравнеиия опорного напряжения с пилообразным напряжением, пропорциональным сумме выходных напряжений предыдущих ячеек.

Однако прежде чем сравннть упомянутую сумму напряжений с онорным, ее преобразоБывают в пропорциональное пилообразное напряжение, которое и сравнивают с опорным. В результате на малом количестве преобразовательиых ячеек удается получить инвариантность среднего значения выходного папряжения по отношению к возмущению по входу. На фиг. 1 представлена блок-схема статического преобразователя, реализующего предложенный снособ; на фиг. 2 - диаграммы изменения напряжений.

Устройство содержит первичный источник 1, преобразовательные ячейки 2, 3, управляющие блоки 4, 5, формирователь 6 пилообразного напряжения.

Напряжение первичного источника 1 через

последовательно включенные выходы преобразовательных ячеек 2 и 3 и LC-фильтр питает нагрузку. В управляющем блоке 4 напряжение, поетупающее на вход преобразовательной ячейки 2, сравнивается с опорным, и разностный сигнал через усилптель, работающий в режиме глубокого ограничения воздействует на иереключающие элементы ячейки 2. В схеме на фиг. 1 выходное напряжение преобразовательной ячейки 3 равно сумме выходных напрял ений предыдущих ячеек.

Ячеек аналогичных ячейке 2 может быть включено произвольиое число, а источник 1 можно считать одной на таких ячеек. Указанное напряжение, обозначенное на фиг. 1 как (t), поступает на формирователь пилообразного напряжения 6.

На выходе формирователя 6 получают пилообразное напряжение, обозначенное как Un.(t), амплитуда которого равна текущей амплитуде нанряжения U-u-i(t), а размах пульсаций прямо иропорционален величине ) с коэффициентом пропорциональности /С. Полученное пилообразное напряжение поступает на вход управляющего блока 5, где оно сравннвается с опорным напряжением, полученный разностный сигнал усиливается и воздействует, по меньшей мере, на один переключающий элемент нреобразовательной ячейки 3. Суммарное напряжение Ь выхСО через фильтр поступает на нагрузку н обеснечивает ее питание напряжением повышенного качества.

Пусть до момента времени t (фиг. 2), нанряжение на выходе первичного источника 1 было меньще уровня опорного напряжения в управляющем блоке 4.

На выходе преобразовательной ячейки 2 имелось постоянное нанряжение, которое суммировалось с напряжением первичного источника и поступало на носледнюю нреобразовательную ячейку 3. Это суммарное напряжение поступало в формирователь 6, на выходе которого возникало напряжение Un(t) с соотнощеннями, указаннымн на фиг. 2. Когда величина напряжения Ua(t) превыщает опорное нанряжение t/on унравляющий блок имеет пулевое напряжение на выходе и выходное напряжение преобразовательпой ячейки 3 вычитается из суммарного выходного напряжения предыдущих ячеек. В это время на вход фильтра воздействует нанряжение f/v-i(0-К,U:S:-i(t). При Uii(t), меньщем t/on, на выходе управляющего блока 5 появляется импульс, и выходное напряжение преобразовательной ячейки 3 становится равным нулю. В это время на вход фильтра воздействует нанряжение Uv(t). Обозначим отношение времени воздействия на фильтр напряжения ) к длительности нилообразных имнульсов как 7Нанряжение /вых(0. ностунающее на рассматриваемом этане на вход фильтра, представляет из себя импульсное нанряжение с коэффициентом заполнения 7г(см. фиг. 2). В общем случае за счет действия фильтра к нагрузке будет прикладываться напряжение с огибающей, описываемой как

U,,(i} U;,i(t)-,,(i). (1)

Если в момент /i по какой-либо причине напряжение первичного источника стало несколько больше онорного напряжения в управляющем блоке 4, то за счет воздействия унравляющего блока 4 на силовые ключи нреобразовательной ячейки 2 она перейдет в новое квазиустойчивое состояние и нанряжение на ее выходе скачком уменьшится до нуля.

Скачкообразное изменение напряжения (/) воспримет формирователь 6, пронорционально изменнв амнлитуду и глубину нульсаций пилообразного напряжения. На фильтр бздет поступать импульсное напряжение с коэффициентом заполнения рассматриваемом устройстве нри предлагаемом снособе управления коэффициент заполнения онределяется из соотнощения:

U,,(t}-U. K-U,,(t)

где и OIL - опорное нанряжение в унравляющем блоке 5.

Подставляя (2) в (1), получаем

f/Bb,x(0 on.(3)

Таким образом, при возмущении по входу в момент 1 огибающая выходного напряження не изменится и будет равна опорному напряжению, а это означает, что среднее значение выходного нанряжения будет инвариантно относительно указанного возмущення. Высокое качество энергии без выплесков перенапряжений при «произвольных возмзщениях по входу обеспечивается уже на двух преобразовательных ячейках.

.,

Формула нзобретения

Способ унравлення регулируемым статическим преобразователем, содержащим ряд силовых ячеек, каждая из которых состоит из

переключающих элементов, обеснечивающих нри соответствующем управляющем воздействии реализацию онределенного квазиустойчивого состояния ячейки, путем регулирования выходного напряження каждой последующей

ячейки с помощью разностного сигнала, представляющего результат сравнения опорного сигнала с сигналом, пропорциональным сумме выходных нанряжений предыдущих ячеек, причем указанным разностным сигналом воздействуют по меньшей мере на однн переключающий элемент, отличающийся тем, что, с целью уменьшения числа нреобразовательных ячеек, разностный сигнал получают от сравнения опорного нанряжения с пилообразным нанряжением, пропорциональным сумме выходных нанряжений нредыдущ.их ячеек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. М. И. Крайцберг, Э. В. Шикуть. Импульсные методы регулирования цепей постоянно5го тока с помощью тиристоров. 1969. М., «Энергия,2. Авторское свидетельство СССР №505102, 574844 6 кл. Н 02М 7/48, 1972.

о

Фиг. 2