Способ управления импульсным преобразователем постоянного тока и устройство для его реализации Советский патент 1979 года по МПК H02P13/16 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах постоянного тока.

Известен способ управления импульсным преобразователем, работающим в системе автоматического регулирования тока с изменяемой частотой коммутации, заключающийся в том, что одновременно изменяют частоту и скважность импульсов управления, причем скважность изменяется пропорционально входному сигналу преобразователя, а частота принимает максимальное значение при таком сигнале управления преобразователем, когда скважность равна 0,5 и минимальное значение когда 7 2fmaxH . Такой способ управления обуславливает низкое быстродействие преобразователя, поскольку регулирование производится при низкой частоте коммутации в тех областях изменения входного сигнала управления преобразователем, где скважность имеет величину, близкую к минимальной или максимальной.

Другой известный способ заключается в том, что скважность меняют пропорционально сигналу управления, который при работе в замкнутой системе снимается с

выхода регулятора, а частоту меняют в функции этого сигнала и его производной 2.

Этот способ наиболее близок предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту.

Однако оба указанных способа регулирования не устраняют субгармонических автоколебаний, которые могут возникнуть в замкнутой системе автоматического регулирования.

Цель предложения - устранение субгармонических автоколебаний. Достигается это тем, что сравнивают полярность входного сигнала управления с полярностью выходного сигнала регулятора и при их несоответствии увеличивают частоту регулирования. Предлагаемый способ не может быть реализован известным устройством, описание которого так же дано в 2, Это известное устройство содержит источник сигнала управления, функциональный построитель, звено дифференцирования, формирователь,компаратор уровня и управляемый генератор

0 пилообразного напряжения, состоящий из ключа, запоминающего устройства, генератора пилообразного напряжения и нуль-органа. Сигнал управления (т.е. в замкнутой

системе сигнал с выхода регулятора) подается на вход функционального построителя и на вход звена дифференцирования, а их выходы подключены ко входу генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен, во-первых, ко входу компаратора уровня, подключенного вторым входом к источнику сигнала управления преобразователем и, во-вторых, ко входу нуль-органа, выход которого подключен к ключу и генератору пилообразного напряжения.

Для реализации предлагаемого способа известное устройство дополняется схемой совпадения и элементом памяти, которые соединены между собой последовательно, причем один вход схемы совпадения связан с выходом регулятора, другой ее вход подключен к источнику входного сигнала управления, а выход элемента памяти соединен со вторым входом формирователя.

Схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ, приведена на чертеже.

Источник входного сигнала 1 (задатчик регулируемого параметра) подключен к одному входу элемента сравнения 2, на другой вход которого подается сигнал обратной связи. Выход элемента 2 подключен ко входу регулятора 3, выход которого подключен ко входам схемы совпадения 4 и функционального построения 5. Другой вход схемы совпадения 4 связан с источником 1, а выход с элементом памяти 6, выход которого, в свою очередь, подключен к одному входу формирователя 7. Другой вход формирователя 7 связан с выходом функционального построителя 5. Выход формирователя 7 подключен ко входу управляемого генератора пилообразного напряжения 8, связанного своим выходом со входом компаратора уровня 9. Второй вход последнего подключен к выходу регулятора 3. Сигналы с выходов компаратора уровня 9 поступают на силовую часть преобразователя.

Возможность устранения субгармонических автоколебаний путем увеличения частоты объясняется тем, что субгармонические автоколебания возникают при малых скважинах, а в этом случае можно значительно увеличить частоту коммутации. При этом изменяется соответствие между постоянными времени системы и периодом частоты коммутации. В этом случае импульсный преобразователь может рассматриваться как практически непрерывный и субгармонические автоколебания не возникают. Поддерживать высокую частоту коммутации следует на время, равное нескольким периодам возможных субгармопик системы или на время, большее наибольшей постоянной времени системы. Если за это время координаты состояния систе.мы не изменились следует и далее поддерживать высокую частоту коммутации. Если произошло изменение координат состояния системы, то следует уменьшить частоту коммутации до уровня, определяемого

энергетическими требованиями и опять проверить соответствует ли полярность входного сигнала управления полярности сигнала регулятора.

Устройство работает следующим образом.

Выходные импульсы со скважностью у

пропорциональной величине сигнала на выходе регулятора 3 в зависимости от полярности этого сигнала получаются на первом или втором выходе компаратора уровня 9,

o на вхс;.;ы которого подается сигнал с выхода регулятора 3 и пилообразное напряжение с выхода управляемого генератора пилообразного напряжения 8. Этот генератор представляет собой автоколебательную систему, на выходе которой формируется пи5 лообразное напряжение, частота которого изменяется пропорционально сигналу управления частотой, поступающему с выхода формирователя 7. Причем амплитуда пилообразного напряжения остается неизменной, а

g крутизна линейного участка изменяется пропорционально частоте, чем достигается независимость скважности выходных импульсов от частоты f. Сигнал управления частотой формируется на выходе формирователя 7, на входы которого поступают сигналы с функS ционального построителя 5 и элемента памяти 6. Функциональный построитель 5 позволяет реализовать такую функциональную зависимость частоты от сигнала управления

0 преобразователем, при которой во всем диапазоне изменения этого сигнала сохраняются постоянными абсолютный или относительный размах пульсаций тока и добавочные потери в цепи нагрузки преобразователя. В случае, когда система работает в установившемся режиме при отсутствии субгармонических колебаний полярность входного сигнала управления соответствует полярности . сигнала на выходе регулятора 3. При этом схема совпадения формирует сигнал нулевого уровня, который через элемент памяти 6 поступает на второй вход формиро° вателя 7, на первый вход которого поступает сигнал с функционального построителя 5. На выход формирователя 7 проходит наибольший из сигналов, поступивших на его входы. В данном случае на выход формирователя 7 пройдет сигнал, поступивший с функционального построителя 5 и частоты пилообразного напряжения, а следовательно и частота коммутации импульсного преобразователя, будут определяться энергетическими требованиями.

В случае возникновения субгармонических автоколебаний в системе, сигнал на выходе регулятора 3 меняет свою полярность во времени с частотой субгармонических автоколебаний при неизменной полярности 5 входного сигнала управления. Когда полярность сигнала на выходе регулятора не соответствует полярности входного сигнала, схема совпадения 4 вырабатывает сигнал. который через элемент памяти 6 поступает на вход формирователя 7. Поскольку величина сигнала, формируемого схемой совпадения 4 в этом случае равна или превышает максимальную величину сигнала функционального построителя 5, то на выход формирователя 7 проходит сигнал со схемы совпадения и частота коммутации увеличивается. Увеличение частоты устраняет субгармонические автоколебания. Элемент памяти 6 обеспечивает поддержание высокой частоты после исчезновения несоответствия полярностей входного сигнала управления и выходного сигнала регулятора на время, большее наибольшей постоянной времени системы. Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют устранить субгармонические автоколебания в замкнутой системе автоматического регулирования. Несоответствие полярностей входного сигнала управления и выходного сигнала регулятора 3 возникает и в отсутствии субгармонических автоколебании в переходных режимах работы системы. В этом случае предлагаемый способ и устройство предусматривают, также как и при субгармонических колебаниях, увеличение частоты коммутации импульсного преобразователя. Это способствует улучшению динамических свойств системы, поскольку переходной процесс протекает при повышенной частоте коммутации.

Формула изобретения

1. Способ управления импульсным преобразователем постоянного тока путем одно1.Глазснко Т. А. Импульсные полупроводниковые усилители в электроприводах. М., 1965.

2.Авторское свидетельство СССР № 543123, кл. Н 02 Р 13/16, 1977. временного изменения частоты регулирования и скважности импульсов управления вентилями в функции вы.ходного cHrfiiLia регулятора, отличающийся тем. что, с целью устранения субгармонических автоколебаний системы автоматического регулирования, сравнивают полярность входного сигнала управления с полярностью выходного сигнала регулятора и при их несоответствии увеличивают частоту регулирования. 2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее последовательно соединенные источник входного сигнала управления, элемент сравнения, на второй вход которого подается сигнал обратной связи, регулятор, функциональный построитель, формирователь импульсов, управляемый генератор пилообразного напряжения и компаратор уровня, второй вход которого соединен с выходом регулятора, отличающееся тем, что дополнительно введена схема совпадения и элемент памяти, соединенные последовательно, причем один вход схемы совпадения связан с выходом регулятора, другой ее вход подключен к источнику входного сигнала управления, а выход элемента памяти соединен со вторым входом упомянутого формирователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

/ -

tit