Статический преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G05F1/00 H02M7/537 

(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в системах автоматики и в электроприводе. Известен статический преобразователь, на выходе которого формируется стабили зированное напряжение. В общем случае он состоит из регулятора, инвертора, выходного фильтра и блока обратной связи, т.е. используется замкнутая система автоматического регулирования по отклонению l . Такое построение преобразователя позволяет поддерживать выходное напряжение с достаточной точностью в статическом режиме. Однако в динами 1еских режимах (сброс или наброс нагрузки, скачкообразное изменение напряжения питания, пуск) очень часто желаемой точности получить невозможно. Это в значительной степени оп ределяется наличием в пепи обратной связи сглаживающего фильтра, так как cpiaBнение выходного сигнала с опорным осуществляется на постоянном токе, то есть в переходных режимах, например, при набросе нагрузки система себя ведет как разомкнутая, что приводит к провалу амплитуды выходного напряжения в течение определенного времени. Как видно, недостатком данного 4 бжима является низкое качество электрической энергии в переходных режимах. Другой преобразователь содержит регулируемый инвертор, выходной фильтр и блок обратной связи 2}. Здесь, в отличие от предыдущего преобразователя, используется комбинированная система стабилизации. Это позволяет в идеальном случае обеспечить полную инвариантность выходного напряжения от основных возмущающих воздействий, а система стабилизации по отклонению устраняет второстепенные дестабилизирующие факторы. Недостатком данного решения является то, что когда измеряемая величина является сигналом переменного тока, в частности низкой частоты, компенсирующая цель неизбежно содержит низкочастотный фильтр с большой постоянной времени и достижение полной инвариантности становится принципиально невозможным. Наиболее близким по технической сущности является преобразоватапь постоянного напряжения, содержащий генератор, фазосдвиганзцее устройство, два инвертора, выходной фильтр, измерительный орган с выпрямителем и схему сравнения з. Задающий генератор формирует напряжение прямоугольной формы и определяет рабочую частоту и фазу одного из инверторов. Цепи управления другого инвертора соединены с управляемым фазосдвигающим узлом, который формирует прямоугольное напряжение той же частоты, что и задающий генератор, но сдвинутое по фазе на угол, пропорциональный выходному сигна лу указанной схемы сравнения. На вход фильтра подается суммарное напряжение двух инверторов с регулируемой скважноетью. На .выходе фильтра напряжение имеет синусоидальную форму и поступает на нагрузку и на схем/ сравнения. Если его амплитуда превышает опорное напряжение, то сигнал поступает на одновибратор. . Фильтр нижних частот выделяет постоянную составлякгцую этих импульсов, величи на которой и определяет фазовый сдвиг между двумя, инверторами. Недостатком данного решения является Низкое качество электрической энергии в переходных режимах, что обусловлено наличием фильтра нижних частот. Цель изобретения - улучшение качества электрической энергии в переходных режимах./ Поставленная цель достигается тем, что в статическом преобразователе постоянного напряжения в стабилизированное п величине переменное, содержащем два инвертора с многоступенчатой формой выход нрго напряжения выходы которых соедине ны последовательно и связаны с выходны ми выводами преобразователя через фильт а управляющие входы систем управления этих инверторов соединены между собой через последовательно включенные задающий генератор и управляемый фазосдвигаряций узел, причем управлякяции вход последнего связан с выходными выводами одного из инверторов через схему сравнения и измерительный орган напряжения, включакяций в себя выпрямитель измерительный орган выполнен в виде включенных На выходе упомянутого выпрямителя делителей напряжения по числу ступеней многоступенчатого выходного напряжения инвертора и коммутатора уровней напряжения, снимаемых с делителей, включенного между вьЬсодами делителей и входом схемы сравнения, а вход выпрямителя связан с вьЬсодными выводами одного из игшерторов. На фиг. 1 представлена схема ста тичёского преобразователя} на фиг. 2 - диаграммы напряжений на отдельных элементах схемы. Статический преобразователь содержит два инвертора 1, 2 с системами управления, фильтр 3, нагрузку 4, задающий гене-. ратор 5, и управляемый фазосдвигающий узел 6. Блок 7 обратной связи включает в себя вьшрямитель 8, делитель напряжения со средними точками 9, Ю, 11,-коммутатор 12, схему сравнения 13 и общий зажим 14. Рассмотрим работу предлагаемого преобразователя, когда на выходе каждого инвертора 1, 2 формируются трехступенчатые напряжения 15, 16, представленное на фиг. 2. Задающий генератор (ЗГ) 5 формирует на выходе напряжение прямоугольной формы, которое поступает в систему управления инвертором 1 и в фазосдвигающий узел (ФСУ) 6, на выходе которого формируется прямоугольное напряжение той же частоты, что и. ЗГ, но сдвинутое во времени на длительность в несколько периодов напряжения ЗГ (фазовый сдвиг о( регулируется от нуля до нескольких периодов указанного напряжения). Когда требуется получение неизменной фазы напряжение на нагрузке в процессе регулирования в цепь управления другим инвертором так же необходимо ввести ФСУ. Причем фазовый сдвиг выходных напряжений указа.нных ФСУ в атом случае осуществляется ,по временной оси в разные стороны относительно напряжения ЗГ и на одинаковый угол. Величина фазового сдвига Ct. определяется выходным сигналом блока обратной связи 7. Чем вьще мгновенное значение напряжения на выходе инвертора, тем выше напряжение, поступающее на вход схемы сравнения 13 и тем больше фазовый сдвиг ok между выходным напряжением инверторов. Высокая точность стабилизации напряжения на нагрузке 17 в статических режимах обусловлена применением замкнутой системы регулирования по отклонению, а в переходных - за счет рациональной структуры измерительного органа, который не содержит сглаЖИБЙКЯЦИХ фильтров с большой постоянной времени, и фазового способа стабилизации Как видно из фиг. 1, к выходу инвертора 1 подключен выпрямитель 8, на выходе которого формируете однополярное напряжение ступенчатой формы 18. На это на пряжение включены делители со средними Точками9, 1О, И, количество которьгх определяется числом ступеней выходного напряжения инвертора. Указанные делители подбираются таким образом, чтобы напряжение точки 9 относительно общего за жима 14 при формировании первой ступени указанного напряжения было равно напряжению точки Ю относительно общего зажима при формировании второй ступени однополярного ступенчатого напряжения и равно напряжению точки 11 относительно общего зажима при формировании третьей ступени напряжения, т.е. .V4)V4U COnet-{u,onPHt t t -l ; .V, При помощи коммутатора 12, который в обшем случае состоит из ключевых эле- ментов, на вход схемы сравнения 13 подается постоянное напряжение за счет под ключения к ней в определенной последовательности точек 9, 10, 11 делителей. Законы подключения (19-22) точек 9, 10, 11 при помощи транзисторов коммутатора представлены на фиг. 2. В статическом ре жиме на выходе схемы сравнения получается постоянное напряжение 22, пропорциональное мгновенному значению трехступенчатого напряжения. Отклонение мгно- венного значения указанного напряжения приводит к изменению значений Uy и 22 и к соответствукяцему изменению фазового сдвига (о( ) между суммируемыми многоступенчатыми напряжениями инверторов. Как видно, в замкнутой системе автоматического регулирования хотя и измеряется сигнал переменного тока, но совершенно отсутствуют низкочастотные фильтры, что позволяет получать вторичные источники питания с высоким качеством электрической энергии как в статических так и в переходных режимах. Длительность переходного процесса, а так же величина нерегулирования или провала напряжения определяется в основном мсицностью выходного фильтра 3, который обычно для таких систем имеет малую величину и незначительно влияет на точность стабилизации напряжения на нагрузке в статических и динамических режимах. Формула изобретения Статический преобразователь постоянного напряжения в стабилизированное по величине переменное, содержащий два инвертора с многоступенчатыми выходными напряжениями, выходы которых соединены последовательно и связаны с выходными выводами преобразователя через фильтр, а управляющие входы систем управления инверторов соединены между собой через последовательно включенные задающий генератор и управляемый фазосдвигающий узел, причем управляющий вход последнего связан с выходными выводами одного из инверторов через схему сравнения и измерительный орган напряжения, включающий в себя выпрямитель, о, т л ичающийся тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения в переходных режимах его измерительный орган выполнен в виде включенных на выходе упомянутого выпрямителя делителей, напряжения по числу ступеней многоступенчатого выходного напряжения инвертора и коммутатора уровней напряжения, снимаемых с делителей, включенного между выходами делителей и входами схемы сравнения, а вход выпрямителя связан с выходными выводами одного из инверторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Разработка статических инверторов, предназначенных для работы в системе гарантированного питания на вторичные источники питания. Отчет по НИР. Томск, 1976, hfc гос. регистрации 76О52335. 2.Разработка и исследование стабилнзированнья инверторов с синусоидальным выходным напряжением. Отчет по НИР. омск, 1976, N гос. регистрации 6О365О1. 3.Авторское свидетельство СССР № 315167, кл. G О5 F 1/1О.

u

1У

1в

п

1

/6 ГП Г 1 L 1-

Фгг-а. г J 1 ri (1 ГП Г L 1