Способ стабилизации постоянного тока конвертора Советский патент 1980 года по МПК G05F1/64 

Изобретение «отнооится к преобразовательной технике и м(ож(ет быть использовано для пигания аппаратуры 1авяЗ|И, систем автамапики и высокоинтеисивных источ/ников света, а также для заряда емкостных мажоатителей эиерлии.

Известен релейный .способ стабилизации постояилого то,ка. При этом моменты арвкл1ОчбН1ия, силовых лолутроводнИКовых кЛючей определяются М)Оментам:И .достижения .контролируемой величиной заданного уровня.

В Качестве :КО-нтрол1И1рувмой 1вел1ичины .но используется напряжение на шунте, включенном последовательно с .нагруз1кой. Ощнако конт|ролнруемой величиной может быть 1И другая величина. Палр,имар, осуществлен способ стабил.изаЦ.И|И постоянного тока конвертора, заключающийся в стабилизации максимального значения магнитной индукций (мащитного поля) дросселя сглаживающего фильтр а 1.

Этот способ .1 римен|И1М только ;в «онвертарах, у которых линейный дроссель .установлен в цепи переменного то,ка. Недостаткам -способа является из/менение в 2-3 раза частоты промежуточного преабразовааия TOiKa при нзмбнен1И1И сопроти влвния нагруз1К1И ;и иитающеоо напряжения.

Наиболее близюим из известных способов стабилизации постоянного тока конвертора является способ, заключающийся в том, что интегрируют ток дросселя, cpa.BHoi«вают контролируемую и заданную величины напряжения, формируют в моменты их равенства сигналы управления тн.ристоpaiMH .конвертора я изменяют скваЖНОсть И1мнульсов то.ка, потребляемого от питающей сети 2.

Недостатки лрименения да1Н1НОГО способа стабилизации цостоянного тока .в резонансных конверторах заключаются в невысокой точности стабилизации тока, обусловленной тем, что стабилизируется только нижний уровень тОКа, а на его Среднее ЗНачение, которое мзменяется с изменением сопротивления нагрузки и амплНтуды пульсаций при стабильном нижнем уроэне тока в щироком диапазоне изменения частоты промежуточного преобразования тока при изменении сопрот1ивления нагрузки и питающего напряжения.

- Цель изобретения - повышение точности стабилизации постоянного тока и , 25 стабилизация частоты нромежуточного преобразования тоиа.

Поставленная цель достигается тем, что известный способ стабилизации постоянного тока KOHBepTqpa резонансного -пина, за30 ключающийСЯ в том, что интегрируют ток дросселя,- сравнивают контролируемую ,и заданную величины/ напряжений, форМБ.руют в моменты их равенства оигналы угеравлеиия тиристорами .конвертера и 1из;меняют скважность импульбов тока, Потреблябмюго от (Питающей 1сети, даполняется тем, что генери)руют -сигналы постояиной частоты 1П10Д:КЛЮч биия iKiOHiB0pTopia к питающей сети, измеряют результат указанного интегрирования то,ка дросселя, пqpeдaвa, нагрузке, в интервале времени, отсчитываемом от очередного момента првкр ащенжя потребления тока питающей сени, используют этот результат в качеспве указанной 1коят|ролируамой величины и прекращают потребление то:ка от питающей сети в моменты раB-eHCTiBia контролируемой, и зададаой величины напряжений.. , На фиг. 1 изображены временное диаграм1мы токов, подтекающих к .канденсато-ру выходного фильтра, и :их, интегральных значений дри -наличии и отсутствии рекуперации избыточной энергии дросселя в источ.щк питания и tteinipiepbiiBiHiaM |рёжИме тока Д1ро(сселя; ва ф;и,г. 2 - поЛу1мостоваЯ схема резюнагнсноло тиристорного 1КОнвертора С возвратом избьгточной аЕвргил дросселл IB источник питания; ма фиг. 3 -то же, нид 1вюзв|рата энергии; на фиг. 4 - изображены Врвмениые диатра1М1МЫ токор и напряжений . на элементах «онвертара, изображенного па фиг: 2; на фиг. 5 - осциллограммы токов и напряжений, |0нятые с вдакета тиристоряого .конвертора, изображеннОго на фИГ. 2; на фиг. 6 - времен1ные диаграммы токов и напряжений монвертор-а, Приведеняого Hia фиг. 3. Так мак вустанонивщемся режиме работы ср.еднее значение така конденсатора выходного фильтра равно- нулю, то стабилмза.ц;ия постояного тока нагруэки эквивалентна стабилизации 1рреднего за полупериод з1начения така, протекающего через о б|мотку дросселя фильтра в «аорявлении от истючника пит1ан;ия к-нафузе (/ср)По определению . / / -2 2 к - ср у - -; где Т - длительнО)Сть периода переменного тока; t - длителыность прот1акан1ия тока дросселя в 1на1пра:влен|ии от источии1ка литания к иапрузке в течение Каждого полуп риода; I - мгновенное значение така обмотки дроюое я; q - заряд одного импульса то-ка; /н - ТОК на|Прузки. Из формулы (1) следует, что для стабил.иза1ци;и постоянного тока необходимо стабил1из1И|ровать период преобразования тока -И заряд импульса,тара. При этом как форма тока, таки величина напряжения пита-. кия и сопротивление нагрузК|И не влияют на стабильность постоянного тока нагрузки. Этот способ стабилизации тока может быть осуществлен при прерывистом и непрерывном протекаиии тока в обмоике дросселя в течение полупериода.; В обоих случаях ув момент т Прек,ращается потребление эн1е|р,пи1и от источника питания. При ЭТ01М, в первом случае энергия, накопленная в дросселе, возв|ращается в ИСТОЧНИК питания и яе поступает IB 1нагруз,ку, а во в:тором случае вся энергия дрО10селя, фильтра передается в нагруз.ку. При Ърерывистой форме тока обмотки дросселя фильтра его щреднее за полупериод значение иостояино при любых как угодно быстрых изМенениях питающего напряжения и сопропивления нагрузки. При ,непр1еры1вной форме этОПО тока П1роцеос стабилиза/ции его, величи1ны происходит с за-, паздыванием в несколько 1пе|риадов. Однако в последнем случае силовые ключ1и реализующего спосОб юанвертора используются лучше, xaiK -как :отсутст ует потребление избыточной энергии от .источиика питания .и ее возврат в ист.очн|И1К. Рассмотрим, реализацию данного способа в полу1мостовом резонан|сноМ твристб.рном йощверторе с прерывистой в течение полупериода формой тока обмотки дросселя (см. фиг. 2). Конвертор состоит из схемы управления, включающей в себя задающий генератор / напряжения фи1К|Оирова;нной частоты, выпрямитель /2, напряже.«и.я 3, пороговый элемент 4,/я оиЛОвой части. В состав силовой части конвертора входят тиристоры 5 и 5, через1кот0|рые протекает так от истючйика ж iHiainpy.3Ke, и ивристор 7 тока рекуперации, дроссель 8 с тремя об|МОТ1ка1ми 9, 10 и //, иоммутирующий ко.нденсатор 12, .биловой трансформатор 13, выпрЯ1Митель 14 тока и выходной емкостный ф.ильт|р 15. На выходе 1конверт10|ра подключена нагру.з,ка 16. Оитает1сяконвертор-ОТ источника пастояинОГо напряжения с выве-, денной средней точкой «О. Для повь1щения точ,но1сти стабилизации тока вводится, шунт 17, источник оп.ор1ного напря.Ж1ени1Я 18 и усилитель яа.пряжения ощибии 19, кррректирующий уровень срабатывания порогового элемента. Стабилизацию пастоянного тока нагрузки (В данном Конверторе осуществляют путем стабилизации а1М плитуды переменного напряжения t/c на коммутирующем конденсаторе 12, что эквивалентно стабилизации заряда имиулБСОБ перймвнного то.ка. Справедливость такой 1стабилиза,ци1и доказывается уравнением fl с -учетам того, что: д(;,1-|ж о Сл1едовательно: ,-С п -/ср

Если Af7c const; r ioonst« C iconst, TO /„ const.

Бели из менять, то будет .иаменяться и величина стабилизуемого Востоя/нноготока.

В .квазиустанавившемся .режиме работы различают три Суицеся-венно различных этапа ipH боты (см. фиг. 4).

В течение neipiBOro этапа ток тиристора 5 |И Обмотчси 9 дроюселя 8 иаменяетоя ло ойну|СО.идальному закону и п,рО1ХО|ДИт свое максимальное з.н:ачекие.

Пр-и этом .происходит перезаряд комму тврующего иандансатора 12 от -И до -bL/cj,. Заканчивается этап, когда напряжеиие «а коммунирующем жоиденсаторе достигает заданного inqporoBoro .значения (УС„. В этот момент начинаетсяйторой этапу то,к через ти-ристор 5 .рре1К(ра:щае11ся, сигоаал управления поступает и-а тиристор 7, KOTOрый от1яры,вается, эяер|рия, накопленная в др асселе 8 через обмотку 11, возвращается в источник титания. Напряжение на первичной обмотке тра-нсфо1рматора 13 становится равцым |Нулю, Напряжение яа коммутирующем ко1нден1саторе 12 -постоянно и paeiHO t/cii ток тиристора 7 и обмютки 11 дросселя 8 1спа.дает по линейному закоиу под действием напряжения HCTO4,HKKa питания.

В момент прекращения протекания тока чегрез тиристор ,7 ваЧияается 3-й этап. На этом этаце так через тир.исторы конвертора Не протекает, напряжение на .кОМ1мут:ирующем конденсаторе 12 постоянно равно С/с«Конденсатор филЬтра 15 ,вьгпря-мител1Я 14 разряжается «а на груэку1/1б.

Mepiea интервал времени 0,5 Т сигнал управления подается на тиристор 6 и все-процессы повторяются.

На 01С.цил.лопра1М мах (ом. фиг. 5) при.ведены формы входмОго тока (IBX ) и тока рекуперации (ipM ) и здапряжевия «а коммутирующем .кю нденсаторе для iloHBepTOра, выполненното по схем-е, изображенной на фи-г. 2, в котароМ отсутствовали узлы /7-/9. Во.змож«а реа.л;иза.п;ия данного способа стабилизации и в схеме 1конвертора, изоб|ражен1ното 1на фиг. 3.

, Схем а состоит из задающего -генвр атора 1, вы1п:рЯМ1ител-я 2 :И делителя напфяж-екия 3, управляющего nqpoirasHiM элементо:М 4, делителя частоты 20, основных 27 и 22 и ВОпомогательнЫХ т нристоров 23 и 24, .кам1мутирующего конденсатора 25, коммутирующего дросселя 26, 1силово:го тра1Н1офорLMaTOpa 27, силово-го выпрямителя -28 с . филь-iipoM 29,1на1груз(ки Зр.

Основные тиристоры 21 и 22 управляют ся сигналами фиюаи|рованной частоты от задающего генератора 1. .Силналы управления поступают аа вспомогательные тиристоры 23 н 24 моменты, когда напряжение на вы. ходе делателя ;нап|ряжения 3, цропорционально напряжению на к-омму11ирующе1М конденсаторе 25, достигает напряжения срабатывания порогового элемента 4. Времен-ные диастаммы,- поясняющие .работу конвертора, ири.ведены на фиг. 6. Так как в у|стан101вивщемся работы интервалы между моментами подач-и онгналов ynpiaBлен-ия на вспомогательные тиристбры 8 и 9 составляют .полупериод частоты преобразования напряжения и среднее за по.лупериод значение така фильтрового конденсатора 14 равно ..нулю, то величина тока напрузки 15, приведенная к пер.в.ич;ной обмотке транс-. фqpмaтopa 12, -определяется уравнением (3), где 2AL/f равно удв-оенно му мажсиьмальному .значению оапрял- ения н-а ко.нденсаторе 25.

.. В приведенных на фиг. 2 и 3 резонансных тиристорных Конверторах всегда присутствует ком мулИ|рующий ашнденсатор, явЛЯЮЩ.ИЙСЯ элем-ентом, интвгрирующи.м TOJC первичных 1о5моток .дросселя.

Т е хнико -э.ко номйч ески е тр SHIM у ществ а предложенного способа стабилизации постоянного тока конвертора заключаются в повышен/ИИ точности стаб.илизаци1И постоянного тока при заданном уровне пульсаций и в стабилизадии частоты промежуточного преобразования тока. Кро1ме того, в устройствах, реализующих данный юпособ стаби-лизаци1Й, повыщается устойчивость, так как из зам.кнутого |Ко.нтура регулирования исаслючается фильтр выпрЯ1МИтеля.

Формулаизобретения Способ стабилизапии постоянного тока конвертора резона-нсного типа, заключающийся в том, что интегрируют ток -дроЪселя, сравнивают контролируемую и заданную величины нап1ряжен.ий, формируют IB моменты их равенства сигналы управления тиристорами конверто.ра и изменяют -окважHOiCTb И;М1пульсов тока, потребляемого от питающей сети, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью п-авыщения точности стабилизации постоянного то.ка, генерируют .аигналы постоянной частоты подключения -ко.нввртара к питающей с-ети, измеряют результат указанного интегрирования тока дросселя, перед,аваемого нагрузке, в интервале времени, отсчитываемом от очередного момента прекращения потребления тока нит ающей сети, используют этот результат -в качестве указанной контролируемой .величины и прекращают потребление тока от питающей сети в моменты равенства Контролируемой и заданной величины -наггряжений.

ИСточники инф0|рм1а.ции, принятые во в1Н1И1мание при Э1К1апертизе:

1. Авторское свидетелистВО СССР .№ 437055, G 05 F 1/46, 1974.

. 2. Булатов О. Г. и др. Тиристорные схе1МЫ включения ,высокои:н;те-нси В(НЫх .источниковСвета. М., «Энергия, 1975, с. 110-117 - (гарототип). .

+ jes1

о su28

0(риг.З

фиг. 5

-и

пф