Способ дискретного регулирования напряжения Советский патент 1980 года по МПК G05F5/00 

Изобретение относится к преобразова,нию параметров электроэнергии и может быть использовано в системах вторичного электропитания, в частности в регуляторах и стабилизаторах напряжения переменного, выпрямленного и постоянного тока. Известны способы регулирования напря жения путем дискретного изменения коэффициента передачи регулирующего органа в (})ункции результата его сравнешм с эталонным напряжением реализующие согласно заданному закону регулирования либо изменение чередования числа периодов фик сированных амплитудных значений напряжения сети, получаемых с помощью трансформатора с отводами, либо коммутацию в моменты перехода рабочим током нулевого уровня регулировочных секций трансформа торного регулирующего органа, весог вые коэффициенты которых распределены равномерно, либо в соответствии с двоичным или троичным кодом И, Х1 3 и 14. Недостатками известных способов регулирования являются неудовлетворительные динамические характеристики и искажение формы выходного напряжения при воздействии деста.билизирующих факторов как со стороньг питакщей сети, так и со стороны нагрузки. Цепь изобретения - улучшение динамических характеристик и формы выходного напряжения регулятхэров дискретного действия. Поставленная цель достигается тем, что при использовании известного способа в качестве эталонных формируют два уровня напряжения, равных соответственно максимальному н минимальному допустимым уровням выходного напряжения, определяемых заданной точностью регуттирования, при этом коэ({)фициент передачи регулирующего органа дискретного действия уменьшают либо увеличивают в случае отклонения текущего уровня выходного напряжения в сторону увеличения от максимально-допустимого, тшбо в сторону уменьше3 -7 ,ния от минимального допустимого его значения, определяемых указанными эталонными уровнями, до момента полной компенсации рассогласования на выходе регулятора, В случае регулирования напряжения переменного тока уровни эталонного напряжения получают путем формирования напряжени-й требуемой, например синусоидальной, формы с частотой и фазой, совпадакщими с частотой и фазой напряжения сети, и амплитудой, равной заданному значению амплитуды выходного напряжения, с последующим смещением в противоположные сто- ройы относительно нулевого уровня на носто йнный уровень, равный или несколько меньш заданной точности регулирования, а в случае регулирования напряжения выпрямленного или постоянного тока уровня эталонного напряжения формируют постоянными. На фиг. 1 приведена функциональная схе ма реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - форма выходного напряжения переменного тока (толстая линия), в начальный момент одного из полупериодов которого произошло скачкообразное увеличение амплитуды напряжения сети (пунктирная линия); тонкими линиями обозначены границы зоны допустимых значений выходного напряжения; на фиг. 3 - схема процесса регулирования напряжения переменного тока; на ,фиг. 4 - схема процесса динамического сглаживания пульсации трехфазного выпрямленного напряжения. Функциональная схема содержит регулирующий орган 1 дискретного действия (РОДД), реверсивный счетчик 2 импульсов (РСИ), трехпозиционный орган 3 срав нения (ТОС), формирователь 4 эталонных напряжений (ФЭН), высокочастотный генератор 5 тактовых импульсов (ГТИ), в случае регулирования выпрямленного напряжения устройство также содержит выпрямитель 6. Суть предлагаемого способа регулирования заключается в реализации дискрет- ного регулирования текущего уровня входного напряжения, основанного на сравнении последнего с текущими значениями двух специально формируемых уровней эталонного напряжения и использования результата сравнения в качестве информации управления коэффициентом передачи регулируюшего органа. Форма эталонного напряжения определяется заданной в общем случае произвольной, формой выходного напряжения (на фиг. 2 и 3 форма выходного Напряжения предполагается синусоидаль;ной), а его частота и фаза совпадают с 854 частотой и фазоЙ напряжения сети. Два уровня эталонного напряжения с-амплитудами llHmav )0 Р®Д я верхнюю и нижнюю границы зоны заданной точности регулирования (ЗЗТР), формируют путем смещения базового (не содержащего постоянной составляющей) эталонного синусоидального напряжения на постоянный уровень, равный или несколько меньший заданной точности регулирования Uy-jj с противоположными знаками. Формирование эталонного синусоидального напряжения синфазного с напряжением сети реализуется методами фазовой си1осронизации генератора гармонических колебаний требуемой частоты с напряжением сети, либо путем фильтрации и астатического слежения за фазой входного напряжения с помощью перестраиваемых фильтров с последующей стабилизацией амплитуды эталонного напряжения. Инерционность дополнительных контуров автоматического регулирования фазы и амплитуды в узле формирования эталонного напряжения реализуется нренебрежимо малой относительно инердионности изменения фазы напряжения сети и, следовательно, практически не оказывает какого-либо влияния на характер динамических процессов основного контура регулирования. На фиг. 3 тонкими пунктирными линиями показано поле возможных дискретных .уровней выходного напряжения, толстой пунктирной линией обозначен уровень возмущенного напряжения нагрузки (лредполагается, что в Начале текущего полупериода произощло скачкообразное увеличение амплитуды напряжения сети), тонкими сплошными Линиями - границы ЗЗТР. В окрестности перехода через нулевой уровень текущее значение выходного напряжения находится-в пределах ЗЗТР, при этом дискретная обратная связь в схеме на фиг, 1 размыкается, и выходное напря хение изменяется по синусоидальному закону (в общем случае по закону изменения напряжения сети, например как это имеет место в случае искаженной или специальных форм последнего) с коэффициентом передачи РОДД 1,устанавливаклцегося к начальному моменту возмущакшдего воздействия (к концу предыдущего полупериода на фкг. 3), В некоторый момент времени текущее значение выходного напряжения выходит за пределы ЗЗТР, что регистрируется ТОС 3; который разрешает прохождение высокочастотных импульсов ГГИ (фиг. 3,6) на вычитающий вход РСИ 2. Каждый импульс, лоступаюций на тот 578 или иной вход РСИ, изменяет в соотвегствующую сторону запасенный в нем ход на единицу, РСИ. управляет ключевой системой РОДД, который соответственно дискретно изменяет выходное напряжение в сторону уменьшения {зассогпасования с шагом квантования по уровню ДУ j M)j В общем случае импульсы ГТИ 5 поступают на один ив входов РСИ 2 до тех пор, пока полностью не скомленсируется рассогласование не выходе регулятора, пос ле чего ТОС 3 запрещает прохождение тактовых импульсов на входные шины РСИ 2, и обратная связь контура регулирования разрывается до следующего отклонения текущего уровня выходного напряжения за пределы ЗЗТР. В частном случае, рассмот ренном на фиг. 3, уменьшение выходного напряжения на один дискретный уровень обеспечивает возвращение последнего в пределы ЗЗТР на каждом интервале замыкания обратной связи, соответствующих моментам возникновения рассогласований относительно верхней границы ЗЗТР. Компенсация возмущакядих воздействий с про- 25

извольным начальным моментом или противоположным знаком рассогласования практически не отличается от процесса на фнг. 3. Регулирование выпрямленного или постоянного напряжений с помощью регулятора дискретного действия (фиг. 4) отличается от рассмотренного выше процесса регулирования напряжения переменного тока лишь тем, что в этом случае ЗЗТР ограничивается постоянными уровнями эталонного напряжения Unfriih формируемыми на выходе ФЭН 4. Динамические характеристики регуляторов напряжения зависят от приращения возмужающего воздействия за период следования тактовых импульсов, длительность которого в сторону уменьшения ограничивается в основном частотными свойствами используемых коммутирующих ключей регулирующего органа. Использование современных высокочастотных транзисторов в качестее коммутирующих ключей РОДД позволяет реализовать период тактовых импульсов в пределах до 1 мкс и менее, а так как реальные возмущения имеют конечную скорость изменения, то практически . всегда реализуется процесс дискретного .регулирования напряжения без динамического перерегулирования (фиг. 3). Таким образом, возможности предлагаемого способа регулирования позволяют значительно улучщить динамические харакния коэффициента передачи регулирукицего органа в функции результата его сравнения с эталонным, отличающий - с я тем, что, с целью улучшения динамитеристики регупяторов напряжения с регулирующим органом дискретного действия. . Регулирование текущего уровня позволяет также существенно улучшить форму выходного напряжения переменного тока при воздействии дестабилизирующих факторов со стороны сети и нагрузки и получить низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения (практически 1% к ме- нее) без использования громоздких реактивных Сглаживающих фильтров, обычно используемых в регулируемых выпрямителях Коммутация силовых ключей регулирующего органа регуляторов осуществляется лищь в течение динамических процес- сов, в статическом же режиме коммутация силовых ключей отсутствует (фиг. 2), что дополнительно способствует улучшению формы выходного напряжения. Формула изобретения 1. Способ дискретного регулирования напряжения путем ступенчатого изменеческих характеристик и формы выходного напряжения, в качестве эталонных формируют два уровня напряжения, равных соответственно максимальному и минимальному допустимым уровням вьпсодного напряженця, опрёделенньк заданной точностью регулирования, причем коэффициент передачи регулирующего органа дискретного действия уменьшают либо уветшчивают при отклонении текущего уровня выходного напряжения в сторону увеличения от максимально допустимого, либо в сторону уменьшения от минимально допустимого его значений, определенных указанными эталонными уровнями, до момента полной компенсации рассогласования на выходе регулятора, 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что эталонные уровни получают путем формирования напряжения требуемой, например, синусоидальной, формы. с частотой и фазой, совпадающими с частотой и фазой напряжения сети, и амплитудой, равной заданному значению ам- плйтуды выходного напряжения, и его последующего смещения в противопопожные стороны относительно нулевого уровня на постоянный уровень, равный или меньший заданной точности регулирования.

3. Способ по п. 1, о т п и ч а ю щ и и с я тем, что, при работе на нагрузку постоянного тока эталонные уров-, щГ-формируют постоянными,

ИстонНИКИ информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР N 325539, кп. G 05 F 1/08, 1972.

2.Патент США № 3195038, 19G4.

3.Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении. М., Сов.радио , 1978.

4. Елатовцев В. А. и др. Комбвяированный стабилизатор напряжения с высоким КПД. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, вып. 7, 1974.

и.

I I .f

/.

I/ш

//- :%4 К/лЕ , / / wi ,lif / ГМ ф т/ Ш i и уАЦн /iN / ь/ 1 / ё I / Ч% 1 / . /