Устройство для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора Советский патент 1982 года по МПК G05F1/64 H02P13/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам управления устройств преобразовательной техники и может быть использовано в автономных стабилизированных инверторах напряжения.

Известно устройство стабилизации выходного напряжения автономного инвертора, в котором для получения сигналов токовой коррекции, применен трансформатор тока, нагружен ный на резистор выпрямительный мост и сглс1жива1ощий RC-фильтра. Устройство вырабатывает сигнал, линейно зависящий от среднего значения измеряемого трансформатором тока переменного тока 1 .

Недостатком этого устройства применительно к стабилизации напряжения однофазного инвертора является инерционность, вызванная большой постоянной времени сглаживающего RC-фильтра и невозможность получения зависимости выходного сигнала от фазы измеряемого тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для стабилизации выхолного напряжения автономного инвертора с системой управления, содержащее регулятор постоянного напряже- ния, подключенный к входу инвертора, задатчик напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом регулятора постоянного напряжения, а выход - с его управляющим входом 2.

Недостатком этого устройства яв10ляется невозможность получения зависимости выходного сигнала от фазы измеряемого входного и, как следствие, низкая статическая точность поддержания выходного напряжения ин15вертора при использовании устройства для получения сигнала коррекции по нагрузочному току. Кроме того, устройство отличается сложностью схемы (14 операционных усилителей, 7 бло20ков нелинейности и ряд вспомогательных узлов).

Целью изобретения является повышение статической точности стабилизации выходного напряжения при сохранении быстродействия.

Цель достигается тем, что в устройстве для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора задатчик напряжения снабжен преобразователем тока в напряжение, фильт ром, двумя ячейками выборки-хране;ний, сумматором, квадратором и ис:точником опорного напряжения, причем преобразователь тока в напряжение присоединен к нагрузке инвертора, его выход через фильтр подключей к двум ячейкам-выборки-хранения, тактовые входы которых соединены с системой управления инвертора, выход первой ячейки непосредственно, а выход второй через квадратор подключены к сумматору, к которому подключен также источник .опорного напряжения, а выход сумматора является выходом задатчика напряжения. : На фиг. 1 изображена структурная ;схема устройства; на фиг, 2 - век:торная диаграмма напряжений на выходном фильтре при активно-индуктивной нагрузке, : Устройство содержит регулятор постоянного напряжения 1, выход ко;торого соединен с инвертором напряже НИН 2 с системой управления. Выход инвертора 2 подключен через фильтр тгеременного тока 3 к нагрузке 4„ В устройстве имеется задатчик напряжения 5, вход которого соединен с выходом нагрузки, а выход - с первым входом элемента сравнения 6. Два тактовых входа задатчика напряжения соединены с системой управления инвертора, второй вход элемента сравнения б соединен с выходом регулятора, а выход - с его управляющим входсям. Задатчик напряжения, предназначенный для выработки сигнала задакия, содержит преобразователь тока в напряжение 7, который соединен через фильтр 8 с ячейками выборки хранения 9 и 10. На сумматор 11 подаются сигналы с источника опорного напряжения 12 и через квадратор 13 с ячеек выборки-хранения. Выход сумматора является выходом задатчика напряжения. В качестве инвертора 2 может быть использован автономный однофазный нерегулируемый инвертор, осуществляющий преобразование постоянного напряжения в переменное прямоугольное с постоянным коэффициентом передачи.

выходной фильтр переменного тока выполняется по Г-образной структуре последовательный элемент - индуктивность., параллельный - резонансный параллельный LC-контур, осуществляю1дия| фильтрацию прямоугольного н:апряжёния инвертора. Нагрузка 4 - активног-индуктивная. в качестве преобразователя тока в напряжение 7 мо жет быть использован трансформатор тока, ко орый преобразует нагрузочный ток в сигнал.напряжения. Фильтр 8 служит для подавления импульсных помех и может быть реализован в вид

инерционного звена. Схема выборкихранения 9 предназначена для фиксации аналогового сигнала коррекции, соответствующего произведению величины нагрузочного тока на синус угла между этим током и выходным напряжением инвертора, в течение периода выходной частоты. Схема выборки-хранения 10 предназначена дл фиксации аналогового сигнала коррекции, соответствующего произведению величины нагрузочного тока на косинус угла между этим током и выходным напряжением инвертора. Квадратор 13 осуществляет возведение в квадрат сигнала, пропорционального произведению величины нагрузочного тока на косинус угла между этим током и выходным напряжением инвертора, и может быть реализован, например, диодной кусочно-линейной схемой, сумматор 11 осуществляет сложение сигналов, поступакядих с ячеек 9 и 11 и может быть реализован на операционном усилителе. Источник опорного напряжения 12 служит для задания выхопного напряжения при холостом ходе и реализуется на стабилитроне. Элемент сравнения 6 осуп ествляет сравнение постоянного напряжения, поступающего на вход инвертора 2 с выходным напряжением задатчика 5 и вырабатывает сигнал управления для регулятора 1 В качестве элемента сравнения б может быть использован операционный усилитель о I - .

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения:

Uj, - входное напряжение

тора 1;,

Ufg - выходное напряжение регулятора 1; U-rt - вектор первой гармоники

прямоугольного напряжения с выхода инвертора 2; Ugbix вектор выходного напряжения фильтра 3 - вектор па,цения напряжения

на фильтре 3;

IH вектор тока нагрузки; LfH угол между вектором тока нагрузки и вектором выходного напряжения фильтра 3; /1 - угол между вектором тока

нагрузки и вектором перво гармоники прямоугольного напряжения инвертора; Uj сигнал с выхода задатчика

напряжения;

Величина падения напряжения на фильтре 3 равна

. Ui. j Ьф ..., (1) где величина падения напряжени

на фильтре; IH- ток нагрузки;

u) - круговая частота инвертора; Lcp- последовательная индуктивность фильтра.

Из векторной.диаграммы (фиг. 2) величина первой гармоники прямоугольного напряжения на выходе инвертора

равна )г(1н« ЬфсозЛ)Ч-1„и)Ьфз1пЛ, (2)

где UTI - величина первой гармоники прямоугольного напряжения на выходе инвертора; Ufibtx выходное напряжение на

фильтре)

1н - ток нагрузки; I - круговая частота инвертора Ьф - последовательная индуктивность фильтра; Л - угол между вектором тока нагрузки и вектором первой гармоники прямоугольного напряжения инвертора.

Поскольку величина входного напряжения инвертора и величина первой гармоники прямоугольного напряжения на выходе инвертора связаны через постоянный коэффициент/ определяемый нерегулируемым автрномным инвертором напряжения, требуемый для стабилиза|ции выходного напряжения сигнал за;датчика определяется зависимость

(l4 cpcos Л UuJJLoiJbi Д

где и. - напряжение на выходе задатчика напряжения; k - коэффициент схемы инвертора 2; , UQ - требуемое значение выходного напряжения; 1ц - ток нагрузки; иО - круговая частота инвертора; Ьф- последовательная индуктивность фильтра; Л - угол между вектором тока

нагрузки и вектОЕЮм первой гармоники прямоугольного напряжения инвертора.

Коэффициент схемы инвертора рп- ределяется по формуле .

Ь k .. ., (4) где Uj - выходное напряжение регулятора 1;

/U-n/- величина напряжения первой гармоники прямоугольного напряжения с выхода инвертора 2.

Разлагая радикал в степенной ряд и пренебрегая членами высших порядков, получаем более простое вы1ражение для напряжения задатчика 5

0 А + BlrtSin Л- CdrtCOsAj. .. (5) где Uj - выходное напряжение задатчика;

fljbfC - постоянные коэффициенты; JH - ток нагрузки; Д- угол между вектором тока / нагрузки и вектором первой гармоники прямоугольного на пряжения инвертора.

Постоянные коэффициенты определяются по формуле

kU

0 /

(6):

ktfLcj),

(7)

ku) Let (8)

2Ue

Второе и третье слагаемое в формуле 5 являются сигналами коррекции по выходному возмущению и обеспечивают компенсацию падения напряжения на фильтре 3.

Устройство работает следующим образом.

Регулятор постоянного напряжения 1 изменяет величину поступающего на него входного напряжения в соответствии с сигнсшом рассогласования .поступающего с элемента сравнения 6 Постоянное выходное напряжение напряжения регулятора подается на инвертор 2, где преобразуется в прямоугольное переменное напряжение и после фильтрации в фильтре 3 подается на нагрузку 4. Сигнгш нагрузочного тока, протекакядий в выходных шинах преобразователя после трансформатора 7 проходит через фильтр 8 для подавления помех и вьеших гармоник, которые могут присутствовать в реальном нагрузочном токе, .Фазовых искажений на основной гармонике фильтр 8 практически не вносит. Тактовые импульсы выборки для ячеек выборки-хранения 9 и 10, длительностью порядка 0,01 периода частоты инвертора, фо1 «ируются в дискретной части системы управления инвертора и жестко привязаны к прямоугольному напряжению инвертора 2. Импульс С1 подается на ячейку 9 и формируется при перемене знака первой гармоники прямоугольного напряжения с выхода инвертора с плюса на минус, а импульс С2, подаваемый на ячейку 10, формируется при достижении максимума первой гармоникой того же напряжения. Мгновенные значения сигнала тока в момент действи С1 пропорциональны произведению нагрузочного тока на синус угла между этнм током и первой гармоникой прямоугольного напряжения инвертора 2, а в момент действия тактового импульса С2 - пропорциональны произведению нагрузочного тока на косинус угла между этим током и первой гармоникой прямоугольного напряжения. В связи с малой длительност тактовых импульсов эти мгновенные значения практически неискаженны и записываются в аналоговую память выборки-хранения 9 и 10,на выход которых получаются постоянные напряжения, пропорциональные соответствующим произведениям и обновляемы кгикдый период. Далее сигнал равный произаедению величины нагрузочного тока на косинус угла между вектором- этого тока и вектором первой гармоники прямоугольного напряжения инвертора 2 возводится в квадг рат блоком 13 и вместе с сигналом, равньзм произведению величины нагрузочного тока на синус -угла между вектором этого тока и вектором первой rat oHHKH прямоугольного напряжения инвертора 2 и опорным напряжением с источника 12 поступает на аналоговый сумматор 11, где вычисляетсясумма; сигналов с учетом коэффициентов формулы 5. При коммутации нагрузки 4 происходит изменение величины или фазы нагрузочного тока и с запазды ваннам не более одного периода обнаруживается устройством и как сигнал коррекции по нагрузке в виде напряжения выде1ется на регулятор 1, через элемент сравнения б, чем и достигается . сочетание точности и быстродействия поддержания напряжения неизменным на фильтре 3,

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить качество выходного напряжения стабилизированных автономных источников питания переменного тока. Повышение статической точности напряжения и сокращение длительности переходных процессов приводят к большему сроку службы питаемого электрооборудования, снижению эксплуатационных затрат, связанных с его ремонтом и снижению вероятности информационных |Сбоев по питанию в электронной аппаратуре, т.е. к повышению надежности работы потребителей энергии переменного-тока.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора с системой управления, содержащее регулятор постоянного напряжения, подключенный к входу инвертора р зад атчик напряжения, выхоД которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом регулятора постоянного напряжения, а выход - с его управляющим входом, отличающееся тем, что,

л с целью повышения статической точности стабилизации выходного напряжения при сохранении быстродействия, задатчик напряжения снабжен преобразователем тока в напряжение,фильтром,, двумя ячейками выборки-хранения, сумматором, квадратором и источником опорного напряжения, причем преобразователь тока в напряжение присоединен к нагрузке инвертора, его выход через фильтр подключен к двум ячейкам выборки-хранения, тактовые входы которых соединены с системой управления инвертора, выход первой ячейки непосредственно, а выход второй через квадратор подключены к cyt aTopyj f : которому подключен также источник опорного напряжения, а выход сумматора, является выходом задатчика напряжения .

0 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1 Пугачев Е.В. и Козелков Л.В, Многофункциональный тиристорный преобразователь IЭлектротехническая

с промышленность ,Сер. Преобразовательная техника , 1978, № 12,с, 18,

2. Егоров В.А, и др. Регулирование и стабилизация выходного напряжения инвертора напряжения. Сб. .Современные задачи преобразовательной техники ,К, 1975,ч. 4, с,157.