Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ , содержащий регулирующий орган, включенный между входным и выходным выводами, блок импульснофазового управления, выход которого соединен с входом управления регулирующего органа, первьй сумматор, один из входов которого связан с выходным выводом, а другой - с выходом первого источника опорного напряжения , отличающийся тем, что, с целью увеличения Ср9 р сети, улучшения формы выходного тока и увеличения максимального напряжения на нагрузке, регулирующий орган выполнен в виде инвертора с обратными диодами и., конденсато ром, включенным в цепь постоянного Тока, вьшоды переменного тока которого включены в силовую цепь, введены датчик амплитуды первой гармоники , датчик напряжения на конденсаторе , генератор синусовдального сигнала , второй сумматор, второй источник опорного напряжения, блок импульсно-фазового управления содержит широтно-импульсный модулятор, при этом датчик а.мплитуды первой гармоники включен между выходным вьгаодом и первым входом первого сумматора, выход датчика напряжения на конденсаторе соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход - с входом управления фазой генератора синусоидального сигнала, выход первого сумматора соединен с входом управления амплитудой генератора синусоидальйого напряжения, 1C выход которого соединен с входом 00 00 СП блока импульсно-фазового управления . о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ,РЕСПУБЛИК (1Е (11) (д1 Н 02 М 5/257, Н 02 P 13/30 «а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

""- ««.

««

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3450977/24-07 (22) 11.06.82 (46) 07. 12.84. Бюл. Р 45 (72) Г.С. Зиновьев, А.Н. Коновалов и Н.А. Красиков (71) Новосибирский электротехнический институт (53) 621. 314. 2 (088. 8) (56), 1. Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техники. M., "Высшая школа", 1980, с. 168.

2. "Преобразовательная техника", 1981,, к 7, с. 12. (54)(57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий регулирующий орган, включенный между входным и выходным выводами, блок импульснофазового управления, выход которого соединен с входом управления регулирующего органа, первый сумматор, один из входов которого связан с выходным выводом,.а другой — с выходом первого источника опорного напряжения, о т л и ч.а ю шийся тем, что, с целью увеличения CoS Q

1 сети, улучшения формы выходного тока и увеличения максимального напряжения на нагрузке, регулирующий орган выполнен в виде инвертора с обратными диодами и.конденсатором, включенным в цепь постоянного тока, выводы переменного тока которого включены в силовую цепь, введены датчик амплитуды первой гармоники, датчик напряжения на конденсаторе, генератор синусоидального сигнала, второй сумматор, второй источник опорного напряжения, блок импульсно-фазового управления содержит широтно-импульсный модулятор, при этом датчик амплитуды первой гарМоники включен между выходным выводом и первым входом первого сумматора, выход датчика напряжения на конденсаторе соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход — с входом, управления фазой генератора синусоидального сигнала, выход первого сумматора соединен. с входом управления амплитудой генератора синусоидальйого напряжения, выход которого соединен с входом блока импульсно-фазового управления.

350

1 1128

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования и стабилизации переменного напряжения. 5

Известно устройство, содержащее источник переменного напряжения (сеть), регулятор типа шнротноимпульсного преобразова.еля, включающий в себя систему импульсно-фазового f0 управления (СИФУ), систему автоматического регулирования, состоящую из датчика действующего значения напряжения на нагрузке (ff, Однако данное устройство позволя- 15 ет регулировать напряжение на нагруз- ке до величины напряжения сети, cos у сети при работе этого устройства определяется параметрами нагрузки, глубиной регулирования и может 20 иметь низкие значения.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является регулируемый преобразователь .переменного напряжения в переменное, содер- 25 жащий регулирующий орган, включенный между входньм и выходным выводом, блок импульсно-фазового управления, выход которого соединен с входом управления регулирующего орга- Зр на, первый сумматор, один из входов которого связан с выходным выводом, а другой - с выходом первого источника опорного напряжения (2) .

Однако известное устройство имеет низкое качество тока в нагрузке при глубоком регулировании, сов < сети зависит от параметров активно-индук-, тивной нагрузки и глубины регулирования и может быть небольшой величи- 4О ны, максимальное значение напряжения на нагрузке ограничено величиной напряжения сети.

Целью изобретения является улучше.ние формы выходного тока, увеличе- 45 ние cos (f сети и увеличение максимального напряжения на нагрузке.

Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом преобразователе переменного напряжения в пере- 50 менное, содержащем регулирующий орган, включенный между входным и выходным выводами, блок импульснофазового управления, выход которого соединен с входом управления регули- .55 рующего органа, первый сумматор, .один as входов которого связан с выходным выводом, а другой — с выходом первого источника опорного напряжения, регулирующий орган выполнен в .виде инвертора с обратными диодами и конденсатором, включенным в цепь постоянного тока, выводы переменного. тока которого включены в силовую цепь, введены датчик амплитуды первой гармоники, датчик напряжения на конденсаторе, генератор синусоидального сигнала,второй сумматор, второй источник опорного напряжения, блок импульсно-фазового управления содержит широтно-импульсный модулятор, при этом датчик амплитуды первой гармоники включен между выходным выводом и первым входом первого. сумматора. выход датчика напряжения на конденсаторе соединен с первым входом второго сумматора, второй вход ко-торого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а выход — с входом управления фазой генератора синусоидального сигнала, выход первого сумматора соединен с входом управления амплитудой генератора синусоидального напряжения, выход которого соединен с входом блока нмпульсно-фазового управления;

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, на фиг.2 — принципиальная схема регулирующего органа.

Устройство содержит источник.1 переменного напряжения (сеть), регулирующий орган 2 со схемой управления, нагрузку 3, регулирующий орган 4, блок 5 импульсно-фазового управления (БИФУ), генератор 6 синусоидального напряжения, двувхо-. довые сумматоры 7 и 8, датчик 9 амплитуды первой гармоники, датчик

10 напряжения. на конденсаторе.

Принципиальная схема регулирующего органа (фиг.2) включает бло-ки f 3,4 (фиг. 1), регулирующий орган выполнен в виде инвертора содержащего четыре полностью управляемых вентиля 1 1-14 (транзисторы, двухоперационные тиристоры, тиристоры с узлами искусственной коммутации), четыре обратных диода

15-18,конденсатор 19 в цепи постоянного тока инвертора.

Устройство работает следующим образом.

Инвертор напряжения формирует на своих зажимах переменного тока

3 11283 напряжения U методом синусоидальной однополярной широтно-импульсной модуляции. Это обеспечивается при подаче в БИФУ 5 синусоидального напряжения от генератора 6 синусоидального напряжения, которое сравнивается с опорным треугольным напряжением в БИФУ и по моментам совпадения вырабатываются импульсы . управления на вентили 11-14. Управ- !О ляемые вентили 11-14 совместно с обратными диодами 15-18 формируют известным образом напряжение инвертора U . Существенным является то, что напряжение инвертора (его первая гармоника Уц,) должно быть сдвинуто на 90 эл.град. по отношению к току нагрузки, так как в звене постоянного тока инвертора.нет активного источника постоянной ЭДС, а есть 20 только заряженный конденсатор 19 и, значит, невозможно ни потребление, ни отдача активной мощности инвертором, т.е. инвертор работает в режиме источника реактивной мощности, 25 дальнейшее приближение формы напря.жения инвертора U4 к синусоидальной можно обеспечить использованием

I фильтра на выходе инвертора, 1.

Требуемый сдвиг фазы напряжения ЗО инвертора по отношению к току нагрузки достигается тем, что в системе регулирования имеется контур отрицательной обратной связи по напряже-, нию на конденсаторе в цепи постоянного тока инвертора. Он состоит из датчика мгновенного напряжения на конденсаторе 10, выход которого подключен к входу сумматора 8, на другой вход сумматора .поступает сиг- 40 нал с выхода источника опорного напряжения U задающий уровень напряжения на конденсаторе. Выход сумматора 7 подключен к второму входу генератора синусоидального 45 напряжения, который управляет фазой задающего синусоидального сигнала, используемого jlpH формировании напряжения инвертора методом широтноимпульсной модуляции. Этот контур 50 обратной связи обеспечивает постоянcTBQ напряжения на емкости, а значит, и U, f1).

Допустим, что фазг между напряжением инвертора и током нагрузки мень-55 о ше 90 эл.град. (g 90 ), тогда ток инвертора будет иметь активную и реактивную составляющие. Направления

50 4 векторов $1) и активной составляющей тока Ig совпадают. Инвертор будет отдавать мощность в нагрузку, что приведет к уменьшению напряжения на конденсаторе и по контуру обратной связи вызовет изменение управляющего сигнала на втором входе генератора синусоидального напряжения. Отрицательная обратная связь изменяет фазу модулирующего сигнала (увеличивает) так, что фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током стремится к 90 эл.град.

Если же сдвиг фаз между напряжением инвертора и током больше

90 эл.град. (Cp 90 ), то вектор 1д противоположен по направлению вектору Н (1) $1) . Инвертор будет потреблять активную мощность от цепи переменного тока. Это приведет к увеличению напряжения на конденсаторе, что уменьшит задание по фазе на втором входе генератора синусоидального напряжения, фаза модулирующего синусоидального сигнала уменьшится. Это вызовет изменение фазы напряжения инвертора.

Таким образом, фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током будет поддерживаться равным

90 эл.град.

Второй контур обратной связи включает в себя датчик 9 амплитуды первой гармоники, подключенный к входу сумматора 7, на другом входе которого присутствует сигнал уставки по напряжению на нагрузке U . С выхода. сумматора 7 сигнал ошибки поступает на первый вход генераторасинусоидального напряжения, управляющий амплитудой задающего синусоидального сигнала. В этом контуре осуществляется регулирование и стабилизация величины напряжения на нагрузке.

Рассмотрим режим регулирования напряжения на нагрузке U . Регулировать U можно изменением величины уставки U . При изменении (увеличении) U на выходе сумматора 7 увеличивается сигнал ошибки, кото рый приводит к увеличению амплитуды модулирующего синусоидального сигнала. Возросший модулирующий сигнал вызовет увеличение напряжения инвертора. Это приведет к увеличению ,напряжения на нагрузке. Напряжение на нагрузке установится в соответ1128350 ствии с величиной уставки U . .Ho изменившееся значение напряжейия инвертора приведет к изменению фазового сдвига между ЭС сети и напряжением на нагрузке. Фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током отклонится от 90 эл.град. В соответстции с этим будет действовать. контур стабилизации фазового сдвига. После l0 окончания переходных процессов на нагрузке .установится заданное значение напряжения на нагрузке, сдвиг фаз между напряжением инвертора и током будет поддерживаться равным

90 эл.град.

Рассмотрим режим стабилизации

U при изменении ЭДС сети. Изменение (уменьшение) ЭДС сети приведет

"к тому,.что в первый момент уменьшится напряжение на нагрузке, с датчика 9 сигнал меньшей величины поступит на вход сумматора 7. При той же величине установки U< на выходе 7 увеличится сигнал ошибки, который приведет к увеличению амплитуды модулирующего сигнала на выходе генератора синусоидального напряжения. В результате увеличится величина напряжения инвертора так, чтобы напряжение на нагрузке установилось в соответствии с величиной уставки. Подобно описанному изменится фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током (Q j90 ).

Контур стабилизацик фазового сдвига ЗЗ установит фазу равной 90 . Устройство будет поддерживать напряжение на нагрузке в соответствии с величиной уставки U .

Улучшение качества тока в нагруз- 4О ке в устройстве достигается за счет использования инвертора с ШИМ в качестве регулятора, так как частота пульсаций тока в нагрузке определяется частотой коммутации инвертора, а эта частота существенно больые частоты сети (и частоты пульсаций при базовом управлении), следовательно, ток в активно-индуктивной нагрузке" будет лучше сглажен, амплитуда пульсаций уменьшится. Ток в нагрузке получается лучшего качества.

Так как напряжение инвертора отстает от тока на 90, то инвертор о компенсирует индуктивный характер нагрузки и приводит к опережающей фазе тока по отношению к ЭДС сети.

Тем самым повышается значение соз Cg сети.

Увеличение напряжения на нагрузке достигается при увеличении выходного напряжения инвертора, причем максимальное значение определяется воэможностями инвертора, т.е. в устройстве можно получить напряжения на нагрузке больше, чем величина ЭДС сети.

В предлагаемом изобретении.инвертор напряжения с ШИМ работает в режиме источника реактивной мощности, при этом происходит компенсация части реактивной мощности активноиндуктивной нагрузки и улучшается значение cos(p питающей сети.

Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет получить выхддное напряжение на нагрузке, превышающее величину ЭДС сети, за счет того,что напряжение на нагрузке есть геометрическая сумма векторов ЭДС сети и выходного напряжения инвертора. .1

1128350

0N СФ

Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыгий

113035> Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9081/42

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,. ул. Проектная,4

Ь

Составитель И. Головинова

Редактор Т. Кугрышева Техред О. Вашишина Корректор С. Шекмар