Устройство для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора

Устройство для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

4:оюз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 250480 (21) 2942034/24-07 Р1) М Кд с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 05 F 1/64

Н 02 Р 13/16

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

РЗ) УДК621. 316 ° 727 (088. 8) Опубликовано 150482 Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 15.04.82 (72) Авторы изобретения

Н.Г.Алферов,В.И.Мамонтов, Ю.К.Розанов и A.М.С Х»йний

I »»

» ьь,»,„» „

Московский дважды ордена Трудового Красного Знамени прожекторный завод (71) Заявитель

L (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЦИЗАЦИИ ВЫХОДНО1 О

НАПРЯЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА

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, нагруженный на резистор выпрямительный мост и сглаживающий 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 выходного напряжения автономного инвертора с системой управления, содержащее регулятор постоянного напряже-ния, подключенный к входу инвертора, эадатчик 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 является невозможность получения зависимости выходного сигнала от фазы измеряемого входного и, как следствие, низкая статическая точность подцержания выходного напряжения ин15 вертора при использовании устройства для получения сигнала коррекции по нагруэочному току. Кроме того, устройство отличается сложностью схемы (14 операционных усилителей, 7 блоков нелинейности и ряд вспомогательных узлов).

Целью изобретения является повышение статической точности стабилизации выходного напряжения при сохра25 ненни быстродействия.

Цель достиraeтся тем, что в устройстве для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора эадатчик напряжения снабжен преобра30 зователем тока в напряжение, фильт920б 77

::ром, двумя ячейками выборки-хранения, сумматором, квадратором и источником опорного напряжения, причем преобразователь тока в напряжение присоединен к нагрузке инвертора, его выход через фильтр под- 5 ключен к двум ячейкам выборки-хранения, тактовые входы которых соединены с системой управления инвертора, выход первой ячейки непо - средственно, а выход второй через 10 квадратор подключены к сумматору, к которому подключен также источник .опорного напряжения, а выход сумматора является выходом эадатчика напряжения. 15

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — векторная диаграмма напряжений на выходном Фильтре при активно-индуктивной нагрузке. 20

Устройство содержит регулятор постоянного напряжения 1, выход которого соединен с инвертором напряже- ния 2 с системой управления. Выход инвертора 2 подключен через фильтр переменного тока 3 к нагрузке 4. В устройстве имеется задатчик напряжения 5, вход которого соединен с выхоцом нагрузки, а выход — с первым входом элемента сравнения б, Два тактовых входа задатчика напряжения соединены с системой управления инвертора. Второй вход элемента сравнения б соединен с выходом регулятора, а выход — с его управляющим входом. Задатчик напряжения, предназначенный для выработки сигнала задания, 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 45 может быть использован автономный однофазный нерегулируемый инвертор, осуществляющий преобразование постоянного напряжения в переменное прямоугольное с постоянньм коэффициен- $Q том передачи.

Выходной фильтр переменного тока выполняется по Г-образной структуре, последовательный элемент — индуктивность, параллельный — резонансный параллельный LC-контур, осуществляющи фильтрацию прямоугольного напряжения инвертора. Нагрузка 4 — активно-.индуктивная. В качестве преобразователя тока в напряжение 7 мо о0 жет быть использован трансформатор тока, который преобразует нагрузочный ток в сигнал. напряжения. Фильтр

8 служит для йодавления импульсных помех и может быть реализован в виде1 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 для 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, поступающих 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 б осук(ествляет сравнение постоянного напряжения, поступающего на вход йнвертора 2 с выходным напряжением задатчика 5 и вырабатывает сигнал управления для регулятора 1.

В качестве элемента сравнения б может быть использОван операционный усилитель. !

На Фиг. 1 и 2 приняты следующие обоз н ачени я: входное напряжение регуля": тора 1;

Up11 — выходное напряжение регулятора l;

U - вектор первой гармоники прямоугольного напряжения с выхода инвертора 2;

05ь!х — вектор выходного напряжения фильтра 3;

Uii, - вектор падения напряжения на Фильтре 3; вектор тока нагрузки; угол между вектором тока

Нагрузки и вектором выходного напряжения Фильтра 31 угол между вектором тока нагрузки и вектором первой гармоники прямоугольного напряжения инвертора;

U - сигнал с выхода задатчика напряжения;

Величина падения напряжения на

Фильтре 3 равна

Ьф ° ° o (1) где U>- величина падения напряжения на фильтре;

I„- ток нагрузки;

9206 77

+ 4 4+ 51 Д(3

О) - круговая частота инвертора;

Lqr- последовательная индуктивность фильтра.

Из векторной. диаграммы (фиг. 2) величина первой гармоники прямоугольного напряжения на выходе инвертора рави и Й)цъ,„- (Х„ЮТрсоэ Л) 1ф?фв1Ы, (2) где Un - величина первой гармоникн прямоугольного напряжения на выходе инвертора;

Ug „- выходное напряжение на

Фильтре)

Хн — ток нагрузки;

- круговая частота инвертора;

I,g — - последовательная индуктивность фильтра; .Д вЂ” 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 автономным инвертором напряжения, требуемый для стабилиза1ции выходного напряжения сигнал за .датчика определяется зависимость где U> - напряжение на выходе задатчика напряжения; — коэффициент схемы инвертора 2: ь 00 - требуемое значение выходного напряжения;

Хи - ток нагруэкиу

Ut) — круговая частота инвертора;

L - последовательная индуктивность Фильтра;

A. — угол между вектором тока нагрузки и вектором первой гармоники прямоугольного напряжения инвертора.

КоэфФициент схемы инвертора определяется по формуле а k = Ug/ф-п ..., (4) где Ug - выходное напряжение регулятора 1;

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

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

U3= A + BI sin Л- С(1нсозЛ) . ° . (5) где U - выходное напряжение задатчика; (),Si(. - постоянные коэффициенты;

3н " ток нагрузки;

A - "угол между вектором тока нагрузки и вектором первой гармоники прямоугольного на пряження инвертора.

) 3

Постоянные коэффициенты определяются по формуле

А = kU@ (6) B = klyLe (7)

С (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 сигналом 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 ° Сигнал нагрузочного тока, протекающий в выходных шинах преобразователя после трансформатора 7 проходит через фильтр 8 для подавления помех и высших 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, формируются в дискретной части системы управления инвертора и жестко привязаны к прямоугольному напряжению инвертора 2.

Импульс Cl 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 дос-. тижении максимума первой гармоникой того же напряжения. Мгновенные значения сигнала тока в момент действия

Cl пропорциональны произведению нагруэочного тока на синус угла между этим током и первой гармоникой прямоугольного напрлжения 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 длительностьк тактовых импульсов эти мгновенные значения практически неискаженны и записываются в аналоговую память ячеек выборки-хранения 9 н 10,на выходе которых получаются постоянные на« пряжения, пропорциональные соответствующим произведениям и обновляемые каждый период. Далее сигнал равный произведению величины нагрузоч920б 77 ного тока на косинус угла между век тором этого тока и вектором первой гармоники прямоугольного напряжения инвертора 2 возводится .в квад-. рат блоком 13 и вместе с сигналом, равным произведению величины нагрузочного тока на синус угла между век. тором этого тока и вектором первой гармоники прямоугольного напряжения инвертора 2 и опорным напряжением с источника 12 поступает на аналоговый сумматор 11, где вычисляется сумма сигналов с учетом коэффициентов формулы 5. При коммутации нагрузки 4 происходит изменение величины или

Фазы нагрузочного тока и с запазды. ванием не более одного периода обнаруживается устройством B как сигнал коррекции но нагрузке в виде напряжения выдается 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

=нижению 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, 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 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 инвер" тора, его выход через фильтр под20 хлючен 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 опор. ного напряжения, а выход сумматора. является выходом задатчика напряжения °

30 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Пугачев Е.В. и Козелков Л.В.

Многофункциональный тиристорный преобразователь Ýëåêòðoòåõíè÷åñêàÿ промышленность,Сер. Преобразовательная техника, 1978, Р 12,с. 18, 2. Егоров В.A. и др. Регулирование и стабилизация выходного напряжения инвертора напряжения. Сб. . Современные задачи преобразовательной техники,К. 1975,ч. 4, с.157.

920б 77

Составитель В.БунаковРедактор М.Товтин Техред Т. Маточка Корректор М.Демчнк

Заказ 2341/54 Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета, СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, й-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4