Устройство для управления автономным инвертором напряжения

(21) (22) (46) (72) (71) орде тиче (53) (56) В 98 и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР По ДЕЛАМ ИЗОВ ЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 3534281/24-0708.01.8307.05.84, Бюл. У 17Е.Е.Чаплыгин и Д.ГрабовецкаМосковский ордена Ленина и на Октябрьской Революции энерге" ский институт621.316,727 (088.8)1. Патент Великобритании 4576, кл. Н 2 Г, 1965.Авторское свидетельство СССР 1285, кл. Н 02 Р 13/18, 1976. (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕАВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, ржащее датчик выходного напряжеи источник управляющего напряжесвязанные через первый сумматор рвый интегратор с компаратором, рой сумматор, вход которого связан с источником управляющего напряжения, второй интегратор, накопительный элемент которого зашунтированключом, управляющая цепь которогосвязана с выходом компаратора, о тл и ч а ю щ е е с я тем что, сцелью улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертораи его регулировочных характеристик,введены КЯ-триггер, источник постоянного напряжения и дополнительныйкомпаратор, причем выходы основногои дополнительного компараторов связаны с входами КЯ-триггера, выходкоторого является выходом устройстваисточник постоянного напряжения через второй интегратор и непосредственно связан с входами второго сумматора, выход которого связан с аходом дополнительного компаратора.1 0.91 299 сумматора через дополнительный. ключи интегрирующий элемент связан с суммирующим входом второго интегратора,а управляющая цепь дополнительногоключа через пороговый блок связанас источником управляющего напряжения. 2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено пороговым блоком, дополнительным ключом и интегрирующим элементом,второй интегратор выполнен с суммирующим входом, причем выход второго 0 15 20 содержащее источники опорного и управ"25 ляющего напряжений, компаратор, два сумматора, два интегратора, накопительные элементы которых зашунтированы ключами, дополнительный сумматор, коммутирующий ключ и логический ин вертор. Устройство основано на синхрон. ном вертикальном принципе управления н обеспечивает устойчивую Работу ин- связан с входом дополнительного комвертора при возможности коррекции паратора.гармонического состава выходного напряжения за счет обратной связи Г 2.Недостатком устройства являетсястатический характер регулирования,вследствие которого появляется ошибка в воспроизведении спектром выход дополнительный ключ и интегрирующий Для повышения стабилизации частоты коммутации второй интегратор выполняется с суммирующим входом, а в устройство введены пороговый блок,элемент, причем выход второго сумматора через дополнительный ключ нинтегрирующий элемент связан с суммирующим входом второго интегратора, 5 а управляющая цепь дополнительного ного напряжения управляющего сигнала.Указанная ошибка ухудшает параметры выходного напряжения инвертора и при" водит к погрешностям в работе нагрузочных устройств. При работе инвертоИзобретение сотносится к электротехнике и предназначено для управления тиристорными или транзисторными автономными инверторами напряжения.Известно устройство для управления автономными инверторами напряжения с замкнутым контуром управления, обеспечивающее коррекцию возмущений, воздействующих на работу преобразователя (искажения питающего напряжения, коммутационные процессы, прерывистость токов и т.п,) Г 1 1Устройство с интегральным слежением обеспечивает устойчивую работу инвертора, ио вследствие асинхронного принципа работы средняя частота коммутации не синхронизирована с выходной частотой. Поэтому гармоники спектра выходного напряжения не имеют постоянных частот, что затрудняет построение фильтрукицих устройств.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления автономным инвертором напряжения,ра на Фильтры из-за статиэма системы в спектре выходного напряжения появляются низкочастотные составляющие, подавление которых фильтром затруднено (низкочастотные гармонические).Цель изобретения - улучшение гармонического состава выходного напряже ния инвертора н его регулировочных характеристик.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления автономным инвертором напряжения,содержащее датчик выходного напряжения и источник управляющего напряжения, связанные через первый сумматор и первый интегратор с компаратором, второй сумматор, вход которого связан с источником управляющего напряжения, второй интегратор, накопительный элемент которого зашунтирован первым ключом, управляющая цепь которого связана с выходом компаратора, введены КБ-триггер, выход которого является выходом устройстваисточник постоянного напряжения и дополнительный компаратор, причем выходы основного н дополнительного компараторов связаны с входами КЯ-триггера, выход которого является выходом устройства, источник постоянного напряжения через второй интегратор и непосредственно связан с входамн второго сумматора, выход которогоключа через пороговый блок связана с источником управляющего напряжения.На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений, 5Датчик 1 выходного напряжения и источник 2 управляющего напряжения через первый сумматор 3, первый интегратор 4, компаратор 5 связаны с К-входом КЯ-триггера 6. Источник 7 10 постоянного напряжения через второй интегратор 8, накопительный элемент которого эашуитирован первым ключом 9, и второй сумматор 10 связаны с дополнительным компаратором 1, к 15 выходу которого присоединен 8-вход КБ-триггера 6. Выход второго сумматора 10 через дополнительный ключ 12 и дополнительный интегрирующий элемент 13 связаны со вторым входом 20 второго интегратора 8, а источник; управляющего напряжения 2 через пороговое устройство 14 связан с управляющей цепью дополнительного ключа 12.На фиг. 2 временные диаграммы напряжений соответствуют: 15 - выходное напряжение инвертора,16 - управляющее напряжение, 17 - напряжение на входе дополнительного компаратора 11,18 - напряжение на выходе КЯ-триг гера 6.Принцип действия устройства заклю-: чается в следующем.Инвертор формирует однополярное на полупериоде выходное напряжение35 (диаграмма 15), один из фронтов которого формируется следящим каналом устройства, включающим датчик 1, источник 2, с выходом которых сигналы через сумматор 3 и интегратор 4 по,ступают на компаратор 5, выходной сигнал которого поступает на К-вход КВ-триггера, который формирует задний фронт выходного напряжения инвертора - моменты Е 0 Ф С 2С 4 и т.д, Работа следящего канала описы 45 вается зависимостью 50где К - коэффициент пропорциональ 0ности между амплитудами управляющегои выходного напряжений.Равенство среднеинтервальныхзначений выходного и управляющего 55напряжений определяют астатическийхарактер регулирования и его высокуюточность, при этом обеспечивается хороший гармонический состав выходного напряжения при воздействии на выходное напряжение инвертора любых возмущающих факторов.Остальные элементы устройства обеспечивают стабилизацию частоты коммутации по отношению к выходной частоте инвертора и устойчивость работы следящего устройства управления. При срабатывании компаратора 5 формируется задний фронт импульса выходного напряжения, в этот же момент начинается очередной этап работы второго интегра" тора 8 и после разрядки накопительного элемента через ключ 9 формируется линейно-падающее напряжение.Величина источника 7 постоянного напряжения 0 и постоянная времени интегратора 8 выбираются таким образом чтобы кривизна напряжения на выходе интегратора соответствовала уравнению (2)5= -1 кгде Б, амплитуда управляющего сигнала;"в оТк- интервал между одноименными коммутациями, усреднен"ный эа длительный промежуток времени.Дополнительный компаратор 1 1 .фиксирует на входе равенство нулю выражения11 - 8 ( - Е ) - Ц (Е ) = О.(3)При постоянном управляющем сигнале на выходе источника 2 из выражения (3) можно получить длительность интервала С - й 2)в/ С учетом выражения (1) (й) Т . Откуда следует, что интервал (й- -Г)сопзй, т.е. схема работает со стабильной частотой коммутации, что обеспечивает уменьшение перечня гармонических составляющих выходного напряжения, облегчает условия их подавления фильтрами, обеспечивает стабильность формы выходного напряжения на полупериоде и порядке переключения вентилей при реверсе направления выходного напряжения.При изменении управляющего сигнала во времени период повторения между одноименными фронтами изменяется пропорционально производной изменения управляющего сигнала. Анализ выражения (1) и (3) показывает, что это изменение определяется такжетекущим значением управляющего сигнала, Однако поскольку в автономных инверторах напряжения управляющий сигнал обладает симметрией, на всем периоде выходной частоты участки 5 положительных приращений интервалов между коммутациями уравновешиваются участками отрицательных приращений соответствующих интервалов.Таврим образом, в устройстве сред няя частота коммутации поддерживается постоянной, но осуществляется это параметрически. Отсутствие жестко заданного межкоммутационного интервала между коммутациями в системе, 15 т,е. асинхронный принцип ее работы обуславливает ее заметное преимущество перед синхронными системами замкнутого типа: в предлагаемой системе нет ограничений по устойчивости, так как 10 нет навязываемого системе программным путем периода повторения. При этом за счет параметрической стабилизации частоты система обладает дос-.оинствами синхронных систем. Р 5Параметрическая стабилизация частоты коммутации обеспечивает точность задания частоты коммутации, достаточ - ную для применения наиболее компактных выходньп Фильтров инверторсв на- Зб пряжения резонансного типа, Но в случае необходимости большей стабилизации устройство снабжается пороговым блоком 14, ключом 12 и интегрирующим элементом 13, Введение этих элементовабеснечивает стабилизацию Формы выходного напряжения путем введения астатической обратной связи, Пороговый блок 14 (например компаратор с постоянным порогом срабатывания) дС Фиксирует некоторое значение управляющего сигнала, например момент, близкий к переходу управляющего сиг- нала через ноль. Если в этот момент Формируются передний Фронт импульса, на выходе второго сумматора 1 Д нулевой сигнал, который переписывается в и.,тегрирующий элемент 13 и не воздействует на крутизну напряжения второго интегратора 8. Если же передний Фронт смещен относительно срабатывания порогового устройства, таненулевой сигнал с сумматора 10 будет записан в интегрирующем элементе 13 и вызовет изменение крутизны так,чторассогласование начнет уменьшаться до полного исчезновения. Таким образом, устанавливается оптимальный и стабильный алгоритм переключения силовых вентилей прн смене знака выходного напряжения и весьма точно стабилизируется отношение выходной частоты к средней частоте коммутации.Таким образом, изобретение содержит ряд преимуществ, свойственных системам различных типов. Как все следящие системы оно обеспечивает хороший гармонический состав выходного напряжения при наличии дестабилизирующих Факторов, повышенную точность и астатический характер регулировочных характеристик, При этом обладает неограниченным запасом усгойчивости присущим асинхронным сисгемам, однако в отличие от них имеет параметрическую стабилизацию отношения частоть.: коммутации к выходной частоте позволяющую использоть выходные Фильтры резонансного типа с улучшенными массогабаритными показателями, Следовательно, предлагаемое устройства уПравления позволяет улучшить гармонический состав выходного напряжения выходного напряжения, повысить стабильность регулировочных характеристик дает возможность снижения массогабаритньгх показателей сит лавой части за счет снижения массы Фильтров. Устройство состоит иэ сравнительно небольшога числа стандартных узлов. компактна реализуемьгх на микрогхе"ах1091299 11 Фиа Составитель О.Пар 4 еноваактор С.Юско Техред Л,Коцюбняк рректор С.Шекмар одписное тент", г. Ужгород, ул. Проектная,ал Заказ 3096/52 Тираж 667ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская иаб.,