Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

"аоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Новосибирский электротехнический институт(54)(57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержащий регулирующийорган, включенный между входным ивыходным выводами, блок импульснофазового управления, выход которогосоединен с входом управления регулирующего органа, первый сумматор,один из входов которого связан свыходным выводом,.а другой - с выходом первого источника опорного напряжения, о т л и ч.а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения со 8сети, улучшения формы выходного тка и увеличения максимального З(511 Н 02 М 5/257, Н 02 Р 13/30 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, Е 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 1128Изобретение относится к силовойпреобразовательной технике и можетбыть использовано для регулированияи стабилизации переменного напряжения, 5Известно устройство, содержащееисточник переменного напряжения(сеть), регулятор типа шнротноимпульсного преобразова.еля, включающий в себя систему импульсно-фазового 10управления (СИФУ), систему автоматического регулирования, состоящую издатчика действующего значения напряжения на нагрузке Я .Однако данное устройство позволяет регулировать напряжение на нагруз-ке до величины напряжения сети,сов у сети при работе этого устройства определяется параметрами нагрузки, глубиной регулирования и может 20иметь низкие значения.Наиболее близким к предложенномупо технической сущности является регулируемый преобразователь .переменного напряжения в переменное, содержащий регулирующий орган, включенный между входньм и выходным выводом, блок импульсно-фазового управления, выход которого соединен с входом управления регулирующего орга- З 0на, первый сумматор, один из входовкоторого связан с выходным выводом,а другой - с выходом первого источника опорного напряжения 21Однако известное устройство имеетнизкое качество тока в нагрузке приглубоком регулировании, совсетизависит от параметров активно-индук-,тивной нагрузки и глубины регулирования и может быть небольшой величины, максимальное значение напряженияна нагрузке ограничено величиной напряжения сети,Целью изобретения является улучше;яие Формы выходного тока, увеличе-45ние соз Ч сети и увеличение максимального напряжения на нагрузке,Поставленная цель достигаетсятем, что в регулируемом преобразователе переменного напряжения в переменное, содержащем регулирующийорган, включенный между входным ивыходным выводами, блок импульсноФазового управления, выход которогосоединен с входом управления регули- .55рующего органа, первый сумматор,,один из входов которого связан свыходным выводом, а другой - с выходом первого источника опорногонапряжения, регулирующий органвыполнен в .виде инвертора с обратнымидиодами и конденсатором, включеннымв цепь. постоянного тока, выводыпеременного. тока которого включеныв силовую цепь, введены датчик ам"плитуды первой гармоники, датчик напряжения на конденсаторе, генератор синусоидального сигнала,второйсумматор, второй источник опорногонапряжения, блок импульсно-фазового управления содержит широтно-импульсный модулятор, при этом датчик амплитуды первой гармоникивключен межпу выхопным выводом ипервым входом первого. сумматора.выход датчика напряжения на конденсаторе соединен с первым входомвторого сумматора, второй вход ко-.торого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, авыход - с входом управления фазой генератора синусоидального сигнала, выход первого сумматора соединен с входом управления амплитудой генератора синусоидального напряжения,выход которого соединен с входомблока импульсно-фазового управления;На фиг.1 представлена блок-схема устройства, на фиг.2 - принципиальная схема регулирующего органа. Устройство содержит источник.1переменного напряжения (сеть),регулирующий орган 2 со схемой управления, нагрузку 3, регулирующийорган 4, блок 5 импульсно-фазовогоуправления (БИФУ), генератор 6синусоидального напряжения, двувходовые сумматоры 7 и 8, датчик 9 амплитуды первой гармоники, датчик10 напряжения. на конденсаторе.Принципиальная схема регулирующего органа (фиг.2) включает бло- .ки 1,3,4 (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 диода15-18,конденсатор 19 в цепи постоянного тока инвертора,Устройство работает следующимобразом. Инвертор напряжения формируетна своих зажимах переменного тока3 11283напряжения У методом синусоидальной однополярной широтно-импульсной модуляции. Это обеспечиваетсяпри подаче в БИФУ 5 синусоидальногонапряжения от генератора 6 синусоидального напряжения, которое сравнивается с опорным треугольным напряжением в БИфУ и по моментамсовпадения вырабатываются импульсы. управления на вентили .11-14. Управ- Оляемые вентили 11-14 совместно собратными диодами 15-18 формируютизвестным образом напряжение инвертора Бч. Существенным является то,что напряжение инвертора (его первая 15гармоника Юц,) должно быть сдвинутона 90 эл.град. по отношению к токунагрузки, так как в звене постоянного тока инвертора нет активногоисточника постоянной ЭДС, а есть 20только заряженный конденсатор 19 и,значит, невозможно ни потребление,ни отдача активной мощности инвертором, т.е. инвертор работает в режиме источника реактивной мощности, 25дальнейшее приближение формы напряжения инвертора 04 к синусоидальнойможно обеспечить использованиемфильтра на выходе инвертора,1Требуемый сдвиг фазы напряжения ЗОинвертора по отношению к току нагрузки достигается тем, что в системерегулирования имеется контур отрицательной обратной связи по напряже-,нию на конденсаторе в цепи постоян- З 5ного тока инвертора. Он состоит издатчика мгновенного напряжения наконденсаторе 10, выход которого подключен к входу сумматора 8, надругой вход сумматора .поступает сиг Онал с выхода источника опорного напряжения Н, задающий уровень напряжения на конденсаторе. Выходсумматора 7 подключен к второмувходу генератора синусоидального 45напряжения, который управляет фазойзадающего синусоидального сигнала,используемого при формировании напряжения инвертора методом широтноимпульсной модуляции. Этот контур 50обратной связи обеспечивает постоянство напряжения на емкости, а значит, и Уц, 1 ).Допустим, что фазг между напряжением инвертора и током нагрузки мень оше 90 эл,град. (Ц 90 ), тогда токинвертора будет иметь активную иреактивную составляющие. Направления 50 4векторов 11 и активной составляющей тока 1, 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. (С) 90 ), то вектор 1 а противоположен по направлению вектору О,(1) 1). Инвертор будет потреблять активнуюмощность 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 устав" ки по напряжению на нагрузке У. С выхода. суыкатора 7 сигнал ошибки . поступает на первый вход генератора. синусоидального напряжения, управляющий амплитудой задающего синусоидального сигнала. В этом контуре осуществляется регулирование и стабилизация величины напряжения на нагрузке. Рассмотрим режим регулирования напряжения на нагрузке П. Регулировать 0 можно изменением величины уставки П . При изменении (увеличении) 0 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 соответствии с величиной уставки Б . Но изменившееся значение напряжейия инвертора приведет к изменению фазового сдвига между ЭС сети и напряжениемна нагрузке. Фазовый сдвиг междунапряжением инвертора и током отклонится от 90 эл.град. В соответстциис этим будет действовать. контурстабилизации фазового сдвига. Послеокончания переходных процессов на10нагрузке .установится заданное значение напряжения на нагрузке, сдвигфаз между напряжением инвертора итоком будет поддерживаться равным90 эл.град,15Рассмотрим режим стабилизацииП при изменении ЭДС сети, Изменение (уменьшение) ЭДС сети приведет"к тому,.что в первый момент уменьшится напряжение на нагрузке, сдатчика 9 сигнал меньшей величиныпоступит на вход сумматора 7, Притой же величине установки 0 на выходе 7 увеличится сигнал ошибки,который приведет к увеличению амплитуды модулирующего сигнала навыходе генератора синусоидапьногонапряжения, В результате увеличитсявеличина напряжения инвертора так,чтобы напряжение на нагрузке уста- З 0новилось в соответствии с величинойуставки. Подобно описанному изменится фазовый сдвиг между напряжением инвертора и током90 ).Контур стабилизацик фазового сдвига 35установит фазу равной 90 . Устройство будет поддерживать напряжениена нагрузке в соответствии с величиной уставки 0 .Улучшение качества тока в нагрузке в устройстве достигается за счет использования инвертора с ШИМ в качестве регулятора, так как частота пульсаций тока внагрузке 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 инверторокомпенсирует индуктивный характер нагрузки и приводит к опережающей фазе тока по отношению к ЭДС сети. Тем самым повышается значение соз Ч 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 активно- индуктивной нагрузки и улучшается значение соз(р 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.1128350 Составит Техред О чь И, ашнши едактор Т ышева аказ 9081/4 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, Ж-Зд. 4/ Ужгород,. ул. Проект Фили ППП "Патент",овинова Корректор С. Шекмар 66 Подписнонного комитета СССРтений и открылийРаушская наб.,