Способ дискретного регулирования напряжения

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1789985(51)М. Кл,6 05 в 5/00 с присоединением заявки РЙ Горударстееииый комитет СССР(26) Приоритет Опубликовано 23.12.80, Бюллетень Рй 47 ро делан изооретеинй и открытийДата опубликования описания 23.12.80(54) СПОСОБ ДИСКРЕТНОГО РЕГУЛИРОВА НИЯ НАПРЯЖЕНИЯ и 1,4). 1Изобретение относится к преобразова,нию параметров электроэнергии и может быть использовано в системах вторичного электропитания, в частности в регуляторах и стабилизаторах напряжения переменного, выпрямленного и постоянного тока. Известны способы регулирования напряжения путем дискретного изменения коэффициента передачи регулирующего органа в функции результата его сравнения с эталонным напряжением реализующие согласно заданному закону регулирования либо изменение чередования числа периодов фиксированных амплитудных значений напря 15 жения сети, получаемых с помощью трансформатора с отводами, либо коммутацию в моменты перехода рабочим током нулевого уровня регулировочных секций трансформаторного регулирующего органа, весо;- вые коэффициенты которых распределены равномерно, либо в соответствии с двоичным ипи троичным кодом 1,1,1, 21, В 1 2Недостатками известных способоврегулирования являются неудовлетворительные динамические характеристики и искажение формы выходного напряжения привоздействии дестабилизирующих факторовкак со стороны питающей сети, так и состороны нагрузки,Цель изобретения - улучшение динамических характеристик и формы выходногонапряжения регуляторов дискретного действия,Поставленная цель достигается тем,что при использовании известного способав качестве эталонных формируют два уровня напряжения, равных соответственномаксимальному и минимальному допустимым уровням выходного напряжения, определяемых заданной точностью регулирования, при этом коэффициент передачи регулирующего органа дискретного действияуменьшают либо увеличивают в случае отклонения текущего уровня выходного напряжения в сторону увеличения от максимально-допустимого, либо в сторону уменьше,ния от минимального допустимого его значения, определяемых указанными эталонными уровнями, до момента полной компенсации рассогласования на выходе регулятора. В случае регулирования напряжения переменного тока уровни эталонногонапряжения попучают путем формированиянапряжений требуемой, например синусоидальной формы с частотой и фазой, совпадающими с частотой и фазой напряжения сети,и амплитудой равной заданному значениюамплитуды выходного напряжения, с последующим смешением в противоположные сторойы относительно нулевого уровня на постоянный уровень, равный или несколько меньший ,заданной точности регулирования, а в случае регулирования напряжения выпрямленного или постоянного тока уровня эталонного напряжения формируют постоянными.На фиг. 1 приведена функциональная схъ 20ма реализации предлагаемого способа; нафиг, 2 - форма выходного напрякения переменного тока (толстая линия), в начальный момент одного из полупериодов которого произошло скачкообразное увеличение 25амплитуды напряжения сети (пунктирнаялиния); тонкими пиниями обозначены границы зоны допустимых значений выходного напряжения; на фиг. 3 - схема процесса регулирования напряжения переменного 30тока; на фиг. 4 - схема процесса динамического сглаживания пульсации трехфазного выпрямленного напряжения,Функциональная схема содержит регулирующий орган 1 дискретного действия(РОДА), реверсивный счетчик 2 импульсов (РСИ), трехпозиционный орган 3 сравнения (ТОС), формирователь 4 эталонныхнапряжений (ФЭН)высокочастотный генератор 5 тактовых импульсов (ГТИ) в 4 йслучае регулирования выпрямленного напряжения устройство также содержит выпрямитель 6,4частотой и фазой, напряжения сети. Два уровня эталонного напряжения с амплитудами Ц н ,с,и Онп,определяющие верхнюю и нижнюю границы зоны заданной точности регулирования (ЗЗТР), формируют путем смещения базового (не содержащего постоянной составляющей) эталонного синусоидапьного напряжения на постоянныйуровень, равный или несколько меньшийзаданной точности регулирования ОН) спротивоположными знаками. Формирование эталонного синусоидального напряжения синфазного с напряжением сети реализуется методами фазовой синхронизации генератора гармонических колебаний требуемой частоты с напряжением сети, либо путем фильтрации и астатического слежения за фазой входного напряжения с помощью перестраиваемых фильтров с последуюшей стабилизацией амплитуды эталонного напряжения. И нерционность дополнительных контуров автоматического регулирования фазы и амплитуды в узле формирования эталонного напряжения реализуется пренебрежимо малой относительно инерционности изменения фазы напряжения сети и, следовательно, практически не оказывает какого-либо влияния на характер динамических процессов основного контура регулирования,На фиг. 3 тонкими пунктирными линиями показано поле возможных дискретных уровней выходного напряжения, толстой пунктирной линией обозначен уровень возмущенного напряжения нагрузки (предполагается, что в начале текущего попупериода произошло скачкообразное увепичение амплитуды напрякения сети), тонкими сплошными пиниями - границы ЗЗТР. Вокрестности перехода через нулевой уровень текущее значение выходного напряжения находится- в пределах ЗЗТР, приэтом дискретная обратная связь в схеме на фиг, 1 размыкается, н выходное напря Суть предлагаемого способа регупиро вания заключается в реализации дискретного регулирования текущего уровня вход ного напряжения, основанного на сравнении последнего с текущими значениями двух специально формируемых уровней эталонного напряжения и использования результата сравнения в качестве информации управпения коэффициентом передачи регулирующего органа. форма эталонного напряжения определяется заданнойв общем случае произвольной, формой выходного напряжения (на фиг. 2 и 3 форма выходного напряжения предполагается синусоидапь,ной), а его частота и фаза совпадают с жение изменяется по синусоидапьному закону (в общем случае по закону изменения напряжения сети например как это имеет место в случае искаженной или специальных форм последнего) с коэффициентом передачи РОДД 1 устанавливакшегося к начальному моменту возмущающего воздействия (к концу предыдущего полу- периода на фиг. 3). В некоторый момент времени текущее значение выходного напряжения выходит за пределы ЗЗТР, что регистрируется ТОС 3, который разрешает прохождение высокочастотных импульсов ГТИ (фиг. З,б) на вычитающий вход РСИ 2. Каждый импульс, поступающий на тотипи иной вход РСИ, изменяет в соответствующую сторону запасенный в нем ходна единицу, РСИ. управляет ключевой системой РОЛЯ, который соответственнодискретно изменяет выходное напряжение 5в сторону уменьшения рассогласования сшагом квантования по уровню Ю,О ( 0 цВ общем случае импульсы ГТИ 5 поступают на один из входов РСИ 2 до тех пор, пока полностью не скомпенсируется 1 О рассогласование не выходе регулятора, после чего ТОС 3 запрещает прохождение тактовых импульсов на входные шины РСИ 2, и обратная связь контура регулирования разрывается до следующего отклонения 15 текущего уровня выходного напряжения за пределы ЗЗТР. В частном случае, рассмот - ренном на фиг. 3, уменьшение выходного напряжения на один дискретный уровень обеспечивает возвращение последнего в 20 пределы ЗЗТР на каждом интервале замыкания обратной связи, соответствующих моментам возникновения рассогласований относительно. верхней границы ЗЗТР, Компенсация возмущающих воздействий с про иэвольным начальным моментом или противоположным знаком рассогласования практически не отличается от процесса на фиг. 3,Регулирование выпрямленного или по стоянного напряжений с помощью регулято- ра дискретного действия (фиг. 4) отличается от рассмотренного выше процесса регулирования напряжения переменного тока лишь тем, что в этом случае ЗЗТР ограни-з 5 чивается постоянными уровнями эталонного напряжения Он,и Онс, формируемыми на выходе фЭН 4.динамические характеристики регуляторов напряжения зависят от приращения воз-щ мущающего воздействия за период следования тактовых импульсов, длительность которого в сторону уменьшения ограничивается в основном частотными свойствами используемых коммутирующих ключей регулируюшего органа. Использование современных высокочастотных транзисторов в качестве коммутирующих ключей РОЛЛ поз- воляет реализовать период тактовых импульсов в пределах до 1 мкс и менее, а так как реальные возмущения имеют конечную скорость изменения, то практически всегда реализуется процесс дискретного ,регулирования напряжения без динамического перерегулирования (фиг. 3).55 Таким образом, возможности предлагаемого способа регулирования позволЯют значительно улучшить динамические характеристики регуляторов напряжения с регулирующим органом дискретного действия,Регулирование текущего уровня позволяет также существенно улучшить форму выходного напряжения переменного тока при воздействии дестабилизируюцих факторов со стороны сети и нагрузки и получить низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения (практически 1% и менее) без использования громоздких реактивных сглаживающих фильтров, обычно используемых в регупируемых выпрямителях Коммутация силовых ключей регулирующего органа регуляторов осуществляется лишь в течение динамических процессов, в статическом же режиме коммутация силовых ключей отсутствует (фиг. 2), что дополнительно способствует улучшению формы выходного напряжения.формула изобретения1. Способ дискретного регулирования напряжения путем ступенчатого изменения коэффициента передачи регулирующего органа в функции результата его сравчения с эталонным, о т л и ч а ю ш и й - с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и формы выходного напряжения, в качестве эталонных формируют два уровня напряжения, равных соответственно максимадьному и минимальному допустимым уровням выходного напряжения, определенных заданной точностью регулирования, причем коэффициент передачи регулирующего органа дискретного действия уменьшают пибо увеличивают при отклонении текущего уровня выходного напряжения в сторону увеличения от максимально допустимого, либо в сторону уменьшения от минимально допустимого его значений, определенных указанными эталонными уровнями, до момента полной компенсации рассогласования на выходе регулятора,2,Способпоп. 1, отлича ю - щ и й с я тем, что эталонные уровни получают путем формирования напряжениятребуемой, например, синусондальной, формы. с частотой и фазой, совпадающими с частотой и фазой напряжения сети, и амплитудой, равной заданному значению амплитуды выходного напряжения, и его последующего смещения в противоположные стороны относительно нулевого уровня на постоянный уровень равный или меньший заданной точности регулирования.789985 7 3. Способ по и. 1, о .т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, при работе на нагрузку постоянного тока эталонные уров-.,ни-формируют постоянными. Истонники информации,принятые во внимание при экспертизе 1Авторское свидетельство СССР Ъ 325539, кл, й 05 Б 1/08, 1972, 82, Патент США М 3195038, 19 О 4, 3. Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении, М., Сов.радио" 1978.4. Епатовцев В. А. и др. Комбинированный стабилизатор напряжения с высоким КПД. - "Вопросы радиоэлектроникиф, Сер, ЭВТ, вып. 7, 1974.78 9985 Составитель Г; Мыпык ерный Техред М,Твбаковичорр. Решетн кто Заказ 904 илиал ППП "Патент,г. Ужгород, ул. Проектная, 4 49, Ти ВНИИПИ Г по дела3035, Моск раж 956осударственном изобретенийва, Ж, Ра Подписноео комитета С( СРи откртытийшская наб., д. 4/5