Устройство для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора

(22) Заявлено 250480 (21) 2942034/24-07 31) М. КП.З с присоединением заявки Йо(23) Приоритет С 05 Р 1/64Н 02 Р 13/16 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(088. 8) Опубликовано 150482 Бюллетень Йо 14 Дата опубликования описания 15.04.82(72) Авторыизобретения Н.Г.Алферов,В.И,Мамонтов,Ю.К.Розанов и А.М,С ХйнийЬЬ.Московский дважды ордена Трудового Красного Знаменипрожекторный завод(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНО 1 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 НС-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 ЙС-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 которогосоединен с первым входом элементасравнения, второй вход которого соединен с выходом регулятора постоянного напряжения, а выход - с егоуправляющим входом 21.10Недостатком этого устройства является невозможность получения зависимости выходного сигнала от фазыизмеряемого входного и, как следствие, низкая статическая точностьподцержания выходного напряжения ин вертора при использовании устройствадля получения сигнала коррекции понагруэочному 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 сохра ненни быстродействия.Цель достигается тем, что в устройстве для стабилизации выходногонапряжения автономного инвертора эадатчик напряжения снабжен преобра зователем тока в напряжение, фильт 920 б 77ром, двумя ячейками выборки-хранения, сумматором, квадратором и источником опорного напряжения, причем преобразователь тока в напряжение присоединен к нагрузке инвертора, его выход через фильтр под 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. 15На Фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на Фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений на выходном Фильтре при активно-индуктивной нагрузке, 20Устройство 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 40 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 том передачи.Вь 1 ходной фильтр переменного тока выполняется по Г-образной структуре, последовательный элемент - индуктивность., параллельный - резонансный параллельный ЬС-контур, осуществляющи фильтрацию прямоугольного напряжения инвертора, Нагрузка 4 - ак" тивно-.индуктивная. В качестве преобразователя тока в напряжение 7 мо60 жет быть использован трансформатор тока, который преобразует нагрузочный ток в сигнал. напряжения. Фильтр 8 служит для йодавления импульсных помех и может быть реализован в виде) 65 инерционного звена. Схема выборки- хранения 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, диоднойкусочно-линейной схемой, Сумматор 11 осуществляет сложение сигналов, поступающих с ячеек 9 и 11 и может быть реализо" ван на операционном усилителе. Источник опорного напряжения 12 служит для задания выхопного напряжения при холостом ходе и реализуется на стабилитроне, Элемент сравнения б осуществляет 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 обозначения:входное напряжение регуля"тора 1;0 у - выходное напряжение регулятора 1;цп " вектор первой гармоникипрямоугольного напряженияс выхода инвертора 2;Бвь - вектор выходного напряжения Фильтра 3;01 - вектор падения напряженияна Фильтре 3;1 н - вектор тока нагрузки;Чн - угол между вектором токаНагрузки и вектором выходного напряжения Фильтра 31угол между вектором токанагрузки и вектором первойгармоники прямоугольногонапряжения инвертора;Б - сигнал с выхода задатчиканапряжения;Величина падения напряжения на Фильтре 3 равнаО, =13 Ьф ео (1) где 13. - величина падения напряженияна Фильтре;1- ток нагрузки;(8) Втор муле 5 ции по печиваю жения нУстр образом Форрекобесапряое и третье слагаемоеявляются сигналами квыходному возмущениют компенсацию паденияа фильтре 3.ойство работает следующи м Регулятор постоянного напряжени1 изменяет величину поступающегона него входного напряжения в соответствии с сигналом рассогласования,поступающего с элемента сравнения 6.Постоянное выходное напряжение на 20 пряжения регулятора подается на инвертор 2, где преобразуется в прямоугольное переменное напряжениеи после фильтрации в Фильтре 3 подается на нагрузку 4Сигнал нагру 5 зочного тока, протекающий в выходных шинах преобразователя послетрансформатора 7 проходит черезфильтр 8 для подавления помех и высших гармоник, которые могут присутн оЦс р 3) 3 ствовать в реальном нагрузочном токе.,фазовых искажений на основнойат- гармонике фильтр 8 практически невносит, Тактовые импульсы выборкио- для ячеек выборки-хранения 9 и 10,длительностью порядка 0,01 периодачастоты инвертора, Формируются вдискретной части системы управленияинвертора и жестко привязаны к пряра; моугольному напряжению инвертора 2.в Импульс С 1 подается на ячейку 9 и40 формируется при перемене знака первой гармоники прямоугольного напряйження с выхода инвертора с плюсана минус, а импульс С 2, подаваемыйна ячейку 10, формируется при дос-,45 тижении максимума первой гармоникойтого же напряжения. Мгновенные значения сигнала тока в момент действияС 1 пропорциональны произведению нагруэочного тока на синус угла между этим током и первой гармоникойпрямоугольного напряжения инвертора 2, а в момент действия тактового импульса С 2 - пропорциональныпроизведению нагрузочного тока накосинус угла между этим током и первой гармоникой прямоугольного напряжения, В связи с малой длительностьк(5) тактовых импульсов эти мгновенныет- эначения практически неискаженны изаписываются в аналоговую память яче.Я ек выборки-хранения 9 и 10,на выходекоторых получаются постоянные напряжения, пропорциональные соответствующим произведениям и обновляемыекаждый период. Далее сигнал рав 65 ный произведению величины нагрузочтока наервойного наыходе задРмы инвер окаервоого п(4) жение регуляжения первой оугольного ыхода инверна нап ики пр ения с вы 5 тором токатором первойоугольного натора. в пр нво - круговая частота инвертора; Ьср- последовательная индуктиввость фильтра.Из векторной. диаграммы (фиг. 2) величина первой гармоники прямоугольного напряжения на выходе инвертора рави ОььфФЭ 8 ъж- (1 ФЬсрсоэ Л) 1 ф Ьфв 1 пй, (2) где (1 п - величина первой гармоникн прямоугольного напряжения на выходе инвертора; Б - выходное напряжение нафильтре) 1 н - ток нагрузки; Ю " круговая частота инвертора; Ь( - последовательная индуктивность Фильтра; . - угол между вектором грузки и вектором п гармоники прямоуголь пряжения 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 стабилизации выходного напряжения сигнал за.датчика определяется зависимость где 0 " напряжение на вчика напряженияК - коэффициент схетра 2;. ьБб - требуемое значение выходного напряжения 11 И - ток нагрузки;О - круговая частота инвертоЬФ - последовательная нндуктиность Фильтра;А - угол между вектором тнагрузки и вектором пгармоники прямоугольннапряжения инвертора.КоэФФициент схемы инвертора оределяется по формулеа к = ц/ф,где Он " выходное напрятора 1;/б/- величи рягармон ямнапряж втора 2.Разлагая радикал в степеннойряд и пренебрегая членами высшихпорядков, получаем более простоеражение для напряжения задатчика)н " ток нагрузки;Л - угол между векнагрузки и екгармоники лмпряжения и ер Постоянные коэффициенты определяются по формулеА = )СУр е.уного тока на косинус угла между вектором этого тока и вектором первойгармоники прямоугольного напряжения инвертора 2 возводится в квад-.рат блоком 13 и вместе с сигналом,равным произведению величины нагрузочного тока на синус угла между вектором этого тока и вектором первойгармоники прямоугольного напряженияинвертора 2 и опорным напряжением систочника 12 поступает на аналоговыйсумматор 11, где вычисляется суммасигналов с учетом коэффициентов формулы 5, При коммутации нагрузки 4происходит изменение величины илиФазы нагрузочного тока и с запазды.ванием не более одного периода обнаруживается устройством и как сигнал коррекции но нагрузке в виде напряжения выдается на регулятор 1,через элемент сравнения б, чем идостигается сочетание точности ибыстродействия поддержания напряжения неизменным на фильтре 3,Использование предлагаемогоустройства позволяет повысить качество выходного напряжения стабилизированных автономных источниковпитания переменного тока. Повышениестатической точности напряжения исокращение длительности. переходныхпроцессов приводят к большему срокуслужбы питаемого электрооборудования, снижению эксплуатационных затрат, связанных с его ремонтом и,знижению вероятности информационныхсбоев по питанию в электронной аппаратуре, т.е. к повышению надежности работы потребителей энергиипеременного тока.Формула изобретенияУстройство для стабилизации выходного напряжения автономного инвертора с системой управления, содержащее регулятор постоянного напряжения, подключенный к входу инверторазадатчик напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй входкоторого 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 быстродействиязадатчик 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 под 20 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 напряжения30 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 Пугачев Е.В, и Козелков Л.В.Многофункциональный тиристорный преобразовательЭлектротехническаяпромышленность,Сер.фПреобразовательная техника, 1978, Р 12,с. 18,2. Егоров В.А. и др. Регулирование и стабилизация выходного напряжения инвертора напряжения. Сб.Зака н илиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектна 2341/54 Тираж 908 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретений 113035, Москва, 3-35, Ра