Способ преобразования постоянного напряжения в стабилизированное синусоидальное напряжение

СООЗ СОВЕТСКИХСЕВИИОЪЧЕСиниРЕСПУБЛИН аа ои 1995 А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ур 9ФО но 6 ь%ой реакто- роГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР Мф 366536, кл. Н 02 М 7/537, 1973,2. Авторское свидетельство СССР Яф 571866, кл. Н 02 М 7/537, 1977, .(54)(5) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГОНАПРЯЖЕНИЯ В СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ СИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ путем преобразования постоянного напряжения в модулированное по длительности прямоугольное напряжение посредством инвертора с последующим нелинейным преобразованием посредством феррорезонансного стабилизатора модулированного прямоугольного напряжения в синусоидальное напряжение, в зависимости от величины сигнала обратной связи которого осуществляют широтную модуляцию прямоугольного напряжения, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества и надежности преобразования путем улучшения динамических характеристик устройств, реализующих способ, сравнивают длительность модулированных импульсов э(д) Н 02 М 7/48 б 05 Р 3/06 прямоугольного напряжения с полупериодом выходного переменного напряжения и при достижении критическогоугла широтного регулирования,определяемого выражением уменьшают величину сигнала освязи по выходному напряжениюгде число витков, сечение сердечника и средняя длина магнитнлинии дросселя нелинейного рактора;емкость конденсатора нелинейного реактора;коэффициент, определяемый материалом сердечника;проводимости нелинейноготора и нагрузки;индуктивность линейного реактора;амплитудное значение и часта напряжения на входе феррезонансного регулятора,%5методом медленуд уравненияелинейной сисно меняющихс ний оаланса напря темы регулиро ни эвестныи спас реобразованияуменьшить потеь точность стаапряжения 1. 2 ,32 1 ЬИ 2й 8-- ,фсН,со 5 К в 1 п+ напряжения нозволяе ри мощности и повыс билизации выходного.М )+с 053 ССВ и 3 ко применениеания напряжени ух систем ре - широтнонапряжения,гнала обратинейному зазмерения гулиро импуль ного регуляторором величина зи меняется по при ко ной св росс еля н елин еин о го еактора; гновенные значения ну в зависимости от линейной и дросселя иного реактора; конденсатора ного реактораиндук и елин емкос келии пряжени илизатора), вую работу и стабилизаИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах электропитания,Известны способы преобразования5 постоянного напряжения в синусоидальное стабилизированное путем преобразования постоянного напряжения в переменное прямоугольной формы инвертором с последующим преобразованием прямоугольного напряжения в скнусоидальное линейным и нелинейным реак" торами феррорезонансного стабилизатора напряжения 1. Недостатком способа являются повышенные потери мощности при увеличении преобразуемого напряжения и уменьшении нагрузки.Наиболее близким к изобретению является способ преобразования постоянного напряжения в синусоидальное, реализованный в устройстве, в котором для уменьшения потерь используют широтно-импульсное регулирование прямоугольного напряжения на входе нелинейного реактора. Постоянное напряжение преобразуют в моделированное (регулируемое) по длительности прямоугольное напряжение, а затем нелинейным преобразованием этого модулированного прямоугольного напряжения посредством феррореэонансного стабилитрона напряжения формируют синусоидальное стабилизированное напряжение, Регу лирование по длительности прямоугольного напряжения осуществляют в зависимости от изменения нагрузки и преобразуемого напряжения по сигналу обратной связи напряжения замкнутой 4 О системой стабилизации напряжения. входного напряжения, и системы регулирования (феррорезонансного ста обуславливает неустойч системы преобразования 95 2ции напряжения при скачкообразномизменении входного напряжения илинагрузки, Недостаток объясняется тем,что нелинейный регулятор (феррорезонансный стабилизатор напряжения)выходит из рабочего режима в процессе регулирования напряжения широтноимпульсным модулятором при достижении максимально допустимого (критического) угла регулирования напряжения на входе феррореэонансногостабилизатора, а вступление стабилизатора в рабочий режим (пуск стабилизатора) и выход из рабочего режимасопровождаются скачкообразным изменением напряжения и токов его элементов. Физический смысл угла критического регулирования состоит втом, что при широтном регулированиинапряжения на входе феррорезонансного стабилизатора наступает момент,когда в феррореэонснсном стабилизаторе не могут поддерживаться устойчивые периодически повторяющиесяразряды емкости нелинейного реактора. Критический угол регулированияЫ к определяется выражениямии 0 - число витков, сеченисердечника и средняя длина магнитной лини3о ю Р 1 - коэффициенты, определяемые материалом сердечника;проводимости нелинейного реактора и нагрузки;индуктивность линейного реактора;амплитудное значение,частота и фаза пря Омоугольного напряжения на входе феррорезонансного регулятоЬ О ши 9 рра;О - угол регулирования ши ротко-импульсного модулятора;- время.Целью изобретения является повышение качества и надежности преобразо О вания путем улучшения динамических характеристик устройств, реализующих способ.Поставленная цель достигается тем, что при способе преобразования 25 постоянного напряжения в стабилизированное синусоидальное путем преобразования постоянного напряжения в модулированное по длительности прямоугольное напряжение посредством ЗО инвертора и последующим нелинейным преобразованием посредством феррорезонансного стабилизатора модулированного прямоугольного напряжения в синусоидальное напряжение, сиг-З 5 налом обратной связи которого осуществляют модуляцию прямоугольного напряжения, сравнивают длительность модулированных импульсов прямоугольного напряжения с полупериодом пе О ременного выходного напряжения иопри достижении критического угла широтного регулирования о 1 определяемого приведенными выше соотношениями (1) и (2), полученными из решения уравнения баланса напряжений нелинейной системы регулирования, уменьшают величину сигнала обратной связи по выходному напряжению. 50 Предлагаемый способ преобразования постоянного напряжения исключает возможность увеличения угла регулирования до критического значения и, следовательно, возможность выхода 55 из области рабочего режима нелинейной системы регулирования напряжения. 995На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа (инвертор с синусоидальным выходным напряжением); на фиг. 2 - диаграммы,поясняющие способ.Инвертор (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, широтно-импульсный модулятор 2, усилитель 3 мощности, линейный 4 и нелинейный 5 реакторы, образующие феррорезонансный стабилизатор б напряжения, датчиктока, выходные выводы 8 подключения нагрузки, усилитель 9 сигнала обратной связи, двухвходовой компаратор 10 с первым входом 11, вторым входом 12 и выходом 13, выводы 14 подключения источника постоянного (преобразуемого) напряжения.Выход задающего генератора 1 подключен к входу широтно-импульсного модулятора 2, выход которого соединен с базами транзисторов усилителя 3 мощности. Коллекторы транзисторов усилителя 3 мощности подключены к последовательно соединенным линейному 4 и нелинейному 5 реакторам ,феррорезонансного стабилизатора 6. Выход феррорезонансного стабилизатора 6 через датчик 7 тока подключен к выходным выводам 8 подключения нагрузки и к входу усилителя 9 сигнала обратной связи. Выход усилителя 9 сигнала обратной связи подключен к управляющему входу модулятора 2.Компаратор 10 первым входом 11 подключен параллельно выходу модулятора 2, вторым входом 12 - к выходу датчика 7 тока, а выходом 13 - параллельно выходу усилителя 9 сигнала обратной связи и параллельно управляющему входу модулятора 2. Усилитель 3 мощности через средний отвод обмотки нелйнейнаго реактора 5 подключен к выводам 14 источника питания. Задающий генератор 1; модулятор 2, компаратор 1 О и усилитель 9 сигнала обратной связи по цепям питания подключены также к выводам 14(не показано). Схемы усилителя 3 мощности, широтно-импульсного модулятора 2, задающего генератора 1 и усилителя 9 сигнала обратной связи общеизвестны.Датчик 7 тока может быть выполнен, например, в виде токоизмерительного резистора, параллельно которому подключен согласующий трансформатор.В качестве двухвходового компаратора 10 может быть использована, например, микросхема типа э 21 СА 1.На фиг. 2 изображены: О - выход"ное напряжение генератора 1; 02 - 5напряжение на выходе модулятора 2;О - напряжение на линейном реакторе 4; 08 - напряжение на выходных выводах 8; 0 - напряжение на датчике7 тока О и О - напряжение на вхоф 11 12дах 11 и 12 компаратора 10; 12сопротивление выхода 13 компаратора10; 2 о - угол широтного регулирования напряжения на входе стабилизатора 6; 2 ок - критический угол регулирования; О и О 2 - амплитудныезначения напряжения на входах 11 и12 компаратора; Т/2 - полупериодпеременного выходного напряжения.В зависимости от величины напряжения источника преобразуемого напряжения, полученного к выводам 14,и нагрузки на выходнь 1 х выводах 8модулятор 2 ширины импульсов осуществляет формирование паузы 2 с в 25прямоугольном переменном напряжении на входе усилителя 3 (фиг.2,02), Широтная модуляция напряжения. генератора 1 - увеличение угла регулирования о, - осуществляется в эави- ЗОсимости от величины сигнала обратнойсвязи усилителя 9,Модулированное ступенчато-прямоугольное напряжение поступает на феррорезонансный стабилизатор 6, ко торый преобразует его в стабилизированное напряжение синусоидальной формы (фиг. 2,0), При этом амплитуда ступенчато-прямоугольного напряжения на входе стабилизатора 6 изменяется по линейному закону пропорционально изменению входного напряжения, а длительность ступеньки (угол регулирования 2 а ) определяется величиной сигнала обратной связи усилителя 9, Поэтому линейный реактор 4 феррорезонансного стабилизатора 6 работает в облегченном режиме, так как на его входе напряжение модулятором 2 стабилизируется по действующему значению. Основное назначение стабилизатора 6 - фильт- рация высших гармоник (формирование синусоидального выходного напряжения на нелинейном реакторе 5). При 55 угле регулирования Ы меньше критического, выходной ток имеет синусоидальную форму, при этом амплитудное значение напряжения 0 на входе 11компаратора больше, чем амплитудноезначение напряжения на входе 12,поэтому выходное сопротивление компаратора 10 имеет максимальную величину ( ЙЭ) и не влияет на величину сигнала обратной связи усилителя 9 (фиг. 2 а),Ограничение угла регулирования осуществляют при скачкообразном увеличении входного напряжения при сборенагрузки, когда усилитель обратнойсвязи стремится увеличить угол регулирования, и длительность паузы модулирующего напряжения по отношениюк длительности полупериода частотыпреобразования достигает критическойвеличины.При достижении критического угларегулирования о к, который согласноприведенным соотношениям увеличивается при увеличении входного напряжения и нагрузки, выходное напряжение (его среднее значение) остаетсяпрактически неизменным, однако егоформа искажается. Соответственно искажается и форма выходного тока,а на вход 12 компаратора 10 с датчика 7 тока поступает сигнал 0(фиг. 2 б) с амплитудным значением,превышающим напряжение на входе 11компаратора 10 (момент времени Гна фиг. 2 б). В этом случае выходноесопротивление компаратора (на выходе 13) уменьшается до К шунтируя (закорачивая) тем самым выходусилителя 9. В результате сигнал обратной связи на входе модулятора 2уменьшается, прекращается увеличение угла регулирования, угол регулировки становится меньше критического, а выходное напряжение - синусоидальным. Таким образом, на заданном уровне прекращается уменьшение действующего значения напряжения на входе феррореэонансного стабилизатора 6, и в этом случае стабилизатор 6 выполняет функции стабилизатора выходного напряжения на времяпереходного процесса замкнутой системы регулирования выходного напряжения.Следовательно, введение операции автоматического ограничения угла регулирования напряжения на выходе усилителя мощности исключает воэможность работы феррорезонансного стабилизатора за областью критическогс(нерабочего) реаима и неустойчивость работы устройств, реализующихспособ, что улучшает их динамические характеристики,т.е. повышает качество и надежность преобразованияпостоянного напряжения в стабилизированное синусоидальное напряаение. Введение в состав инвертора предлагаемых элементов позволяет улучшить его динамические характеристики: уменьшить длительность переход ного процесса с 90 до 30 мс (причастоте преобразования 50 Гц) и исключить неустойчивую работу - возмоаность срыва преобразования нанрязения.1101995 Составитель Г. Мыцыкедактор О. Юрковецкая Техред Ж.Кастелевич Корректор Л.Вень ПодписноР Тир ета С открытии ская наб., д ПП "Патент жгород, ул. Проектна каз 4779/41 ВНИИП по 11303осударственного колам изобретении иМосква, Ж, Рауш