Регулируемый многоячейковый преобразователь

)5 С 05 Р 1/2 ЛЬСТВУ ки из радиоэлеится к преоби может найти овании токвысоким кач оторыи запитывает яловым каналом и ополнительным равляется и азн сти напряжени с дополнитель ния и сиг ика тока управ го да нала в це отра ном 1 зи нагрузки, иматывать искажеиловом канале.ф-лы, 2 ил; ет возможнос я тока в основбой полярности. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМ,Ф(46) 0707,91. Бюл.25 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромехани при Томском институте автомат ир ванных систем управления и ктроники(57) Изобретение отноразовательной техникеприменение при регулив широком диапазоне с ством выходных параметров. Цель изобретения - повышение качества регулируемого выходного тока путем бо лее точного воспроизведения задающего сигнала. Преобразователь выполнен по вольтодобавочной схеме в виде (И+1) параллельно соединенных по питанию инверторных ячеек с вьмодными трансформаторами повышенной частоты, При этом Б ячеек управляются по методу многозонной импульсной модуляции с помощью И фазо.801661736 А регулирующих узлов и имеют по одноиРили несколько основных вторичных силовых обмоток и одной дополнительной вторичной силовой обмотке у кахдого трансформатора. Основные дополнительные обмотки соединяются последовательно и совместно с последовательно подключенными основными выпрямителем и фильтром образуют основной силовой канал преобразователя. Таких каналов может быть несколько, по числу основных вторичных силовых обмотбк у каждого трансформатора.Аналогично выполняется дополнительный силовой канал преобразователя, но при этом к последовательно дополнительным вторичным обмоткам трансформаторов И управляемых инверторных ячеек подключается вторичная обмотка выходного трансформатора (И+1)-й неуправляемой инверторной ячейки, Уровень и закон изменения тока в нагруз - ке определяется управляющим напряжением. При этом основной силовой канал (каналы) с помощью основного датчика тока в цепи одного из основных силовых каналов и цепей управления обеспечивает в нагрузке ток на определенную величину меньше, чем задается управляющим напряжением, Тем самым усилитель постоянного тока, 1661736Изобретение относится к силовойпреобразовательной технике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в источник тока, и может найти применение при регулиро 5вании тока в широком диапазоне свысоким качеством выходных параметров.Цель изобретения - повышение ка 10,чества выходного тока путем более,точного воспроизведения задающегосигнала уменьшение массы и габари 9, тов входных и выходных Фильтров, увеличение быстродействия преобразователя, его надежности,На Фиг. 1 приведена Функциональная схема регулируемого многоячейкового преобразователя на Фиг. 2регулируемый многоячейковый преобразователь как объект теории автоматического регулирования,Регулируемый многоячейковый преобразователь содержит 11 фаэорегулирующих узлов 1, 2 и 3 (на,фиг, для примера 11 = 3), 11 соединенных парал"лельно по входу инверторных ячеек 4-6с выходными трансформаторами 7-.9, основные вторичные обмотки которых .,10-12 соединены последовательно исовместно с последовательно подключенными основными выпрямителем 13 ифильтром 14 образуют основной силовой канал преобразователя, дополнительные вторичные обмотки 15-17, также соединенные последовательно и одним выводом подключенные к последовательно соединенным дополнительнымвыпрямителю 18 и Фильтру 19, задающий генератор 20, выход которого соединен с входами синхронизации 11фазорегулирующих узлов 1-3, основной.21 и дополнительный 22 датчики тока,усилитель 23 постоянного тока, основной 24 и допополнительный 25 узлы 45суммирования, источник 26 опорногонапряжения и инверторная ячейка 27 свыходным трансформатором 28, входсинхронизации которой подключен к за"дающему генератору 20 и соединенная50по силовому входу параллельно 11инверторным ячейкам 4-6. Вторичнаяобмотка 29 инверторной ячейки 27 подключена последовательно 11 дополнительным вторичным обмоткам 15-17второй вывод,.которых соединен со55вторым входом дополнительного выпрямителя 18, выводы которого через дополнительный Фильтр 19 подключены к силовым входам усилителя 23 постоянного тока, управляющим входом соединенного с выходом дополнительного узла 25 суммирования, один из суммируемых входов которого совместно с 1одним из входов основного узла 24 суммирования образуют управляющий вход преобразователя 30, Второй управляющий вход дополнительного узла суммирования подключен к информационному выходу дополнительного датчика 21 тока, один из выводов которого образует первый выходной вывод преобразователя, подключенный к нагрузке 31, а второй через последовательно подключенный основной датчик 21 тока соединен с одним из выходов основного Фильтра 14, Причем выход основного датчика 21 тока соединен со вторым управляющим входом основного узла 24 суммирования. Источник 26 опорного напряжения подключен к третьему входу основного узла 24 суммирования, выход которого подключен к управляющим входам всех Фазорегулирующих узлов 1-3. Второй выход основного фильтра 14 совместно с одним из выходных выводов усилителя 23 постоянного тока обраэуют второй выходной вывод преобразователя, подключенный к нагрузке 31. Второй выходной вывод, усилителя 23 постоянного тока подключен между основным 21 и дополнительным 22 датчиками тока,В регулируемом многоячейковом преобразователе предусмотрена также возможность параллельного подключения еще М (М = 1 на Фиг.1) основных силовых каналов, выполненных на последовательно соединенных вторичных обмотках 10-12 выходных трансформаторов 7-9 с последовательно подключенными выпрямителем 13 и Фильтром 14. Выходы М параллельных основных силовых каналов подключаются к выходным выводам усилителя 23 постоянного тока.На Фиг. 2 многоячейковый регулируемый преобразователь показан как объект теории автоматического регулирования, При этом полученная структурная схема устройства отражает процессы взаимодействия основного и дополнительного силовых каналов преобразователя и цепей управления и может быть использована для получения расчетных соотношений. Как объекттеории автоматического регулирования (фиг.2) многоячейковый регулируемый преобразователь состоит из задатчика 32 управляющего сигнала 1 , суммирующих узлов основного канала 33 регулирования и дополнительного канала 34, звена 35 с передаточной функцией, эквивалентной передаточной функции основного силового канала, звена 36 с передаточной функцией, эквивалентной передаточной функции дополнительного силового канала, датчиков тока основного 37 и дополнительного 38 каналов регулирования с коэффициентами передачи, равными единице, а также эквивалентной нагрузки 39.Инверторные ячейки 4-6 и 27 могут быть выполнены, например, однотактными или двухтактными по любой из инверторных схем, Фаэорегулирующие узлы 1-3 могут быть выполнены на компараторах, а задающий генератор 20 может быть, например, мультивибратором, стабилизированным кварцем.Датчики 21 и 22 тока в ,например, шунтыпостоянного тока, причем для датчика 22 он должен быть прецизионным. Выпрямители 13 и 18 выполнены, например, по йулевой схеме, фильтры 14 и 19 пассивные сглаживающие, например, Е - С - 1, - фильтры, узлы 24 и 25 суммирования могут быть выполнены, например, на операционных усилителях. Усилитель 23 постоянного тока может быть выполнен, например, на составных транзисторах, причем его мощность рассчитывается по мощности искажений тока в основном канале и составляет, как правило, 1-27 от номинальной мощности регулируемого многоячейкового преобразователя, Величина опорного напряжения (26) соответствует половине диапазона регулирования усилителя постоянного тока. Величина вольтодобавки нерегулируемой инверторной ячейки 27 определяется типом транзисторов усилителя постоянного тока, например, для усилителя 23 постоянного тока, выполненного на кремниевых биполярных транзисторах, она составляет 2,5-3 В.Регулируемый многоячейковый преобразователь работает следующим образом.При отсутствии напряжения управления на управляющем входе 30 преобразователя на выходе преобразова теля напряжение и ток отсутствуют.При появлении, например, линейно нарастающего управляющего напряженияБ в диапазоне до величины 11 О источника 26 опорного напряжения основной узел 24 суммирования Формирует отрицательное напряжениеБ - Б, которое подается на Фазорегулирующие узлы 1-3, при этомключи инверторных ячеек 4-6 управляются в противофазе по закону,исключающему возможность закорачивания источника питания, на при этомпервичные обмотки трансформаторов7-9 закорочены. На входе основноговыпрямителя 13 напряжение отсутствует, Одновременно на усилитель 23 51015 многозонной импульсной модуляции,При этом. основному силовому каналу присущи следуюшие недостатки; нелинейность силового регулирующего органа наинверторах 4-6, обусловленная неидеальностью ключей, коммутационнаяпауза в выпрямителе 13, высокочастотные пульсации, обусловленные широтно-импульсным методом регулирования в каждой зоне. При выполнении регулируемого 55 многоячейкового преобразователя снесколькими параллельными основными силовыми каналами (Фиг.1) основ постоянного тока через дополнитель ный узел 25,суммирования подаетсянапряжение управления 0 "Дт,аоп.)в результате ток нагрузки обеспечивается только дополнительным силовым каналом.25 При увеличении 11, больше, чемБ , положительное управляющее на.пряжение с выхода основного узла24 суммирования поступает на управляющие входы Фазорегулирующих узлов1-3 с последовательно нарастающимиуровнями сравнения, которые последовательно (по мере нарастания Б) регулируют фазу управляющих напряжений инверторных ячеек 4-6, реализующих последовательное регулирование методом широтно-импульсноймодуляции напряжения на первичныхобмотках трансформаторов 7-8. Напря-,;жение вторичных основных обмоток 10- 40 12, соединенных последовательно, суммируется и через основные выпрямитель 13 и фильтр 14 поступает нанагрузку 31, Таким образом, напряжение на нагрузке 31 регулируется в 45 основном силовом канале по методуной датчик 21 тока включается вцепь только первого из этих каналов. В этом случае показания основного датчика 21 тока считаются правильными для всех основных силовых ка 5 налов, так как деление тока осуществляется н общих для всех каналов выходных трансформаторах 7-9.В результате основным силовым каналом стабилизируется среднее значение тока, поступающего в нагрузку 31 через основной датчик 21 тока в соответствии с сигналом ошибкиОп 3, оср р Формируемым основным узлом 24 суммирования.Существенно при этом, что требования к коэффициенту стабилизации и коэффициенту пульсации тока основного силового канала лежат н области легко достижимых для метода многоэонной импульсной модуляции значений "0,1-1 Е. Следует отметить, но-первых, что значение стабилизируемого основным силовым каналом тока на опреде ленную постоянную величину, соответствующую величине Б, меньше заданного тока в нагрузке, соответствующего значению П и, во-вторых, что основной силовой канал вместе с основным датчиком 21 тока и узлом 24 суммирования образуют, независимый контур регулирования и стабилизации тока.Дополнительный силовой канал вме 35 сте с дополнительными датчиками 22 тока и узлом 25 суммирования образуют дополнительный контур регулирования по полному току нагрузки 31. При этом силовым регулирующим органом является усилитель 23 постоянного тока с высокими качественными и динамическими свойствами.Управляющее напряжение Формирует дополнительный узел 25 суммирования 45 в виде сигнала ошибки Б - Б, Так как основной силовой ка 3 ал (каналы) в пределах своей погрешности отдает в нагрузку ток в соответствии с вели,чиной 0 1 - Б , то для получения за 50 данного суммарного тока в нагрузке необходимо, чтобы среднее значение отдаваемого дополнительным силовым каналом тока в нагрузку в точности соответствовало величине 0с уче"55 том средней статической ошибки основного силового канала. Кроме этого, усилитель 23 постоянного тока отрабатывает искажения, вызванные в основном силовом канале и преднключенном сетевом выпрямителе.Действительно, предлагаемый регулируемый многоячейконый преобразователь в диапазоне частот до верхней границы Г (Г б - 2 Г /10 = 2 кГц приГ .промежуточной частоте преобразования Ер = 10 кГц) может быть представлен как двухконтурный объект автоматического регулирования (Фиг.2), передаточная функция которого определяется выражением+12 +И Иа 2 21где И 1и 112коэффициенты передачизвеньев 35 и 36, соответствующих основному идополнительному силовымканалам регулирования,заданный ток управленияток нагрузки,Таким образом, относительная ошибка воспроизведения тока в предлагаемом устройстве определяется (в области низких частот) выражениемЗанитывается усилитель 23 постоянного тока через последовательно соединенные дополнительные вторичные обмотки 15-17 выходных трансформаторов 7-9 инверторных ячеек 4-6, на которых Формируется напряжение, в точности равное напряжению в основном силовом канале на вторичных обмотках 10-12, а также через последовательно соединенную вторичную обмотку 29 вьмодного трансформатора 28 инверторной ячейки 27, ключи которой управляются непосредственно задающим генератором 20 и осуществляют постоянную вольтодобавку в дополнительном силовом канале, В результате демодулированное выпрямителем 18 напряжение, поступающее через фильтр 19 на усилитель 23 постоянного тока, всегда больше на определенную величину равную величине вольтодобавки инверторной ячейки 27, чем напряжение на выходе фильтра 14 основного силового канала. Причем эта величина не зависит .ни от мощности, отдаваемой н на" грузку 31, ни от уровня тока в ней.Тем самым усилитель 23 постоянного тока, обеспечивая высокие требования к качеству выходного тока (до0,017. по коэффициентам пульсаций инестабильности), находится в оптимальном тепловом режиме, а именно,потери в нем не зависят ни от мощности, отдаваемой в нагрузку, ни отвеличины тока в ней. Тепловые потери в усйлителе 23 постоянного токаопределяются лищь произведениемнапряжения вольтодобавочной ячейки27 и его среднего тока, соответствующего величине Б,Таким образом, изобретение позволяет обеспечить более высокое качество выходного тока за счет более точного воспроизведения задаю 4щего сигнала в соответствии с выражением (1) для относительной ошибки отклонения Формула из обретения1. Регулируемый многоячейковый преобразователь, содержащий И фазорегулирующих узлов, подключенных к цепям управления М соединенных параллельно по входу инверторных ячеек с выходными трансформаторами, основные вторичные обмотки которых соединены последовательно и совместно с последовательно подключенными основными выпрямителем и фильтром, образуют основной силовой канал преобразователя, а дополнительные вторичные обмотки также соединены последовательно и одним выводом подклю" чены к последовательно соединенным дополнительным выпрямителю и фильтру, задающий генератор, выход которого соединен с входами синхронизации И фазорегулирующих узлов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества регулируемого выходного тока путем более точного воспроизведения задающего сигнала, он дополнительно снабжен основным и дополнительным датчиками тока, усилителем постоянного тока, основным и дополнительным узлами суммирования, источником опорного напряжения и (И+1)-й инверторной ячейки с выход-, ным трансформатором, вход синхронизации которой подключен к задающему генератору, соединенной по силовому входу параллельно И упомянутым ячейкам, вторичная обмотка введенной инверторной ячейки подключена последовательно М дополнительным вторичным обмоткам, второй вывод которых соединен с вторым входом дополнитель" ного выпрямителя, выводы которого через дополнительный фильтр подключены к силовым входам усилителя постоянного тока, управляющим входом соединенного с выходом дополнительного узла суммирования, один иэ суммирующих входов последнего совместно с одним из входов основного узла суммирования образуют управляющий вход преобразователя, второй вход дополнительного узла суммирования подключен к выходу дополнительного датчика тока, один из силовых выводов которого об разует первый выходной вывод преобразователя, а второй через последовательно подключенный основной датчик тока соединен с одним из выходов основного фильтра, причем выход ос новного датчика тока соединен с вторым входом основного узла суммирования, источник опорного напряжения подключен к третьему входу основного узла суммирования, выход последнего подключен к управляющим входам всех фазорегулирующих узлов, второй выход основного фильтра совместно с одним из выходных выводов усилителя посто 1янного тока образуют второй выходной 40 вывод преобразователя, а второй выходной вывод усилителя постоянноготока подключен к точке соединениясоответствующих силовых выводов основного и дополнительного датчиков 45 тока.2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения мощностного диапазона, в него введены М параллельныхосновных силовых каналов, выходамиподключенных к выходным выводам усилителя постоянного тока.омитета по изобрете осква, И, Раушск Подписноеям и открытиям при ГКНТ СССР наб., д, 4/5