CN86105421A - 交流供电设备 - Google Patents

Abstract

一个交流供电设备使用了一个电压型的转换器，并提供了一个用于检测流经用于吸收高次谐波的电容器的控制系统。对于这种系统可以附加一个用于本设备的输出电压的跟踪控制的纠正控制系统。这个纠正控制系统可用于检测本设备的输出电压，它迟后于电容器电流90°相位，从而比较输出电压和另一个正弦波，它迟后于正弦波参考信号90°相位，从而用比较结果作为电压控制信号。

Description

本发明涉及一种交流供电设备。

使用电压型脉冲宽度调制（PWM）转换器的供电设备已在本领域中众所周知，例如恒压恒频（CVCF）型的供电设备。使用了这种设备，转换器完成了由直流电供给直流电压的开/关操作，因而产生了一个以正弦形式脉冲宽度调制的输出电压。由于这种输出电压包括许多高次谐波，连接于转换器输出用于吸收高次谐波的一个平滑电抗器和一个电容器用来改善输出电压的波形，从而向负载提供一个正弦波电压的输出。

另一方面，输出电压由一个变压器电气地隔离，变压器次级的幅值由一个检波器检测。因而被整流的幅值以及一个参考电压提供给一个电压控制器，两个幅值被施加于比较控制。根据电压控制器的输出，一个型（Pattern）脉冲宽度调制（PWM）信号发生器产生了一个正弦调制以执行转换器开/关控制的脉冲宽度调制（PWM）信号。

然而，由于采用了上述的常用系统，这样开/关信号由一个经整流的输出电压的反馈控制而没有控制输出电压的瞬时值，只可控制输出电压的幅值，其结果为不能控制波形变形。因此，很难获得一个具有较少波形变形的正弦波输出电压。这个系统的进一步的缺点在于输出波形的变化取决于负载。当特殊的非线性负载例如整流器负载被连接上时这是一个问题。输出电压的波形变形会在负载上产生很坏的影响，例如一电子计算机连接于输出。

由于这个原因，使用一个滤波器去消除波形变形。通过增加滤波器的级数，因而满意地消除波形变形。

然而，当接入了多个滤波器，供电装置的总恒定时间大大增加，因此不可能产生高响应控制。

由于这个原因，已提出了一个能完成输出电压瞬时值控制的系统。根据这个系统，一个被检测的输出电压与一个正弦波参考比较，该正弦波参考具有一个以交流形式实现瞬值控制的输出电压。

换句话说，转换器装置的输出电压由变压器检测，被检测的输出电压以及参考正弦波与处于交流信号状态的输出电压一起在电压控制器中接受比较控制。电压控制器的输出变成转换器的参考输出电流。由一个电流传感器检测出的参考输出电流和输出电流被施加于比较控制。根据电流控制器的输出，脉冲宽度调制（PWM）信号发生器控制转换器的开/关操作。

已提出了另一种完成以输出电压经检波的信号为依据从而获得具有作为输出的参考值因而控制转换器输出电流的正弦波信号的以交流形式的电压控制。使用这种方法，输出电流变为正弦，但输出电压取决于负载。对于这个原因，特别是在例如检波器负载的非线性负载的情况中，输入电流不变为正弦。因此，有必要使用交流信号完成输出电压的比较控制。

当输出交流电压的瞬时值是被这样控制时，输出交流电压以由在输出端的电抗器和电容器产生的大于谐振频率频率180°的相角变化。结果，这引起了振荡，导致了不稳定控制。因此，不能改善控制系统的响应，例如引起放大器增益变高，产生了输出电压根据参考正弦波变形的问题。试图去增加谐振频率导致了恒定滤波器（L和C）的减少，因此，很难去抑制高次谐波。

本发明的一个目的在于提供了一个与电压型脉冲宽度调制（PWM）转换器构成的恒压恒频（CVCF）型的供电设备，其特征在于该供电设备能根据用于减小输出电压波形变形的参考正弦波以稳定的方法完成输出电压的跟踪控制。

根据本发明，这种目的是通过一个连接于与电压型式脉冲宽度调制（PWM）转换器构成的恒压恒频（CVCF）型的供电设备的输出的电容器的电流与一个参考正弦波比较而达到的，从而通过使用比较结果控制输出电压波而完成跟踪控制，改变电容器参考电流的幅值因而控制输出电压的大小。

图1阐明了本发明第一实施例的电路图，

图2阐明了本发明第二实施例的电路图，

图3阐明了本发明第三实施例的电路图，

图4阐明了本发明第四实施例的电路图。

将根据最佳实施例及附图对本发明作详细的描述。

首先，参见图1，展示了根据本发明的一个交流供电设备的第一最佳实施例。在这个实施例中该交流供电设备包括一个直流电源1，连接于直流电源1的一个脉冲宽度调制（PWM）控制转换器2，连接于转换器2的平滑电抗器3，用于吸收转换器2输出的高次谐波电流的电容器4，和负载5。这些电路元件1至5构成了主电路。

在主电路中，一个正弦波振荡器11的输出与一个由变流器13检测的电流比较的结果通过电流控制器14和脉冲宽度调制（PWM）信号发生器15送至转换器2。根据比较结果，进行转换器2的控制操作。正弦波振荡器11产生一输出以确定变换器2的输出波形，而其振幅取决于参考电压12的设定值。此外，相应于流进电容器4中的电流Ic的正弦波信号被作为变流器13的输出而获得。因此，转换器接收正弦波控制信号进行控制从而产生一个正弦波输出。

现在对展示于图1中的第一实施例的操作作描述。

正弦波振荡器11产生一个具有预定频率的并作为参考幅值的参考电压12的正弦波信号。这个正弦信号用作电容器4的瞬时值电流参考。电流控制器14把连接到电容器4的变流器所检测到的电容器电流信号与正弦波检测器11的输出作比较，从而有效地进行对流经电容器4的交流电流的跟踪控制。根据电流控制器14的输出，脉冲宽度调节（PWM）信号发生器15允许转换器2有效地进行开/关操作。

当设定定为C表示电容器的电容，Ic为流经的电流，Vo为输出电压，f为输出频率，电容器电流Ic表示为：

Ic＝2πfcVo……（1）

因此，通过有效进行跟踪控制，这样电容器电流Io的波形变为正弦，输出电压Vo也变为正弦。此外，通过允许参考电压12可调，参考电容器电流幅值被改变，因此有可能改变输出电压的幅值。

另一方面，由于方程（1）不包括负载的指明参数，很明显这就可能进行这样的控制，即，不管是检波器负载，或负载变化其输出电压保持有一个很少变形的，相当好的正弦波。

此外，变压器可能被用作为输出电压的升高或降低，或同作绝缘以取代平滑电抗器3。很明显这种作为平滑电抗器的变压器的漏抗应用是不违背本发明的主题的。

根据第一实施例的上述描述已很清楚，与电压型脉冲宽度调制（PWM）转换器构成的恒压恒频（CVCF）供电设备把一个流经连接于输出的电容器的电流与一个参考正弦波比较，从而通过使用比较结果而有效进行跟踪控制，因此有可能有效进行这样的控制，即输出电压有一个正弦波形，因而提供一个具有较小波形变形的很好的正弦波。

此外，在这个实施例中的供电设备能抑制波形变形，即使是非线性负载或变化负载从而能保持一个很好的正弦波输出。

现在将参照图2对本发明的第二实施例作描述。

展示在这个图中的恒压恒频（CVCF）型供电设备具有在适当范围内改变频率（例如50/60赫）的能力。展示于图2中的实施例不同于展示于图1中的第一实施例，不同在于参考频率12A和12B和一个交流耦合电容器16是新加的。

由于这个实施例的操作大体上与第一实施例的操作相同，只是对不同点连接的操作在这里作一描述。

在这个实施例中的转换器输出频率是不固定的，但是可以由参考频率12A和12B调节。因此，为了在上述方程（1）中的频率改变到保持输出电压Vo恒定，要求电容器电流Ic与频率f成正比。在这个实施例中，交流耦合电容器16用于切断直流信号。使参考电容器电流的幅值与频率f成正比。

虽然本实施例与展示于图1中的第一实施例不同，不同在于其频率是可调的，但是与第一实施例相同的是进行跟踪控制，这样转换器输出的电容器电流与参考正弦波相同。这并不违背本发明的主题。

现将参见图3对本发明的第三实施例进行描述。在图3中与图1和图2有相同标号的部份分别表示相应的电路元件。这个实施例与图1和图2中展示的实施例的不同之处在于有新加的用于检测输出电压的电压检测器31，一个正弦波振荡器11A（以下被称之为“第一正弦波振荡器），一个第二正弦波振荡器11B，一个响应于电压检测器31和第二正弦波振荡器11B输出之间的偏差的电压控制电路32，从而纠正第一正弦波振荡器11A的输出。

现描述这个实施例的操作。第一正弦波振荡器11A产生了一个具有预定频率的用作电容器参考电流和作为参考幅值的幅值设定器12的输出的第一正弦波参考信号。同样，作为参考幅值的幅值设定器12的输出，第二正弦波振荡器11B产生了一个延迟于电容器参考电流90°相位角的第二正弦波参考电流。这个第二正弦波参考信号用作输出电压的瞬时参考值。电压控制电路32响应于来自于电压检测器31的输电压信号和来自于第二正弦波振荡器11B的参考输出电压之间的比较，从而计算出用来纠正使两个信号相等都为零的电容器电流的纠正量。电压控制电路32的输出从第一正弦波振荡器11A加到电容器参考电流。换加话说，电容器参考电流以输出电压偏差相等为零的方法被纠正。电流控制电路14响应于一个来自电流检测器13的电容器电流信号和经纠正的电容器参考电流之间比较指出的输出，以用于驱动脉冲宽度调制（PWM）控制电路15，从而进行跟踪控制，这样电容器4的交流电流与经纠正的电容器参考电流相等。

在稳态中，输出电压波形和输出参考电压波形实际上相互完全相同，因此被纠正的小量只被加到电容器参考电流中。另一方面，即使低频输出电压偏差，特别是由负载变化引起的直流元件的偏差，相应于偏差值被纠正的量是加到电容器参考电流上，因此进行了有效控制，这样输出电压偏差相等为零。

如上所述，在本实施例中的交流供电设备是电压控制系统用于在电容器电流控制系统中直接反馈输出电压去控制它。从而进行有效流经连接于输出端的电容器4的电流的跟踪控制，因而完成了控制，这样输出电压有一正弦波形。本实施例的特征在于电容器4的电流与电压之间的相位差保持在90°相位角从而把迟后于电容器参考电流相位角90°的正弦波信号用作输出参考电压，因此有可能实现输出电压的跟踪控制。结果当保持了电容器电流控制系统具有的优点，在该系统中当其频率大于由电抗器3和电容器4决定的谐振频率时仍能进行稳定控制，在本实施例中的交流供电设备已解决了由于干扰等原因引起的输出电压低频振荡的抑制问题，上述干扰仅对于电容器电流控制系统是十分困难的，因此这就有可能以稳定的方法提供一个具有较小波形变形的正弦波输出电压。

很明显，本发明可以用于上述第三实施例的相同的结构，在电路结构中变压器被用来取代平滑电抗器3用于输出电压的升高或降低或绝缘，用变压器的漏抗作为平滑电抗器。虽然在上述实施例中描述了单相电路，无需说明，本发明也适用于三相电路中的相同结构。

现参照图4对本发明的第四实施例作描述。本实施例用来在主电路中检测过电流从而在被检测的过电流的基础上抑制转换器的输出。

为了实现这一点，变流器21位于一个位置，那里在主电路中负载电流的可以变化被测，从而把变流器21的输出信号传送通过一个阈值电路22送给电流控制电路14的输入端。这个输出信号被送至转换器控制线路（14，15）以致于得到一个极性，这样电流控制电路14抑制了转换器的输出。

具有这种线路装置，当流经主电路的电流高于阈值电路22的设定阈值时，电流控制电路14动作，以致抑制转换器2的输出。因此，本实施例能解决过电流问题。

从以上的叙述可以看出，由电压型脉冲宽度调制（PWM）转换器构成的恒压恒频（CVCF）型的供电设备的特征在于跟踪控制被执行，这样流经连接于输出的电容器的电流同参考正弦波相同，因此有可能有效地完成控制，这样输出波形为正弦波形。电容器电流以90°相位移相，但当通过使用了高增益放大器的控制系统时，它不达到处于振荡态的360°的相位移动。因此，可获得一个具有较小波形变形的很好的正弦波输出。此外，它也可以有效地完成控制，来抑制由于非线性负载或变化负载带来的波形变形，从而保持一个很好的正弦波输出电压。结果，小于转换器开关频率的高次谐波从输出电压中去掉，很容易地消除频率元件的高次谐波，高次谐波高于开关频率，其可使用一个小尺寸的滤波器来消除相对较高的频率。因此，这可能防止高次谐波对负载（例如电子计算机）产生坏影响。

Claims (8)

1、一个交流供电设备包括一个电压型的转换器，连接于上述转换器输出的一个电抗器和一个电容器。

本改进包括：

a)一用于产生正弦波参考信号的电路，

b)用于检测流经上述电容器电流的装置，

c)响应于上述正弦波参考信号和流经上述电容器电流从而根据其比较结果控制上述电压型转换器的装置。

2、根据权利要求1的交流供电设备，其特征在于用于产生上述正弦波参考信号的上述电路附加地装置有幅值调节装置。

3、根据权利要求1的交流供电设备，其特征在于用于产生上述正弦波参考信号的上述电路附加地装置有频率调节装置。

4、根据权利要求1的交流供电设备，其进一步包括用于检测上述交流供电设备的输出电流的装置和用于当上述的检测装置的输出高于阈值时产生电流抑制信号的装置，因而根据上述电流抑制信号去抑制上述电压型转换器的上述输出电流。

5、一个交流供电设备包括一个电压型的转换器，和用于吸收高次谐波的连接于该转换器输出端的一个平滑电抗器和一个电容器，

本改进包括：

a）用于检测上述供电装置输出电压的装置，

b）用于检测流经上述电容器电流的装置，

c）一用于产生作为电容器参考电流的第一正弦波参考信号的电路，

d）一用于产生第二正弦波参考信号的电路，作为一个输出参考电压，同上述第一正弦波参考信号相差90°相位，

e）用于以上述的第二正弦波发生器电路和上述的输出电压检测器装置之间的比较为基础的纠正上述第一正弦波参考信号的装置，

f）用于有效进行上述转换器操作的跟踪控制，使上述电流检测装置的输出与上述第一正弦波参考信号相同的装置。

6、根据权利要求5的交流供电设备，其特征在于用于产生上述正弦波参考信号的上述电路附加地装置有幅值调节装置。

7、根据权利要求5的交流供电设备，其特征在于用于上述正弦波参考信号发生器电路附加地装置有频率调节装置。

8、根据权利要求5的交流供电设备，其进一步包括用于检测上述交流供电设备的输出电流的装置，和用于产生电流抑制信号的装置，当上述检测器的输出高于阈值时，因而根据上述电流抑制信号抑制电压型转换器的输出电流。

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