RU1791941C - Способ управлени последовательным резонансным инвертором напр жени с диодами встречного тока - Google Patents

Abstract

В способе управлени  последовательным резонансным инвертором напр 1кШЙй с диодами встречного тока осуществл ют стабилизацию амплитуды переменной составл ющей напр жени  на коммутирующем конденсаторе последовательного колебательного контура инвертора, Дл  это-, го в моменты перехода выходного ftfka ин - вертора через нуль запоминают сигнал абсолютной величины амплитуды переменной составл ющей напр жени  на этом конденсаторе , вычитают из негр сигнал задани  и разностный сигнал преобразуют в пропорционально-интегральный и суммируют его с корректирующим сигналом, пропорциональным напр жению нагрузки инвертора. 2 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  стабилизации амплитуды переменной составл ющей напр жени  на коммутирующем конденсаторе последовательного резонансного инвертора, работающего в качестве звена повышенной частоты в двухзвенном преобразователе, например , в агрегатах бесперебойного питани , устройствах зар да емкостных накопителей и др.

Известен способ управлени  резрнанс- ным инвертором 1, по которому путем фильтрации сигналов датчика тока и напр жени  определ ют основные гармонические составл ющие выходного тока и напр жени  инвертора , измер ют фазовый сдвиг между ними, сравнивают сигнал, пропорциональный фазовому сдвигу, с сигналом задани  и в функ- ции разностного сигнала измен ют

выходную 4 a CTdfу инвертора, стабилизиру  регулируемый параметр.

Этот способ позвол ет снизить установленную мощность инвертора. Однако выделение фазовых сдвигов согласно этому способу производитс  при помощи фильтров , внос щих запаздывание в систему регулировани . Поэтому при переходных процессах, св занных со Скачкообразными возмущени ми со стороны нагрузки инвертора (например, переход вторичного звена двухзвенного преобразовател  из выпр мительного режима в инверторный в момент перехода выходного тока инвертора через нуль или наоборот), наблюдаютс  перегрузки элементов инвертора, а также снижаетс  его коммутационна  устойчивость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретеVJ

Ч)

ю

4

нию  вл етс  способ управлени  последовательным р езрнансншт инвертором с дио- дйМи встречного тока 2, заключающийс  в том, что определ ют момент перехода выходного тока инвертора через нуль, форми- 5 руют сигнал управлени , равный разности сигнала задани  и сигнала обратной Св зи, уравнивают сигна/т управлени  с разверты1 вающимШп  зкёТЖм, в ломёнт рабёнства :; .этих сигналов фЬрми руЮт; сигнал включени  10. упр1вл еЯь1х; клк:ЙёйТ§ Момент изменени  напра влё |нхвдно«) т|ка йШёр1 ракпре-а л краицаютподачу сигналаШлючёнй  на управ- л емый(ключ, при переходе выходного тОка инвертора через нуль заканчивают формиро- 15

; ванйе развёртывающего напр жени , фор- мйруютимпульс длительностью, достаточной дл  восстановлени  запирающих свойств

v . уп р в  Ш бг о к лкйа; в момент око аШ  :Ki3tbpofo начинают формировать развер- 20 ., ; тыва ющ её нaftр жен иё, 6прёдёлШ5 :лн а-: . ; прав/те;нйё выходного то кй инвёр р а и ;;

:подают с;йг н|л включени  на тотуправл  е- . ; ключГ г1р мЬё:наг1ра рё :powi сбёНадаёт с; нагПэавленйё л выходного 25

.-;;;: ;tOk a-MHiBepfop a.; ; ;::;;::: :: - :-; :- : ..- . ..; - : Данный способ управлени  обейпёчй-

1Шййутацио нную ус йч;йв |ЈҐь н1ёр-:;

/тора при скачкообразных :1(0 щёйи; х сЬу ( ; ;;;-стор6ны его нагрузки. Формируемый в со- 30 ,:;; Ответствии с описанным способом управл /: ;; Ющий сигнал  вл .ётс вШод ТЧ м ;v V::n -piery

:;; Г разШстьлси 71а задШй  ; : ; :- 4 период выходйого тёка инвертора и сйгна- 55

- ла вьЖр мленного выходного тока -;:%; - инвертора. Однако даже при оптимальных в

йг;1 смысле квадратичногб критери  качества

А ггараметрах ПИ-регул тора, т;еГ при услЬ , что посто нна  времени интегратора 40 : близка к половине периода модул ции, а

--приведенный коэффициент усилени  про1 ; порциональной части близок к: единице, ка- г местёо 1 пёрёхбДНЫх vn otfet:6 6B при V :: вЬзмущёни х указанного выше класса не 45 :4:;:  вл етс  высоким. Превышение напр же- ; нй  на конденсаторе от ycfановившегос г 3/ составл ет более 30%, т ж Шёкгг место до- полнительйыё перегрузки. ; : ; ; . ; . Кроме того, возможно возбуждение суб- 50 гармонических колебаний й пШвлейие дб- полйительных электромагнитных перегрузок :; элементов инверторе, чтб йшшет надежность инвертора.;

Целью изобретени   вл етс  повыше- 55 ... --. ние надёжности путем снижени  электро- магнйтнтых нагрузьй иа э лёйенгы инвертора при переходных процессах, св занных со скачкообразными возмущени ми со стороны нагрузки инвертора

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе управлени  последовательным резонансным инвертором напр жени  с диодами встречного тока, при котором определ ют направление и моменты перехода через нуль выходного тока инвертора, в эти моменты прекращают подачу сигнала включени  на управл емые ключи врем , достаточное Дл  восстановлени  запирающих Свойств управл емых ключей, начинают фЬрйировать развертывающее напрИжёШё, сравнивают сигнал управлени  с ра звертывакэщим напр жением, в момент их равенства формируют сигнал включени  управл емых ключей и подают его на тот управл емый Ключ, пр мое направление тока в котором совпадает с направлением выходного тока инвертора, в моменты перехода выходного тока инвертора через нуль запоминают сигнал абсолют-- ной величины переменной Составл ющей напр жени  на конденсаторе колебательного контура, уменьшают этот сигнал на величину сигнала задани , преобразуют разностный сигнал в пропорционально-интегральный , сигнал управлени  формируют, вычита  из преобразованного сигнала величину , Пропорциональную выходному напр жению инвертора при положительном направлений выходного тока инвертора и измен ют знак коэффициента пропорциональности при отрицательном направлений выходного тока инвертора,

На фиг. 1 приведена схема силовой части инвертора совместно со структурной схемой устройства, реализующего способ.

Силова  часть содержит источник 1 посто нного напр жени , способный принимать возвращаемую из нагрузки энергию, коммутатор резонансного инвертора, состо щий из тиристоров 2 и 3, шунтированных диодами 4 и 5 встречного тока,последовательны и LC-контур, состо щий из реактора 6 и конденсатора 7; силовой трансформатор 8 тока, имеющий две одинаковые вторичные обмотки Л/2 И А/з и информационную обмотку W/i; последовательно с обмоткой Wi трансформатора 8 включен датчик 9 тока, который может быть выполнен, например, на базе трансформатора тока, вторична  обмотка которого нагружена на резистор. Обмотки W2, Л/з трансформатора 8 нагружены на вторичный обратимый преобразователь 10. работающий в режиме естественной коммутации его силовых ключей.

К выходу преобразовател  10 подключена нагрузка 11, шунтированна  фильтром 12, выдел ющим основную гармонику (низкочастотную ) выходного напр жени . При этом посто нна  времени нагрузки преобразовател  10 существенно (на 1-2 пор дка) превышает половину периода (такт) преобразовани  в. инверторе первичного звена питани  и практически не измен етс .

Устройство 13 дл  управлени  инвертором включает в себ  следующие узлы: распределитель 14 импульсов управлени , датчик 15 пол рности выходного тока инвертора , два однотипных формировател  ТВ и 1.7 импульсов заданной длительности, элемент ИЛИ 18, третий формирователь 19 импульсов Заданной длительности, ждущий генератор 20 развёртывающего пилообразного сигнала, датчик 21 напр жени  нагрузки инвертора, фазочувствительный выпр митель 22, первый сумматор 23, выделитель 24 модул  (прецизионный выпр митель ), блок 25 выборки-хранени , второй сумматор 26, источник 27 сигнала задани , амплитуды напр жени  на конденсаторе, ПИ-регул тор 28, третий сумматбр 29, компаратор 30...-:: л .- .-.. v

Способ управлени  реализуетс  следующим образом, ../. . Пусть в момент to (фиг. 2, а) выходной ток инвертора (напр жение Ug датчика 9), возраста , протекает через включающийс  диод 5. реактор 6, обмотку Wi трансформатора 8, датчик 9, конденсатор 7, повыша  на нем напр жение Напр жение конденсатора U поступает в устройство 13, и из него на сумматоре 23 вычитаетс  посто нна  составл юща , равна  в данной схеме Ui/2. Таким образом, на выходе сумматора 23 присутствует сигнал переменной составл ющей напр жени  конденсатора 7 (фиг. 2, а). Пусть преобразователь 10 вторичного звена работает в режиме передачи мощности в нагрузку 11. Тогда напр жение на выходе датчика 21, пропорциональное напр жению на обмотке Wi, будет иметь положительный знак и остаетс  неизменным до очередного момента ta перехода через нуль напр жени  Ug (Фиг. 2, б).

В момент to на пр мом выходе датчика 15 по вл етс  сигнал логической единицы и15.1(фиг. 2, в) и присутствует там до момента т.3, а на инверсном выходе датчика 15 - сигнал логического нул  (Uis.2 фиг. 2, г). В момент to по фронту сигнала Uis.1 формирователем 16 начинает формироватьс  импульс длительностью, достаточной дл  восстановлени  запирающих свойств тири- стораЗ(фиг, 2, д). В момент ti сформированный импульс, пройд  через элементов, запускает генератор 20 (U20 фиг. 2, ж). Сигнал U20 присутствует на одном из входов компаратора 30.

Сигнал 1)23 на выходе сумматора 23, равный переменной составл ющей напр жение на конденсаторе 7, выпр мл етс  выделителем 24 (LJ24 фиг. 2, з) и подаетс  на вход блока 25, Управл ющий сигнал блока 25, получаемый из выходного сигнала эле5 мента 18 формирователем 19 (Dig, фиг. 2, з), обеспечивает запоминание сигнала U24 до следующего момента перевода й ёрёз нуль напр жени  Ug (фиг. 2, з). Из сигнала задани  U27 на сумматоре 26 вычитаетс /сигнал

0 Шб и поступает на ПЙ-регул тор 28Тна выходе которого присутствует основна  часть сигнала управлени  Уж причем последн   не содержит пульсационной составл ющей сигнала обратной св зи, Дополнительна 

5 составл юща  управл ющего сигнала поступает на сумматор 29 выхода выпр мите- л  22. Поскольку на интервале tp-ts сигнал на управл ющем : входе выпр мител  22 Ui5.2 соответствует логическому нулю (фиг.

0 2, г), то выпр митель.2.2 не мен ет знак сигнала датчика 21. Коэффициент, с которым сигнал выпр мител  U22 суммируетс  с сиг- .налом U28, равен см. Суммарный управл ющий сигнал.-..У29 (фиг..2, ж) сравниваетс 

5 компаратором 30 с сигналом генератора 20, и при равенстве этих сигналов на входе распределител  14 по вл етс  сигнал включени  . , 014.2, фиг. 2, и), Поскольку на первом управ0 л ющем входе распределител  14 присутствует сигнал логической единицы, а на втором - лЬгйческбгб; нули , to сигнал включени  управл емого ключа будет подан на тиристор 2 (фиг. 2, к), Последний включает5 с , выключаетс  диод 5, и выходной ток инвертора протекает по цепи: источник 1,

реактор 6, обмтка Wi трансформатора 8, датчик 9, конденсатор 7, зар жа  последний . . . -.. , ;: . ,: . . :. -,... -... - ,

0В момент t3 выхбднбй то к инвертора спадает к нулю и мен ет знак, а напр жение на конденсаторе 7 достигает экстремума (фиг. 2, а), В этот момент переключаютс  ключи в преобразователе 10 вторичного звё5 на, напр жение на обмотке Wi трансформатора 8 мен ет знак (фиг, 2, б), а в нагрузку по-прежнему передаетс  мощность от исг точника питани . Поскольку напр жение Ug помен ло знак, то на первом выходе счётчи0 ка 15 по вл етс  импульс логического нул , на втором его выходе - логической единицы (фиг, 2, в, г). По фронту напр жени  Uis.2 формирователь 17 формирует импульс, который , проход  через элемент 18, через вре5 м , достаточное дл  восстановлени  запирающих свойствтиристора 2, запускает генератор 20 (фиг. 2, е, ж). Процессы в схеме протекают аналогично описанному выше за исключением того, что сигнал Uis.2 мен ет знак выходного напр жени  выпр мител 

22, и последний имеет такой же знак, как на предыдущем такте. Кррме того, сигнал Uso включени  управл емого ключа будет подан на тиристор 3 (фиг. 2, л). : ....,

.Процессы в схеме повтор ютс  до тех пор, пока устройство дл  управлени  преобразователем ТО вторичного звена не пр бйз- ведет согласно релейному способу управлени  с сохранением естественной коммутации ключей вторичного звена смену знака мощности, потребл емой вторичным звеном. Последнее соответствует скачкорб- v $а&о муЩёщю СО ctopOHbf на грузкй Инвертора, Пусть это произошло в йомёйтfe (фиг, 2, а, б), причем на фиг. 26 пунктиром пЬказайо напр жение, пропорциональное Г напр жению нагрузки инвертора в случае, если бы смены знака мощности, потребл е V мой горйчным звеном, не про1лШШлО :пр;

; ЁрабнёнйЮ с рассмотренным выше режимом . Процессы в системе управлени  првтр р:ЯНЭТС Я 3

напр жение U22 помен ет знак и, следова- , тельно, произойдет безынёрционноё изменение сигн-ала управлени  U29 (фиг. 2, ж), что riрйвёдёт к йЗмейёййюугМупра вЛейй  инвертором в соответствии с аппрЬксимированнымй

- статическими характеристиками инвертора. . Поэтому управл емый параметр (амплитуда

напр жени  на конденсаторе 7) практически : не измён йтс  . Пр ичем дйНаМйческре ртКлоне- нйё on редел   етс  лишь нётбчнрстью а л п- рбксймации статических характеристик и не превышает нескольких процентов. На Дйаг- ра1ммё показанЬ изменение регулируемой величины в функций в ёШШГгфй тех Же услрви х. При этом прстоМна  времени интегральной части ПИ-регул тора увеличена .на пор док, а пропорциональной части , уменьшена в 4 раза.

Таким образом, способ управлени  не .. ; тЬлько сохран ет высокую коммутационную устбйчйврсть йнвёртрра, Но W позвол ет с дбстаточной степенью точности стабиййзи- ; ptfeatb Ыплитуду наложени  на койдёнса- торе, повысить запасы ycтoйчиe6ctи Ыстемы авторёгулировани  при скачкообразных возмущени х со стороны нагрузки

инвертора при небольших дополнительных аппаратурных затратах; .... Указанное ёыше характеризует положительный эффект, поскольку более точна  стабилизаци  напр жени  н а конденсаторе колебатёльнртр кбнтура снижает электро- ма гйжШё перегрузки элементрв инвертора , ч to приводит к повышению его

и а:д ё;&н6стй. - .

Ф :о р м у л а ; и з Ь б р е т е н и  

.; Способ управлени  прследрвательным рёзонййсным инвертором напр жени  с ди- ОдаШ встречного тока; заключающийс  в трм, что определ ют направление и моменты перехода через ноль выходного тока инвертора, § эти момёйты прекращают подачу сигнала включени  на управл емые ключи инвертора, через , достаточное дл  восстановлени  запирающих свойств управл ёмых ключей, начинают формировать развертывающий сигнал, в моменты равенства развертывающего сигнала и сигнала управлени  формируют сигнал включени  управл емых ключей и подают его на тот

управл емый ключ инвертора, пр мое на- П 5авлШйё котрром совпадает с на- правлё ййёК СёыхоДйОТр трка инвертора, о т- л и ч а ю щ и и с   тем; что, с целью повыше- йй  ййдё жйрстй путем снижени  электррмагнитных нагрузрк на элементы инвертора при переходных процессах, фррмируют сигнал задани , измер ют выходное напр жение инвертора и переменную составл ющую напр жени  на конденсаторе колебательного контура, в моменты перехода выходного тока инвертора через йоль запоминают сигнал абсолютной величины переменной составл ющей напр жени  на конденсаторе колебательного контура,

уменьшают этот сигнал на:велйчину сигнала; задани  и преобразуют полученный сигнал в пропорционально-интегральный, сигнал управлени  формируют как разность про- порционально интегральнргр сигнала и величины , пропорциональной выходному напр жению инвертора при положительном направлении тока инвертора и как сумму - при ртрицате ьном направлении выходного

тока инвертора.

)

t

t.

и

Ч)

к)

30

fa

j)Um

ts

Ъ

t« ±42. Ј

Фиг. 2