RU2472279C1 - Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load - Google Patents

Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load Download PDF

Info

Publication number
RU2472279C1
RU2472279C1 RU2011152409/07A RU2011152409A RU2472279C1 RU 2472279 C1 RU2472279 C1 RU 2472279C1 RU 2011152409/07 A RU2011152409/07 A RU 2011152409/07A RU 2011152409 A RU2011152409 A RU 2011152409A RU 2472279 C1 RU2472279 C1 RU 2472279C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
output
inputs
load
power switches
Prior art date
Application number
RU2011152409/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Игнатьевич Цытович
Олеся Геннадьевна Брылина
Антон Валерьевич Тюгаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ))
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ))
Priority to RU2011152409/07A priority Critical patent/RU2472279C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2472279C1 publication Critical patent/RU2472279C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device comprises a terminal for connection of a setting signal source, a summator, an integrator, from the first to the third relay elements, from the first to the sixth comparators, from the first to the third dynamic D-triggers, terminals of buses with grid voltages of phases A, B, C, from the first to the ninth power switches, load resistors, a zero potential bus, current sensors, from which every one comprises a current transformer, a demodulator (rectifier) and a smoothing filter. The substantial difference of the proposed device is represented by its higher energy indices, achieved due to the fact that each of grid voltage phases operates n the mode of multizone frequency-width-pulse modulation, which becomes possible due to introduction of power switches into A, B, C phases and their appropriate connection to outputs of D-triggers.
EFFECT: higher energy indices of a voltage controller, due to load current balancing between phases.
5 dwg

Description

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры.The invention relates to power conversion technology and can be used in temperature controllers.

Известен многозонный интегрирующий развертывающий преобразователь (МРП) (SU №1283801, G06G 7/12, заявл. 22.05.85, опубл. 15.01.87, бюл. №2), содержащий сумматоры, группу параллельно работающих интеграторов, нечетное число релейных элементов.Known multi-zone integrating deploying converter (MCI) (SU No. 1283801, G06G 7/12, application. 22.05.85, publ. 15.01.87, bull. No. 2) containing adders, a group of parallel integrators, an odd number of relay elements.

Устройство характеризуется высокой надежностью в работе при единичных отказах релейных элементов и относится к классу систем с самодиагностированием активных компонентов схемы и автоматическим вводом в работу работоспособных элементов (Цытович Л.И. Многозонный развертывающий преобразователь с адаптируемой в функции неисправности активных компонентов структурой // Приборы и техника эксперимента. - М.: АН СССР, 1988. - №1. - С.81-85).The device is characterized by high reliability in case of single failures of relay elements and belongs to the class of systems with self-diagnosis of active components of the circuit and automatic commissioning of workable elements (Tsytovich L.I. Multi-zone deploying converter with a structure adaptable to the fault function of active components // Devices and Technique experiment. - M.: USSR Academy of Sciences, 1988. - No. 1. - P.81-85).

Недостатком известного технического решения является его низкие энергетические показатели, так как здесь отсутствует возможность «выравнивания» тока нагрузки между релейными элементами.A disadvantage of the known technical solution is its low energy performance, since there is no possibility of "equalization" of the load current between the relay elements.

Известен МРП (SU №1183988, G06G 7/12, заявл. 27.04.84, опубл. 07.10.85, Бюл. №37), содержащий сумматоры, интегратор, релейные элементы, входную и выходную клеммы.Known MCI (SU No. 1183988, G06G 7/12, decl. 04/27/84, publ. 07.10.85, bull. No. 37), containing adders, integrator, relay elements, input and output terminals.

Устройство относится к классу автоколебательных частотно-широтно-импульсных (ЧШИМ) преобразователей интегрирующего типа, обладает высокой помехоустойчивостью и точностью работы, что обусловлено замкнутым характером структуры МРП и наличием интегратора в прямом канале регулирования.The device belongs to the class of self-oscillating frequency-latitude-pulse (CWPM) converters of the integrating type, has high noise immunity and accuracy, due to the closed nature of the MCI structure and the presence of an integrator in the direct control channel.

Однако известное техническое решение также имеет низкие энергетические показатели, что препятствует его применению в мощных регуляторах переменного напряжения (РН).However, the known technical solution also has low energy performance, which prevents its use in powerful AC voltage regulators.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многозонный регулятор переменного напряжения (патент SU №2408969, МПК Н02М 5/293, заявл. 23.12.09, опубл. 10.01.11, бюл. №1), содержащий последовательно включенные источник сигнала задания и первый сумматор, выход которого подключен к входам трех релейных элементов, выходы которых подключены к входам второго сумматора, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, три компаратора, входы которых подключены к выходом соответствующих релейных элементов, три ключевых элемента, каждый из которых включен между источником соответствующей фазы трехфазного источника напряжения и нагрузкой, соединенной по схеме «звезда» с нулевым выводом, выход второго и третьего компараторов подключены к управляющему входу второго и третьего ключевых элементов соответственно, четвертый компаратор и динамический D-триггер, причем вход четвертого компаратора подключен к силовому входу первого ключевого элемента, а выход соединен с С-входом D-триггера, D-вход D-триггера соединен с выходом первого компаратора, а выход D-триггера подключен к управляющему входу первого ключевого элемента.Closest to the proposed device is a multi-zone AC voltage regulator (patent SU No. 2408969, IPC Н02М 5/293, application form 23.12.09, publ. 10.01.11, bulletin No. 1), containing a reference signal source and a first adder, connected in series, the output of which is connected to the inputs of three relay elements, the outputs of which are connected to the inputs of the second adder, the output of which is connected to the second input of the first adder, three comparators, the inputs of which are connected to the output of the corresponding relay elements, three key elements, each of which rykh is connected between the source of the corresponding phase of the three-phase voltage source and the load connected by a star circuit with a zero output, the output of the second and third comparators are connected to the control input of the second and third key elements, respectively, the fourth comparator and the dynamic D-trigger, and the input of the fourth comparator connected to the power input of the first key element, and the output is connected to the C-input of the D-trigger, the D-input of the D-trigger is connected to the output of the first comparator, and the output of the D-trigger is connected to the control the input of the first key element.

Недостатком устройства-прототипа являются его низкие энергетические показатели, так как здесь также отсутствует возможность устойчивого и равномерного распределения тока нагрузки между фазами напряжения сети.The disadvantage of the prototype device is its low energy performance, since there is also no possibility of a stable and uniform distribution of the load current between the phases of the mains voltage.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении энергетических показателей регулятора напряжения, благодаря выравниванию тока нагрузки между фазами.The basis of the invention is a technical problem, which consists in increasing the energy performance of the voltage regulator, due to the equalization of the load current between the phases.

Указанная техническая задача решается тем, что частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой, содержащий последовательно включенные источник сигнала задания - входная клемма, сумматор, интегратор, выход которого соединен с входом первого второго и третьего релейных элементов, выходы которых подключены к входам первого, второго и третьего компараторов соответственно, выход первого компаратора соединен с D-входом первого динамического D-триггера, шины фаз А, В, С, подключенные соответственно через первый, второй и третий силовые ключи к трехфазной нагрузке с нулевым выводом, причем шина фазы А подключена также к входу четвертого компаратора, выход которого подключен к С-входам первого D-триггера, отличающийся тем, что выходы первого, второго и третьего релейных элементов подключены к соответствующим входам сумматора, введены пятый и шестой компараторы, а также второй и третий D-триггеры, при этом входы пятого и шестого компараторов подключены к шинам фаз В и С соответственно, а выходы соединены с С-входами второго и третьего D-триггеров соответственно, D-вход второго и третьего D-триггера подключен к выходу второго и третьего компараторов соответственно, дополнительно введены в фазу А четвертый и пятый силовые ключи, в фазу В шестой и седьмой силовые ключи, в фазу С восьмой и девятый, а нагрузка в каждой фазе представляет собой параллельное соединение трех цепей, причем выход первого, четвертого и пятого силового ключа соответственно подключен к первой, второй и третьей цепи нагрузки фазы А, выход шестого, второго и седьмого силового ключа соответственно подключен к первой, второй и третьей цепи нагрузки фазы В, выход восьмого, девятого и третьего силового ключа соответственно подключен к первой, второй и третьей цепи нагрузки фазы С, выход первого D-триггера подключен к управляющему входу первого, шестого и восьмого силового ключа, выход второго D-триггера подключен к управляющему входу четвертого, второго и девятого силового ключа, выход третьего D-триггера подключен к управляющему входу пятого, седьмого и третьего силового ключа, также введены датчики тока фаз А, В, С, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора.The specified technical problem is solved in that a frequency-latitude-pulse AC voltage regulator with distributed load, containing a sequentially connected reference signal source - an input terminal, an adder, an integrator, the output of which is connected to the input of the first second and third relay elements, the outputs of which are connected to the inputs the first, second and third comparators, respectively, the output of the first comparator is connected to the D-input of the first dynamic D-flip-flop, phase buses A, B, C, connected respectively through h first, second and third power switches to a three-phase load with zero output, and the phase A bus is also connected to the input of the fourth comparator, the output of which is connected to the C-inputs of the first D-trigger, characterized in that the outputs of the first, second and third relay elements connected to the corresponding inputs of the adder, introduced the fifth and sixth comparators, as well as the second and third D-flip-flops, while the inputs of the fifth and sixth comparators are connected to the phase buses B and C, respectively, and the outputs are connected to the C-inputs of the second and third D-flip-flops ditch, respectively, the D-input of the second and third D-flip-flops is connected to the output of the second and third comparators, respectively, the fourth and fifth power switches are additionally introduced into phase A, the sixth and seventh power switches are in phase B, the eighth and ninth phases are in phase C, and the load in each phase is a parallel connection of three circuits, and the output of the first, fourth and fifth power switch, respectively, is connected to the first, second and third load circuit of phase A, the output of the sixth, second and seventh power switch is respectively connected to howling, the second and third phase B load circuit, the output of the eighth, ninth and third power switch, respectively, is connected to the first, second and third phase C load circuit, the output of the first D-trigger is connected to the control input of the first, sixth and eighth power switch, the output of the second The D-flip-flop is connected to the control input of the fourth, second and ninth power switch, the output of the third D-flip-flop is connected to the control input of the fifth, seventh and third power switch, phase current sensors A, B, C are introduced, the outputs of which are connected to the corresponding the adder inputs.

Техническим результатом предлагаемого устройства являются его повышенные энергетические показатели, а именно снижение потребления электроэнергии, достигаемое за счет того, что каждая из фаз напряжения сети работает в режиме многозонной частотно-широтно-импульсной модуляции. При этом благодаря устойчивому и равномерному распределению тока нагрузки между фазами напряжения сети дополнительно повышается надежность в работе устройства.The technical result of the proposed device is its increased energy performance, namely the reduction in energy consumption, achieved due to the fact that each of the phases of the mains voltage operates in the multi-zone frequency-pulse-width modulation mode. Moreover, due to the stable and uniform distribution of the load current between the phases of the mains voltage, the reliability of the device is further increased.

Отличительной особенностью заявленного решения является то, что в частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения дополнительно введены второй и третий D-триггер, пятый и шестой компаратор и три датчика тока на каждую из фаз. При этом нагрузка в каждой фазе представляет собой параллельное соединение трех цепей, подключаемых к шине соответствующей фазы тремя силовыми ключами, управление которыми осуществляется от трех D-триггеров. Причем выход первого, четвертого и пятого силового ключа соответственно подключен к первой, второй и третьей цепи нагрузки фазы А, выход шестого, второго и седьмого силового ключа соответственно подключен к первой, второй и третьей цепи нагрузки фазы В, выход восьмого, девятого и третьего силового ключа соответственно подключен к первой, второй и третьей цепи нагрузки фазы С, выход первого D-триггера подключен к управляющему входу первого, шестого и восьмого силового ключа, выход второго D-триггера подключен к управляющему входу четвертого, второго и девятого силового ключа, выход третьего D-триггера подключен к управляющему входу пятого, седьмого и третьего силового ключа, также введены датчики тока фаз А, В, С, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора.A distinctive feature of the claimed solution is that a second and third D-trigger, a fifth and sixth comparator and three current sensors for each of the phases are additionally introduced into the frequency-pulse-width AC voltage regulator. In this case, the load in each phase is a parallel connection of three circuits connected to the bus of the corresponding phase by three power switches, which are controlled from three D-flip-flops. Moreover, the output of the first, fourth and fifth power switch is respectively connected to the first, second and third phase A load circuit, the output of the sixth, second and seventh power switch is respectively connected to the first, second and third phase B load circuit, the output of the eighth, ninth and third power the key is respectively connected to the first, second and third phase C load circuit, the output of the first D-trigger is connected to the control input of the first, sixth and eighth power switch, the output of the second D-trigger is connected to the control input of the fourth , of the second and ninth power switch, the output of the third D-trigger is connected to the control input of the fifth, seventh and third power switch, phase current sensors A, B, C are also introduced, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the adder.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:The invention is illustrated by drawings, which represent the following:

Фиг.1 - функциональная схема предлагаемого устройства;Figure 1 - functional diagram of the proposed device;

Фиг.2 - функциональная схема датчика тока;Figure 2 is a functional diagram of a current sensor;

Фиг.3, а-д - характеристики основных элементов регулятора напряжения;Figure 3, a-d - characteristics of the main elements of the voltage regulator;

Фиг.4, а-е - временные диаграммы сигналов для упрощенной функциональной схемы регулятора напряжения;4, a-e are timing diagrams of signals for a simplified functional diagram of a voltage regulator;

Фиг.5, а-л - временные диаграммы сигналов регулятора напряжения.Figure 5, a-l - timing diagrams of the voltage regulator signals.

В состав устройства (фиг.1) входят последовательно включенные источник сигнала задания - входная клемма 1, сумматор 2 и интегратор 3, выход которого подключен к входу первого 4, второго 5 и третьего 6 релейного элемента. Выходы релейных элементов 4, 5, 6 подключены к соответствующим входам сумматора и к входам первого 7, второго 8 и третьего 9 компараторов соответственно. D-входы динамических D-триггеров 10, 11 и 12 соединены с выходом первого 7, второго 8 и третьего 9 компаратора соответственно. С-входы D-триггеров 10, 11 и 12 подключены к выходам четвертого 13, пятого 14 и шестого 15 компаратора соответственно. Входы компараторов 13, 14 и 15 соединены с шинами фаз А, Б, С соответственно. Шины фаз А, В, С - клеммы 16, 17, 18 подключены через первый 19-1, второй 20-2 и третий 21-3 силовые ключи к трехфазной нагрузке с нулевым выводом 22. В каждую фазу дополнительно введены еще по два силовых ключа, так в фазу А введен четвертый 19-2 и пятый 19-3 силовой ключ, в фазу В введен шестой 20-1 и седьмой 20-3 силовой ключ и в фазу С введен восьмой 21-1 и девятый 21-2 силовой ключ. При этом нагрузка 22 в каждой фазе представляет собой параллельное соединение трех цепей. Клемма 23 предназначена для измерения тока в нулевом проводе. Выход D-триггера 10 подключен к управляющим входам силовых ключей 19-1, 20-1 и 21-1, подключенных к фазе А. Выход D-триггера 11 подключен к управляющим входам силовых ключей 19-2, 20-2 и 21-2, подключенных к фазе В. Выход D-триггера 12 подключен к управляющим входам силовых ключей 19-3, 20-3 и 21-3, подключенных к фазе С. Датчики тока 24, 25, 26 фаз А, В, С соответственно, имеют аналоговый выход, подключенный к соответствующим входам сумматора 2.The structure of the device (Fig. 1) includes a sequentially connected source of the reference signal - input terminal 1, adder 2 and integrator 3, the output of which is connected to the input of the first 4, second 5, and third 6 relay elements. The outputs of the relay elements 4, 5, 6 are connected to the corresponding inputs of the adder and to the inputs of the first 7, second 8 and third 9 comparators, respectively. D-inputs of dynamic D-flip-flops 10, 11 and 12 are connected to the output of the first 7, second 8 and third 9 of the comparator, respectively. C-inputs of D-flip-flops 10, 11 and 12 are connected to the outputs of the fourth 13, fifth 14 and sixth 15 of the comparator, respectively. The inputs of the comparators 13, 14 and 15 are connected to the phase buses A, B, C, respectively. Phase A, B, C buses - terminals 16, 17, 18 are connected through the first 19-1, second 20-2 and third 21-3 power switches to a three-phase load with zero output 22. Two more power switches are additionally introduced into each phase So, the fourth 19-2 and fifth 19-3 power switch are introduced into phase A, the sixth 20-1 and seventh 20-3 power switches are entered into phase B and the eighth 21-1 and ninth 21-2 power switches are entered into phase C. Moreover, the load 22 in each phase is a parallel connection of three circuits. Terminal 23 is for measuring the current in the neutral wire. The output of the D-trigger 10 is connected to the control inputs of the power switches 19-1, 20-1 and 21-1 connected to phase A. The output of the D-trigger 11 is connected to the control inputs of the power keys 19-2, 20-2 and 21-2 connected to phase B. The output of the D-flip-flop 12 is connected to the control inputs of the power switches 19-3, 20-3 and 21-3 connected to phase C. The current sensors 24, 25, 26 of phases A, B, C, respectively, have analog output connected to the corresponding inputs of adder 2.

В состав датчиков тока 24, 25, 26 входят (фиг.2) трансформатор тока 27, демодулятор (выпрямитель) 28, сглаживающий фильтр 29.The composition of the current sensors 24, 25, 26 includes (FIG. 2) a current transformer 27, a demodulator (rectifier) 28, a smoothing filter 29.

Блоки регулятора напряжения имеют следующие характеристики (фиг.3).The blocks of the voltage regulator have the following characteristics (figure 3).

Сумматор 2 выполнен с равными коэффициентами передачи по каждому из входов. В дальнейшем считаем, что эти коэффициенты передачи равны 1,0.The adder 2 is made with equal transmission coefficients for each of the inputs. In the future, we believe that these transmission coefficients are equal to 1.0.

Интегратор 3 реализован с передаточной функцией вида W(p)=1/Тир, где Ти - постоянная времени. Его выходной сигнал нарастает линейно при скачке входного воздействия со знаком, противоположным знаку входного сигнала (фиг.3 а).Integrator 3 is implemented with a transfer function of the form W (p) = 1 / T and p, where T and is the time constant. Its output signal increases linearly with a jump in the input action with a sign opposite to the sign of the input signal (Fig. 3 a).

Релейные элементы 4, 5, 6 имеют симметричную петлю гистерезиса и пороги переключения, удовлетворяющие условиюRelay elements 4, 5, 6 have a symmetrical hysteresis loop and switching thresholds that satisfy the condition

|±b1|<|±b2|<|±b3|,| ± b 1 | <| ± b 2 | <| ± b 3 |,

где ±bi - пороги переключения соответствующего из релейных элементов 4, 5, 6. Выходной сигнал каждого из релейных элементов 4, 5, 6 меняется дискретно в пределах ±А/3 (фиг.3 б).where ± b i are the switching thresholds of the corresponding relay elements 4, 5, 6. The output signal of each of the relay elements 4, 5, 6 varies discretely within ± A / 3 (Fig. 3 b).

Компараторы первой группы 7, 8, 9 имеют неинвертирующую характеристику с нулевым значением порогов переключения, предназначены для преобразования биполярного входного сигнала в однополярные импульсы (фиг.3в) и выполняют функции повторителей с таблицей истинностиThe comparators of the first group 7, 8, 9 have a non-inverting characteristic with zero switching thresholds, are designed to convert a bipolar input signal into unipolar pulses (Fig.3c) and perform the functions of repeaters with a truth table

Входentrance ВыходExit А/nA / n 1one -А/n-A / n 00

где ±А - максимальное значение выходного сигнала сумматора 2.where ± A is the maximum value of the output signal of the adder 2.

Компараторы второй группы 13, 14, 15 имеют характеристику, аналогичную компараторам первой группы 7, 8, 9, и переключаются в состояние «1» при положительной полуволне фазного напряжения (фиг.3г).The comparators of the second group 13, 14, 15 have a characteristic similar to the comparators of the first group 7, 8, 9, and switch to state “1” with a positive half-wave of the phase voltage (Fig. 3d).

D-триггеры 10, 11, 12 являются динамическими и переключаются по переднему фронту импульса на С-входе в состояние, которое имеет D-вход (фиг.3д).D-flip-flops 10, 11, 12 are dynamic and switch on the leading edge of the pulse at the C-input to a state that has a D-input (Fig. 3d).

Силовые ключи 19-1, 19-2, 19-3, 20-1, 20-2, 20-3, 21-1, 21-2, 21-3 нормально разомкнутые, переходят в замкнутое положение при сигнале логической «1» на их управляющем входе.Power switches 19-1, 19-2, 19-3, 20-1, 20-2, 20-3, 21-1, 21-2, 21-3 are normally open, go into the closed position when the signal is logical "1" at their control entrance.

Нагрузка 22 является активной, где каждый из резисторов имеет значение 3R.The load 22 is active, where each of the resistors has a value of 3R.

Датчики тока 24, 25, 26 (фиг.2) являются линейными и реализуют контур обратной связи регулятора переменного напряжения по току нагрузки.The current sensors 24, 25, 26 (figure 2) are linear and implement the feedback loop of the AC voltage regulator for the load current.

На диаграммах сигналов (фиг.4), построенных для упрощенной функциональной схемы частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения с распределенной нагрузкой, приняты следующие обозначения:In the signal diagrams (Fig. 4), constructed for a simplified functional diagram of a pulse-frequency pulse-width AC voltage regulator with distributed load, the following notation is adopted:

Хвх - входной сигнал (клемма 1);X I - input signal (terminal 1);

Yи(t) - выходной сигнал интегратора 3;Y and (t) is the output signal of the integrator 3;

Yр1, Yр2(t), Yр3(t) - выходные сигналы релейных элементов (РЭ) 4, 5, 6 соответственно;Y p1 , Y p2 (t), Y p3 (t) - output signals of relay elements (RE) 4, 5, 6, respectively;

Yвых(t) - суммарный сигнал на выходе РЭ 4, 5 и 6;Y o (t) is the total signal at the output of RE 4, 5 and 6;

Y0 - среднее значение суммарного сигнала на выходе РЭ 4, 5, 6.Y 0 - the average value of the total signal at the output of RE 4, 5, 6.

Принцип работы частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения с распределенной нагрузкой следующий.The principle of operation of a pulse-width-frequency-pulse AC voltage regulator with distributed load is as follows.

При включении регулятора переменного напряжения с распределенной нагрузкой и нулевом входном сигнале Хвх на клемме 1 релейные элементы 4, 5, 6 устанавливаются произвольным образом, например, в состояние +А/3 (фиг.4в, г, д). Под действием сигнала развертки с выхода интегратора 3 (фиг.4 б) происходит последовательное переключение в положение -А/3 двух релейных элементов 4 и 5 (т.к. релейные элементы 4 и 5 обладают наименьшими порогами переключения b1 и b2 соответственно) (фиг.4в, г, моменты времени t01, t02), после чего меняется направление развертывающего преобразования, и выходной сигнал Yи(t) на выходе интегратора 3 нарастает в положительном направлении.When you turn on the AC voltage regulator with distributed load and zero input signal X I on terminal 1, the relay elements 4, 5, 6 are set arbitrarily, for example, in the state + A / 3 (figv, d, e). Under the action of the sweep signal from the output of the integrator 3 (Fig. 4 b), two relay elements 4 and 5 are sequentially switched to the position -A / 3 (since the relay elements 4 and 5 have the lowest switching thresholds b 1 and b 2, respectively) (Fig. 4c, d, time instants t 01 , t 02 ), after which the direction of the sweep transform changes, and the output signal Y and (t) at the output of the integrator 3 rises in the positive direction.

Таким образом, частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой входит в режим устойчивых автоколебаний, когда амплитуда сигнала развертки на выходе интегратора 3 ограничена зоной неоднозначности первого релейного элемента 4 (с минимальными порогами переключения b1), а релейные элементы 5 и 6 находятся в статических и противоположных по знаку выходных сигналов состояниях.Thus, the frequency-latitude-pulse AC voltage regulator with distributed load enters the stable self-oscillation mode when the amplitude of the sweep signal at the output of the integrator 3 is limited by the ambiguity zone of the first relay element 4 (with minimum switching thresholds b 1 ), and the relay elements 5 and 6 are in states that are static and opposite in sign of the output signals.

При отсутствии сигнала Хвх (фиг.4a, t<t0) на клемме 1 суммарное среднее значение сигналов на выходе релейных элементов 4, 5, 6 равно нулю.In the absence of a signal X I (Fig. 4a, t <t 0 ) at terminal 1, the total average value of the signals at the output of relay elements 4, 5, 6 is zero.

Наличие сигнала задания на клемме 1 Хвх(А/3) (фиг.4a,

Figure 00000001
влечет за собой изменение частоты и скважности импульсов выходных импульсов релейного элемента 4, так как в одном из интервалов преобразования t1 (фиг.4в) развертка на выходе интегратора 3 изменяется под действием разности сигналов, подаваемых на сумматор 2, а в другом интервале преобразования t2 - зависит от суммы этих воздействий. В результате изменяется скважность выходных импульсов релейного элемента 4 (фиг.4в).The presence of the reference signal at the terminal 1 X I (A / 3) (figa,
Figure 00000001
entails a change in the frequency and duty cycle of the pulses of the output pulses of the relay element 4, since in one of the conversion intervals t 1 (Fig. 4c) the sweep at the output of the integrator 3 changes under the influence of the difference of the signals supplied to the adder 2, and in the other conversion interval t 2 - depends on the sum of these effects. As a result, the duty cycle of the output pulses of the relay element 4 is changed (Fig. 4c).

Если входной сигнал XВХ увеличился дискретно до величины (А/3)<ХВХ<А (фиг.4а), то частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой переходит на этап переориентации состояний двух релейных элементов 5 и 6, который заканчивается, когда третий релейный элемент 6 переключается в положение -А/3 (фиг.4д). Суммарный выходной сигнал релейных элементов 4, 5, 6 достигает уровня -А (фиг.4е), и частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой переходит во вторую модуляционную зону, где скорость формирования сигнала развертки на выходе интегратора 3 также определяется разностью или суммой сигналов, воздействующих на сумматор 2.If the input signal X BX increased discretely to a value of (A / 3) <X BX <A (Fig. 4a), then the pulse-frequency pulse-width AC voltage regulator with distributed load goes to the stage of reorientation of the states of two relay elements 5 and 6, which ends when the third relay element 6 switches to the position -A / 3 (fig.4d). The total output signal of the relay elements 4, 5, 6 reaches level -A (Fig.4e), and the frequency-pulse-width AC voltage regulator with distributed load goes into the second modulation zone, where the speed of the scan signal at the output of the integrator 3 is also determined by the difference or the sum of the signals acting on the adder 2.

Переход системы из одной модуляционной зоны в другую для малых приращений входного сигнала сопровождается переходом частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения с распределенной нагрузкой через характерные точки с нулевым значением частоты несущих колебаний (режим частотно-нулевого сопряжения модуляционных зон).The transition of a system from one modulation zone to another for small increments of the input signal is accompanied by the transition of a frequency-latitude-pulse AC voltage regulator with distributed load through characteristic points with a zero value of the frequency of carrier oscillations (frequency-zero conjugation of modulation zones).

Рассмотрим работу частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения с распределенной нагрузкой для первой модуляционной зоны, когда первый релейный элемент 4 находится в состоянии переключений, второй релейный элемент 5 имеет статическое состояние +А/3, а третий релейный элемент 6 - статическое состояние -А/3 (фиг.4 в, г, д). При этом выходной сигнал интегратора 3 ограничен порогами переключения ±b1 (фиг.4б).Let us consider the operation of a pulse-width-frequency-pulse AC voltage regulator with distributed load for the first modulation zone, when the first relay element 4 is in the switching state, the second relay element 5 has a static state + A / 3, and the third relay element 6 has a static state -A / 3 (Fig. 4 c, d, d). In this case, the output signal of the integrator 3 is limited by the switching thresholds ± b1 (Fig.4b).

Компараторы первой группы 7, 8, 9 преобразуют биполярный входной сигнал (фиг.3в) в однополярные импульсы, которые задают требуемое состояние D-триггеров 10, 11, 12.The comparators of the first group 7, 8, 9 convert the bipolar input signal (Fig.3c) into unipolar pulses, which set the desired state of the D-flip-flops 10, 11, 12.

Компараторы второй группы 13, 14, 15 переключаются в состояние «1» при формировании положительной полуволны фазного напряжения (фиг.3г).The comparators of the second group 13, 14, 15 switch to the state "1" during the formation of a positive half wave of phase voltage (Fig. 3d).

Динамические D-триггеры 10, 11, 12 переключаются по переднему фронту импульсов с выходов компараторов второй группы 13, 14, 15 в состояние, которое имеет их D-вход (фиг.3д). Если частота собственных автоколебаний частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения с распределенной нагрузкой намного ниже периода напряжения сети, то задержка, которую вносят D-триггеры 10, 11, 12 является пренебрежимо малой. Это позволяет считать моменты времени переключения первого релейного элемента 4 (фиг.4в) совпадающими с переходом пилообразного сигнала развертки соответствующего порога переключения ±b1.Dynamic D-flip-flops 10, 11, 12 switch on the leading edge of the pulses from the outputs of the comparators of the second group 13, 14, 15 to the state that their D-input has (Fig. 3d). If the frequency of intrinsic self-oscillations of a frequency-latitude-pulse AC voltage regulator with distributed load is much lower than the mains voltage period, then the delay introduced by D-triggers 10, 11, 12 is negligible. This makes it possible to consider the switching times of the first relay element 4 (Fig. 4c) coinciding with the transition of the sawtooth sweep signal of the corresponding switching threshold ± b1.

Компаратор 13 формирует импульсы «1» синхронно с «положительной» полуволной напряжения фазы А (фиг.5а, б). Релейный элемент 4 (фиг.5д) задает необходимое состояние компаратора 7 (фиг.5е) и D-триггера 10 (фиг.5и), в которое он переключается по первому импульсу, совпадающему с сигналом «1» на выходе компаратора 7 (фиг.5е). Выключение D-триггера 10 происходит по первому импульсу в пределах «нулевого» состояния компаратора 7 (фиг.5е, и). В результате на интервале t01-t02 (фиг.5и) в нагрузке формируется «нулевая» пауза.The comparator 13 generates the pulses "1" synchronously with the "positive" half-wave voltage of phase A (figa, b). Relay element 4 (Fig.5d) sets the necessary state of comparator 7 (Fig.5e) and D-trigger 10 (Fig.5i), into which it switches by the first pulse that matches the signal "1" at the output of comparator 7 (Fig. 5e). Turning off the D-trigger 10 occurs on the first pulse within the "zero" state of the comparator 7 (Fig.5e, and). As a result, on the interval t 01 -t 02 (Fig.5i), a “zero” pause is formed in the load.

Датчики тока 24, 25, 26 образуют контур отрицательной обратной связи частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения по току нагрузки.Current sensors 24, 25, 26 form a negative feedback loop of a frequency-pulse-width AC voltage regulator for the load current.

Таким образом, в режиме частотно-широтно-импульсной модуляции работают ключи 19-1, 20-1, 21-1 (фиг.5 и) фазы А, постоянно включены ключи 19-2, 20-2, 21-2 (фиг.5 к) фазы В, а в состоянии «выключено» находятся ключи 19-3, 20-3, 21-3 (фиг.5 л) фазы С. При этом каждый из резисторов нагрузки 22 имеет сопротивление 3R, что применительно к устройству-прототипу эквивалентно включению в каждую из фаз сопротивления, равного R.Thus, in the mode of frequency-pulse-width-pulse modulation, the keys 19-1, 20-1, 21-1 (FIG. 5 and) of phase A work, the keys 19-2, 20-2, 21-2 are constantly turned on (FIG. 5 k) of phase B, and in the “off” state are the keys 19-3, 20-3, 21-3 (Fig. 5 l) of phase C. Moreover, each of the load resistors 22 has a resistance of 3R, which is applied to the device the prototype is equivalent to the inclusion in each of the phases of the resistance equal to R.

В результате все фазы напряжения сети оказываются загруженными по току в равной мере, что улучшает энергетические характеристики системы в целом.As a result, all phases of the mains voltage are equally loaded with current, which improves the energy characteristics of the system as a whole.

Таким образом, введение в частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой дополнительных силовых ключей и их соответствующее соединение с D-триггерами 10, 11, 12 положительно влияет на энергетические характеристики регулятора напряжения.Thus, the introduction of an alternating voltage into the frequency-pulse-width regulator with a distributed load of additional power switches and their corresponding connection with the D-triggers 10, 11, 12 positively affects the energy characteristics of the voltage regulator.

Рассмотренный частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой предполагается использовать в качестве регулятора температуры в системе управления процессом гидротермального синтеза при изготовлении радиотехнических кристаллов кварца на ОАО «Южно-Уральский завод «Кристалл».The considered frequency-latitude-pulse alternating voltage regulator with distributed load is supposed to be used as a temperature regulator in the hydrothermal synthesis process control system in the manufacture of radio engineering quartz crystals at OJSC "South Ural Plant" Crystal ".

Claims (1)

Частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения с распределенной нагрузкой, содержащий последовательно включенные источник сигнала задания - входная клемма, сумматор, интегратор, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего релейных элементов, выходы которых подключены к входам первого, второго и третьего компараторов соответственно, выход первого компаратора соединен с D-входом первого динамического D-триггера, шины фаз А, В, С, подключенные соответственно через первый, второй и третий силовые ключи к трехфазной нагрузке с нулевым выводом, причем шина фазы А подключена также к входу четвертого компаратора, выход которого подключен к С-входам первого D-триггера, отличающийся тем, что выходы первого, второго и третьего релейных элементов подключены к соответствующим входам сумматора, введены пятый и шестой компараторы, а также второй и третий D-триггеры, при этом входы пятого и шестого компараторов подключены к шинам фаз В и С соответственно, а выходы соединены с С-входами второго и третьего D-триггеров соответственно, D-входы второго и третьего D-триггеров подключены к выходам второго и третьего компараторов соответственно, дополнительно введены в фазу А четвертый и пятый силовые ключи, в фазу В шестой и седьмой силовые ключи, в фазу С восьмой и девятый, а нагрузка в каждой фазе представляет собой параллельное соединение трех цепей, причем выходы первого, четвертого и пятого силовых ключей соответственно подключены к первой, второй и третьей цепям нагрузки фазы А, выход шестого, второго и седьмого силовых ключей соответственно подключены к первой, второй и третьей цепям нагрузки фазы В, выход восьмого, девятого и третьего силовых ключей соответственно подключены к первой, второй и третьей цепям нагрузки фазы С, выход первого D-триггера подключен к управляющим входам первого, шестого и восьмого силовых ключей, выход второго D-триггера подключен к управляющим входам четвертого, второго и девятого силовых ключей, выход третьего D-триггера подключен к управляющим входам пятого, седьмого и третьего силовых ключей, также введены датчики тока фаз А, В, С, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора. Frequency-pulse-width AC voltage regulator with distributed load, containing sequentially connected reference signal source - input terminal, adder, integrator, the output of which is connected to the inputs of the first, second and third relay elements, the outputs of which are connected to the inputs of the first, second and third comparators accordingly, the output of the first comparator is connected to the D-input of the first dynamic D-trigger, phase buses A, B, C, connected respectively through the first, second and third power switches to three phase load with a zero output, and the phase A bus is also connected to the input of the fourth comparator, the output of which is connected to the C-inputs of the first D-trigger, characterized in that the outputs of the first, second and third relay elements are connected to the corresponding inputs of the adder, the fifth and the sixth comparators, as well as the second and third D-flip-flops, while the inputs of the fifth and sixth comparators are connected to the phase buses B and C, respectively, and the outputs are connected to the C-inputs of the second and third D-flip-flops, respectively, D-inputs of the second and third D-flip-flops are connected to the outputs of the second and third comparators, respectively, the fourth and fifth power switches are additionally introduced into phase A, the sixth and seventh power switches are in phase B, the eighth and ninth are in phase C, and the load in each phase is a parallel connection of three circuits moreover, the outputs of the first, fourth and fifth power switches are respectively connected to the first, second and third phase A load circuits, the outputs of the sixth, second and seventh power switches are respectively connected to the first, second and third load circuits phase B, the output of the eighth, ninth and third power keys are respectively connected to the first, second and third load circuits of phase C, the output of the first D-trigger is connected to the control inputs of the first, sixth and eighth power keys, the output of the second D-trigger is connected to the control inputs of the fourth, second and ninth power switches, the output of the third D-trigger is connected to the control inputs of the fifth, seventh and third power switches, phase current sensors A, B, C are also introduced, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the adder.
RU2011152409/07A 2011-12-21 2011-12-21 Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load RU2472279C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011152409/07A RU2472279C1 (en) 2011-12-21 2011-12-21 Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011152409/07A RU2472279C1 (en) 2011-12-21 2011-12-21 Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2472279C1 true RU2472279C1 (en) 2013-01-10

Family

ID=48806256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011152409/07A RU2472279C1 (en) 2011-12-21 2011-12-21 Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2472279C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU465744A1 (en) * 1972-11-09 1975-03-30 Войсковая Часть 25871 Device for automatic reservation of communication channels
GB2221360A (en) * 1988-07-26 1990-01-31 Ma Gil Pyung Constant power control of electric heater for alternative supply voltages
SU1767482A2 (en) * 1989-08-22 1992-10-07 Государственное Союзное Конструкторское Бюро Приборов И Элементов Автоматики Temperature regulator
RU2228538C2 (en) * 2002-02-19 2004-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение " Завод им. Серго" Method and device for controlling pulse-width ac voltage regulator
RU2408969C1 (en) * 2009-12-23 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU465744A1 (en) * 1972-11-09 1975-03-30 Войсковая Часть 25871 Device for automatic reservation of communication channels
GB2221360A (en) * 1988-07-26 1990-01-31 Ma Gil Pyung Constant power control of electric heater for alternative supply voltages
SU1767482A2 (en) * 1989-08-22 1992-10-07 Государственное Союзное Конструкторское Бюро Приборов И Элементов Автоматики Temperature regulator
RU2228538C2 (en) * 2002-02-19 2004-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение " Завод им. Серго" Method and device for controlling pulse-width ac voltage regulator
RU2408969C1 (en) * 2009-12-23 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Darus et al. A modified voltage balancing algorithm for the modular multilevel converter: Evaluation for staircase and phase-disposition PWM
AU2014245740B2 (en) Inverter device
RU2408969C1 (en) Multipoint frequency-pulse width variable voltage regulator
CN105610216A (en) High-capacity battery charging circuit and control method thereof
CN104184354A (en) Space vector pulse width modulation method used for three-phase inverter
CN109302166B (en) Pulse width modulation circuit and device
RU2472279C1 (en) Frequency-width-pulse controller of ac voltage with distributed load
RU2461875C1 (en) Multizone frequency-pulse-duration alternating voltage controller
WO2012164788A1 (en) Power supply device
RU2490685C1 (en) Frequency-width-pulse controller of ac voltage with balanced load
Tsytovich et al. Features of modes of a multizone integrating controller with an even number of relay elements
RU2459342C1 (en) Resonant converter of dc voltage into dc and ac and method to control its output voltage
Ali et al. Improved performance of cascaded multilevel inverter
US9118343B2 (en) Delta-sigma modulator with high input impedance
RU2462804C1 (en) Frequency-pulse duration alternating voltage controller
TWI635708B (en) Pulse width modulation converter and converting method thereof
RU2422896C1 (en) Multi-zone roll-out converter
RU2471282C1 (en) Multi-zone integrating controller of ac voltage
Ghanmare et al. Microcontroller based three phase inverter
Jena et al. Modified hysteresis current-controlled PWM strategy for Single phase grid connected inverters
RU2549128C1 (en) Single-cycle multizone integrating converter
RU2288532C1 (en) Phase-shifter
Shea et al. Lag-free terminal voltage sensing in low-pass filtered PWM converters
Zulkifli et al. Investigation on Proportional Resonant Current Control for 7-Level Multilevel Inverter with Reduced Switching Device
RU2461948C1 (en) Synchronisation device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131222