UA107895C2 - Регенератор однофазної напруги мережі - Google Patents
Регенератор однофазної напруги мережі Download PDFInfo
- Publication number
- UA107895C2 UA107895C2 UAA201400538A UAA201400538A UA107895C2 UA 107895 C2 UA107895 C2 UA 107895C2 UA A201400538 A UAA201400538 A UA A201400538A UA A201400538 A UAA201400538 A UA A201400538A UA 107895 C2 UA107895 C2 UA 107895C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- key
- output
- rectifier
- power amplifier
- regenerator
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Регенератор однофазної напруги мережі належить до електротехніки і може бути використаний в пристроях живлення апаратури різного призначення, яка потребує високої якості живлячої напруги синусоїдальної форми, зокрема високоякісної аудіоапаратури. Регенератор включає трансформатор із вторинною обмоткою, з'єднаною з двополярним випрямлячем, підсилювач потужності, блок захисту, формувач еталонного синусоїдального сигналу, причому первинна обмотка трансформатора з'єднана з затискачами мережевої напруги, перший вхід підсилювача потужності з'єднаний з виходом формувача еталонного сигналу, виводи живлення підсилювача потужності з'єднані з виходом двополярного випрямляча, а виходи регенератора послідовно з'єднані через блок захисту з навантаженням. Додатково містить 5-7 вторинних обмоток трансформатора, 5-7 випрямлячів, 5-7 ключових каскадів, кожен з яких складається із двох ключів і схеми керування ключами, два компаратори, реверсивний лічильник, дві пари ключових елементів, споряджених схемами керування і з'єднаних у мостову схему, інвертор, резистивний дільник, формувач еталонного сигналу додатково включає керований повторювач, третій компаратор і ключ, при цьому кожен випрямляч з'єднаний з відповідною вторинною обмоткою, кожен ключовий каскад з'єднаний з виходом відповідного випрямляча, перші ключі кожного ключового каскаду з'єднані між собою послідовно, а другі ключі кожного ключового каскаду включені між позитивним виходом відповідного випрямляча і точкою з'єднання перших ключів, входи схем керування ключами кожного ключового каскаду з'єднані з відповідними виходами реверсивного лічильника, перш�
Description
випрямляча, останній ключовий каскад з'єднаний з виходом підсилювача потужності, вихід підсилювача потужності з'єднаний також з входом, що не інвертує, першого компаратора й входом, що інвертує, другого компаратора, другі входи першого і другого компараторів з'єднані з резистивним дільником, причому вихід першого компаратора з'єднаний з підсумовуючим входом реверсивного лічильника, а вихід другого компаратора з'єднаний з віднімальним входом реверсивного лічильника, другий вхід підсилювача потужності з'єднаний з точкою з'єднання першого ключового каскаду з першою парою ключових елементів, вихід компаратора формувача еталонного сигналу з'єднаний з входами схем керування першого і четвертого ключових елементів і входом інвертора, вихід інвертора з'єднаний з входами схем керування других і третього ключових елементів, причому величина вихідної напруги кожного наступного випрямляча кратна двом відносно величини вихідної напруги кожного попереднього випрямляча, а виходом регенератора, до якого підключене навантаження, є діагональ мостової схеми. Технічним результатом є одержання сигналу синусоїдальної форми, близької до ідеальної синусоїди, регулювання частоти вихідної напруги і забезпечення підвищення коефіцієнта корисної дії.
Те ТСН
В ЗВ ше Я ще -. зле сне ки Ен пранні роросттт ке теечн а Я ди : 7 в п нн К
З нов бю хх
Н ЕЯ Н ях хе і ях | щи сі» і А ння Ше 18 ! КРАХ я Н КМ шк ян я ши и шк ! Му р-н пи ж жк ШІ в ню
Ов А А В В еВ ау в. ша шин пе ЩІ зд
С пн по НН НИ ї ЩІ) ше ши у й КК
ЗХ і й - Я, зе ВК інж ге нн, СД т а ЗЕМ
Фіг.
Винахід належить до області електротехніки і може бути використаний в пристроях живлення апаратури різного призначення, яка потребує високої якості живлячої напруги синусоїдальної форми, зокрема високоякісної аудіоапаратури.
Найбільш близьким за технічною суттю і технічним результатом, що досягається, до регенератора однофазної напруги мережі, що заявляється, є регенератор однофазної напруги мережі (див. пат. США Мо 7259705, МПК НОЗМ 1/66, від 01.02.2006 р., опубл. 21.08.2007 р.), що включає трансформатор із вторинною обмоткою, з'єднаною з двополярним випрямлячем, підсилювач потужності, блок захисту, формувач еталонного синусоїдального сигналу, причому первинна обмотка трансформатора з'єднана з затискачами мережевої напруги, перший вхід підсилювача потужності з'єднаний з виходом формувача еталонного сигналу, виводи живлення підсилювача потужності з'єднані з виходом двополярного випрямляча, а виходи регенератора послідовно з'єднані через блок захисту з навантаженням.
Відомий регенератор однофазної напруги мережі забезпечує стабілізацію вихідної напруги і коректування синусоїдальної форми сигналу підсумовуванням напруги мережі з вихідним напруженням підсилювача потужності і підстроюванням форми вихідної напруги до збігу із сигналом синусоїдальної форми, що задається.
Однак він не забезпечує одержання сигналу синусоїдальної форми, близької до ідеальної синусоїди, при значних викривленнях форми мережного сигналу, не дозволяє регулювати частоту вихідної напруги і має низький коефіцієнт корисної дії (к.к.д.).
Це пояснюється тим, що відомий регенератор має недостатній діапазон робочих напруг підсилювача потужності, у результаті чого вихідний сигнал підсилювача потужності недостатньо компенсує коливання мережної напруги за формою і амплітудою. Якщо викривлення мережного сигналу перевищують деякий поріг, то компенсаційні можливості пристрою вичерпуються, і мережні викривлення попадають у вихідний сигнал регенератора. Для розширення компенсаційних можливостей пристрою необхідно збільшувати діапазон робочих напруг підсилювача потужності. Наприклад, для того, щоб компенсувати коливання сіткової напруги -20 96, підсилювач потужності повинен працювати в діапазоні -50 В. При вихідній потужності регенератора 1 кВт потужність втрат, що розсіюються підсилювачем потужності, буде становити близько 250 Вт, тобто коефіцієнт корисної дії пристрою становить не більше 75 95. У відомому
Зо регенераторі неможливо змінювати частоту вихідного сигналу регенератора. Вихідний синусоїдальний сигнал має частоту, рівну частоті живильної мережі, тобто 50 або 60 Гц.
В основу винаходу поставлена задача вдосконалити регенератор однофазної напруги мережі шляхом введення нових конструктивних елементів, нових зв'язків між конструктивними елементами, нового виконання конструктивних елементів, що забезпечить одержання сигналу синусоїдальної форми, близької до ідеальної синусоїди, дозволить регулювати частоту вихідної напруги і забезпечить підвищення коефіцієнта корисної дії (к.к.д.).
Поставлена задача вирішується тим, що в регенераторі однофазної напруги мережі, що включає трансформатор із вторинною обмоткою, з'єднаною з двополярним випрямлячем, підсилювач потужності, блок захисту, формувач еталонного синусоїдального сигналу, причому первинна обмотка трансформатора з'єднана з затискачами мережевої напруги, перший вхід підсилювача потужності з'єднаний з виходом формувача еталонного сигналу, виводи живлення підсилювача потужності з'єднані з виходом двополярного випрямляча, а виходи регенератора послідовно з'єднані через блок захисту з навантаженням, відповідно до пропонованого технічного рішення, новим є те, що регенератор додатково містить 5-7 вторинних обмоток трансформатора, 5-7 випрямлячів, 5-7 ключових каскадів, кожен з яких складається із двох ключів і схеми керування ключами, два компаратори, реверсивний лічильник, дві пари ключових елементів, споряджених схемами керування і з'єднаних у мостову схему, інвертор, резистивний дільник, формувач еталонного сигналу додатково включає керований повторювач, третій компаратор і ключ, при цьому кожен випрямляч з'єднаний з відповідною вторинною обмоткою, кожен ключовий каскад з'єднаний з виходом відповідного випрямляча, перші ключі кожного ключового каскаду з'єднані між собою послідовно, а другі ключі кожного ключового каскаду включені між позитивним виходом відповідного випрямляча і точкою з'єднання перших ключів, входи схем керування ключами кожного ключового каскаду з'єднані з відповідними виходами реверсивного лічильника, перший ключовий каскад з'єднаний з першою парою ключових елементів, друга пара ключових елементів з'єднана з середньою точкою двополярного випрямляча, останній ключовий каскад з'єднаний з виходом підсилювача потужності, вихід підсилювача потужності з'єднаний також з входом, що не інвертує, першого компаратора й входом, що інвертує, другого компаратора, другі входи першого і другого компараторів з'єднані з резистивним дільником, причому вихід першого компаратора з'єднаний з підсумовуючим 60 входом реверсивного лічильника, а вихід другого компаратора з'єднаний з віднімальним входом реверсивного лічильника, другий вхід підсилювача потужності з'єднаний з точкою з'єднання першого ключового каскаду з першою парою ключових елементів, вихід компаратора формувача еталонного сигналу з'єднаний з входами схем керування першого і четвертого ключових елементів і входом інвертора, вихід інвертора з'єднаний з входами схем керування других і третього ключових елементів, причому величина вихідної напруги кожного наступного випрямляча кратна двом відносно величини вихідної напруги кожного попереднього випрямляча, а виходом регенератора, до якого підключене навантаження, є діагональ мостової схеми.
Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу і технічним результатом, що досягається, полягає в такому.
Введення нових конструктивних елементів і нових зв'язків між конструктивними елементами, а також нове виконання конструктивних елементів регенератора, що заявляється, а саме те, що він: - додатково містить 5-7 вторинних обмоток, - додатково містить 5-7 випрямлячів, - додатково містить 5-7 ключових каскадів, кожен із яких складається з двох ключів і схеми керування ключами, - додатково містить два компаратори, - додатково містить реверсивний лічильник, - додатково містить дві пари ключових елементів, споряджених схемами керування і з'єднаних у мостову схему, - додатково містить інвертор, - додатково містить резистивний дільник, - формувач еталонного сигналу додатково включає керований повторювач, третій компаратор і ключ, - при цьому кожен випрямляч з'єднаний з відповідною вторинною обмоткою, кожен ключовий каскад з'єднаний з виходом відповідного випрямляча, перші ключі кожного ключового каскаду з'єднані між собою послідовно, а другі ключі кожного ключового каскаду включені між позитивним виходом відповідного випрямляча і точкою з'єднання перших ключів, входи схем керування ключами кожного ключового каскаду з'єднані з відповідними виходами реверсивного лічильника, перший ключовий каскад з'єднаний з першою парою ключових елементів, друга пара ключових елементів з'єднана з середньою точкою двополярного випрямляча, останній ключовий каскад з'єднаний з виходом підсилювача потужності, вихід підсилювача потужності з'єднаний також з входом, що не інвертує, першого компаратора й входом, що інвертує, другого компаратора, другі входи першого і другого компараторів з'єднані з резистивним дільником, причому вихід першого компаратора з'єднаний з підсумовуючим входом реверсивного лічильника, а вихід другого компаратора з'єднаний з віднімальним входом реверсивного лічильника, другий вхід підсилювача потужності з'єднаний з точкою з'єднання першого ключового каскаду з першою парою ключових елементів, вихід компаратора формувача еталонного сигналу з'єднаний з входами схем керування першого і четвертого ключових елементів і входом інвертора, вихід інвертора з'єднаний з входами схем керування других і третього ключових елементів, причому величина вихідної напруги кожного наступного випрямляча кратна двом відносно величини вихідної напруги кожного попереднього випрямляча, а виходом регенератора, до якого підключене навантаження, є діагональ мостової схеми, у сукупності з відомими ознаками технічного рішення забезпечує одержання сигналу синусоїдальної форми, близької до ідеальної синусоїди, дозволяє регулювати частоту вихідної напруги і забезпечує підвищення коефіцієнта корисної дії (к.к.д.).
Це пояснюється тим, що при включенні регенератора в мережу на первинну обмотку трансформатора із затискачів мережної напруги надходить вхідна мережна напруга і далі напруга з'являється на виході двополярного випрямляча, підключеного до вторинної обмотки.
На виходах 5-7-ми випрямлячів, підключених до 5-7-ми вторинних обмоток, з'являються напруги, причому величина вихідної напруги кожного наступного випрямляча кратна двом відносно величини вихідної напруги кожного попереднього випрямляча. Вихідні напруги випрямлячів комутують 5-7 ключових каскадів. При надходженні логічної одиниці на схему керування ключами кожного із ключових каскадів перший ключ каскаду закритий, а другий ключ відкривається і підключає вихід відповідного випрямляча до входу мостової схеми. Напруги випрямлячів, у яких другі ключі виявилися відкритими, підсумовуються. У результаті на вході мостової схеми (точка з'єднання першого ключового каскаду з першою парою ключових елементів) формується еквівалент сигналу напівсинусоїдальної форми, який задається бо шестирозрядним двійковим кодом. Шестирозрядний код керування ключами формується на виходах реверсивного лічильника. Останній ключовий каскад підключений до виходу підсилювача потужності. Середня точка двополярного випрямляча підключена до точки з'єднання другої пари ключових елементів, тому між точками з'єднання пар ключових елементів підсумуються вихідний сигнал підсилювача потужності і сигнал, сформований комутацією ключових каскадів. Синтезування прецизійного синусоїдального сигналу великої потужності на виході регенератора здійснюється за рахунок того, що генератор формувача еталонного синусоїдального сигналу формує на своєму виході прецизійний сигнал синусоїдальної форми з мінімальними нелінійними викривленнями і стабільною амплітудою. Амплітуда і частота вихідної напруги генератора формувача еталонного сигналу визначаються оператором і відповідають зміні вихідної напруги регенератора в діапазонах 190-230 В їі 50-120 Гц. На виході компаратора формувача еталонного сигналу формуються прямокутні імпульси, фронти яких збігаються за часом з переходами синусоїдального сигналу через нуль. Ключ формувача еталонного сигналу один напівперіод синусоїдальної напруги відкритий, а наступний - закритий.
У результаті керований повторювач формувача еталонного сигналу один напівперіод є таким, що інвертує, а наступний - таким, що не інвертує, і на його виході формується еталонний напівсинусоїдальний сигнал, аналогічний за формою випрямленій двонапівперіодній напрузі.
Еталонний напівсинусоїдальний сигнал подається на перший вхід підсилювача потужності. На другий вхід підсилювача потужності надходить сигнал зворотного зв'язку із точки з'єднання першої пари ключових елементів, тобто сигнал, який дорівнює сумі вихідної напруги підсилювача потужності і напруги на сукупності ключових каскадів. Ця сума напруг фактично є вихідною напругою, яка повинна співпадати за формою з еталонним сигналом. Підсилювач потужності визначає різницю сигналів, підсилює її по потужності і компенсує всі відхилення вихідної напруги від еталонного сигналу. Для забезпечення високої точності компенсації при відносно невеликому діапазоні вихідної напруги підсилювача потужності рівень напруги на виході підсилювача потужності порівнюється із пороговими значеннями першим і другим компараторами. Порогові значення напруги задаються резистивним дільником. Якщо значення напруги на виході підсилювача потужності перевищує задане значення, або менше заданого значення, то перший і другий компаратори формують команду на збільшення, або, відповідно, на зменшення коду на виході реверсивного лічильника. Отже, аналоговий підсилювач
Зо потужності управляє роботою ключових каскадів таким чином, щоб різниця між еталонним сигналом напівсинусоїдальної форми і сумарним сигналом на виході ключових каскадів у кожен момент часу не перевищувала за абсолютним значенням заданого значення. Тоді підсилювач потужності працює в лінійному режимі у всьому діапазоні миттєвих значень вихідної напруги - від 0 В до 350 В і забезпечує точну компенсацію відхилень вихідного сигналу від еквівалентного.
Сформований сигнал напівсинусоїдальної форми перетворюється в синусоїдальний за допомогою мостової схеми на ключових елементах, у діагональ якої через блок захисту включене навантаження. Блок захисту відключає навантаження від виходу регенератора при перевищенні струмом навантаження гранично припустимого значення, наприклад, при коротких замиканнях. Ключові елементи мостової схеми управляються відповідними схемами керування, на які надходять сигнали з виходів компаратора формувача еталонного сигналу і інвертора.
Коли відкритий перший ключовий елемент першої пари ключових каскадів мостової схеми і другий ключовий елемент другої пари ключових каскадів мостової схеми, на навантаженні формується позитивна напівхвиля синусоїдальної напруги, коли відкритий другий ключовий елемент першої пари ключових каскадів мостової схеми і перший ключовий елемент другої пари ключових каскадів мостової схеми, на навантаженні формується негативна напівхвиля синусоїдальної напруги.
Таким чином, у регенераторі, що заявляється, за рахунок всієї сукупності ознак забезпечується одержання сигналу синусоїдальної форми, близької до ідеальної синусоїди, а також можливість регулювати частоту вихідної напруги і підвищення коефіцієнта корисної дії (к.к.д.).
Регенератор однофазної напруги мережі пояснюється кресленням, на якому наведена функціональна схема регенератора, що заявляється.
Регенератор однофазної напруги мережі містить трансформатор 1 із вторинною обмоткою 2, до якої підключений двополярний випрямляч 3. Первинна обмотка трансформатора 1 підключена до затискачів 4 мережної напруги. До складу трансформатора 1 входять також вторинні обмотки 5, кожна з яких підключена до відповідного випрямляча 6. Вихідні напруги холостого ходу випрямлячів 6 відрізняються одна від одної у два рази і становлять, наприклад, 200 В, 100 В, 50 В, 25 В, 12,5 В і 6 В. Вихідна напруга двополярного випрямляча З повинна бути приблизно в 1,5 разу більше вихідної напруги найменшого (останнього) випрямляча і дорівнює, 60 наприклад, 510 В. До випрямлячів 6 приєднані ключові каскади 7. Кожен ключовий каскад 7 складається із двох ключів 8 і 9 і схеми 10 керування ключами. Перші ключі 8 ключових каскадів 7 з'єднані між собою послідовно, кожен другий ключ 9 включений між позитивним виводом відповідного випрямляча б і точкою з'єднання перших ключів 8. Входи схем 10 керування ключами кожного ключового каскаду 7 з'єднані з відповідними виходами реверсивного лічильника 11. Перший ключовий каскад 7 з'єднаний із ключовими елементами 12 і 13, які разом із ключовими елементами 14 ії 15 утворюють мостову схему. Точка з'єднання ключових елементів 14 і 15 з'єднана із середньою точкою двополярного випрямляча 3. Точки з'єднання ключових елементів 12-14 і 13-15 (діагональ мостової схеми) є виходом регенератора, до якого через блок 16 захисту підключається навантаження 17. Останній ключовий каскад 7 підключений до виходу підсилювача 18 потужності. Вихід підсилювача 18 потужності зв'язаний також із входом, що не інвертує, компаратора 19 і входом, що інвертує, компаратора 20. Другі входи компараторів 19 і 20 підключені до резистивного дільника 21. Вихід компаратора 19 з'єднаний з підсумовуючим входом реверсивного лічильника 11, вихід компаратора 20 з'єднаний з віднімальним входом реверсивного лічильника 11. Один із входів підсилювача 18 потужності підключений до виходу формувача 22 еталонного сигналу, що складається, наприклад, з генератора 23 синусоїдального сигналу, компаратора 24, керованого повторювача 25 і ключа 26. Другий вхід підсилювача 18 потужності підключений до точки з'єднання першого ключового каскаду 7 з ключовими елементами 12 і 13. Виводи живлення підсилювача 18 потужності підключені до виходу двополярного випрямляча 3. Вихід компаратора 24 підключений до входів схем 27 і 28 керування ключовими елементами 13 і 14 і входу інвертора 29. Вихід інвертора 29 з'єднаний із входами схем 30 й 31 керування ключовими елементами 12 і 15.
Регенератор однофазної напруги мережі працює таким чином.
Вхідна мережева напруга із затискачів 4 мережевої напруги надходить на первинну обмотку трансформатора 1. На виході двополярного випрямляча 3, підключеного до вторинної обмотки 2, з'являється напруга, приблизно рівна 5108. На виходах випрямлячів б, підключених до вторинних обмоток 5, з'являються напруги 200 В, 100 8, 508, 258, 12,58 і 6 В. Абсолютні значення напруг не принципові, важливо, щоб вони відрізнялися одна від одної у два рази.
Величина вихідної напруги двополярного випрямляча З повинна бути приблизно в 1,5 разу більше, ніж на виході останнього з випрямлячів б, наприклад 10 В. Ключові каскади 7 комутують вихідні напруги випрямлячів 6. При надходженні логічної одиниці на схему 10 керування ключами кожного з ключових каскадів 7 перший ключ 8 каскаду закритий, а другий ключ 9 відкривається й підключає вихід відповідного випрямляча б до входу мостової схеми.
Напруги випрямлячів 6, у яких другі ключі 9 виявилися відкритими, підсумовуються. У результаті на вході мостової схеми (точка з'єднання першого ключового каскаду 7 з першою парою ключових елементів 12 і 13) формується еквівалент сигналу напівсинусоїдальної форми, що задається шестирозрядним двійковим кодом. Шестирозрядний код керування ключами 7 формується на виходах реверсивного лічильника 11. Останній ключовий каскад 7 підключений до виходу підсилювача 18 потужності. Оскільки середня точка двополярного випрямляча З підключена до точки з'єднання другої пари ключових елементів 14 і 15, то між точками з'єднання пар ключових елементів 12-13 і 14-15 підсумуються вихідний сигнал підсилювача 18 потужності і сигнал, сформований комутацією ключових каскадів 7.
Синтезування прецизійного синусоїдального сигналу великої потужності на виході регенератора здійснюється таким чином. Генератор 23 синусоїдального сигналу формувача 22 еталонного сигналу формує на своєму виході прецизійний сигнал синусоїдальної форми з мінімальними нелінійними викривленнями і стабільною амплітудою. Амплітуда і частота вихідної напруги генератора 23 визначаються оператором і відповідають зміненню вихідної напруги регенератора в діапазонах 190-230 В і 50-120 Гц. На виході компаратора 24 формувача 22 еталонного сигналу формуються прямокутні імпульси, фронти яких збігаються за часом з переходами синусоїдального сигналу через нуль. Ключ 26 формувача 22 еталонного сигналу один напівперіод синусоїдальної напруги відкритий, а наступний - закритий. У результаті керований повторювач 25 формувача 22 еталонного сигналу один напівперіод є таким, що інвертує, а наступний - таким, що не інвертує, і на його виході формується еталонний напівсинусоїдальний сигнал, аналогічний за формою випрямленій двонапівперіодній напрузі.
Еталонний напівсинусоїдальний сигнал подається на перший вхід підсилювача 18 потужності.
На другий вхід підсилювача 18 потужності надходить сигнал зворотного зв'язку 3 точки з'єднання першої пари ключових елементів 12 і 13, тобто сигнал, який дорівнює сумі вихідної напруги підсилювача 18 потужності і напруги, сформованої комутацією ключових каскадів 7. Ця сума напруг фактично є вихідною напругою, яка повинна збігатися за формою з еталонним бо сигналом. Підсилювач 18 потужності визначає різницю сигналів, підсилює її по потужності і компенсує всі відхилення вихідної напруги від еталонного сигналу. Для забезпечення високої точності компенсації при відносно невеликому діапазоні вихідної напруги підсилювача 18 потужності рівень напруги на виході підсилювача 18 потужності зрівняється з пороговими значеннями компараторами 19 і 20. Порогові значення напруги, рівні -10 В, задаються резистивним дільником 21. Якщо значення напруги на виході підсилювача 18 потужності досягає рівня плюс 9 В або мінус 9 В, то компаратори 19 і 20 формують команду на збільшення, або, відповідно, на зменшення коду на виході реверсивного лічильника 11 на одиницю. Отже, аналоговий підсилювач 18 потужності управляє роботою ключових каскадів 7 таким чином, щоб різниця між еталонним сигналом напівсинусоїдальної форми і сумарним сигналом на виході ключових каскадів 7 у кожен момент часу не перевищувала за абсолютним значенням 9 В. Тоді підсилювач 18 потужності працює в лінійному режимі у всьому діапазоні миттєвих значень вихідної напруги - від 0 В до 350 В і забезпечує точну компенсацію відхилень вихідного сигналу від еквівалентного. Сформований сигнал напівсинусоїдальної форми перетвориться в синусоїдальний за допомогою мостової схеми на ключових елементах 12, 13, 14 і 15, у діагональ якої через блок 16 захисту включене навантаження 17. Блок 16 захисту відключає навантаження 17 від виходу регенератора при перевищенні струмом навантаження гранично припустимого значення, наприклад, при коротких замиканнях. Ключові елементи 12-15 мостової схеми управляються відповідними схемами керування 27, 28 і 30, 31, на які надходять сигнали з виходів компаратора 24 і інвертора 29. Коли відкриті ключові каскади 12 і 15, на навантаженні формується позитивна напівхвиля синусоїдальної напруги, коли відкриті ключові каскади 13 і 14 - негативна.
У регенераторі, вибраному як прототип, вихідний сигнал підсилювача потужності компенсує коливання мережної напруги за формою і амплітудою. Якщо викривлення мережного сигналу перевищують деякий поріг, то компенсаційні можливості пристрою вичерпуються, і мережні викривлення попадають у вихідний сигнал регенератора. Для розширення компенсаційних можливостей пристрою необхідно збільшувати діапазон робочих напруг підсилювача потужності. Наприклад, для того, щоб компенсувати коливання мережної напруги, що становлять 20 95, підсилювач потужності повинен працювати в діапазоні 550 В. При вихідній потужності регенератора 1 кВт потужність втрат, що розсіюється підсилювачем потужності, буде
Зо становити до 250 Вт, тобто коефіцієнт корисної дії регенератора становить не більше 75 95. У запропонованому регенераторі підсилювач потужності управляє величиною сумарного сигналу на виході ключових каскадів таким чином, щоб для повної компенсації відхилень від еталонного сигналу було досить діапазону вихідного сигналу підсилювача потужності 510 В. Потужність втрат підсилювача при вихідній потужності регенератора 1 кВт буде становити не більше 50 Вт.
З урахуванням втрат потужності в ключових каскадах і у трансформаторі, коефіцієнт корисної дії регенератора в цілому перевищує 90 95, що значно більше, ніж к.к.д. регенератора, що обраний як прототип.
В регенераторі, вибраному як прототип, не можна змінювати частоту вихідного сигналу регенератора. Вихідний синусоїдальний сигнал має частоту, рівну частоті живильної мережі, тобто 50 або 60 Гц. У запропонованому регенераторі вихідна напруга може мати будь-яку частоту, рівну частоті еталонного сигналу, наприклад, регулюватися в діапазоні 50-120 Гц. Ця можливість, яку не забезпечує регенератор, відомий із прототипу, є важливою технічною перевагою, тому що поліпшує якість роботи, наприклад, високоякісної аудіоапаратури, для живлення якої призначений регенератор.
Як видно з вищевикладеного, у регенераторі однофазної напруги мережі, що заявляється, забезпечується одержання сигналу синусоїдальної форми, близької до ідеальної синусоїди, забезпечується можливість регулювати частоту вихідної напруги і забезпечується підвищення коефіцієнта корисної дії (к.к.д.).
Регенератор однофазної напруги мережі, що заявляється, може бути виготовлений на відомому устаткуванні і з використанням відомих матеріалів і засобів, що підтверджує його промислову придатність.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ВИНАХОДУ55 Регенератор однофазної напруги мережі, що включає трансформатор із вторинною обмоткою, з'єднаною з двополярним випрямлячем, підсилювач потужності, блок захисту, формувач еталонного синусоїдального сигналу, причому первинна обмотка трансформатора з'єднана з затискачами мережевої напруги, перший вхід підсилювача потужності з'єднаний з виходом формувача еталонного сигналу, виводи живлення підсилювача потужності з'єднані з виходом60 двополярного випрямляча, а виходи регенератора послідовно з'єднані через блок захисту з навантаженням, який відрізняється тим, що додатково містить 5-7 вторинних обмоток трансформатора, 5-7 випрямлячів, 5-7 ключових каскадів, кожен з яких складається із двох ключів і схеми керування ключами, два компаратори, реверсивний лічильник, дві пари ключових елементів, споряджених схемами керування і з'єднаних у мостову схему, інвертор, резистивний дільник, формувач еталонного сигналу додатково містить керований повторювач, третій компаратор і ключ, при цьому кожен випрямляч з'єднаний з відповідною вторинною обмоткою, кожен ключовий каскад з'єднаний з виходом відповідного випрямляча, перші ключі кожного ключового каскаду з'єднані між собою послідовно, а другі ключі кожного ключового каскаду включені між позитивним виходом відповідного випрямляча і точкою з'єднання перших ключів, входи схем керування ключами кожного ключового каскаду з'єднані з відповідними виходами реверсивного лічильника, перший ключовий каскад з'єднаний з першою парою ключових елементів, друга пара ключових елементів з'єднана з середньою точкою двополярного випрямляча, останній ключовий каскад з'єднаний з виходом підсилювача потужності, вихід підсилювача потужності з'єднаний також з входом, що не інвертує, першого компаратора і входом, що інвертує, другого компаратора, другі входи першого і другого компараторів з'єднані з резистивним дільником, причому вихід першого компаратора з'єднаний з підсумовуючим входом реверсивного лічильника, а вихід другого компаратора з'єднаний з віднімальним входом реверсивного лічильника, другий вхід підсилювача потужності з'єднаний з точкою з'єднання першого ключового каскаду з першою парою ключових елементів, вихід компаратора формувача еталонного сигналу з'єднаний з входами схем керування першого і четвертого ключових елементів і входом інвертора, вихід інвертора з'єднаний з входами схем керування другого і третього ключових елементів, причому величина вихідної напруги кожного наступного випрямляча кратна двом відносно величини вихідної напруги кожного попереднього випрямляча, а виходом регенератора, до якого підключене навантаження, є діагональ мостової схеми.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201400538A UA107895C2 (uk) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | Регенератор однофазної напруги мережі |
| RU2014129244/08A RU2549166C1 (ru) | 2014-01-20 | 2014-07-15 | Регенератор однофазного напряжения сети |
| PCT/UA2015/000001 WO2015108497A1 (ru) | 2014-01-20 | 2015-01-12 | Регенератор однофазного напряжения сети |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201400538A UA107895C2 (uk) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | Регенератор однофазної напруги мережі |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA107895C2 true UA107895C2 (uk) | 2015-02-25 |
Family
ID=52989869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201400538A UA107895C2 (uk) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | Регенератор однофазної напруги мережі |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2549166C1 (uk) |
| UA (1) | UA107895C2 (uk) |
| WO (1) | WO2015108497A1 (uk) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU583697A1 (ru) * | 1974-12-31 | 1980-04-15 | Центральный Научно-Исследовательский Институт Связи | Оптимальный регенератор |
| DD158606A1 (de) * | 1981-05-13 | 1983-01-19 | Wolfgang Kegel | Schaltungsanordnung fuer wechselstromfernspeisung von signalgeneratoren auf uebertragungsleitungen |
| SU1381667A1 (ru) * | 1986-01-28 | 1988-03-15 | Омский политехнический институт | Преобразователь частоты с широтно-импульсной модул цией |
| JP4070121B2 (ja) * | 2003-05-29 | 2008-04-02 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
| DE102004043609A1 (de) * | 2004-09-07 | 2006-03-30 | Reinhard Kalfhaus | Spannungswandler |
| US7259705B2 (en) * | 2005-02-02 | 2007-08-21 | Ps Audio | Tracking supply AC regeneration system and method |
-
2014
- 2014-01-20 UA UAA201400538A patent/UA107895C2/uk unknown
- 2014-07-15 RU RU2014129244/08A patent/RU2549166C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-01-12 WO PCT/UA2015/000001 patent/WO2015108497A1/ru active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2549166C1 (ru) | 2015-04-20 |
| WO2015108497A1 (ru) | 2015-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chang et al. | Digital-signal-processor-based DC/AC inverter with integral-compensation terminal sliding-mode control | |
| Li et al. | A robust control scheme for medium-voltage-level DVR implementation | |
| Kwak et al. | Model-predictive direct power control with vector preselection technique for highly efficient active rectifiers | |
| Perez et al. | Predictive control algorithm technique for multilevel asymmetric cascaded H-bridge inverters | |
| Kwak et al. | Predictive current control methods with reduced current errors and ripples for single-phase voltage source inverters | |
| JP6024188B2 (ja) | 電源装置の制御回路 | |
| JP6680957B2 (ja) | 交流スイッチならびにそれを備える無停電電源装置および瞬低補償装置 | |
| RU2641643C2 (ru) | Способ управления управляемым шунтирующим реактором и устройство для его осуществления | |
| Kumar et al. | Design of series active filter for power quality improvement | |
| Mudadla et al. | Novel asymmetrical multilevel inverter topology with reduced number of switches for photovoltaic applications | |
| UA107895C2 (uk) | Регенератор однофазної напруги мережі | |
| Guo et al. | Modulation scheme for delta-type current source rectifier to reduce input current distortion | |
| RU150730U1 (ru) | Регенератор однофазного напряжения сети | |
| Bayona et al. | Linear control of a power factor correction rectifier in half-bridge configuration | |
| Islam et al. | Transformer less, lower THD and highly efficient inverter system | |
| Kulkarni et al. | Deadtime elimination in a gan-based grid-connected differential-mode Ćuk inverter | |
| Kishan et al. | Paralleling of inverters with dynamic load sharing | |
| Jarutus et al. | Phase-shift space vector pulse width modulation for nine-switch inverter | |
| Podnebennaya et al. | Improvement of the spectral composition of the input currents of a three-to-one-phase matrix converter at sector boundaries | |
| WO2015124461A1 (en) | Apparatus and method for reducing harmonics | |
| Sousa et al. | Unified architecture of single-phase active power filter with battery interface for UPS operation | |
| Mahalakshmi et al. | Generalized Model Predictive Algorithm for Single-Phase-Grid Connected Multilevel Inverters | |
| Sarowar et al. | A novel control scheme for buck-boost DC to AC converter for variable frequency applications | |
| JP2019216508A (ja) | 多段変換器の制御装置 | |
| JP5874835B2 (ja) | 電力変換装置 |