Стабилизированный преобразователь переменного напряжения в переменное для нелинейной нагрузки

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения - повышение электромагнитной совместимости за счет улучшения формы потребляемого из сети тока и повышение коэффициента мощности при m-фазном {т S 2) варианте выполнения устройства. Каждая фаза устк (Л С k О .1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 Н 02 M 5/25?

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4635510/07 (22) 12.01.89 (46) t5.01.91. Бюл. М 2 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В.Д. Семенов и Л.Ц. Чумазов (53) 621,314.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

f4 1001371, кл, Н 02 М 5/12, 1983.

ЯЛ,, 1621130 А1 (54) СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙ

НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения — повышение электромагнитной совместимости за счет улучшения формы потребляемого из сети тока и повышение коэффициента мощности при m-фазном (m 2) варианте выполнения устройства. Каждая фаза уст1621130

30

40 ройства состоит из инвертора 4 и демодулятора 5, соединенных трансформатором 16 промежуточной частоты, 2 дополнительные обмотки 17, 18 которого подключены к дополнительным демодуляторам 19, 20. При этом дополнительные демодуляторы 19, 20 всех фаз соединены последовательно между собой и с накопителем 40 энергии в виде дросселя, Блок 35 управления осуществляет стабилизацию переменного напряжения за счет широтно-импульсной модуляции, Блок 53 управления дополнительными демодуляторами позволяет осуществить стабилизацию тока н;цсопителя 40

Изобретение относится к преобразовательной технике.

Целью изобретения является повышение электромагнитной совместимости за счет улучшения формы потребляемого из сети тока и повышение коэффициента мощности при фазном варианте выполнении устройства, уменьшение массы и габаритов, обеспечение бесперебойного питания нагрузки.

На фиг. 1 приведена функциональная схема; на фиг. 2 — пример выполнения модулятора, блока управления дополнительными демодуляторами; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы модулятора; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие принцип стабилизации переменного напряжения и потребления иэ сети несинусоидального тока; на фиг. 5, 6— временные диаграммы, поясняющие принцип формирования синусоидального входного (потребляемого) тока при несинусоидальном токе нагрузки.

Устройство (фиг. 1) содержит входной фильтр 1, входные выводы которого образуют выводы 2, 3 для подключения к сети, а выходные выводы подключены к регулирующему органу, состоящему из последовательно соединенных инвертора 4 и демодулятора 5, каждый из которых выполнен на ключевых элементах 6-13 и подключен соответственно к первичной обмотке 14 и вторичной обмотке 15 трансформатора 16 повышенной частоты, имеющего и = 2 дополнительных обмоток 17, 18, подключенных к и = 2 дополнительным демодуляторам

19, 20 на ключевых элементах 21-28, выходной фильтр 29,.входные выводы 30, 31 которого подключены параллельно инвертору4, а выходные образуют выводы 32, ЗЗ для подключения нагрузки 34. Устройство содержит также блок 35 управления, состоящий из задающего генератора 36, двух при возможности задания его произвольного направления как в сеть, так и из сети.

При этом узлом, связывающим накопитель с сетью нагрузкой 34, является трансформатор 16 промежуточной частоты, а управление направлением и „величиной тока накопителя 40, поступающего в сеть, осуществляется за счет многозонной импульсной модуляции; реализованной дополнительными демодуляторами 19, 20 и модулятором 57. Такое построение устройства позволяет повысить электромагнитную совместимость нагрузки с сетью. 2 з. и. ф-лы, 6 ил. фазосдвигающих узлов 37, 38 и узла 39 обратной связи, вход которого соединен с выводами 32, 33. Выходы задающего генератора 36 и обоих фазосдвигающих узлов 37, 38 подключены к управляющим входам ключевых элементов 6-13 инвертора 4 и демодулятора 5. Кроме того, стабилизатор переменного напряжения выполнен m-фазным (m = 3) в виде фазы А, фазы В, фазы С и дополнительно содержит накопитель 40 энергии, например в виде дросселя, и первый датчик 41 тока, причем накопитель 40 энергии и первый датчик 41 тока включены в цепь из последовательно соединенных а хп 6 дополнительных демодуляторов 19, 20, 42-45 всех фаз. В устройстве, кроме того, входят преобразователь 46 среднего значения тока в напряжение, сумматор 47, источник 48 опорного напряжения, корректирующий усилитель 49, вход которого подключен к выходу сумматора 47. К инвертирующему входу сумматора 47 подключен выход преобразователя 46 среднего значения тока в напряжение, вход которого соединен с выходом первого датчика

41 тока. К неинвертирующему входу сумматора 47 подключен источник 48 опорного напряжения. В каждую йз фаз А, В, С введены датчик 50 потребляемого тока, датчик 51 тока нагрузки, преобразователь 52 действующего значения тока, блок 53 управления дополнительными демодуляторами 19, 20, 42-45, включающий в себя первый сумматор

54 и второй сумматор 55, перемножитель 56 сигналов и модулятор 57, выходы которого подключены к управляющим входам ключевых элементов 21-28 дополнительных демодуляторов 19, 20, 42-45. Причем первые входы первых сумматоров 54 всех фаэ А, В, С подключены к выходу соответствующего преобразователя 52 действующего значения тока, вход которого соединен с датчиком 51 тока нелинейной нагрузки 34, а

1621130 вторые входы 58 — 60 обьединены и подключены к выходу корректирующего усилителя

49, выход первого сумматора 54 соединен с первым входом 61 перемножителя 56, второй вход 62 которого через узел 63 согласования подключен к выводам 32, 33, а его выход соединен с неинвертирующим входом второго сумматора 55, инвертирующий.вход которого соединен с датчиком 50 потребляемого тока, а выход — с информационным входом модулятора 57, синхронизирующий вход 64 которого соединен с выходом задающего генератора 36, Кроме того, последовательно с дросселем накопителя 40 может быть вкл ючен двигатель 65 последовательного возбуждения с обмоткой 66 возбуждения, маховиком 67 и датчиком 68 скорости, выход которого соединен с первым датчиком 41 тока.

Последовательно с дросселем накопителя 40 может быть включен также дополнительный источник энергии, например солнечная батарея 69, а узел 63 согласования должен быть выполнен в этом случае в виде генератора синусоидального напряжения, синхронизированного напряжением сети, Модулятор 57 блока 53 управления дополнительными демодуляторами (фиг. 2) содержит корректирующий усилитель 70 вход

71 которого является информационным входом, 2п = 4 сумматоров 72-75, 2п = 4 компараторов 76-79, 2n = 4 логических элементов

80-83 равнозначности, выходы которых образуют выходы для подключения к управляемым входам ключевых элементов 2 -28 соответствующих дополнител ьн ых демодуляторов 19 (42, 44) и 20 (43, 45), Один из входов элементов 80-83 равнозначности объединены и подключены к синхронизирующему входу генератора 84 развертывающего (пилообразного) напряжения, который и является синхронизирующим входом 64 модулятора 57. Инвертирующие входы компараторов 76, 78 и неинвертирующие — компараторов 77, 79 объединены и подключены к выходу генератора 84. Неинвертирующие входы сумматоров 72, 74 и инвертирующие — сумматоров 73, 75 объединены и подключены к выходу корректирующего усилителя 7";. К другим входам сумматоров

72-75 (инвертирующим для сумматоров 72, 74 и неинвертирующим для 73, 75) подключены источники 85-88 постоянного напряжения. Выходы сумматоров 72-75 соединены с другими свободными входами соответствующих компараторов 76-79, выходы которых, в свою очередь, соединены с другими свободными входами элементов

80-83 равнозначности.

На фиг, 3 обозначено: диаграмма 89— синхронизирующий сигнал с задающего генератора 35 на синхронизирующем входе

64; диаграмма 90 — сигнал на выходе генератора 84; диаграмма 91 — управляющий сигнал на входе 71, усиленный корректирующий усилителем 70, смещенный источником 85 (86-88) и поданный на компаратор 76 (77-79); диаграмма 92 — сигнал на выходе компаратора 76 (77-79): диаграмма 93 — сигнал на прямом выходе элементов равнозначности 80 (81-83).

На фиг. 4 обозначено: диаграмма 94— напряжение сети, изменяющееся вверх и вниз от своего номинального значения в диапазоне, отмеченном штриховыми линиями; диаграмма 95,— сигнал на выходе задающего генератора 36; диаграммы 96, 97— сигналы на выходе фазосдвигающих узлов

37, 38 при напряжении сети вы ше номинального; диаграмма 98 — напряжение на первичной обмотке 14 трансформатора 16 при повышенном напряжении сети (после момента времени t< — напряжение на входных выводах 30, 31 фильтра 29); диаграммы 99100 — сигналы на выходе фазосдвигающих узлов 37, 38 при напряжении сети ниже номинального; диаграмма 101 — напряжение на первичной обмотке 14 трансформатора

16 при понижен ном напряжении сети (после момента времени tz — напряжение на входных выводах 30, 31 фильтра 29); диаграмма

102 — выпрямленное напряжение на нелинейной нагрузке 34 (например, выпрямителе с емкостным фильтром); диаграмма 103— сглаженное напряжение на емкостном фильтре нелинейной нагрузки; диаграмма

104 — ток нелинейной нагрузки 34, приведенный к выводам 30, 31 фильтра 29.

На фиг. 5 обозначено: диаграмма 104— ток нелинейной нагрузки 34, приведенный к входным выводам 30, 31, фильтра 29; диаграмма 105 — ток синусоидальной формы на входе устройства; диаграмма 106 — ток, потребляемый до пол нител ь ными демодуляторами через трансформатор 16; диаграмма

107 — система развертывающих и опорных напряжений модулятора 57; диаграмма 108— управляющий сигнал на информационном входе модулятора 57; диаграмма 109 — ток, потребляемый дополнительными демодуляторами; диаграмма 110 — усредненное значение тока, потребляемого дополнительными демодуляторами, На фиг, 6 обозначено: диаграмма 111— усредненное напряжение на выходе всех дополнительных демодуляторов (суммарное напряжение дополнительных демодуляторов 19, 20, 42-45) в режиме хранения тока дросселя накопителя 40; диаграмма 112—

1621130

10

35

55 зом. усредненное напряжение на выходе дополнительных демодуляторов 19, 20 фазы А; диаграмма 113 — усредненное напряжение на выходе дополнительных демодуляторов

42, 43 фазы В; диаграмма 114- усредненное напряжение на выходе дополнительных демодуляторов 44, 45 фазы С.

Преобразователь 46 среднего значения тока может быть выполнен по любой известной схеме преобразователя мгновенного значения пульсирующего тока в постоянный ток, величина которого пропорциональна среднему значению пульсирующего тока за период, равный не мецее чем полупериод напряжения сети. Источник 48 опорного напряжения представляет собой. источник постоянного напряжения, стабилизированный на величине этого напряжения.

Корректирующий усилитель 49 может быть выполнен по любой из известных схем усилителей постоянного тока с фильтром, позволяющим изменять как величину коэффициента усиления по напряжению, так и вид амплитудно-частотной характеристики (за счет изменения параметров фильтра).

Это необходимо для обеспечения устойчивости в контуре стабилизации тока накопителя 40, Датчики 50, 51 могут быть выполнены, например, в виде трансформаторов тока.

Преобразователь 52 может быть выполнен по любой известной схеме преобразователя переменного несинусоидального тока в постоянное напряжение, величина которого пропорциональна действующему значению переменного несинусоидального тока, Перемножитель 56 двух аналоговых сигналов, поступающих соответственно на два

его входа, может быть выполнен по любой известной схеме перемножителей.

Важно, что его выходная величина пропорциональна произведению двух входных.

Узел 63 может быть выполнен в виде понижающего трансформатора, первичная обмотка которого подключена к входным выводам 32, 33 выходного фильтра 29, а вторичная — к второму входу перемножителя 56, Последовательно в эту цепь может быть включен фильтр для подавления пульсаций напряжения промежуточной частоты, В случае работы устройства от дополнительного источника энергии, например от солнечной батареи 69, узел 63 должен быть выполнен в виде генератора синусоидального напряжения, синхронизированного напряжением сети.

Устройство работает следующим обраПусть в исходном состоянии напряжение сети равно номинальному значению, нагрузка 34, линейная и для простоты-активная, в дросселе накопителя 40 протекает постоянный ток, равный номинальному значению, потери во всех элементах стабилизатора отсутствуют. При таких допущениях задающий генератор 36 вырабатывает сигналы (диаграммы 95), .которые обеспечивают поочередное подключение ключевых элементов 6,9 и 7,8. Инвертор4 преобразует синусоидальное напряжение на входных выводах 30, 31 выходного фильтра 29 в напряжение промежуточной частоты с сохранением синусной огибающей. Узел 39 обратной связи вырабатывает сигнал, поступающий на входы фазосдвигающих узлов 37, 38, которые, в свою очередь, обеспечивают поочередное включение пар ключевых элементов 10, 12 и 11, 13 при включенных ключевых элементах 6, 9 и поочередное включение пар ключевых элементов 10, 12 при включенных ключевых элементах 7, 8. Вторичная обмотка 15 трансформатора 16 промежуточной частоты остается все время отключенной из контура: вывод 2 — ключевые элементы 10, 12 (или 11, 13), входные выводы 30, 31 выходного фильтра 29, вывод 3. На выходном фильтре 29, а значит и на нагрузке 34 действует номинальное напряжение сети, под действием которого протекает синусоидальный ток, совпадающий по форме с напряжением сети. Этот ток через датчик 51 поступает на преобразователь 52 действующего значения и преобразуется им в постоянное напряжение, пропорциональное действующему значению тока нагрузки 34.

Через первый сумматор 54 поступаетсигнал на первый вход 61 перемножителя 56, на другой вход которого поступает синусоидальный сигнал, форма которого определяется сигналом с узла 63 согласования. Если среднее значение постоянного тока в накопителе 40 равно номинальному значению, определяемому источником 48 опорного напряжения, то сигнал с выхода корректирующего усилителя 49 равен нулю и амплитуда синусоидального сигнала на выходе перемножителя 56 пропорциональна величине действующего значения тока нагрузки 34, и реобразован ного преобразователем 52 действующего значения тока. При допущении об отсутствии потерь в стабилизаторе сигналы с выхода перемножителя 56 и датчика 50 потребляемого тока будут равны, что обеспечивает равенство нулю сигнала на выходе второго сумматора 55, так как указанные сигналы поступают соответственно на его неинвертирующий и инвертирующий

1621130

20

55 входы. Для объяснения принципа работы поясним принцип работы модулятора 57 и его взаимодействие с дополнительными демодуляторами 19, 20.

Преобразователь управляющего сигнала с выхода второго сумматора 55 в сигналы управления ключевыми элементами 21-28 дополчительных демодуляторов 19, 20 осуществляется модулятором 57, который состоит (см. фиг, 2) из 4 однотипных фазосдвигающих каналов, в которые входят сумматор 72, компаратор 76, элемент равнозначности с прямым и инверсным выходами. Фазосдвигающие каналы отличаются только величиной напряжения источников

85-88 (Usa - Uss), которые, в данном случае, выбраны следующим образом; Uag = -U4, Usa = О, Ua7 = О, Uaa = Un, где Vn — амплитуда пилообразного напряжения на выходе генератора 84, В таком случае напряжения на выходе сумматоров 72-75 будут определятьсЯ выРа>кениЯми: 072 = Оу + Un 073 = Uy, U74= Uy, 075= Оп Uy, где Uy управля1ащ88 напряжение на выходе усилителя 70. Такое, смещение управляющего сигнала Uy позволяет организовать попарно поочередную работу фазосдвигающих каналов в зависимости от величины сигнала Uy управления.

ПРи Uy < -V< сРавнение сигналов 1372 — 078 с пилообразньчм напряжением не происходит, фазы Всех выходных сигналов элементов 80-83 соответствует режиму передачи тока накопителя в нагрузку 34 и в сеть (через трансформатор 16 с коэффициентом nepeW17 + / /18 дачи Ко =-., ГД8 W14 числО ВитЧ1/14 ков первичной обмотки, инвертора, У/17, W1s — число витков дополнительны". Обмоток 17, 18 дополнительных демодуляторов

19, 20.

При изменении сигнала управления в пределах -Vn — < Uy < 0 происходит сравнение сигналов U7z, V7g с пилообразным напряжением генератора 84, Фаза управляющих сигналов на выходе элементов 80, 81 равнозначности начинает изменяться. Это приводит к широтно-импульсной модуляции числа витков W17 дополнительной обмотки 17, а значит и к уменьшению эквивалентнога числа витков. l IPL1 Uy =

=-Ол/2 W17 "ообще исключается из контура протекания тока за счет одновременного включения ключевых элементов 21, 23 и 22, 24. Коэффициент передачи К1 тока нагрузки в этом случае становится равным К1

= Р/18/Ю14 = K !2 (если W17 = W/1a). При дальнейшем увеличении сигнала происходит реверсирование включения дополнительной обмотки 17. Она включается встречно с дополнительной обмоткой 18, причем это встречное Включение также происходит плавно, с широтно-импульсной модуляцией. Так, при Uy = 0 дополнительная обмотка 17 включалась полностью встречно дополнительной обмотке 18. Тогда коэффициент Кз передачи в этом случае будет равен

Кз =(-W17+ Wla)/W14 = О, Это значит, что ток из накопителя не попадает в нагрузку и из нагрузки не попадает в накопитель.

При дальнейшем изменении сигнала в пределах 0 < Uy = U алгоритм замыкания ключевых элементов 21-24 не изменяется, т. е. обмотка остается в реверсированном состоянии. Но зато при этом в сравнении с пилообразным сигналом генератора 84 вступают напряжения U74, U7a с сумматоров

74 и 75. Начинает изменяться фаза сигналов

9 на выходах элементов 82, 83. Это приводит к изменению алгоритма переключения ключевых элементов 25-28 дополнительного демодулятора 20 и широтно-импульсной модуляции числа Витков % la дополнительной обмотки 18 трансформатора 16 и исключению ее из контура протекания тока путем одновременного включения ключевых элементов 25, 27 или ключевых элементов 26, 28. Полное исключение дополнительной обмотки 18 произойдет при Uy = U>/2, В этом случае коэффициент передачи К4 =

= -W/17/W14 = -К,/2 становится отрицательным, чта соответствует потреблению тока из сети в накопитель 40 (потребление тока из сети начинается уже при U> > О), Дальнейшее увеличение сигнала управления приводит к реверсу дополнительной обмотки 18 с помощью широтно-импульсной модуляции числа витков Wla npu Uy = 1.4, коэффициенг

К5 передачи тока накопителя 40 будет равен

К; = (-й/17 - W1s)/Л14 = К. Дальнейшее увеличение сигнала Vy > Up ни к каким изменениям алгоритмов управления ключами и коэффициентов передачи не приводит. Таким образом, изменение сигнала управлениЯ В пРеделах -U> < Uy Un пРиводит к изменению общего коэффициента передачи дополнительных демодуляторов 19, 20 от

К = Ко до К = — К с плае 1ыл1 широтно-импульсным регулированием этого коэффициента, Плавность регулирования и линейность достигаются за счет увеличения числа дополнительных демодуляторов и перехода к многозонной импульсной демодуляции. Необходимо заметить, что со стороны напряжения на нагрузке Входные выводы 31, 30 выходного 29 фильтра дополнительные демодуляторы 19, 20 являются звеном передачи этага напряжения на накопитель 40 путем преобразования его инвертором 4 в

1621130

12 ключевые элементы 21-28 с модулятора 57. 5

Значит, изменяя сигнал управления на входе 71 модулятора 57, можно управлять вели10

20 напряжение повышенной частоты и его модуляции при помощи дополнительных демодуляторов 19, 20 зэ счет изменения фазы управляющих сигналов, подаваемых на чиной и направлением тока, потребляемого (или отдаваемого) накопителем 40.

Возвращаясь к принципу работы устройства, имеем нулевой сигнал с выхода второго сумматора 55, Этот сигнал поступает на вход модулятора 57, обеспечивая следующий алгоритм замыкания ключевых элементов 21-28 дополнительных демодуляторов 19, 20, 21, 23, 25, 27-22, 24, 26, 28 Й аналогично в дополнительных демодуляторах 42-45. При этом в последовательном контуре: дополнительные демодуляторы 19, 20, 42-45 — накопитель 40 — датчик 41 тока, всегда обеспечивается путь для протекания индуктивного тока накопителя 40 и к накопителю 40 не прикладывается никаких напряжений, тэк как все обмотки, подключенные к дополнительным демодуляторам

19, 20, всегда исключены из контура протекания тока. Такой режим работы соответствует отсутствию потерь в стабилизаторе и хранению тока (энергии) в накопителе 40.

Если учесть внутренние потери по контуру стабилизации напряжения, состоящие, например, из падений напряжений на ключевых элементах 6-13 инвертора 4 и демодулятора 5, то выходное напряжение на выводах 32, 33 уменьшится, сигнал на выходе узла 39 обратной связи увеличится по величине, что приведет к изменению алгоритма работы ключевых элементов 10-13 демодулятора 5, А именно, ключевые элементы будут замыкаться по алгоритму; 10, 12 — 11, 12 — 11, 13 при включенных ключевых элементах 6, 9 и 11, 13 — 10, 13 — 10, 12 при включенных ключевых элементах 7, 8.

На входных выводах 30, 31 будет действовать напряжение, аналогичное по форме напряжению диаграммы 101 после момента времени t2. Таким образом, к напряжению сети, уменьшенному за счет внутренних падений напряжения, будет добавляться импульсное напряжение, амплитуда которого будет равна величине напряжения нэ вторичной обмотке 15 трансформатора 16, а сквэх<ность будет определяться соотношением времени включенного состояния ключевых элементов 10, 12 (11, 13) и 11, 12 (10, 13). Напряжение на выводах 32, 33 опять восстановится по величине и станет равным номинальному значению, Аналогично работает стабилизатор и при изменении напряжения сети вниз от своего номинального.

55 значения. Диапазон допустимого изменения сети вниз от номинального будет определяться величиной коэффициента трансформации между первичной и вторичной обмотками 14 и 15 трансформатора 16.

Если напряжение сети изменится вверх от номинального значения, то увеличится и выходное напряжение на выводах 32, 33 фильтра 29, Величина сигнала на выходе узла 39 обратной связи уменьшится, что приведет к изменению сигнала на входах фазосдвигающих узлов 37, 38, что, в свою очередь, приведет к изменению алгоритма работы ключевых элементов 10 — 13. A именно, алгоритм замыкания указанных ключевых элементов станет следующим: 10, 12—

11, 12 — 11, 13 при включенных ключевых элементах 8 и 11, 13 — 10 — 13 — 10, 12 при включенных ключевых элементах 8, 9.

В этом случае из повышенного напряжения сети будет вычитаться импульсное напряжение, амплитуда которого, по-прежнему равна напряжению на вторичной обмотке 15 трансформатора 16,.а скважность будет определяться соотношением времен включенного состояния ключевых элементов, 10, 12, 11, 13 и 11, 12(10, 13), На входных выводах 30, 31 фильтра 29 будет действовать напряжение диаграммы 98 (после момента времени t>), Напряжение на выходе опять вернется к номинальному значению.

Таким образом, выходное напряжение остается стабильным при изменении входного в заданных пределах от своего минимального значения до максимального. Процессы аналогичны во всех фазах А, В, С.

Если учесть внутренние потери в контуре протекания постоянноготока накопителя

40, состоящие, например, из падений напряжений на ключевых элементах 21-28, дополнительных демодуляторов 19, 20, 42-45, то под действием этих потерь ток в накопителе 40 начнет уменьшаться, уменьшится сигнал с выхода преобразователя 46 среднего значения, и соответственно. сигнал на выходе сумматора 47 станет положительным, Положительным станет и сигнал на выходе корректирующего усилителя 49, что приведет к увеличению сигнала на первом входе 61 перемножителя 56, что, в свою очередь, увеличит амплитуду синусоидального напряжения на неинвертирующем входе второго сумматора 55, что приведет к пода-. че управляющего синусоидального напряжения на вход модулятора 57 в фазе с напряжением сети. Под действием этого.синусоидального управляющего сигнала алгоритм замыкания ключевых элементов 21-28 дополнительных демодуляторов 19, 20 изменится так, что на выходных выводах до13

1621130

10 полнительных демодуляторов 19,20 появится напряжение, усредненное значение которого изображено на фиг. 6 (диаграмма

112), Такая трансформация напряжения сети является следствием модуляции коэффициента передачи дополнительных демодуляторов 19. 20 (KGK пояснялось выше) синусоидальным сигналом с частотой напряжения сети. Аналогично в фазе В на дополнительных демодуляторах 42, 43 трансформируется усредненное напряжение диаграммы 113, а в фазе С на дополнительных демодуляторах 44, 45— усредненное напряжение диаграммы 114.

Суммарное напряжение диаграммы 111 всех дополнительных демодуляторов будет постоянным по форме и приложится к накопителю 40 в полярности, увеличивающей его ток, уменьшившийся под действием внутренних потерь. Таким образом, осуществляется стабилизация тока накопителя 40, Следует заметить, что усредненный ток, потребляемый от сети из каждой фазы, будет синусоидальным, потому что его форма будет определяться только формой управляющего сигнала на управляющем входе модулятора 57 и формой тока нагрузки. Так как при сделанных допущениях ток нагрузки синусоидален и форма сигнала на управляющем входе модулятора 57 синусоидальна, то и усредненный ток в каждой из фаз А, В, С будет синусоидален и находиться в фазе со своим напряжением, Аналогично будет отрабатываться уменьшение тока накопителя 40 под действием уменьшения напряжения сети вниз от номинального значения. В этом случае ток, потребляемый от сети, будет возрастать, потому что кроме пос-упления энергии в нагрузку часть энергии будет поступать в накопитель 40.

Если ток индуктивного накопителя 40 станет больше номинального значения, например, под воздействием возросшего напряжения сети, то сигнал на выходе корректирующего усилителя 49 станет отрицательным, сигнал на выходе перемножителя 56 уменьшится, фаза управляющего сигнала на входе модулятора 57 проинвертируется по фазе (относительно напряжения сети), Алгоритм переключения ключевых элементов 21-28 дополнительных демодуляторов изменится таким образом, что усредненное напряжение (диаграммы

112-114) на дополнительных демодуляторах

19, 20, 42-45 всех фаэ А, В. С, а соответственно и их суммарное напряжение диаграмм 111 сменит знак, что приведет к изменению знака напряжения на накопителе 40, а значит к уменьшению тока в нем.

Энергия иэ накопителя 40 возвращается в сеть и поступает в нагрузку 34, что приводит к уменьшению тока в датчике 50 потребляемого тока, Это происходит за счет изменения алгоритма переключения ключевых элементов 21-28 дополнительных демодуляторов 19, 20, 42-45 под воздействием смены фазы управляющего сигнала на входе модулятора 57, Энергия иэ накопителя 40 в сеть и нагрузку 34 поступает благодаря трансформаторной связи дополнительных обмоток 17, 18 дополнительных демодуляторов с обмотками первичной и вторичной

14, 15 инвертора 4 и демодулятора 5. Аналогично во всех других фазах А, В, С.

Если нагрузка 34 становится нелинейной, а ток в ней несинусоидальным, то устройство работает следующим образом, Пусть в качестве нелинейной нагрузки 34 будет выступать выпрямитель с емкостным фильтром, Тогда на выходе такого выпрямителя будет действовать напряжение диаграммы 103, а на его входе будет потребляться ток диаграммы 104. Для упрощения рассуждений и выводов пренебрежем опять внутренними потерями в стабилизаторе.

При отсутствии дополнительных демодуляторов 19, 20, 42-45 ток на входе устройства в датчике 50 потребляемого тока повторял бы по форме ток диаграммы 104. Но несинусоидальный ток диаграммы 104 через датчик 51 тока нагрузки поступает на преобразователь 52 и преобразуется в постоянное напряжение, величина которого определяет амплитуду синусоидального сигнала на выходе перемножителя 56. Поэтому, если ток на входе (датчик 50 потребляемого тока) начинает отличаться от синусоидального, то на выходе второго сумматора 55, а значит и на входе модулятора

57 формируется сигнал (диаграмма 108), который формирует ток диаграммы 106, потребляемый дополнительными демодуляторами 19, 20, 42-45, такой, что вместе с несинусоидальным током (диаграмма 104) нагрузки 34 составляют синусоидальный ток (диаграмма 105), потребляемый от сети.

Это происходит за счет изменения алгоритма переключения ключевых элементов 2128 в дополнительных демодуляторах 19, 20, 42-45, которое осуществляегся в модуляторе 57, эа счет взаимодействия управляющего сигнала диаграмма 108 и системы развертывающих и опорных напряжений диаграмма 107. Причем развертывающие пилообразные напряжения формируются генератором 84 (фиг. 2) пилообразного напряжения, а опорные — источниками 85-88 постоянных напряжений. Диаграммы 109 показывают, что дополнительные демодуля1621130 торы 19, 20, 42-45 потребляют импульсный ток, частота импульса определяется задающим генератором 36(фиг. 1) промежуточной частоты, высокое значение которой (10 — 20 кГц и более) позволяет говорить об усред- 5 ненных токах диаграммы 110, которые формируются входным и выходным фильтрами

1, 29, предназначенными для подавления искажающих гармоник с частотой 10 — 30 кГц, что определяет их малые массу и габа- 10 риты. Необходимо заметить, что если нагрузка 34 носит реактивный характер, то и редлагаемое устройство может осуществлять ее компенсацию за счет формирования синусоидального управляющего сигнала на 15 управляющем входе модулятора 57, сдвинутого по фазе на некоторый угол относительно фазы напряжения сети. Это будет справедливым и при одновременно нелинейной и реактивной нагрузке 34 так, на- 20 пример, как показано на диаграмме 104, из которой видно, что первая гармоника диаграммы тока 104 сдвинута относительно напряжения диаграммы 105.

Таким образом, предлагаемый стабили- 25 затор переменного напряжения для нелинейной нагрузки позволяет потреблять от сети только синусоидальный ток. фаза которого совпадает с фазой напряжения сети.

Собственно нагрузка может потреблять как 30 несинусоидальный, так и реактивный ток.

Предлагаемая реализация устройства позволяет повысить электромагнитную совместимость нагрузки с сетью, так как от сети всегда потребляется синусоидальный ток и 35 соответственно коэффициент мощности, так как от сети будет потребляться всегда только активная составляющая тока, В качестве накопителя энергии можно использовать и двигатель постоянного тока 40 последовательного возбуждения и с маховиком 67 и датчиком 68 скорости, Выход датчика 68, в качестве которого может быть использован тахогенератор, должен быть соединен с датчиком 41 тока, В системе 45 будет осуществляться стабилизация скорости вращения двигателя 65, которая аналогично току в дросселе определяет энергию, запасенную в накопителе. Использование двигателя с маховиком целесообразно в том 50 случае, если удельная энергия, запасенная в единице обьема или. массы двигателя, больше удельной энергии, запасенной в единице обьема или массы дросселя, причем в качестве последнего может быть при- 55 менен сверхпроводящий индуктивный накопитель и в этом случае возможно достижение высокого КПД, В контур тока накопителя 40 можно включить дополнительный источник 69 энергии, например солнечную батарею, В этом случае все процессы и показатели системы будут аналогичны, но у системы появится новое качество, заключающенеся в бесперебойности питания нелинейной нагрузки, Но при этом необходимо, чтобы узел

63 согласования мог бы выдавать синусоидальное напряжение с частотой сети и при аварии последней, т, е, был бы выполнен в виде генератора, способного синхронизироваться сетью или работать в автономном режиме.

Формула изобретения

1, Стабилизрованный преобразователь переменного напряжения в переменное для нелинейной нагрузки, содержащий входной фильтр, входные выводы KoTopcãо образуют выводы для подключения сети. а его выходные выводы подключены к входу регулирующего органа, образованному из последовательно соединенных выходных выводов демодулятсра и входных выводов инвертора, каждый из которых выполнен на ключевых элементах, при этом выходные выводы инвертора и входные выводы демодулятора подключены соответственно к первичной и вторичной обмоткам трансформатора повышенной частоты, имеющего и дополнительных обмоток, подключенных к входам дополнительных демодуляторов на управляемых ключевых элементах, выходной фильтр, входные выводы которого подключены параллельно входным выводам инвертора, а его выходные выводы образуют выводы для подключения нагрузки, блок управления, состоящий из задающего генератора, выходом вязанного с первыми входами двух фазосдвигающих узлов и узла обратной связи, вход которого соединен с выводами длч подключения нагрузки, а выход с вторыми входами фазосдвигающих узлов, и ри этом выходы задающего генератора и обоих фазосдвигающих узлов подключены к управляющим входам ключевых элементов инвертора и демодулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения электромагнитной совместимости эа счет улучшения формы потребляемого из сети тока и повышения коэффициента мощности при m-фазном варианте (m 2) выполнения устройства, введены накопитель энергии, первый датчик тока„которые включены в цепь из последовательно соединенных m п дополнительных демодуляторов всех фаз, преобразователь среднего значения тока в напряжение, сумматор, источник опорного напряжения, корректирующий усилитель, вход которого подключен к

1621130

18 В(В,м) r 20(43, Ю) выходу сумматора, к инвертирующему входу которого подключен выход преобразователя среднего значения тока в напряжение, входом соединенного с выходом первого датчика тока, к неинвертирующему входу сумматора подключен введенный источник опорного напряжения, при этом в каждую из фаэ введены датчик потребляемого тока, датчик тока нагрузки, преобразователь действующего значения тока, блок управления дополнительными демодуляторами, включающий в себя первый и второй сумматоры, перемножитель сигналов и модулятор, выходы которого подключены к управляющим входам ключевых элементов дополнительных демодуляторов, причем первые входы первых сумматоров всех фаз подключены к выходу соответствующего преоб разователя действующего значения тока, вход которого соединен с датчиком тока нелинейной нагрузки, а вторые входы первых сумматоров обьединены и подключены к выходу корректирующего усилителя, при этом выход первого сумматора соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого через узел согласования подключен к выводам для подключения нелинейной нагрузки, а его выход соединен с неинвертирующим входом второго сумматора, инвертирующий вход которого соединен с датчиком по5 требляемого тока, а выход — с информационным входом модулятора, синхронизирующий вход которого соединен с выходом задающего генератора.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю10 шийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, последовательно с накопителем энергии включены входные выводы двигателя постоянного тока последовательного возбуждения с маховиком и датчиком

15 скорости, выход которого соединен с дополнительным входом первого датчика тока.

3. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения

20 бесперебойного питания нелинейной нагрузки, последовательно с накопителем энергии, включен дополнительный источник энергии, а узел согласования выполнен в виде генератора синусоидального напряже25 ния, синхронизированного напряжением сети.

162 3 130

162 t 130

Составитель И. Головинова

Редактор О. Спесивых ТехредM.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Бескид

3аказ 4252 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101