Способ управления стабилизатором трехфазного синусоидального напряжения

 

Использование: предложен способ управления стабилизатором переменного напряжения, позволяющий уменьшить установленную мощность трансформаторного оборудования и улучшить форму выходного напряжения. Сущность изобретения: отличительной особенностью способа является то, что напряжение вольтодобавки, формируемое выпрямителем, инверторами, вольтодобавочным трансформатором, регулируется по двум координатам - амплитуде и фазе. Кроме этого, в области больших отклонений напряжения на входе стабилизатора преобладает амплитудное pегулиpование, пpи малых - фазовое, а в пpомежуточных как амплитудное, так и фазовое. Способ может быть применен как в маломощных однофазных транзисторных стабилизаторах, так и в мощных тиристорных стабилизаторах напряжения трехфазной электрической сети. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для узкодиапазонного регулирования или стабилизации трехфазного напряжения в системах электроснабжения объектов промышленности, агропромышленного комплекса, культурно-бытового назначения.

Известен способ управления стабилизатора трехфазного синусоидального напряжения по авторскому свидетельству N 1636833, 1991. Стабилизатор содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор и преобразователь фазы со звеном постоянного тока на базе инвертора и выпрямителя с двухсторонним обменом энергией. Трансформатор уменьшает регулируемое по фазе напряжение на выходе инвертора и прибавляя его к входному напряжению стабилизатора формирует на нагрузке напряжение заданной величины с опережающим сдвигом первой гармоники. В режиме вольтоприбавления энергия через выпрямитель направлена из сети в звено постоянного тока, а в режиме вольтовычитания наоборот из звена постоянного тока в сеть.

К недостаткам способа следует отнести ухудшение формы кривой выходного напряжения при его формировании со сдвигом первой гармоники и необходимость увеличения габаритной мощности трансформатора, вследствие возникновения одностороннего подмагничивания магнитопровода при быстром регулировании фазы вольтоприбавки с большим амплитудным значением.

Цель изобретения снижение габаритной мощности трансформатора при сохранении требуемого быстродействия и улучшение синусоидальности выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что выделяют модуль разностного сигнала, из которого формируют второй управляющий сигнал и им, воздействуя на инвертор или выпрямитель, изменяют действующее значение напряжения на выходе инвертора в пределах от максимально возможного значения до минимального заданного, причем изменение действующего значения выходного напряжения инвертора в указанных пределах производится при изменении разностного сигнала во всем диапазоне, а изменение фазы выходного напряжения инвертора только в области малых значений разностного сигнала.

Способ управления стабилизатором включает операции измерения выходного напряжения стабилизатора, сравнения его с напряжением заданного уровня, формирования первого управляющего сигнала полученного из разностного сигнала и формирование второго управляющего сигнала полученного из модуля разностного сигнала. Первый управляющий сигнал изменяет фазу, а второй амплитуду первой гармоники напряжения на выходе инвертора, который преобразовывает выпрямленное входное или выходное напряжение стабилизатора в переменное той же частоты, но с амплитудно-фазовым регулированием в зависимости от первого и второго управляющих сигналов. Напряжение с выхода инвертора подается на вход вольтодобавочного агрегата. Особенностью способа является то, что воздействие на изменение амплитуды первой гармоники выходного напряжения инвертора с ограничением нижнего предела производится во всем диапазоне изменения разностного сигнала, а воздействие на изменение фазы только в области малых значений разностного сигнала.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего способ управления стабилизатором трехфазного синусоидального напряжения; на фиг. 2 зависимости амплитуды U_m(1) и фазы α первой гармоники выходного напряжения инвертора в функции разностного сигнала U_p, поясняющие способ амплитудно-фазового управления стабилизатором и работу реализующего его устройства.

Устройство содержит трехфазный вольтодобавочный агрегат 1, представляющий собой трехфазный вольтодобавочный трансформатор и включенный между входными и выходными выводами стабилизатора, выпрямитель 2 с двухсторонним пропуском энергии, вход которого соединен с выходными (или с входными) выводами стабилизатора, а выход подключен к питающим выводам инвертора 3. Система 4 управления выпрямителем 2, выполняющая функцию управления двухсторонним пропуском энергии с поддержанием постоянства напряжения на входе инвертора и не исключающую возможность взять на себя функцию (соединение управляющего входа пунктирной линией с элементом сравнения) формирования второго управляющего сигнала для изменения действующего значения напряжения на выходе инвертора 3, своим выходом соединена с управляющим входом выпрямителя 2. Система 5 управления инвертором 3, в которой осуществляется формирование первого и второго управляющих сигналов для регулирования соответственно фазы и действующего значения напряжения на выходе инвертора 3 при изменении разностного сигнала, своими двумя выходами соответственно подключена к управляющим входам (для управления фазой и амплитудой первой гармоники) инвертора 3. К выходным выводам стабилизатора подключен также вход датчика 6 выходного напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения 7, другим входом подключенного к источнику эталонного напряжения, а выходом к входу системы 5 управления инвертором 3 и с неисключенной возможностью подключения также к входу системы 4 управления выпрямителем 2. Первичная обмотка 8 трансформатора трехфазного вольтодобавочного агрегата 1 соединена с выходом инвертора 3, а вторичная обмотка 9 трансформатора включена между входными и выходными выводами стабилизатора.

Устройство работает следующим образом.

При снижении напряжения на входе и соответственно снижении напряжения на выходе стабилизатора уменьшается сигнал на выходе датчика 6 напряжения, что приводит к увеличению разностного сигнала U_p (фиг. 2), который снимается с выхода элемента 7 сравнения и подается на управляющий вход системы 4 управления выпрямителем 2 и (или) на управляющий вход системы 5 управления инвертором 3. С первого выхода системы 5 управления снимают первый управляющий сигнал, которым, воздействуя на инвертор 3, изменяют фазу α (фиг. 2) выходного напряжения инвертора 3, а с второго выхода системы 5 управления инвертором 3 (или с выхода системы 4 управления выпрямителем 2) снимают второй управляющий сигнал, которым, воздействуя на инвертор 3 (или выпрямитель 2), изменяют амплитуду U_m(1) (фиг. 2) первой гармоники выходного напряжения инвертора 3; получающего питание от выпрямителя 2. В зависимости от величины разностного сигнала U_p различают три области (фиг. 2): 1 регулированию подлежит только фаза a; 2 одновременно регулируется и фаза α и амплитуда U_m(1); 3 регулированию подлежит только амплитуда U_m(1) выходного напряжения инвертора 3.

Выходное напряжение инвертора 3 U_m(1)·e^jα подается на первичную обмотку 8 трансформатора вольтодобавочного агрегата 1. В результате, уменьшенное в коэффициент трансформации К_T раз, напряжение вторичной обмотки 9 трансформатора, складывается с напряжением U₁ на входе и увеличивает напряжение на выходе стабилизатора до требуемого уровня. Аналогично происходит работа устройства и при увеличении напряжения на входе выше требуемого уровня. В этом случае разностный сигнал U_p отрицательный (фиг. 2) и в зависимости от его величины также происходит амплитудное, фазовое или смешанное амплиудно-фазовое управление устройством.

Следует отметить, что воздействие вторым управляющим сигналом на выпрямитель 2 (на фиг. 1 см, пунктирную линию) дает наилучший результат по обеспечению синусоидальности выходного напряжения, а воздействие вторым управляющим сигналом на инвертор 3 улучшенное быстродействие, при этом как в том, так и в другом случаях достигается уменьшение габаритной мощности вольтодобавочного агрегата 1.

Формула изобретения

Способ управления стабилизатором трехфазного синусоидального напряжения, содержащим трехфазный вольтодобавочный агрегат, включенный между входными и выходными выводами и управляющим входом подключенный к выходу инвертора, вход которого через выпрямитель с двусторонним пропуском энергии подключен к входным и выходным выводам, заключающийся в том, что измеряют выходное напряжение стабилизатора, сравнивают его с напряжением заданного уровня и формируют разностный сигнал, а также формируют первый управляющий сигнал и им, воздействуя на инвертор, изменяют фазу напряжения на выходе инвертора в пределах 0-π рад. в сторону опережения относительно входного напряжения стабилизатора, отличающийся тем, что из разностного сигнала формируют второй управляющий сигнал и им, воздействуя на инвертор или выпрямитель, изменяют действующее значение напряжения на выходе инвертора в пределах от максимально возможного значения до минимального заданного, которые при воздействии вторым управляющим сигналом на инвертор для широтно-импульсного регулирования его выходного напряжения соответственно задают максимальной длительностью импульсов выходного напряжения инвертора, равной периоду коммутации, и минимальной фиксированной длительностью импульсов, а при воздействии вторым управляющим сигналом на выпрямитель для амплитудного регулирования выходного напряжения инвертора соответственно задают минимально возможным углом управления и максимальным фиксируемым углом импульсно-фазового управления выпрямителем, при этом изменение действующего значения выходного напряжения инвертора в указанных пределах производится при изменении разностного сигнала во всем диапазоне, а изменение фазы напряжения на выходе инвертора только в области малых значений разностного сигнала за счет формирования первого управляющего сигнала из усиленного и ограниченного на заданном уровне разностного сигнала, причем уровень ограничения усиленного разностного сигнала не меньше того значения разностного сигнала, при котором действующее значение напряжения на выходе инвертора достигает своего минимального предела ограничения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2