Способ стабилизации постоянного тока конвертора

 

О Il И С А Н И Е < >7695I5

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (611 Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.12.77 (21) 2557004/24-07 (51) М.Кл.з G 05 F 1/64 с присоединением заявки—

Государственный комитет (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень ¹ 37 (45) Дата опубликования описания 14.10.80 по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.316.722.1 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. 3. Курчик и В. Б. Гаазе

C 1 с

l (71) Заявитель (54) СПОСОБ СТАБИЛ ИЗАЦИ И

ПОСТОЯННОГО ТОКА КОНВЕРТОРА

Изобретение отнююится к преобразователынюй технике и м ож ет быть .использаваню для питания аппа|ратуры связи, оистем ав"помапики и высокоинтенсивных истючников света, а та кже для заряда емкостных накопителей энергии.

Известен релейный способ ста6илизации аостоянного тока. При этом моменты переключен ия, силовых полулроводниковых ключей определяются м оментами .достижен ия,контролируемой величиной заданного уров1ня.

В качестве,контролируемой величины обычно используется .напряжение на шунте, включенном последовательно,с нагрузкой.

Однако контролируемой величиной может быть и другая величина. Например, осуществлен счособ стабилизация постаяннюгю така конвертора, заключаюплийся в стабилизации максимального значения магнит- 20 ной индукции (м апнитногю поля) дросселя сглаживающего фильтра i(1).

Этот спо;соб qpmMemiiM только,в конвертэрах, у ееотарых линейный дроссель установлен в цепи переменного тока. Недостат-, 25 ком .способа является изменение в 2 — 3 раза частоты промежуточнюго прео6разоваяия тока при изменен ли сопротивления нагрузии:и питающепо,навтряжения.

Наиболее близиим из,известных способов стабилизации, постоянного тока конвертора является способ, заключающийся в том, что интегрируют ток дросселя, сравнивают контролируемую н заданную .величи,ны напряжения, формируют в моменты их равенства сигналы,управления тир исторами конвертора:и изменяют 1скважность импульсов тока, потребляемого ют питающ,ей се ви (2).

Недостатки применения данного спюсоба стабилизации постоянного тока в резонансных конверторах заключаются в невысакой точности стабилизации тока, обусловленной тем, что стабилизируется только нижний уровень тока, а на его среднее .значение, которюе изменяется с изменением сопротивления, нагрузки и амплитуды пульсаций п ри стабильном нижнем уровне тока в широком диапазоне изменения частоты промежуточного преобразования тока при изменении сопротивления нагрузки и питающего, напряжения.

: Цель изобретения — повышение точности стабилизации постоянного тока и стабилизация частоты промежуточного преобразования тока.

Поставленная цель достигается тем, что известный способ стабилизации .постоянного тока конвертора резонансного пипа, заключающийся в тюм, что интегрируют тюк

4 ния и сопротивление нагрузки не влияют на стабильность постоянного тока нагрузки.

35 ти. В состав силовой части)KQHBepTopa входят тири сторы 5!и б, через IKQTopbre протекает пок от истючника к н а грузке, и пвристор 7 тока рекуперации, дроссель 8,с тремя обмот каии 9, 10 и 11, иаммутирующий IKOHденсатор, 12, сило вой тра нсформатор 18, выпрям1итель 14 така и выходной емкостный ф.иль"цр 15. На выходе KOIHIBepTqpa подключена нагрузка 1б. Питается конвертор от источника постояяного:напряжения с выве- . денной средней точкой «0». Для повышения точности стабилизации тока вводится шунт

17, источник опорного, напряжения 18 и усилитель напряжения ошибки .19, корректи.рующий,уровень срабатывания порогового эл ем е:нта.

Стабилизацию постоянного тока нагрузIKH в да ином,канверторе осуществляют путем стабилизации а мплитуды перемени ого напряжения U, на коммутирующем кон|денсаторе 12, что эквивалентно стабилизации за ряда;импулысов переменного тока. Справедливость такой стабилизации, доказывается уравнеяием fil) с учетам того, что:

50

AU, = — ) i dt.

1 Г. с.) 60 (2) I (3) д1росселя,. сравнивают кантроли руемую,и заданную величины напряжений, фо р мируют в моменты их paIBeHcTBa сигналЫ управления тиристорами,конвертора iH изменяют сиважность импулыбов тока, йотребляемого от питающей сети, до пол няется тем, что генерируют сигналы поcTIOHIHHQH частоты водключеяия кон ве(ртора к питающей сетки, измеряют |результат указан ного интегрирования тока дросселя, передавае1маго нагруз- 1О ке, в интервале времени, отсчитываемом от очередного момента п рекращени я потребления тока .питающей сети,,используют этот результат в качестве указанной контрол ируемой величины и лрекращают потребление тока от питающей сети в моменты paBerrcTIBIa контролируемой.:и заданной величвны напряжений.

На фиг. 1 из ображены временные диаграммы TGICов, подтекаюццих к,канденсатору

BbrxIoдного фильпра,,и .их интегральных значений цри наличи и IH отсутствии рекупеiparrrHiH избыточной энергии, дросселя;в источник пита н ия H непрерывном режиме тока дросселя; на фиг. 2 — полумостовая схема резонансного тиристорного конвертора с возвратом избыточной энергии дросселя

IB источник питания; на фиг. 3 — то же, вид ,в озцрата энергиями; на фиг. 4 — изображены

:временные диаграмм мы таков и напряжений . rria элементах конвертора, изображенного на фиг:,2; на фиг. 5 — осциллограммы токов;и напряжений, снятые с макета тиристор ного,конвертора, изображенного на фиг. 2; на фиг. 6 — IBpeixeiHIHbre диаграммы токов и напряжений конвертора, приведен,ного,на фиг. 3.

Так как в установ1иашемся режиме работы среднее значение така конденсатора выходного фильтра ра вно нулю, то стаби- 40 лизация постояного тока, нагрузки эквивалан пна ста б илизации цреднего за полупериод эначения тока, протекающего через об мотку .д россел я фильтра в направлении от источника питания к,напрузе (1,„).

По определению

1„=- It, = — ) Ы1 = — —, .2 1 . 2q

"= т т и где Т вЂ” длительность периода переменного то,ка;

4 т — длителыность протека н ия тока дросселя в на правлении от источни ка питания к н;апрузке:B тече,ние каждого полупериода; — мгновенное значение тока обмотки дроссе, ля;

q — за,р я д одного и:мпулыса то,ка;

I так напрузки.

Из формулы (1) следует, чпо,для стабилизации постоянного тока н еобход имо ста- билизи ровать пер иод преобразования тока и заряд лмпульса,така. При этом как форма тока, так IH величина напряжения пита-, Этот способ стабилизации тока может быть осуществлен HpIH прерывистом и неп|рерывном протекании тока в обмотке дрос\ селя в течение полупериода.

В обоих случаях tIB момент т прекращается потребление энергии от;источника

IIIrrTaiHия. При этам,,в первом случае энeiðпи я, накопленная в дросселе, возвращается в источник .питания .и не наступает iB иагрузку, а во втором случае вся энергия дросселя фильтра,переда ется в;нагрузку.

При лрерыв истой форме тока обмотки1 дросселя фильпра его Среднее за иолуле;риод значекие постоянно п р и любых zaiK угодно быстрых .изменениях питающего напряжения,и сопропивления на грузки. При ,непрерывной форуме этого тока процесс стабилизации его, величины происходит с за-. паздыванием в несколько пе ри адов. Однако

/ в последнем случае сил авые;ключи:реализующего способ INQIHBBpòoIðà используются лучше, так как отсутствует потребление избыточной энергии от .источоика,питания и ее возврат в источи и к.

Рассмотрям,реализацию данного способа в полумостовом резонансном тиристорном иояверторе Ic прерывистой в течение полупериода формой тока обмотки дросселя (см. фиг. 2). Конверто р состоит из схемы ,управления, включающей в.:себя задающий генератор 1 напряжения фиксированной частоты; выпрямитель,2, дел итель напряжения 8, пороговый элемент 4, .и силовой часСледовательно:

2q 2ЬУ, С и ср—

769515

10 !

5 управления лоступает на тиристор 7, кото- 20

Зо

В озможна реализация данного способа стабилизациями и в схеме конвертора, изоб ражен но:го.на фиг. 3. 50

5

Если ЛУ,=const; Т= oonst я С вЂ” — const, то 1„= const.

Если И/, изменять, то будет изменяться ы величина стабилизуемого постоянного тока.

В,квазиусталавившемся .режиме работы различают opH существенно различных этапаа ip а боты (см. фиг. 4) .

В течение первого этапа ток тиристора

5 и обыогки 9 дросселя 8 иэменяегся по синусоидальнаму закону, и проходит свое максимальноеое значение.

При этом .происходит перезаряд комму ти рующего иандансатора 12 от — U,„äî

+U„;. Заканчивается этап, когда налряже;нане 1на комму пирующем,конденсаторе достигает заданного IIIарогового .значения

:U В этот момент начинается Второй этап . ток через тирисгор 5 црекращаегся, сигнал рый отирывается, энергия,:на коплеиная в дросселе 8 через обмотку 11, возвращается в источи,ик л итан и я. Напряжение на nepIBич1ной обмотке трансфарматора 13 icI ановится равным нулю,,Hапряжение на,коммути|рующем конденсаторе 12 постоянно и равно U,„, ток тир.исгора 7 и обмотки Il дросселя 8 спадает по л инейному за кону пад действием,напряжеиия,источника питания.

В момент прекращения лротекания тока через тиристор,7 начинаегся 3-й этап. На этом этапе ток через THipHlcторы конвертора ,не протекает, на пряжен ие,на,коммутирую щем канденсаторе 12 постоянно равно У,.

Канденсатор фильтра 15,вьгпрям ителя 14 разряжается на,нагрузку l б.

Через интервал времени 0,5 Т сигнал упра|вления подается на тиристор б и все процессы повторяются.

На осциллопраммах (ом. фиг. 5) приведены формы входяого гока („) и тока рекуперапии (i,.„, ) и нап ряжен ия на коммут ирующем конденсаторе U„, для конвертора, |выполненного,по схеме, изображеиной на фиг. 2, < в кагором отсутствовали узлы

17 — 19.

Схема сосгаит из задающего генератора

1, выпрямителя 2 и,делителя напряжения

3, управляющего парогавы м элементом 4, делителя частоты 20, о сн овных 21 и 22 и вспомогательных т ири сторав 23,и 24,.коммутирующего конденсатора 25, .коммути,рующего дросселя 2б, аиловопо тра нсформатора 27, силового выпрямителя 28 с фильт рам 29, на груэки 30.

Основные ти р исторы 21 и 22 управляют( ся сигналами фиксированной частоты от задающего генератора 1. Сипналы управления поступают .на вспом агательные тирисгоры

23 и 24 в моменты, когда напряжение на вы ходе делителя напряжения 3, п(ропорцио35

45 нально напр яжен ию на комму пирующем конденсаторе 25, достигает напряжения срабатыва ния порогового элемента 4. Времен-. ные диаграммы; поясняющие .работу конвертора, лриведены на фиг. б. Та к как в установившемся режиме работы кнтервалы между моментами подачи сигналов уп равлення на вспомогателыные тирисгоры 8,и 9 составляют полупериод частоты преобразова ния напряжения и среднее за лолупериод значение така фильтрового конденсатора 14 равно .нулю, то величина тока нагрузки 15, приведенная к первичной обмотке гра нс-. фарматора 12, определяется уравнением (3), где 2ЛУ, равно удвоенному максимальному .з начен ию напряжения на конденсаторе 25.

В приведенных на фиг. 2 и 3 резонансных тиристорных конверторах всегда присутствует коммуги рующий конденсатор, являющийся элементом, интегрирующим ток первичных обмогок дросселя.

Технико- экономические п реимущества предложенного, способа стабилизации lnoстоянного тока конвертора заключаются в повышеиии точности стабилизации .постоянного тока при заданном уровне пульсаций и в стабилизации частоты промежуточного преобразования гака. Кроме того,;в устрой,ствах, реализующих данный способ стабилизаций; повышается устойчивость, га к как из .замкнутого конту ра регулирования осключаегся фильтр .выпрямителя.

Формула изобретенля

Способ стабилизации постоянного тока конвертора резонансного типа, заключающийся в там, что интегрируют так дросселя, сравнивают ко нгролируемую и заданную величины напряжений, формируют IB моменты их равенства сигналы управлеиия ти|ристорами конвертора m изменяют акважность им пулысов тока, потребляемого от питающей сети, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации постоянного тока, генерируют GHI HBJlbl постоянной частоты подключения конвертора к питающей сети, измеряют результат указаниогo,èíòåãðèðîâàíèÿ тока дросселя, передаваемого нагрузке, в интервале времени, отсчитываемом от очередного момента прекращения лотреблени я така литающей сети, используют этот результат в качестве указан ной контролируемой . величины и .прекращают потребление гока от питающей сети в моменты равен|ства:контролируемой и заданной велич(ины напряжений.

Источники mHQopмации, принятые во вн им ан ие п ри эисп ерти з е:

1. Авторское свидетельство СССР .№ 437055, G 05 F 1/46, 1974.

2. Булатов О. Г. и др. Т иристорные схе мы включения,вььсокоингенсивных источников света. М., «Энергия», 1975, с. 110 — 117 (прототип) .

769515

b;7 с5,6 7и

L 7 Фбл40

Фиг..7

Фиг. б

Составитель Л. Стрелкнн

Техред О. Павлова

Корректор С. Файн

Редактор С. Титова

Заказ 1300/1291 ; Изд. № 479 Тираж 956 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Тнп. Харьк. фил. пред. «Патент»