SU920677A1 - Device for stabilizing self-contained inverter output voltage - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к системам управлени  устройств преобразовательной техники и может быть использовано в автономных стабилизированных инверторах напр жени .The invention relates to electrical engineering, in particular, to control systems of devices of converter equipment and can be used in autonomous stabilized voltage inverters.

Известно устройство стабилизации выходного напр жени  автономного инвертора , в котором дл  получени  сигналов токовой коррекции, применен трансформатор тока, нагружен ный на резистор выпр мительный мост и сглс1жива1ощий RC-фильтра. Устройство вырабатывает сигнал, линейно завис щий от среднего значени  измер емого трансформатором тока переменного тока 1 .A device for stabilizing the output voltage of an autonomous inverter is known, in which a current transformer, a rectifying bridge loaded on a resistor, and a live RC filter are applied to the resistor to obtain current correction signals. The device generates a signal that is linearly dependent on the average value of an AC current transformer measured by 1.

Недостатком этого устройства применительно к стабилизации напр жени  однофазного инвертора  вл етс  инерционность, вызванна  большой посто нной времени сглаживающего RC-фильтра и невозможность получени  зависимости выходного сигнала от фазы измер емого тока.A disadvantage of this device with respect to the stabilization of the voltage of a single-phase inverter is the inertia caused by the large time constant of the smoothing RC filter and the impossibility of obtaining the dependence of the output signal on the phase of the measured current.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  стабилизации выхолного напр жени  автономного инвертора с системой управлени , содержащее регул тор посто нного напр же- ни , подключенный к входу инвертора, задатчик напр жени , выход которого соединен с первым входом элемента сравнени , второй вход которого соединен с выходом регул тора посто нного напр жени , а выход - с его управл ющим входом 2.The closest in technical essence to the present invention is a device for stabilizing the voltage of an autonomous inverter with a control system, comprising a constant voltage regulator connected to the input of the inverter, a voltage setting device, the output of which is connected to the first input of the comparison element, the second the input of which is connected to the output of the constant voltage regulator, and the output to its control input 2.

Недостатком этого устройства  в10 л етс  невозможность получени  зависимости выходного сигнала от фазы измер емого входного и, как следствие , низка  статическа  точность поддержани  выходного напр жени  ин15 вертора при использовании устройства дл  получени  сигнала коррекции по нагрузочному току. Кроме того, устройство отличаетс  сложностью схемы (14 операционных усилителей, 7 бло20 ков нелинейности и р д вспомогательных узлов).The disadvantage of this device is the impossibility of obtaining the dependence of the output signal on the measured input phase and, as a consequence, the low static accuracy of maintaining the output voltage of the inverter when using the device to obtain a load current correction signal. In addition, the device is characterized by the complexity of the circuit (14 operational amplifiers, 7 nonlinearity blocks, and a number of auxiliary units).

Целью изобретени   вл етс  повышение статической точности стабилизации выходного напр жени  при сохранении быстродействи .The aim of the invention is to increase the static accuracy of stabilizing the output voltage while maintaining speed.

Цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  стабилизации выходного напр жени  автономного инвертора задатчик напр жени  снабжен преобразователем тока в напр жение, фильт ром , двум   чейками выборки-хране;ний , сумматором, квадратором и ис:точником опорного напр жени , причем преобразователь тока в напр жение присоединен к нагрузке инвертора , его выход через фильтр подключей к двум  чейкам-выборки-хранени , тактовые входы которых соединены с системой управлени  инвертора , выход первой  чейки непосредственно , а выход второй через квадратор подключены к сумматору, к которому подключен также источник .опорного напр жени , а выход сумматора  вл етс  выходом задатчика напр жени . : На фиг. 1 изображена структурна  ;схема устройства; на фиг, 2 - век:торна  диаграмма напр жений на выходном фильтре при активно-индуктивной нагрузке, : Устройство содержит регул тор посто нного напр жени  1, выход ко;торого соединен с инвертором напр же НИН 2 с системой управлени . Выход инвертора 2 подключен через фильтр тгеременного тока 3 к нагрузке 4„ В устройстве имеетс  задатчик напр жени  5, вход которого соединен с выходом нагрузки, а выход - с первым входом элемента сравнени  6. Два тактовых входа задатчика напр жени  соединены с системой управлени  инвертора, второй вход элемента сравнени  б соединен с выходом регул тора , а выход - с его управл ющим входс м. Задатчик напр жени , предназначенный дл  выработки сигнала задаки , содержит преобразователь тока в напр жение 7, который соединен через фильтр 8 с  чейками выборки хранени  9 и 10. На сумматор 11 подаютс  сигналы с источника опорного напр жени  12 и через квадратор 13 с  чеек выборки-хранени . Выход сумматора  вл етс  выходом задатчика напр жени . В качестве инвертора 2 может быть использован автономный однофазный нерегулируемый инвертор, осуществл ющий преобразование посто нного напр жени  в переменное пр моугольное с посто нным коэффициентом передачи.The goal is achieved by the fact that in the device for stabilizing the output voltage of an autonomous inverter, the voltage setter is equipped with a current-to-voltage converter, a filter, two sample-storage cells, an adder, a quadrant and a reference voltage source, and the current converter is the voltage is connected to the load of the inverter, its output through the filter is connected to two cell-sample-storage, the clock inputs of which are connected to the inverter control system, the output of the first cell directly, and the second output through A quadrant is connected to an adder to which a reference voltage source is also connected, and the output of the adder is the output of the voltage setpoint device. : FIG. 1 shows a structural diagram of the device; Fig. 2 shows the century: the torn voltage diagram on the output filter with active-inductive load: The device contains a constant voltage regulator 1, the output of which is connected to an inverter with the voltage NIN 2 with a control system. The output of the inverter 2 is connected through a current flow filter 3 to the load 4 "The device has a voltage master 5, the input of which is connected to the load output, and the output is connected to the first input of the reference element 6. Two clock inputs of the voltage master are connected to the inverter control system, the second input of the comparison element b is connected to the output of the regulator, and the output is connected to its control inputs. The voltage setter, designed to generate the load signal, contains a current converter to voltage 7, which is connected through a filter 8 kami sample storage 9 and 10. In the adder 11 is supplied with signals of a reference voltage source 12 and through the quad cell 13 with the sample-storage. The output of the adder is the output of the voltage master. As the inverter 2, an autonomous single-phase unregulated inverter can be used, which converts the DC voltage to an alternating rectangular with a constant transmission coefficient.

выходной фильтр переменного тока выполн етс  по Г-образной структуре последовательный элемент - индуктивность ., параллельный - резонансный параллельный LC-контур, осуществл ю1ди | фильтрацию пр моугольного н:апр жёни  инвертора. Нагрузка 4 - активног-индуктивна . в качестве преобразовател  тока в напр жение 7 мо жет быть использован трансформатор тока, ко орый преобразует нагрузочный ток в сигнал.напр жени . Фильтр 8 служит дл  подавлени  импульсных помех и может быть реализован в вид AC output filter is made according to an L-shaped structure of the series element - inductance., parallel - resonant parallel LC circuit, carried out by | rectangular filtering: inverter w apr. Load 4 is active-inductive. A current transformer can be used as a current converter in voltage 7, which converts the load current into a voltage signal. Filter 8 serves to suppress pulse noise and can be implemented in the form

инерционного звена. Схема выборкихранени  9 предназначена дл  фиксации аналогового сигнала коррекции, соответствующего произведению величины нагрузочного тока на синус угла между этим током и выходным напр жением инвертора, в течение периода выходной частоты. Схема выборки-хранени  10 предназначена дл фиксации аналогового сигнала коррекции , соответствующего произведению величины нагрузочного тока на косинус угла между этим током и выходным напр жением инвертора. Квадратор 13 осуществл ет возведение в квадрат сигнала, пропорционального произведению величины нагрузочного тока на косинус угла между этим током и выходным напр жением инвертора , и может быть реализован, например , диодной кусочно-линейной схемой, сумматор 11 осуществл ет сложение сигналов, поступак дих с  чеек 9 и 11 и может быть реализован на операционном усилителе. Источник опорного напр жени  12 служит дл  задани  выхопного напр жени  при холостом ходе и реализуетс  на стабилитроне. Элемент сравнени  6 осуп ествл ет сравнение посто нного напр жени , поступающего на вход инвертора 2 с выходным напр жением задатчика 5 и вырабатывает сигнал управлени  дл  регул тора 1 В качестве элемента сравнени  б может быть использован операционный усилитель о I - .inertial link. The sampling circuit 9 is designed to fix the analog correction signal, corresponding to the product of the load current and the sine of the angle between this current and the output voltage of the inverter, during the output frequency period. Sampling-storage circuit 10 is intended for fixing an analog correction signal corresponding to the product of the magnitude of the load current and the cosine of the angle between this current and the output voltage of the inverter. A quadrant 13 squares a signal proportional to the product of the magnitude of the load current and the cosine of the angle between this current and the output voltage of the inverter, and can be implemented, for example, by a piecewise-linear diode circuit, the adder 11 combines the signals from the cells 9 and 11 and can be implemented on an operational amplifier. The reference voltage source 12 serves to set the exhaust voltage at idle and is realized at the zener diode. Comparison element 6 compares the DC voltage input to the input of inverter 2 with the output voltage of the setpoint generator 5 and generates a control signal for the regulator 1. As an element of the comparison, an operational amplifier, I -, can be used.

На фиг. 1 и 2 прин ты следующие обозначени :FIG. 1 and 2, the following notation is used:

Uj, - входное напр жение Uj, - input voltage

тора 1;,torus 1 ;,

Ufg - выходное напр жение регул тора 1; U-rt - вектор первой гармоникиUfg is the output voltage of the regulator 1; U-rt - first harmonic vector

пр моугольного напр жени  с выхода инвертора 2; Ugbix вектор выходного напр жени  фильтра 3 - вектор па,цени  напр жени rectangular voltage from the output of inverter 2; Ugbix the vector of the output voltage of the filter 3 - the vector pa, value the voltage

на фильтре 3;on filter 3;

IH вектор тока нагрузки; LfH угол между вектором тока нагрузки и вектором выходного напр жени  фильтра 3; /1 - угол между вектором токаIH load current vector; LfH is the angle between the vector of the load current and the vector of the output voltage of the filter 3; / 1 - the angle between the current vector

нагрузки и вектором перво гармоники пр моугольного напр жени  инвертора; Uj сигнал с выхода задатчикаthe load and the vector of the first harmonic of the rectangular voltage of the inverter; Uj signal from the set point

напр жени ;stress;

Величина падени  напр жени  на фильтре 3 равнаThe magnitude of the voltage drop across the filter 3 is equal to

. Ui. j Ьф ..., (1) где величина падени  напр жени. Ui. j bf ..., (1) where the magnitude of the voltage drop

на фильтре; IH- ток нагрузки;on the filter; IH is the load current;

u) - кругова  частота инвертора; Lcp- последовательна  индуктивность фильтра.u) is the circular frequency of the inverter; Lcp is a consistent inductance filter.

Из векторной.диаграммы (фиг. 2) величина первой гармоники пр моугольного напр жени  на выходе инвертора From the vector diagram (Fig. 2), the magnitude of the first harmonic of the rectangular voltage at the output of the inverter

равна )г(1н« ЬфсозЛ)Ч-1„и)Ьфз1пЛ, (2)is equal to) g (1n «LfsLsL) H-1„ and) Lfs1nl, (2)

где UTI - величина первой гармоники пр моугольного напр жени  на выходе инвертора; Ufibtx выходное напр жение наwhere UTI is the magnitude of the first harmonic of the rectangular voltage at the output of the inverter; Ufibtx output voltage at

фильтре)filter)

1н - ток нагрузки; I - кругова  частота инвертора Ьф - последовательна  индуктивность фильтра; Л - угол между вектором тока нагрузки и вектором первой гармоники пр моугольного напр жени  инвертора.1n - load current; I is the circular frequency of the inverter; bf — the inductance of the filter is consistent; L is the angle between the vector of the load current and the vector of the first harmonic of the rectangular voltage of the inverter.

Поскольку величина входного напр жени  инвертора и величина первой гармоники пр моугольного напр жени  на выходе инвертора св заны через посто нный коэффициент/ определ емый нерегулируемым автрномным инвертором напр жени , требуемый дл  стабилиза|ции выходного напр жени  сигнал за;датчика определ етс  зависимостьSince the value of the inverter input voltage and the first harmonic voltage of the rectangular voltage at the inverter output are related by a constant factor / determined by an unregulated autonomous voltage inverter required to stabilize the output voltage of the signal;

(l4 cpcos Л UuJJLoiJbi Д(l4 cpcos L. UuJJLoiJbi D

где и. - напр жение на выходе задатчика напр жени ; k - коэффициент схемы инвертора 2; , UQ - требуемое значение выходного напр жени ; 1ц - ток нагрузки; иО - кругова  частота инвертора; Ьф- последовательна  индуктивность фильтра; Л - угол между вектором токаwhere and. - voltage at the output of the voltage adjuster; k is the coefficient of the inverter circuit 2; , UQ is the required value of the output voltage; 1c - load current; IO - circular frequency inverter; Bf is the inductance of the filter; L - the angle between the current vector

нагрузки и вектОЕЮм первой гармоники пр моугольного напр жени  инвертора.the load and the vector of the first harmonic of the rectangular voltage of the inverter.

Коэффициент схемы инвертора рп- редел етс  по формуле .The coefficient of the inverter circuit is determined by the formula.

Ь k .. ., (4) где Uj - выходное напр жение регул тора 1; L k ...,, (4) where Uj is the output voltage of the regulator 1;

/U-n/- величина напр жени  первой гармоники пр моугольного напр жени  с выхода инвертора 2./ Un / is the voltage value of the first harmonic of the rectangular voltage from the output of the inverter 2.

Разлага  радикал в степенной р д и пренебрега  членами высших пор дков, получаем более простое вы1ражение дл  напр жени  задатчика 5Decomposition of the radical in the power series and neglecting the higher order terms, we obtain a simpler expression for the voltage setting of 5

0 А + BlrtSin Л- CdrtCOsAj. .. (5) где Uj - выходное напр жение задатчика;0 A + BlrtSin L- CdrtCOsAj. .. (5) where Uj is the set point output voltage;

fljbfC - посто нные коэффициенты; JH - ток нагрузки; Д- угол между вектором тока / нагрузки и вектором первой гармоники пр моугольного на пр жени  инвертора. fljbfC - constant coefficients; JH is the load current; A is the angle between the current / load vector and the first harmonic vector of the rectangular across the inverter voltage.

Посто нные коэффициенты определ ютс  по формулеThe constant coefficients are determined by the formula

kU kU

0 /0 /

(6):(6):

ktfLcj),ktfLcj)

(7) (7)

ku) Let (8)ku) Let (8)

2Ue2Ue

Второе и третье слагаемое в формуле 5  вл ютс  сигналами коррекции по выходному возмущению и обеспечивают компенсацию падени  напр жени  на фильтре 3.The second and third terms in formula 5 are output perturbation correction signals and provide compensation for the voltage drop across the filter 3.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Регул тор посто нного напр жени  1 измен ет величину поступающего на него входного напр жени  в соответствии с сигнсшом рассогласовани  . поступающего с элемента сравнени  6 Посто нное выходное напр жение напр жени  регул тора подаетс  на инвертор 2, где преобразуетс  в пр моугольное переменное напр жение и после фильтрации в фильтре 3 подаетс  на нагрузку 4. Сигнгш нагрузочного тока, протекак дий в выходных шинах преобразовател  после трансформатора 7 проходит через фильтр 8 дл  подавлени  помех и вьеших гармоник, которые могут присутствовать в реальном нагрузочном токе , .Фазовых искажений на основной гармонике фильтр 8 практически не вносит. Тактовые импульсы выборки дл   чеек выборки-хранени  9 и 10, длительностью пор дка 0,01 периода частоты инвертора, фо1 «ируютс  в дискретной части системы управлени  инвертора и жестко прив заны к пр моугольному напр жению инвертора 2. Импульс С1 подаетс  на  чейку 9 и формируетс  при перемене знака первой гармоники пр моугольного напр жени  с выхода инвертора с плюса на минус, а импульс С2, подаваемый на  чейку 10, формируетс  при достижении максимума первой гармоникой того же напр жени . Мгновенные значени  сигнала тока в момент действи С1 пропорциональны произведению нагрузочного тока на синус угла между этнм током и первой гармоникой пр моугольного напр жени  инвертора 2, а в момент действи  тактового импульса С2 - пропорциональны произведению нагрузочного тока на косинус угла между этим током и первой гармоникой пр моугольного напр жени . В св зи с малой длительност тактовых импульсов эти мгновенные значени  практически неискаженны и записываютс  в аналоговую пам ть выборки-хранени  9 и 10,на выход которых получаютс  посто нные напр жени , пропорциональные соответствующим произведени м и обновл емы кгикдый период. Далее сигнал равный произаедению величины нагрузочного тока на косинус угла между вектором- этого тока и вектором первой гармоники пр моугольного напр жени  инвертора 2 возводитс  в квадг рат блоком 13 и вместе с сигналом, равньзм произведению величины нагрузочного тока на синус -угла между вектором этого тока и вектором первой rat oHHKH пр моугольного напр жени  инвертора 2 и опорным напр жением с источника 12 поступает на аналоговый сумматор 11, где вычисл етс сумма; сигналов с учетом коэффициентов формулы 5. При коммутации нагрузки 4 происходит изменение величины или фазы нагрузочного тока и с запазды ваннам не более одного периода обнаруживаетс  устройством и как сигнал коррекции по нагрузке в виде напр жени  выде1етс  на регул тор 1, через элемент сравнени  б, чем и достигаетс  . сочетание точности и быстродействи  поддержани  напр жени  неизменным на фильтре 3,A constant voltage regulator 1 changes the magnitude of the incoming input voltage to it in accordance with the error signal. incoming from the element of comparison 6 Constant output voltage of the regulator voltage is supplied to the inverter 2, where it is converted into a rectangular alternating voltage and after filtering in filter 3 is applied to the load 4. The load current flowing in the output buses of the converter after the transformer 7 passes through a filter 8 to suppress noise and harmonics that may be present in a real load current. Phase distortions on the main harmonic filter 8 almost do not introduce. The sampling clock pulses for sample storage cells 9 and 10, the duration of the order of 0.01 period of the inverter frequency, are formed in the discrete part of the inverter control system and are rigidly connected to the square voltage of inverter 2. Pulse C1 is fed to cell 9 and formed when the sign of the first harmonic of the rectangular voltage from the output of the inverter changes from plus to minus, and the pulse C2 supplied to cell 10 is formed when the first harmonic of the same voltage reaches its maximum. The instantaneous values of the current signal at the moment of action of C1 are proportional to the product of the load current per sine of the angle between the ethnm current and the first harmonic of the rectangular voltage of inverter 2, and at the time of the action of the clock pulse C2 are proportional to the product of the load current by the cosine of the angle between this current and the first harmonic of pr coal pressure. Due to the short duration of the clock pulses, these instantaneous values are practically undistorted and are stored in an analog sample-storage memory 9 and 10, the output of which is a constant voltage proportional to the corresponding works and updated for a period. Further, the signal equal to the magnitude of the load current at the cosine of the angle between the vector of this current and the vector of the first harmonic of the rectangular voltage of the inverter 2 is raised to the square by block 13 and, together with the signal, the equality of the product of the value of the load current by the sine angle between the vector of this current and the first vector rat oHHKH of the rectangular voltage of the inverter 2 and the reference voltage from the source 12 is supplied to the analog adder 11, where the sum is calculated; signals, taking into account the coefficients of formula 5. When switching load 4, a change in the magnitude or phase of the load current occurs and, with delay, baths of not more than one period are detected by the device and, as a voltage correction signal, are transferred to the regulator 1 through the comparison element than and is achieved. a combination of accuracy and speed of maintaining the voltage unchanged on the filter 3,

Использование предлагаемого устройства позвол ет повысить качество выходного напр жени  стабилизированных автономных источников питани  переменного тока. Повышение статической точности напр жени  и сокращение длительности переходных процессов привод т к большему сроку службы питаемого электрооборудовани , снижению эксплуатационных затрат , св занных с его ремонтом и снижению веро тности информационных |Сбоев по питанию в электронной аппаратуре , т.е. к повышению надежности работы потребителей энергии переменного-тока.The use of the proposed device allows improving the quality of the output voltage of stabilized autonomous sources of alternating current power. An increase in static voltage accuracy and a reduction in the duration of transients leads to a longer service life of powered electrical equipment, a reduction in the operating costs associated with its repair and a decrease in the likelihood of information | Power failures in electronic equipment, i.e. to improve the reliability of consumers of AC energy.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  стабилизации выходного напр жени  автономного инвертора с системой управлени , содержащее регул тор посто нного напр жени , подключенный к входу инвертора р зад атчик напр жени , выхоД которого соединен с первым входом элемента сравнени , второй вход которого соединен с выходом регул тора посто нного напр жени , а выход - с его управл ющим входом, отличающеес  тем, что,A device for stabilizing the output voltage of an autonomous inverter with a control system containing a constant voltage regulator connected to the inverter input p a voltage source, the output of which is connected to the first input of the reference element, the second input of which is connected to the output of the constant voltage regulator and the output is from its control input, characterized in that л с целью повышени  статической точности стабилизации выходного напр жени  при сохранении быстродействи , задатчик напр жени  снабжен преобразователем тока в напр жение,фильтром ,, двум   чейками выборки-хранени , сумматором, квадратором и источником опорного напр жени , причем преобразователь тока в напр жение присоединен к нагрузке инвертора , его выход через фильтр подключен к двум  чейкам выборки-хранени , тактовые входы которых соединены с системой управлени  инвертора , выход первой  чейки непосредственно , а выход второй через квадратор подключены к cyt aTopyj f : которому подключен также источник опорного напр жени , а выход сумматора ,  вл етс  выходом задатчика напр жени  .l in order to increase the static accuracy of output voltage stabilization while maintaining speed, the voltage setting unit is equipped with a current-to-voltage converter, a filter, two sample-storage cells, an adder, a quad and a voltage source, and the current-to-voltage converter is connected to the inverter load, its output through the filter is connected to two sample-storage cells, the clock inputs of which are connected to the inverter control system, the output of the first cell directly, and the output of the second cell The quad cutter is connected to cyt aTopyj f: to which the source of the reference voltage is also connected, and the output of the adder is the output of the voltage generator. 0 Источники информации,0 Sources of information прин тые во внимание при экспертизеtaken into account in the examination 1 Пугачев Е.В. и Козелков Л.В, Многофункциональный тиристорный преобразователь IЭлектротехническа 1 Pugachev E.V. and L. Kozelkov, Multifunctional thyristor converter I Electrotechnical с промышленность ,Сер. Преобразовательна  техника , 1978, № 12,с, 18,with industry, Ser. Conversion Technique, 1978, No. 12, p. 18, 2. Егоров В.А, и др. Регулирование и стабилизаци  выходного напр жени  инвертора напр жени . Сб. .Современные задачи преобразовательной техники ,К, 1975,ч. 4, с,157.2. Egorov V.A., et al. Regulation and stabilization of the output voltage of the inverter voltage. Sat . Modern tasks of converting equipment, K, 1975, h. 4, s, 157.