СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания и систем бесперебойного электроснабжения, автономных систем электроснабжения, систем генерирования переменного тока.
Известен стабилизированный преобразователь переменного тока, содержащий ключевой инвертор, выходное напряжение которого через измерительный трансформатор подается на резистивный делитель напряжения, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный выходному напряжению инвертора. Выходной сигнал делителя подается в устройство сравнения, выделяющее разницу между ним и эталонным напряжением, поступающим от генератора синусоидального сигнала. Полученное таким образом рассогласование подается на вход регулятора напряжения, формирующего корректирующий сигнал, направленный на его минимизацию, тем самым, стабилизируя выходное напряжение инвертора. Корректирующий сигнал подается на модулирующее распределительное устройство, управляющее силовыми ключами инвертора в соответствии с заложенной в его логику стратегией коммутации и управления преобразователем. Все элементы преобразователя, таким образом, работают, как замкнутая система автоматического регулирования с отрицательной обратной связью по выходному напряжению [1].
Данная схема способна эффективно стабилизировать выходное напряжение преобразователя в широком диапазоне изменения входного напряжения и нагрузки. Существенным недостатком данного преобразователя является принципиальная возможность присутствия постоянной составляющей в его выходном напряжении, появление которой может быть вызвано, например, различиями быстродействия и прямого падения силовых ключей инвертора или наличием нескомпенсированного положительного или отрицательного смещения выходных сигналов элементов схемы. Построение измерительного органа напряжения не позволяет выявлять постоянную составляющую, достоверно измерять ее и, соответственно, принимать какие-то меры для предотвращения ее появления. Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к описываемой полезной модели.
Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является повышение качества выходного напряжения стабилизированного преобразователя путем предотвращения появления в нем постоянной составляющей.
Технический результат достигается за счет того, что стабилизированный преобразователь переменного тока содержит ключевой инвертор, к выходным выводам которого подключен измерительный делитель напряжения, одно плечо которого образовано первым резистором, а второе, формирующее сигнал отрицательной обратной связи - вторым резистором и последовательно соединенным с ним конденсатором, выход делителя напряжения связан с первым входом устройства сравнения, второй вход которого подключен к генератору синусоидального напряжения, выходом через модулирующее распределительное устройство связанного с управляющими входами силовых ключей инвертора.
На чертеже фиг.1 приведена схема полезной модели.
Устройство содержит ключевой инвертор 1, к выходным выводам 2 которого подключен измерительный делитель напряжения 3, содержащий первый 4 и второй 5 резисторы и конденсатор 6. Выход делителя напряжения подключен к первому входу устройства сравнения 7, ко второму входу которого подключен генератор синусоидального напряжения 8. К выходу устройства сравнения подключен регулятор напряжения 9, выходом через модулирующее распределительное устройство 10 связанный с управляющими входами силовых ключей инвертора.
Устройство работает следующим образом.
В целом все устройство представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью по выходному напряжению инвертора 1.
Выходное напряжение инвертора 1, снимаемое с выходных выводов 2, через измерительный делитель 3 в качестве сигнала обратной связи подается на вход устройства сравнения 7, на другой вход которого поступает эталонное синусоидальное напряжение от генератора 8. Сигнал рассогласования, пропорциональный разности между эталонным напряжением и сигналом отрицательной обратной связи, с выхода устройства сравнения 7 подается на регулятор напряжения 9, который по заложенному в него закону управления формирует корректирующий сигнал, имеющий целью минимизировать рассогласование. Модулирующее распределительное устройство 10 преобразует корректирующий сигнал регулятора напряжения в соответствующую широтно-импульсную последовательность и согласно выбранной логике работы и стратегии управления инвертором 1 подает ее на управляющие входы его силовых ключей. Таким образом, любое отклонение выходного напряжения преобразователя от заданного эталона парируется схемой регулирования и поддерживается стабильным независимо от изменения напряжения питания и нагрузки.
Емкость конденсатора 6 измерительного делителя 3 выбирается так, чтобы на основной частоте выходного напряжения его сопротивление переменному току было бы близко к нулю, тогда при симметричной кривой выходного напряжения выходной сигнал измерительного делителя будет определяться только соотношением сопротивлений входящих в его состав резисторов 4 и 5. При появлении несимметрии на конденсаторе 6 выделяется напряжение, пропорциональное постоянной составляющей. Это напряжение с соответствующим знаком суммируясь с сигналом, формируемым резисторами 4 и 5, поступает в устройство сравнения 7 и эффективно отрабатывается регулятором напряжения 9, синтезирующим свой выходной сигнал уже с учетом необходимости компенсации постоянной составляющей. Параметры широтно-импульсной последовательности на выходе модулирующего распределительного устройство 10 соответствующим образом изменяются, и силовые ключи инвертора 1 начинают коммутироваться так, чтобы восстановить симметрию выходного напряжения и удалить из него постоянную составляющую.
Логика и принцип устранения постоянной составляющей не зависят от вида регулятора напряжения и не определяют их. Вид и структура регулятора - одно- или многоконтурный с подчиненным регулированием, релейный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и пр., а также аналоговый он или цифровой - определяются только конкретными требованиями к преобразователю в целом и выбираются исходя из таких категорий, как устойчивость, точность, переходные процессы, диапазон изменения нагрузки и напряжения питания, вид нагрузки и др.
Использование данной схемы позволяет простыми способами при минимальных аппаратных затратах эффективно подавлять постоянную составляющую выходного напряжения стабилизированных преобразователей переменного тока, тем самым обеспечивая стабильность и высокое качество их выходной энергии.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
1. Букреев С.С. "Силовые электронные устройства. Введение в автоматизированное проектирование". - Москва: Радио и связь, 1982, стр.215, рис.13.7