СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


RU (11) 2253939 (13) C2

(51) 7 H02M7/48 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003121131/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.07.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.07.10 
(43) Дата публикации заявки: 2005.02.10 
(45) Опубликовано: 2005.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1821884 A1, 15.06.1993. RU 2183379 C1, 10.06.2002. RU 2091979 С1, 27.09.1997. SU 1835121 A3, 15.08.1993. FR 2686749 А, 30.07.1993. US 4733341 А, 22.03.1988. 
(72) Автор(ы): Глинкин М.Е. (RU); Глинкин Е.И. (RU); Калинин В.Ф. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) (RU) 
Адрес для переписки: 392000, г.Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, патентный отдел 

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Использование: для управления преобразователями постоянного напряжения в переменное в системах электроприводов, электропитания и устройств автоматики. Технический результат заключается в повышении точности регулирования в адаптивном диапазоне с нормируемой погрешностью, регламентируемой шагом управления фазой. В способе формирования выходного напряжения циклически переключают ключи инвертора, которые формируют на нагрузке многофазное многоступенчатое напряжение, за счет программного управления фазой и амплитудой с точностью, определяемой шагом управления фазой в адаптивном диапазоне. 4 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления преобразователями постоянного напряжения в переменное в системах электроприводов, электропитания и устройств автоматики.

Известен способ [см. Патент №1835121 (СССР), Н 02 М 7/48, 1993. Бюл. №30], заключающийся в осуществлении управления преобразователем постоянного напряжения в переменное многоступенчатое, в котором выходное напряжение формируется циклическим переключением преобразовательных модулей за период, причем заданный уровень выходного напряжения достигается за счет подключения определяемого числа преобразовательных модулей.

Недостатками этого способа являются низкая точность регулирования выходного напряжения, зависящая от числа модулей, и узкий диапазон регулирования, регламентированный жесткой структурой, высокая сложность реализации и низкая надежность.

За прототип принят способ [см. А.С. №1821884 (СССР), Н 02 М 7/72, 1993. Бюл. №22], заключающийся в формировании выходного двенадцатиступенчатого напряжения преобразователя электроэнергии за счет циклического переключения основных вентилей и регулирования фазы выходного напряжения путем изменения длительности включения дополнительных вентилей.

Недостатками прототипа являются низкая точность регулирования, обусловленная жестко заданным конечным количеством ступеней выходного напряжения, и узкий диапазон регулирования (10-12%), ограниченный жесткой структурой, высокая сложность реализации и низкая надежность. 

Технической задачей способа является повышение точности регулирования в адаптивном диапазоне с нормируемой погрешностью, регламентированной цифровым эквивалентом.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии, реализуемом с помощью многофазного мостового инвертора, состоящего из анодных и катодных ключей, соединенных с нагрузкой, заключающемся в том, что циклически переключают ключи инвертора, которые формируют на нагрузке многофазное многоступенчатое напряжение, измеряют его действующее значение, которое сравнивают с мерой, и сдвигают многоступенчатое напряжение по фазе относительно меры, в отличие от прототипа мерой служит сигнал синусоидальной формы, относительно которого организуют сдвиг фазы многоступенчатого напряжения за счет программного управления коммутацией анодных и катодных ключей инвертора с точностью, регламентируемой шагом управления фазой многоступенчатого напряжения, причем при превышении действующим значением значения меры уменьшают фазу многоступенчатого напряжения, в противном случае - увеличивают пропорционально шагу управления фазой.

Сущность предлагаемого способа поясняют фиг.1-4 в основных формах представления функции: на уровне схем инвертора (фиг.1) и таблицы коммутации ключей (фиг.2) по циклической программе (2) синхронизирующих импульсов, реализующих алгоритм управления (5) тиристорами и формирования на нагрузке напряжения в виде временных диаграмм (фиг.3 и 4).

Предлагаемый способ реализуется с помощью многофазного мостового инвертора, состоящего из анодных и катодных ключей, соединенных с нагрузкой (фиг.1а).

Задают эталонный сигнал синусоидальной формы с требуемой частотой: U э=u0· Sin( · t), где Uэ - мгновенное значение напряжения, U0 - амплитуда, - частота эталонного сигнала.

Формируют на нагрузке синусоидальный сигнал ступенчатой формы Uj за счет программного управления таблицей коммутации инверторов в каждом периоде T управления. Период интервалов разбивают на число j состояний, пропорциональных числу n фаз (n=3), тактов переключения р, количеству подпрограмм управления l. Состояния заполняют потенциалами высокого или низкого уровня, соответствующими логическим состояниям “1” или “0”. Первый столбец таблицы коммутации формируют из последовательности “1” от первого состояния, но не более, чем до половины периода Т. Анодные столбцы 1, 3, 5 (2k-l, k=1,3) таблицы (фиг.2а) организуют циклическим сдвигом первого столбца на интервал, равный отношению периода к числу фаз T/3, катодные столбцы 2, 4, 6 (2k, k=1,3) заполняют по аналогии, начиная с половины периода T/2.

Например, для 12 состояний при j=12 (n=3, р=2, l=2), первый столбец таблицы коммутации: 111110000000, а таблица примет вид, представленный (фиг.2а) и соответствующими временными диаграммами (фиг.3а, б, в), иллюстрирующими импульсы циклического переключения ключей инвертора (фиг.1).

Для архитектуры "инвертор-звезда" соответственно граф-схеме фиг.1б по законам Кирхгофа для n фаз преобразования энергии от источников Е1 и Е2 получаем формулу:



где Y2k-1 и Y2k - проводимости тиристоров, коммутирующих соответственно источники Е1 и E 2 к фазе Ak, U - потенциал общего узла схемы "звезда" с проводимостью Y фазных обмоток.

Режимы работы тиристоров на j-том состоянии определяются кодом Nj входной таблицы (фиг.2а)



где К - основание позиционного линейного кода; - вес кода на j-том состоянии в k-той позиции.

Преобразуем систему уравнений в форму, удобную для программирования кодом Nj



причем веса кодов связаны с физическими параметрами архитектуры, схемы фиг.1 и таблицы фиг.2, через проводимости Yk тиристоров и Y обмоток нагрузки следующими соотношениями



где Yjk=Y2k-1+Y2k+Y - суммарная проводимость k-того фазного узла структуры инвертора (фиг.1) на j-том состоянии (фиг.2), причем четные j 2k и нечетные j 2k-1 веса кодов Nj (2) инвариантны прямым jk и инверсным термам физического состояния проводимости коммутаторов инвертора. 

Ступенчатое напряжение Uj (фиг.3а, б, в) на нагрузке (фиг.1) получают коммутацией анодных 2k-1 и катодных 2k ключей инвертора по циклической программе, состоящей из последовательности j состояний, определяемых j-ми строками таблицы коммутации (фиг.2а), что соответствует последовательному, параллельному и смешанному соединению источника энергии и нагрузки:



Например, по формуле (4) и программе (2) для смешанного закона коммутации, заданной входной таблицей (фиг.2а), соответствует выходная таблица (фиг.2б) и временные диаграммы (фиг.3а, б, в) на нагрузке, подключенной по схеме “звезда” (фиг.1).

Измеряют действующее значение ступенчатого напряжения Uj, которое сравнивают с мерой Uэ по алгоритму:

если то т.к. 

Управляют амплитудой ступенчатого напряжения Uj относительно амплитуды эталонного сигнала Uэ за счет изменения длительности последовательности “1” в первом столбце таблицы коммутации. При амплитуде ступенчатого напряжения U j, меньшем амплитуды эталонного сигнала Uэ, добавляют число “1” при возрастании напряжения (уменьшают при убывании напряжения), добиваясь минимальной разницы амплитуд ступенчатого напряжения Uj и эталонного сигнала U э, определяемого заданной погрешностью, регламентированной одним состоянием (фиг.4г).

Например, для Т=64, при U j<Uэ, фиг.4б, переходят от кода управления N1=11... 11000... 0000 (N10=30) к коду 11... 11100... 0000 (31), что вызывает увеличение сдвига фаз и увеличение напряжения Uj фиг.4а, изменяя код до тех пор, пока неравенство не примет вид Uj Uэ .

Алгоритм управления (5) позволяет компенсировать реактивную составляющую мощности на нагрузке (фиг.1), изменяя фазу ступенчатого напряжения Uj относительно эталонного сигнала Uэ за счет изменения длительности последовательности “1” в первом столбце таблицы коммутации (фиг.2). При положительном сдвиге фаз , например при коде 30 (фиг.4б), уменьшают число “1” до кода 29 (фиг.4в), а при отрицательном - увеличивают до 31 (фиг.4а), добиваясь минимального сдвига фаз, определяемого заданной погрешностью, регламентированной одним состоянием.

Точность предлагаемого способа регламентируется соотношением:



где - шаг управления фазой выходного напряжения.

Для прототипа шаг управления жестко задан аппаратно, а число тактов управления k=2, р=2:



Для заявленного способа k=2m, где m - цифровой эквивалент, ограничивается только быстродействием управляемых вентилей:



Точность регулирования способа относительно прототипа: 



и выше прототипа в 2m раз для l=2.

Эффективность предлагаемого способа по точности с погрешностью 1 относительно погрешности прототипа 2 при равных диапазонах регулирования D1 =D2 с учетом, что



определяется соотношением:



Для числовых эквивалентов находим соотношение погрешностей что доказывает повышение точности от 4 до 256 раз относительно прототипа при равных диапазонах регулирования.

При равных погрешностях управления 1= 2 диапазон регулирования предлагаемого способа D 1 с учетом, что



имеет вид:



Подстановка числовых эквивалентов отражает эффективность адаптации чтo доказывает расширение диапазона регулирования от 4 до 256 раз относительно прототипа при равных точностях регулирования. 

Диапазон регулирования выходного напряжения прототипа ограничивается 10-12%, тогда как для заявленного способа он составляет 100%, так как способ позволяет синтезировать выходное напряжение в пределах от 0 до величины постоянного напряжения на входе.

Гибкость заявленного способа регламентируется использованием программного управления заполнения таблицы коммутации, а также непрерывным контролем выходного напряжения в реальном масштабе времени.

Простота реализации заявленного способа обуславливается отказом от использования дискретных элементов в системе управления вентилями в связи с переходом на более высокий уровень интеграции, что позволяет снизить как минимум на порядок сложность устройства и на порядок повысить надежность его работы.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ формирования выходного напряжения преобразователя электроэнергии, реализуемый с помощью многофазного мостового инвертора, состоящего из анодных и катодных ключей, соединенных с нагрузкой, заключающийся в том, что циклически переключают ключи инвертора, которые формируют на нагрузке многофазное многоступенчатое напряжение, измеряют его действующее значение, которое сравнивают с мерой, и сдвигают многоступенчатое напряжение по фазе относительно меры, отличающийся тем, что мерой служит сигнал синусоидальной формы, относительно которого организуют сдвиг фазы многоступенчатого напряжения за счет программного управления коммутацией анодных и катодных ключей инвертора с точностью, регламентируемой шагом управления фазой многоступенчатого напряжения, причем при превышении действующим значением значения меры уменьшают фазу многоступенчатого напряжения, в противном случае - увеличивают пропорционально шагу управления фазой.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru