×
12.08.2019
219.017.be46

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях однофазного переменного напряжения в постоянное с повышенной надежностью. Техническим результатом является увеличение надежности и коэффициента полезного действия преобразователя и повышение динамической устойчивости устройства для осуществления способа управления преобразователем. Способ управления используется при построении систем управления преобразователями переменного напряжения в постоянное напряжение. Устройство для осуществления способа управления используется в системах управления преобразователями переменного напряжения в постоянное. Способ управления заключается в формировании постоянной на полупериоде входного напряжения импульсной последовательности для управления транзистором обратноходового преобразователя и формировании противотактной импульсной последовательности, изменяющейся по закону |cos(ωt)| для управления транзисторами реверсивного преобразователя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области электротехники, силовой электроники и систем автоматического регулирования.

Способ управления и устройство для его осуществления могут быть использованы в преобразователях однофазного переменного напряжения в постоянное с повышенной надежностью. В предложенном варианте этот эффект достигается за счет исключения из структуры силовой цепи устройства электролитических конденсаторов большой емкости и новыми законами управления транзисторами преобразователя. Это может быть использовано тогда, когда требуется одновременно повысить срок службы и энергетическую эффективность преобразователей. Наиболее востребованными в настоящее время являются драйверы светодиодных изделий и других нагрузок, для питания которых необходимо преобразование переменного однофазного напряжения в прецизионный постоянный ток.

Известен способ управления преобразователем однофазного переменного напряжения в постоянное напряжение, включающий входной выпрямитель, к выходу которого подключен корректор коэффициента мощности с выходным конденсатором, параллельно которому подключен двухключевой реверсивный преобразователь с входной индуктивностью и накопительным конденсатором на его выходе, обеспечивающий работу корректора и реверсивного преобразователя в режиме непрерывных токов [1].

Такой преобразователь и способ управления его транзисторами позволяют получить постоянный ток нагрузки, но достичь повышенной энергетической эффективности не удается, потому, что в режиме непрерывного тока неоправданно велики из-за «жесткой» коммутации силового транзистора динамические потери в транзисторе корректора коэффициента мощности, что снижают коэффициент полезного действия. Кроме того, в известном преобразователе используется косвенный способ формирования импульсной последовательности управления транзистором корректора коэффициента мощности по напряжению и току нагрузки, а также косвенный способ формирования двухтактной импульсной последовательности управления транзисторами реверсивного преобразователя.

В целом, такой способ управления характеризуется повышенным коэффициентом пульсаций напряжения и тока нагрузки. Кроме того, вследствие косвенного формирования импульсных последовательностей управления транзисторами, замкнутая система автоматического регулирования функционирует в различных режимах - с частотой следования импульсов развертывающего напряжения и множества субгармонических колебаний, в зависимости от уровня и фазы напряжения сети или фазы переменной составляющей напряжения на накопительном конденсаторе. Это сопровождается субгармоническими или хаотическими колебаниями (пульсациями) напряжения и тока нагрузки.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления преобразователем переменного напряжения в постоянное напряжение, согласно которому формируется импульсная последовательность управления транзистором обратноходового преобразователя, пропорциональная среднему значению тока вторичной обмотки трансформатора обратноходового преобразователя. Для управления транзисторами реверсивного преобразователя формируется двухтактная импульсная последовательность, длительность импульсов которой изменяется пропорционально переменной составляющей тока трансформатора и пульсациями напряжения на накопительном конденсаторе. Это обеспечивает работу обратноходового преобразователя в режиме прерывистых токов, но на неопределенном интервале времени, а работу реверсивного преобразователя - по закону, весьма приближенному к требуемому. Устройство для реализации такого способа управления включает входной выпрямитель, к выходу которого подключен корректор коэффициента мощности с выходным конденсатором, параллельно которому подключен двухключевой реверсивный преобразователь с входной индуктивностью и накопительным конденсатором на его выходе и соответствующую систему автоматического управления. Этот способ и устройство его реализации выбраны в качестве прототипа [2].

Такой способ управления позволяет исключить динамические потери на переключение транзистора обратноходового преобразователя и повысить коэффициент полезного действия. В тоже время, как и в [1], формирование двухтактной импульсной последовательности управления транзисторами реверсивного преобразователя по косвенным оценкам требуемого закона управления не позволяет поддерживать устойчивый режим работы замкнутой системы автоматического управления реверсивного преобразователя с частотой развертывающего напряжения. Это сопровождается значительными пульсациями тока нагрузки.

Техническо-экономический эффект, достигаемый предлагаемым способом преобразования однофазного переменного напряжения в постоянное напряжение, заключается в установлении закономерностей формирования управляющих импульсных последовательностей транзисторов, как обратноходового, так и реверсивного преобразователей. Это позволяет увеличить надежность, коэффициент полезного действия и динамическую устойчивость предложенного устройства его реализации.

На фиг. 1 приведена блок-схема силовой цепи преобразователя однофазного переменного напряжения в постоянное напряжение. На фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие существо способа преобразования, а на фиг. 3 приведена схема устройства, реализующего предложенный способ управления преобразователем.

На фиг. 1 обозначено: 1 - источник напряжения питающей сети; 2 - входной фильтр; 3 - двухполупериодный выпрямитель; 4 - обратноходовый преобразователь с последовательно соединенными транзистором 5 трансформатором 6, во вторичную обмотку которого включен диод однополупериодного выпрямителя 7; 8 - цепь нагрузки; 9 - реверсивный преобразователь с первым транзистором 10 и с вторым транзистором 11, входной индуктивностью 12 и накопительным конденсатором 13.

На фиг. 2 обозначено: 14 - выпрямленное напряжение питающей сети; 15 - мгновенные значения тока, потребляемого обратноходовым преобразователем; 16 - импульсы напряжения моментов перехода питающей сети через ноль; 17 - среднее значение напряжения питающей сети за полупериод, формируемое в моменты перехода напряжения сети через ноль; 18 - импульсы управления транзистором 5 обратноходового преобразователя 4 (однотактная импульсная последовательность); 19 - мгновенные значения выходного тока обратноходового преобразователя; 20 - огибающая тока вторичной обмотки трансформатора 6 обратноходового преобразователя 4; 21 - усредненное значение тока вторичной обмотки трансформатора 6; 22 -функциональная зависимость |cos(ωt)|-0.5, отражающая характер изменения относительной длительности управляющих импульсов транзисторов реверсивного преобразователя 9; 23, 24 - импульсы управления транзисторами 10, 11 соответственно реверсивного преобразователя 9 (двухтактная импульсная последовательность); 25 - ток входной индуктивности реверсивного преобразователя; 26 - напряжение на нагрузке и ток цепи нагрузки 8.

На фиг. 3 обозначено: 27 - устройство выборки и хранения; 28 - датчик перехода напряжения сети через ноль; 29 - резистивный делитель напряжения; 30 - первый узел сравнения; 31 - первый источник задающего напряжения; 32 и 39 - первый и второй компараторы напряжения соответственно; 33 - генератор развертывающего напряжения; 34 - задающий генератор; 35 - узел сдвига фазы; 36 - узел формирования модуль-функции; 37 - вычитатель; 38 - источник напряжения смещения; 40 - инвертор.

Способ управления преобразователем однофазного переменного напряжения в постоянное напряжение, включающим (фиг. 1) однофазный источник напряжения питающей сети 1, входной фильтр 2, двухполупериодный выпрямитель 3, обратноходовый преобразователь 4 с последовательно включенными транзистором 5 и трансформатором 6, во вторичную обмотку которого включен диод однополупериодного выпрямителя 7; цепь нагрузки 8; реверсивный преобразователь с первым и вторым транзисторами 10 и 11 соответственно, входной индуктивностью 12 и накопительным конденсатором 13, заключающийся (фиг. 2) в формировании одной импульсной последовательности 18, для управления транзистором 5 обратноходового преобразователя, относительная длительность импульсов которой определяется напряжением 17, зависящим от напряжения на накопительном конденсаторе 13, и остается постоянной величиной γ<0.5 на полупериоде напряжения питающей сети и формировании второй противотактной импульсной последовательности 23, 24 для управления первым и вторым транзисторами 10 и 11 реверсивного преобразователя 9, при этом характер изменения относительной длительности импульсов второй противотактной импульсной последовательности определяется по закону 22 |cos(ωt)|-0.5.

Для формирования первой импульсной последовательности 18 (фиг. 2) необходимо по напряжению питающей сети или по выпрямленному входному напряжению 14 сформировать последовательность импульсов перехода напряжения питающей сети через нулевое значение 16. Эта последовательность импульсов разрешает изменять напряжение ошибки по току один раз за полупериод напряжения питающей сети в контуре управления обратноходовым преобразователем. При этом, на полупериоде напряжения питающей сети, интервалы накопления и отдачи энергии трансформатором 6 сохраняются постоянными, что гарантирует изменение огибающей 20 импульсов 15 и 19 по закону модуль-синуса. Усредненное значение тока 21 треугольных импульсов 19 также будет изменяться по закону |sin(ωt)|. Небольшое изменение относительной длительности импульсов 18 в разные полупериоды входного напряжения обусловлено наличием нестабильности напряжения питающей сети 14 и требуется, чтобы поддерживать ток 26 постоянным. При постоянстве входного напряжения относительная длительность импульсов 18 будет неизменной все время.

Для получения на нагрузке постоянного тока 26 в входной индуктивности 12 формируем ток 25, характер изменения которого определяется модулем синусоидальной функции со смещением |sin(ωt)|-0.5. Для этого напряжение, прикладываемое к входной индуктивности 12, должно изменяться в соответствии с функциональной зависимостью 22. Таким образом, по закону |cos(ωt)|-0.5 формируется противотактная импульсная последовательность 23, 24 для управления транзисторами 10, 11 реверсивного преобразователя 9. При этом реверсивный преобразователь 9 работает в режиме повышающего либо понижающего преобразователя, накапливая энергию в накопительном конденсаторе 13 либо отдавая ее в нагрузку 8 соответственно.

Устройство на фиг. 3, реализующее способ управления преобразователем переменного напряжения в постоянное напряжение, работает следующим образом. Используется двухконтурная система управления, причем первый контур осуществляет управление обратноходовым преобразователем 4, а второй - управление реверсивным преобразователем 9. В частности, для управления обратноходовым преобразователем 4 используется устройство выборки и хранения 27, на тактирующий вход которого подается сигнал 16 с выхода датчика перехода напряжения сети через ноль 28, а на другой вход устройства выборки и хранения 27 поступает напряжение с резистивного делителя 29. Напряжение на выходе устройства выборки и хранения 27 устанавливается равным напряжению, которое было на его входе в момент подачи импульса на его тактовый вход и остается неизменным до подачи следующего тактового импульса. Это напряжение поступает на один из входов первого узла сравнения 30, к второму входу которого приложено напряжения с первого источника задающего напряжения 31. Результат поступает на первый вход первого компаратора напряжения 32, к второму входу которого приложено пилообразное напряжение с генератора развертывающего напряжения 33. К входу генератора развертывающего напряжения подключен задающий генератор 34, формирующий импульсы, задающие частоту работы преобразователя. На выходе первого компаратора напряжения 32 формируются импульсы напряжения для управления транзистором 5 обратноходового преобразователя 4.

Второй контур управления транзисторами 10 и 11 реверсивного преобразователя 9 (фиг. 3) содержит узел сдвига фазы 35, на выходе которого формируется напряжение, изменяющееся по закону косинуса. Выход узла сдвига фазы 35 подключен к узлу формирования модуль-функции 36, выход которого соединен с одним из входов вычитателя 37, к другому входу которого приложено напряжение с источника напряжения смещения 38, а выход вычитателя 37 подключен к второму входу второго компаратора напряжения 39. На выходе вычитателя 37 формируется модулирующая функция, изменяющая по закону |cos(ωt)| и смещенная относительно нулевого значения на величину сигнала на выходе источника напряжения смещения 38. На первый вход второго компаратора напряжения 39 поступает сигнал с выхода генератора развертывающего напряжения 33. На выходе второго компаратора напряжения 39 формируются импульсы напряжения, поступающие на управляющий вход транзистора 10 и через инвертор 40 на управляющий вход транзистора 11.

Такой способ управления преобразователем переменного напряжения в постоянное позволит повысить динамическую устойчивость предложенного устройства для его реализации, получить меньший коэффициент пульсаций тока нагрузки, увеличить коэффициент полезного действия и, как следствие, повысить надежность устройства, а представленное устройство для осуществления способа управления позволяет реализовать на практике преобразователь, сочетающий в себе вышеуказанные преимущества.

Список литературы

1. Liang, T.-J. Electrolytic Capacitor-Less AC/DC Converter and Controlling Method thereof / T.-J. Liang, K.-W. Lee, Y.-H. Hsieh, J.-F. Chen, Yi-C. Shen // US Patent 9,300,217 B2

2. Shu W. A Flicker-Free Electrolytic Capacitor-Less AC-DC LED Driver/ W. Shu, X. Ruan, K. Yao // Journal IEEE Transaction on Power Electronics. - 2011. - V. 27, No 11. - P. 4540-4548.


СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 58.
13.02.2018
№218.016.24c0

Способ увеличения порогового напряжения отпирания gan транзистора

Изобретение относится к технологии силовой электроники, а именно к технологии получения дискретных силовых транзисторов на основе нитрида галлия (GaN), работающих в режиме обогащения. В способе увеличения порогового напряжения отпирания GaN транзистора, включающем создание на поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642495
Дата охранного документа: 25.01.2018
10.05.2018
№218.016.41e8

Способ подавления отметок от целей, расположенных за пределами зоны однозначной оценки дальности обзорной рлс, и реализующее его устройство

Изобретение относится к области активной радиолокации и предназначено для использования в обзорных радиолокационных станциях (РЛС). Достигаемый технический результат - подавление отметок от целей, расположенных за пределами зоны однозначной оценки дальности обзорной РЛС, а также отметок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649310
Дата охранного документа: 02.04.2018
10.05.2018
№218.016.4513

Способ генерации и вывода электронного пучка в область высокого давления газа, до атмосферного

Изобретение относится к области создания сфокусированных электронных пучков и вывода их в область повышенного давления, до атмосферного. Плазменный катод создается низковольтным отражательным разрядом с полым катодом, электрическим полем ускоряют вышедшие из плазменного катода электроны....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650101
Дата охранного документа: 09.04.2018
10.05.2018
№218.016.455a

Высоковольтная система электропитания космического аппарата

Использование: в области электротехники при проектировании и создании систем электропитания автоматических космических аппаратов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности системы электропитания космического аппарата (КА). Система электропитания КА содержит солнечную и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650100
Дата охранного документа: 09.04.2018
10.05.2018
№218.016.4e82

Система электропитания космического аппарата

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к бортовым системам электропитания (СЭП) космических аппаратов (КА), и может быть использовано при проектировании и создании систем электропитания автоматических космических аппаратов на основе солнечных и аккумуляторных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650875
Дата охранного документа: 18.04.2018
10.05.2018
№218.016.4f2a

Способ контроля наличия контакта нагреваемого электрода с контролируемым изделием при разбраковке металлических изделий

Изобретение относится к области неразрушающей диагностики металлов и сплавов, а также изделий, выполненных из них при разбраковке металлических изделий. Способ заключается в том, что между нагреваемым электродом и контролируемым изделием измеряют термоЭДС, усиливают ее и отображают, сравнивают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652657
Дата охранного документа: 28.04.2018
09.06.2018
№218.016.5e8a

Термостабилизирующее радиационностойкое покрытие batizro

Изобретение относится к получению терморегулирующих покрытий и может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов. Терморегулирующее покрытие класса «солнечные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656660
Дата охранного документа: 06.06.2018
11.06.2018
№218.016.609f

Способ контроля отверждения эмалевой изоляции проводов

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля степени отверждения полимерного диэлектрического покрытия обмоточных проводов заключается в воздействии на диэлектрическое покрытие электрическим полем и в измерении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657087
Дата охранного документа: 08.06.2018
11.06.2018
№218.016.6182

Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах с помощью оптического устройства, закрепленного над поверхностью измеряемого материала, герметически отделенной от него оптически прозрачным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657104
Дата охранного документа: 08.06.2018
20.06.2018
№218.016.644c

Способ контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах

Изобретение может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах. В способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах путем получения изображения с помощью телекамеры, закрепленной над поверхностью измеряемого материала и герметически отделенной от него...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658079
Дата охранного документа: 19.06.2018
Показаны записи 1-2 из 2.
27.04.2019
№219.017.3c4b

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение

Изобретение относится к области электротехники. Преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, включающий мостовой инвертор на транзисторах, трансформатор, однополупериодный выпрямитель с фильтром и схему управления транзисторами инвертора, в диагональ которого включена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686096
Дата охранного документа: 24.04.2019
02.08.2019
№219.017.bb8d

Способ предотвращения обледенения проводов линии электропередач и устройство для его реализации

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат - предотвращение обледенения проводов линии электропередач с использованием компенсаторов реактивной мощности и мощности искажений без отключения потребителей электроэнергии. Способ заключается в использовании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696091
Дата охранного документа: 31.07.2019
+ добавить свой РИД