Універсальне електромагнітно-сумісне джерело живлення

Універсальне електромагнітно-сумісне джерело живлення, що містить силовий активний фільтр, виконаний на базі IGBT-транзисторів, з'єднаних по трифазній мостовій схемі, конденсатор, приєднаний до входу силового активного фільтра, при цьому його трифазний вихід через послідовно з'єднані датчик фазного струму і дроселі підключений до відповідних затискачів трифазної мережі, до яких також приєднані відповідні входи датчика напруги трифазної мережі, датчик струму навантаження, датчик напруги конденсатора, приєднаний паралельно з конденсатором, систему керування активним фільтром, до складу якої входять датчик сигналу, що калібрується, обчислювальний пристрій, перший, другий і третій блоки перемножування, перший, другий і третій суматори, перший, другий і третій релейні елементи, перший, другий і третій формувачі імпульсів керування, при цьому три виходи датчика напруги мережі з'єднані з першими входами датчика сигналу, що калібру U 2 (19) 1 3 гий і третій суматори, перший, другий і третій релейні елементи, перший, другий і третій формувачі імпульсів керування, при цьому три виходи датчика напруги мережі з'єднані з першими входами датчика сигналу, що калібрується, перший, другий і третій виходи якого з'єднані з першими входами відповідно першого, другого і третього блоків перемножування, обчислювальний пристрій першим своїм виходом з'єднаний з четвертим виходом датчика сигналу, що калібрується, другим входом з'єднаний з виходом датчика струму навантаження, а третій вхід підключений до виходу датчика напруги конденсатора, при цьому виходи першого, другого і третього блоків перемножування з'єднані відповідно з підсумовуючими входами, першого, другого і третього суматорів, а віднімаючі входи їх підключені відповідно до виходів першого, другого і третього датчиків фазних струмів, виходи першого, другого і третього суматорів з'єднані з входами відповідно першого, другого і третього релейних елементів, виходи яких підключені до входів відповідно першого, другого і третього формувачів імпульсів керування, виходи яких з'єднані з відповідними базами IGBT-транзисторів силового активного фільтру. [Патент на корисну модель UA № 37231 кл Н02М7/04, Бюл № 22, 2008 р.]. Недоліком даного перетворювача є відносна складність, яка обумовлена наявністю некерованого мостового випрямляча, регулятора напруги конденсатора і двох суматорів, а також обмежені функціональні можливості, оскільки вказаний перетворювач працює тільки в режимі джерела напруги. В основу корисної моделі поставлене завдання поліпшення джерела живлення постійного струму за рахунок спрощення і розширення функціональних можливостей, що досягається виключенням некерованого мостового випрямляча, регулятора напруги конденсатора, двох суматорів при функціонуванні схеми і забезпечення за допомогою блоку завдання режимів джерела напруги, джерела струму і джерела потужності. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в джерело живлення постійного струму, що містить активний фільтр, виконаний на базі IGВТ-транзисторів, з'єднаних по трифазній мостовій схемі, конденсатор, підключений до виходу силового фільтру, при цьому трифазний вихід його через послідовно з'єднані датчики фазного струму дроселя підключені до відповідних затискачів трифазної мережі, до яких приєднані відповідні входи датчика напруги трифазної мережі, датчик струму навантаження, датчик напруги конденсатора, сполученого паралельно з конденсатором, систему керування активним фільтром до складу якої входять датчик сигналу, що калібрується, обчислювальний пристрій, перший, другий і третій блоки перемножування, перший, другий і третій релейні елементи, перший, другий і третій формувачі імпульсів керування, при цьому три виходи датчика напруги мережі з'єднані з трьома входами датчика сигналу, що калібрується, перший, другий і третій виходи якого з'єднані з першими входами відповідного першого, другого і третього блоків перемножування, обчислювальний пристрій пер 62389 4 шим своїм входом з'єднаний з четвертим виходом датчика сигналу, що калібрується, другим входом з'єднаний з виходом датчика струму навантаження, а третій вхід підключений до виходу датчика напруги конденсатора, при цьому виходи першого, другого і третього блоків перемножування з'єднані відповідно з входами першого, другого і третього суматорів, що підсумовують, а входи, що віднімають, суматорів підключені відповідно до виходів першого, другого і третього датчиків фазного струму, виходи першого, другого і третього суматорів з'єднані з виходами відповідно першого, другого і третього релейних елементів, виходи яких підключені до входів відповідно першого, другого і третього формувача імпульсів керування, виходи яких з'єднані з відповідними базами IGВТтранзисторів силового активного фільтру, згідно з корисною моделлю, додатково введений блок завдання, при цьому навантаження через послідовно включений датчик струму навантаження підключено до конденсатора, вихід обчислювального пристрою з'єднаний з другими входами блоків перемножування, а його четвертий, п'ятий і шостий входи підключені відповідно до першого, другого і третього виходів блоку завдання. На фіг. 1 представлена схема пропонованого універсального джерела живлення. На фіг. 2 - схема силового активного фільтру. На фіг. 3 показані процеси, які відбуваються в універсальному джерелі живлення. До складу джерела постійного струму входять силовий активний фільтр 1, виконаний на базі IGBT-транзисторів, з'єднаних по трифазній мостовій схемі, конденсатор 2, підключений до входу силового активного фільтру 1, при цьому трифазний вихід його через послідовно з'єднані датчик фазного струму 3, 4, 5 і дроселі 6, 7, 8 підключений до відповідних затискачів трифазної мережі, до яких приєднані відповідні входи датчика напруги 9 трифазній мережі, датчика струму навантаження 10, датчик напруги 11 конденсатора, сполученого паралельно до конденсатора 2, систему керування активним фільтром 1, до складу якої входять датчик сигналу, що калібрується 12, обчислювальний пристрій 13, перший 14, другий 15 і третій 16 блоки перемножування, перший 17, другий 18 і третій 19 суматори, перший 20, другий 21 і третій 22 релейні елементи, перший 23, другий 24 і третій 25 формувачі імпульсів керування, при цьому три виходи датчика напруги мережі сполучено з першими входами датчика сигналу, що калібрується 12, перший, другий і третій виходи якого з'єднані з першими входами відповідно першого 14, другого 15 і третього 16 блоків перемножування, обчислювальний пристрій 13 першим своїм виходом сполучено з четвертим виходом датчика сигналу, що калібрується, другим входом сполучено з виходом датчика струму навантаження 10, а третій вхід підключений до виходу датчика напруги конденсатора 11, при цьому виходи першого 14, другого 15 і третього 16 блоків перемножування сполучено відповідно з підсумовуючими входами першого, 17, другого 18 і третьего 19 суматорів, а віднімаючі входи їх підключені відповідно до виходів першого 3, другого 4 і третього 5 датчиків фаз 5 62389 них струмів, виходи першого 17, другого 18 і третього 19 суматорів сполучено з входами відповідно першого 20, другого 21 і третього 22 релейних елементів, виходи яких підключені до входів відповідно першого 23, другого 24 і третього 25 формувачів імпульсів керування, виходи яких з'єднані з відповідними базами IGВТ-транзисторів силового активного фільтру 1, блок завдання 26, при цьому навантаження через послідовно включений датчик струму навантаження 10 підключене до конденсатора 2, вихід обчислювального пристрою 13 з'єднаний з другими входами блоків перемножування 14, 15 і 16, а його четвертий, п'ятий і шостий входи підключені відповідно до першого, другого і третього виходів блоку завдання 26. Джерело живлення працює таким чином. З блоку завдання 26 подаються на четвертий, п'ятий і шостий входи обчислювального пристрою 13 задаючі сигнали відповідно до вибраного режиму роботи, Ін - струм навантаження в режимі джерела струму, Uн - напруга на навантаженні в режимі джерела напруги, Рн - потужність в навантаженні в режимі джерела потужності. Ці сигнали, поступаючи на входи обчислювального пристрою 13, забезпечують формування сигналу завдання на величину Іmз амплітуди синусоїдальних струмів іА, іВ і іС джерела живлення. Формування Іmз для кожного режиму роботи здійснюється обчислювальним пристроєм 13 виходячи з балансу потужностей на вході джерела живлення і на його виході (на навантаженні), а саме 3UлmIm 2  UнІн  UcІн  RнІн , 2 (1) де Іm - максимальна амплітуда струму; Uлm - амплітуда лінійної напруги; Uc - напруга на конденсаторі; Rн - напруга на навантаженні. Відповідно до (1), для забезпечення постійності струму в навантаженні (режим джерела струму) амплітуда завдання Іmз синусоїдальних струмів визначається Іmз  2 2ІнRн 3Uлm  2 2ІнRн , 3Uфm (2) де Uфm - амплітуда фазної напруги ; для забезпечення постійності напруги (режим джерела напруги) на навантаженні сигнал завдання Іmз визначається Іmз  2 2Uн , 3UфmRн (3) для забезпечення постійності потужності в навантаженні (режим джерела потужності) Іmз  2Pн , 3Uфm (4) 6 Для обчислення Іmз відповідно до (2), (3), (4) на перший вхід обчислювального пристрою 13 подається сигнал з четвертого виходу датчика сигналу 12, що калібрується, відповідний амплітуді фазної напруги Uф, а на другий і третій входи його подаються сигнали з датчика струму навантаження 10 і датчика напруги конденсатора 11. Відповідно до заданого режиму на виході обчислювального пристрою матиме місце сигнал відповідний Іmз, обчислений згідно (2), (3), (4). Цей сигнал надходить на другі входи блоків перемножування 14, 15, 16, на їх перші входи надходять сигнали одиничної амплітуди, які співпадають по фазі з фазними напругами, з першого, другого і третього входів датчика сигналу 12, що калібрується. На виході блоків перемножування 14, 15, 16 формується завдання на вхідні струми джерела живлення: i*  Imз sin t A 2   * iB  Imз sin t   (5) 3   2   * iC  Imз sin t   3   тобто вони співпадають по фазі з напругами UA, UB, UC. Формування вхідних струмів синусоїдальної форми здійснюється таким чином. Як тільки дійсний струм в дроселі, наприклад 6 (струм і A), стане менше заданого ( i* ), то на виході суматора 17 A з'явиться позитивний сигнал похибки. За умови, що він більше зони нечутливості релейного елементу 20, останній перемикається з положення негативного стану сигналу в положення позитивного стану сигналу на його виході. Це приведе до появи на виході формувача 23 імпульсів для відкриття IGBT-транзистора катодної групи вентильної лінії (фіг. 2), до якої приєднаний вихід дроселя 6 через датчик струму 3, конденсатор 2 включається послідовно з дроселем 6 так, що його напруга Uc збільшує струм іA. Як тільки останній перевищить величину i* на зону нечутливості релейного елеA менту 20, він знову перемкнеться у зворотному напрямі, при цьому на виході формувача 23 з'являється закриваючий імпульс IGBT-транзистора катодної групи, що приводить до його закриття, і відкриваючий імпульс (з деяким запізнюванням) для IGBT-транзистора анодної групи тієї ж лінії. Це приводить до включення напруги конденсатора 2 в контур дроселя 6 зустрічно струму і зменшення його. Надалі процеси повторюються. Аналогічні процеси матимуть місце в колах дроселів всіх трьох фаз. Таким чином, регулятори лінійних (фазних) струмів (суматори 17, 18, 19, релейні елементи 20, 21, 22 з формувачами 23, 24, 25 керуючих імпульсів) через датчики 3, 4, 5, працюючи в релейному режимі формують струми в дроселях 6, 7, 8, які за формою і величиною повторюють (в межах нечутливості релейних елементів) синусоїдальні сигна* * ли завдання i* , iB , iC , які співпадають по фазі з A напругою UA, UB, UC (фіг. 3). 7 У режимі джерела струму і джерела напруги зміна навантаження контролюється за допомогою датчика 11 напруги конденсатора (навантаження) і датчика 10 струму навантаження. Будь-яка зміна опору навантаження приводить до зміни амплітуди задаючого синусоїдального струму у фазах відповідно до виразів (2) (режим джерела струму) і (3) (режим джерела напруги). Реакція на зміну опору навантаження приведена на фіг. 3а та фіг. 3б. У режимі джерела потужності потужність Рн на навантаженні задається блоком завдання 26, тоб 62389 8 то амплітуда Іmз (вираз (4)) визначатиме величину потужності споживану з мережі. При зміні опору навантаження амплітуда Іmз залишається постійною, а, отже, і потужність споживана з мережі і потужність навантаження (за винятком втрат в джерелі) також залишається постійною (фіг. 3с). Таким чином, пропонований пристрій забезпечує різні режими роботи і одночасно електромагнітну сумісність з мережею, при цьому характеризується відносною простотою в порівнянні з відомими перетворювачами. 9 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 62389 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601