Регульоване джерело живлення

Регульоване джерело живлення, що містить датчик струму навантаження, перший дросель, з'єднані послідовно з навантаженням, три ланцюжки з послідовно з'єднаних дроселів і датчиків фазних струмів, трифазний мостовий випрямляч, виконаний на IGBT-транзисторах, входи якого через відповідні ланцюжки з дроселів і датчиків фазних струмів підключені до відповідних фаз трифазної мережі, конденсатор, підключений до виходів мостового випрямляча, трифазний синхронізатор, вхід якого з'єднаний з трифазною мережею живлення, трифазний генератор синусоїдальних сигналів, входи якого з'єднані з відповідними виходами синхронізатора, перший, другий і третій блоки перемножування, перші виходи яких з'єднані з відповідними виходами генератора синусоїдальних сигналів, датчик напруги навантаження, підключений паралельно навантаженню, четвертий блок перемножування, перший вхід якого з'єднані з виходом датчика напруги навантаження, а другий вхід підключений до виходу датчика струму навантаження, блок ділення, перший вхід якого з'єднаний з виходом четвертого блока перемножування, датчик амплітуди напруги мережі, входи якого підключені до відповідних фаз трифазної мережі живлення, а вихід датчика амплітуди напруги мережі з'єднаний з другим входом блока ділення, перший суматор, перший вхід якого з'єднаний з виходом блока ділення, датчик напруги конденсатора, підключений на вхід трифазного мостового випрямляча, другий суматор, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом датчика напруги конденсатора, а вихід другого суматора підключений до другого входу першого суматора, вихід якого з'єднаний з другими входами першого, другого і третього блоків перемножування, третій, четвертий і п'ятий суматори, підсумовуючі входи яких з'єднані відповідно з виходами першого, дру 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана для живлення навантаження змінної та постійної напруги. Відоме джерело струму, до складу якого входить нерегульоване джерело постійної напруги, тиристорний ключ, датчик струму, суматор, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом датчика струму, на підсумовуючий вхід суматора надходить сигнал задання на величину струму, релейний елемент, вхід якого з'єднаний з виходом суматора. [Энергетическая электроника: справочное пособие: Пер. с нем. / Под. ред. В.А. Лабунцова. М.: Энергоатомиздат, 1987 - 464 с.]. Недоліком відомого джерела струму є неможливість реалізації рекуперації енергії в мережу, негативний вплив імпульсного режиму роботи ключа на мережу, ускладнення ключа та його системи керування при збільшенні потужності навантаження, зменшення коефіцієнта потужності при зменшенні струму в колі навантаження. Найбільш близьким за технічним рішення є регульоване джерело струму, до складу якого входить датчик струму навантаження, перший дросель, які з'єднані послідовно з навантаженням, три ланцюжки з послідовно з'єднаних дроселів і датчиків фазних струмів, трифазний мостовий випрямляч, виконаний на IGBT-транзисторах, входи якого через відповідні ланцюжки з дроселів і датчиків фазних струмів підключені до відповідних фаз трифазної мережі, конденсатор, підключений до виходів мостового випрямляча, трифазний синхронізатор, вхід якого з'єднаний з трифазною мережею живлення, трифазний генератор синусоїдальних сигналів, входи якого з'єднані з відповідними виходами синхронізатора, перший, другий і третій блоки перемножування, перші виходи яких з'єднані з відповідними виходами генератора синусоїдальних сигналів, датчик напруги навантаження, підключений паралельно навантаженню, четвертий блок перемножування, перший вхід якого з'єднані з виходом датчика напруги навантаження, а другий вхід підключений до виходу датчика струму навантаження, блок ділення, перший вхід якого з'єднаний з виходом четвертого блока перемножування, датчик амплітуди напруги мережі, входи якого підключені до відповідних фаз трифазної мережі живлення, а вихід датчика амплітуди напруги мережі з'єднаний з другим входом блока ділення, перший суматор, перший вхід якого з'єднаний з виходом блока ділення, датчик напруги конденсатора, підключений на вхід трифазного мостового випрямляча, другий суматор, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом датчика напруги конденсатора, а вихід другого суматора підключений до другого входу першого суматора, вихід якого з'єднаний з другими входами першого, другого і третього блоків перемножування, третій, четвертий і п'ятий суматори, підсумовуючі входи яких з'єднані відповідно з виходами першого, другого і третього блоків перемножування, а віднімаючі входи третього, четвертого і п'ятого суматорів з'єднані з відповідними входами датчиків фазних струмів, перший, другий і третій релейні елементи, 63609 4 входи яких з'єднані з виходами відповідно третього, четвертого і п'ятого суматорів, четвертий релейний елемент, шостий суматор, вихід якого з'єднаний з входом четвертого релейного елемента, десять підсилювачів-формувачів, виходи шести з яких з'єднані із затворами IGBT-транзисторів мостового випрямляча [Патент на винахід UA № 66628, МПК(2006) Н02М7/12, Бюл № 7, 2007 р.] Недоліком даного рекуперованого джерела струму є складність, яка обумовлена наявністю другого керованого мостового випрямляча, і складність системи керування, яка забезпечує громіздкі логічні операції сумісного функціонування двох трифазних мостових випрямлячів, а також обмеження функціональних можливостей, оскільки вказане регульоване джерело працює в режимі джерела струму. В основу корисної моделі поставлена задача поліпшення джерела живлення за рахунок спрощення і розширення функціональних можливостей, що досягається виключенням другого керованого мостового випрямляча і істотного спрощення системи керування, яке забезпечує простіший алгоритм керування для різних режимів роботи джерела. Поставлена задача вирішується тим, що в регульоване джерело живлення, що містить датчик струму навантаження, перший дросель, які з'єднані послідовно з навантаженням, три ланцюжки з послідовно з'єднаних дроселів і датчиків фазних струмів, трифазний мостовий випрямляч, виконаний на IGBT-транзисторах, входи якого через відповідні ланцюжки з дроселів і датчиків фазних струмів підключені до відповідних фаз трифазної мережі, конденсатор, підключений до виходів мостового випрямляча, трифазний синхронізатор, вхід якого з'єднаний з трифазною мережею живлення, трифазний генератор синусоїдальних сигналів, входи якого з'єднані з відповідними виходами синхронізатора, перший, другий і третій блоки перемножування, перші виходи яких з'єднані з відповідними виходами генератора синусоїдальних сигналів, датчик напруги навантаження, підключений паралельно навантаженню, четвертий блок перемножування, перший вхід якого з'єднаний з виходом датчика напруги навантаження, а другий вхід підключений до виходу датчика струму навантаження, блок ділення, перший вхід якого з'єднаний з виходом четвертого блока перемножування, датчик амплітуди напруги мережі, входи якого підключені до відповідних фаз трифазної мережі живлення, а вихід датчика амплітуди напруги мережі з'єднаний з другим входом блока ділення, перший суматор, перший вхід якого з'єднаний з виходом блока ділення, датчик напруги конденсатора, підключений на вхід трифазного мостового випрямляча, другий суматор, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом датчика напруги конденсатора, а вихід другого суматора підключений до другого входу першого суматора, вихід якого з'єднаний з другими входами першого, другого і третього блоків перемножування, третій, четвертий і п'ятий суматори, підсумовуючі входи яких з'єднані відпо 5 63609 6 відно з виходами першого, другого і третього бломножування, перші виходи яких з'єднані з відповіків перемножування, а віднімаючі входи третього, дними виходами генератора синусоїдальних сигчетвертого і п'ятого суматорів з'єднані з відповідналів 13, датчик напруги навантаження, підключеними входами датчиків фазних струмів, перший, ний паралельно навантаженню 3, четвертий блок другий і третій релейні елементи, входи яких з'єдперемножування 18, перший вхід якого з'єднані з нані з виходами відповідно третього, четвертого і виходом датчика 17 напруги навантаження, а друп'ятого суматорів, четвертий релейний елемент, гий вхід підключений до виходу датчика 1 струму шостий суматор, вихід якого з'єднаний з входом навантаження, блок ділення 19, перший вхід якого четвертого релейного елемента, десять підсилюз'єднаний з виходом четвертого блока перемножувачів-формувачів, виходи шести з яких з'єднані із вання 18, датчик 20 амплітуди напруги мережі, затворами IGBT-транзисторів мостового випрямвходи якого підключені до відповідних фаз трифаляча, згідно з винаходом введені блок задання, зної мережі живлення, а вихід датчика амплітуди перемикач режиму роботи, чотири логічних еленапруги мережі з'єднаний з другим входом блока менти НІ, реверсор постійного струму, включений ділення 19, перший суматор 21, перший вхід якого на чотирьох IGBT-транзисторах, затвори яких підз'єднаний з виходом блоку ділення 19, датчик 22 ключені до виходів сьомого, восьмого, дев'ятого і напруги конденсатора, підключений на вхід тридесятого, підсилювачів-формувачів, причому вхід фазного мостового випрямляча 10, другий сумареверсора постійного струму підключений до витор 23, віднімаючий вхід якого з'єднаний з виходом ходу трифазного мостового випрямляча, а вихід датчика напруги конденсатора, а вихід другого реверсора з'єднаний з ланцюжком послідовно суматора 23 підключений до другого входу першоз'єднаних датчика струму навантаження, першого го суматора, вихід якого з'єднаний з другими входроселя і навантаження, при цьому підсумовуючий дами першого 14, другого 15 і третього 16 блоків вхід шостого суматора з'єднаний з першим, другим перемножування, третій 24, четвертий 25 і п'ятий і третім виходами блока задання, а віднімаючий 26 суматори, підсумовуючі входи яких з'єднані вхід шостого суматора через контакти перемикача відповідно з виходами першого 14, другого 15 і режиму роботи з'єднаний з виходами відповідно третього 16 блоків перемножування, а віднімаючі датчика напруги навантаження, датчика струму входи третього 24, четвертого 25 і п'ятого 26 суманавантаження, четвертого блока перемножування, торів з'єднані з відповідними входами датчиків 7, крім того вихід четвертого релейного елемента 8, 9 фазних струмів, перший 27, другий 28 і третій з'єднаний з входами сьомого і восьмого підсилю29 релейні елементи, входи яких з'єднані з виховачів-формувачів підключених до затворів IGBTдами відповідно третього 24, четвертого 25 і п'ятотранзисторів одного напряму реверсора і через го 26 суматорів, четвертий релейний елемент 30, логічний елемент НІ до дев'ятого і десятого підсишостий суматор 31, вихід якого з'єднаний з входом лювача-формувача відповідно, підключених до четвертого релейного елемента 30, десять підсизатворів IGBT-транзисторів іншого напряму реверлювачів-формувачів 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, сора, при цьому виходи першого, другого і третьо40, 41, виходи шести 32, 33, 34, 35, 36, 37 з яких го релейних елементів підключені відповідно до з'єднані із затворами IGBT-транзисторів мостового першого, другого і третього підсилювачавипрямляча 10, блок задання 42, перемикач 43 формувача, з'єднаними із затворами IGBTрежиму роботи, чотири логічних елементи НІ 44, транзисторів анодної групи мостового випрямляча, 45, 46, 47, реверсор постійного струму 48, включеа через логічні елементи НІ підключені відповідно ний на чотирьох IGBT-транзисторах, затвори яких до четвертого, п'ятого і шостого підсилювачапідключені до виходів сьомого 38, восьмого 39, формувача, з'єднаними із затворами IGBTдев'ятого 40 і десятого 41 підсилювачівтранзисторів катодної групи мостового випрямляформувачів, причому вхід реверсора 48 постійного ча, крім того четвертий вихід блока задання з'єдструму підключений до виходу трифазного мостонаний з підсумовуючим входом другого суматора. вого випрямляча 10, а вихід реверсора 48 з'єднаНа фіг.1 представлена схема пропонованого ний з ланцюжком послідовно з'єднаних датчика 1 рекуперованого джерела живлення. струму навантаження, першого дроселя 2 і наванНа фіг.2 показані процеси відробітку завдань у таження 3, при цьому підсумовуючий вхід шостого відповідних режимах роботи джерела живлення. суматора з'єднаний з першим, другим і третім виДо складу регульованого джерела живлення ходами блока задання, а віднімаючий вхід шостого входять датчик струму навантаження 1, перший суматора 31 через контакти перемикача 43 режидросель 2, які з'єднані послідовно з навантаженму роботи з'єднаний з виходами відповідно датчиням 3, три ланцюжки з послідовно з'єднаних дрока 17 напруги навантаження, датчика 1 струму селів 4, 5, 6 і датчиків 7, 8, 9 фазних струмів, тринавантаження, четвертого блока перемножування фазний мостовий випрямляч 10, виконаний на 18, крім того вихід четвертого релейного елемента IGBT-транзисторах К1, К2, К3, К4, К5, К6, входи 30 з'єднаний з входами Сьомого 38 і восьмого 39 якого через відповідні ланцюжки з дроселів 4, 5, 6 і підсилювачів-формувачів підключених до затворів датчиків 7, 8, 9 фазних струмів підключені до відIGBT-транзисторів одного напряму реверсора і повідних фаз трифазної мережі, конденсатор 11, через логічний елемент НІ 47 до дев'ятого 40 і підключений до виходів мостового випрямляча 10, десятого 41 підсилювача-формувача відповідно, трифазний синхронізатор 12, вхід якого з'єднаний підключених до затворів IGBT-транзисторів іншого з трифазною мережею живлення, трифазний генапряму реверсора, при цьому виходи першого 27, нератор синусоїдальних сигналів 13, входи якого другого 28 і третього 29 релейних елементів підкз'єднані з відповідними виходами синхронізатора лючені відповідно до першого 32, другого 33 і тре12, перший 14, другий 15 і третій 16 блоки перетього 34 підсилювача-формувача, з'єднаними із 7 63609 8 затворами IGBT-транзисторів анодної групи мосВідроблення задавальних значень фазних тового випрямляча 10, а через логічні елементи НІ  струмів i , iB і i відбувається таким чином. A 44, 45, 46 підключені відповідно до четвертого, C п'ятого і шостого підсилювача-формувача, з'єднаРозглянемо, наприклад, інтервал, коли i і i A C ними із затворами IGBT-транзисторів катодної  негативний. В цьому випадку при групи мостового випрямляча 10, крім того четверпозитивні, а iB тий вихід блока задання 42 з'єднаний з підсумовуi A  a, iC  a i iB  a, де 2а - ширина петлі ючим входом другого суматора 23. Регульоване джерело живлення працює таким гістерезису релейних елементів, на виходах речином. лейних елементів 27 і 29 буде "одиниця", а на виПри подачі напруги на затискачі А, В, С синхході релейного елемена 28 "нуль". Унаслідок цього ронізатор 12 виробляє синхроімпульси, які запусчерез підсилювачі-формувачі 32 і 34 відкриються кають генератор трифазних синусоїдальних сигтранзистори К1 і К5 випрямляча 10, а через еленалів 13 амплітуди, що калібрується. Одночасно з мент НІ 45 і підсилювач-формувач 36 відкриваєтьблока задання 42 на підсумовуючий вхід суматора ся транзистор К4. Напруга конденсатора 11 вклюподається сигнал задання на величину напруги чається згідно з відповідними лінійними напругами конденсатора 11 надходить сигнал з виходу дат(UAB і UCB), що приведе до зростання по модулю чика 22, який контролює напругу на конденсаторі струмів у фазах. Як тільки 11. Сигнал з виходу суматора 23 надходить на , релейні елементи 27, i A  a, iC  a i iB  a другий вхід суматора 21, на перший вхід якого на28 і 29 перемкнуться, що приведе до закривання дходить сигнал з виходу блока ділення 19, де транзисторів К1, К5, К4 випрямляча 10. При цьому здійснюється обчислення амплітуди задавальних через шунтуючі діоди даних транзисторів напруга фазних струмів відповідно до рівняння конденсатора 11 включається зустрічно вказаним 2 U I лінійним напругам, що приведе до зменшення (по Imз   d d , (1) 3 Um модулю) фазних струмів відповідних фаз. Надалі процеси повторюються. Аналогічне матиме місце Сигнал пропорційний Ud  Id надходить на на інших тимчасових інтервалах блок ділення 19 з блоком перемножування 18, на   0, i  0, i  0 і т.д.). Таким чином, вклю( iA входи якого подаються сигнали відповідно з вихоB C дами датчика 1 струму навантаження і з виходу чення згідно-зустрічно напруги конденсатора 11 датчика 17 напруги на навантаженні, а сигнал провідповідним лінійним напругам мережі за рахунок порційний величині амплітуди мережі надходить з включення-відключення відповідних транзисторів виходу датчика 20 амплітуди напруги мережі. Унавипрямляча 10 забезпечує відробіток заданих знаслідок цього на виході суматора 21 формується чень фазних струмів з помилкою в межах ширини сигнал задання амплітуди фазних струмів як з петлі гістерезису релейних елементів  a    a . умови балансу потужностей Pc  Pd так з умови Режим роботи регульованого джерела живлення забезпечення необхідної напруги на конденсаторі задається блоком задання 42 і перемикачем ре11. Сигнал з виходу суматора 21 надходить на жиму роботи 43. Функціонально регульоване джедругі входи блоків перемножування 14, 15, 16, на рело живлення може працювати в режимі джерела другі входи яких надходить сигнали з відповідних струму, джерела напруги і джерела потужності. виходів генератора 13 трифазних синусоїдальних Розглянемо роботу джерела в режимі регульовасигналів навантаження, що калібрується. В реного джерела струму. У цьому режимі з блока зазультаті на виході блоків перемножування 14, 15, дання 42 на підсумовуючий вхід суматора, 31 над16 формуються відповідно сигнали пропорційні ходить сигнал, пропорційний струму, що   2  задається, в навантаженні 3 Idз . При цьому зами i A  Imз sin t, i B  Imз sin t  , 3  каються контакти перемикача режиму роботи, які  забезпечують з'єднання виходу датчика 1 струму  2   навантаження з віднімаючим входом суматора 31. i C  Imз sin t  . 3   Вихідний сигнал суматора 31, пропорційний Ці сигнали надходять на підсумовуючі входи, відId  Idз  Id , надходить на вхід релейного елеповідно суматорів 14, 25, 26, на віднімаючі входи мента 30. Релейний елемент 30 забезпечує на яких надходять сигнали, пропорційні дійсним фазсвоєму виході "одиницю" при Id  a і "нуль" при ним струмам , і контрольовані датчиками 7, 8, 9 фазних струмів. Сигнали, пропорційні помилкам відробітку фазних струмів  надхоi A  i  i A , iB  iB  iB, iCi  i  iC, A C дять на входи релейних елементів 27, 28 і 29, виходи яких через підсилювачі-формувачі 32, 33, 34 відповідно з'єднані із затворами IGBT-транзисторів анодної групи випрямляча 10, а IGВТ-транзистори катодної групи випрямляча 10 своїми затворами з'єднані з відповідними виведеннями релейних елементів 27, 28 і 29 через елементи НІ 44, 45 і 46 і посилювачі-формувачі 35, 36 і 37. Id  a (2а - ширина петлі гістерезису релейного елемента). За наявності "одиниці" на виході релейного елементу 30 поступає сигнал через підсилювачі-формувачі 38 і 39 на IGBT-транзистори К7, К8 реверсора 48. Вказані транзистори забезпечують підключення навантаження 3 до конденсатора 11, відбувається зростання струму в навантаженні 3. Як тільки Id  a , транзистори К7, К8 реверсора 48 закриються, а транзистори К9, К10 відкриються, бо на їх затвори, підключені до підсилювачів-формувачів 40, 41, з виходу релейного 9 63609 10 елемента 30 через логічний елемент "НІ" 47 посли пропорційні Udз , Pdз , відповідно, а віднімаютупить відкриваючий сигнал. На навантаження 3 з чий вхід суматора 31 під'єднується через контакти конденсатора 11 підключиться напруга зворотної перемикача режиму роботи 43 до датчика напруги полярності. Струм в навантаженні почне зменшунавантаження або до виходу блока перемножуватися. Як тільки Id  a знову включаться транвання 18. Формування задання амплітуди вихідних зистори К7, К8 реверсора 48, що приведе знову до фазних струмів Iтз відповідно до балансу потужзміни напруги на навантаженні. Надалі всі процеси ностей в системі мережа-навантаженняповторюються, тобто в навантаженні 3 підтримуконденсатор забезпечує стійку працездатність ватиметься струм Id , який відрізнятиметься від джерела у всіх режимах при виконанні умов експериментальної і обчислювальної. На фіг.2 навеIdз в межах 2а (ширина петлі гістерезису). Е.д.с. дені результати моделювання а) у режимі джересамоіндукції, виникає в навантаженні внаслідок ла струму, б) у режимі джерела напруги, в) у комутації замикається при цьому через відповідні режимі джерела потужності, які підтвердили празворотні діоди IGВТ-транзисторів реверсора 48 і цездатність регульованого джерела живлення. конденсатор 11. Регулювання струму в навантаТаким чином, пропоноване регульоване джеженні 3 і його реверс здійснюється зміною величирело живлення забезпечує різні режими роботи і ни і знаку сигналу, пропорційного Idз , що надхоодночасно електромагнітну сумісність з мережею, дить з блока задання 42. Аналогічно при цьому характеризується простотою в порівзабезпечуються режими джерела напруги, джеренянні з відомим джерелом живлення. ла потужності. При цьому з блока задання 42 на підсумовуючий вхід суматора 31 надходять сигна 11 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 63609 Підписне 12 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