Устройство симметрирования перемагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения

Полезная модель относится к области устройств для преобразования постоянного тока в постоянный, а именно к системам управления таких систем и может быть использована в двухтактных статических преобразователях для симметрирования режима перемагничивания силового трансформатора. Целью предполагаемой полезной модели является обеспечение симметричного режима перемагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения постоянного тока путем изменения крутизны опорного пилообразного напряжения широтно-импульсного модулятора. Сущность полезной модели заключается в следующем. Датчик тока намагничивания на основе протекающих через него тока первичной и приведенного тока вторичной обмотки трансформатора выдает сигнал, пропорциональный току намагничивания трансформатора. Устройство вычисления среднего значения формирует сигнал, пропорциональный среднему значению тока намагничивания. Устройство вычисления сигнала рассогласования выдает сигнал для коррекции угла наклона широтно-импульсного модулятора на корректор угла наклона, который управляет широтно-импульсным модулятором.

Полезная модель относится к области устройств для преобразования постоянного тока в постоянный, а именно к системам управления таких устройств и может быть использована в двухтактных статических преобразователях для симметрирования режима перемагничивания силового трансформатора.

Известен способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения [Патент РФ на изобретение 2035833 РФ, МПК H02K 7/538 «Способ ограничения одностороннего насыщения трансформатора импульсного преобразователя напряжения», автор Фомин И.В.], заключающийся в том, что выявляют сигнал, пропорциональный току намагничивания трансформатора, сравнивают его с заданным сигналом, пропорциональным допустимому току намагничивания, и формируют управляющий сигнал, корректирующий режим перемагничивания трансформатора. Выявление сигнала, пропорционального току намагничивания трансформатора, осуществляют путем измерения тока в короткозамкнутом витке, охватывающем часть магнитопровода трансформатора.

Недостатком способа является его нетехнологичность, т.к. достаточно сложно сделать отверстие в магнитопроводе и, если используется хрупкий ферритовый сердечник, то даже удачно проделанное отверстие ослабляет сердечник и может впоследствии привести к его расколу. Кроме этого, при отщеплении части магнитопровода уменьшается его полезное сечение, следовательно, увеличиваются размеры и стоимость трансформатора, при прочих равных условиях.

Известен способ защиты от одностороннего насыщения трансформатора преобразователя напряжения [Патент РФ на изобретение 2273087 РФ, МПК H02K 7/538 «Способ защиты от одностороннего насыщения трансформатора преобразователя напряжения», автор Грунин С.Ф.], заключающийся в предотвращении одностороннего насыщения силового трансформатора инвертора-преобразователя напряжения при возникновении условий работы, приводящих к асимметрии тока и напряжения, а также упрощение конструкций. Для этого в способе формируют напряжение первой полярности для первого полупериода и напряжение второй, противоположной, полярности для второго полупериода, при этом действующее значение напряжения, формируемого в первый полупериод, делают равным заданной опорной величине, кроме того, измеряют и запоминают среднее значение напряжения, сформированного в первый полупериод, а во второй полупериод формируют напряжение, среднее значение которого равно запомненному среднему значению напряжения, сформированного в предшествующий первый полупериод, причем для измерения действующего и среднего значений напряжений используют текущее напряжение, пропорциональное ЭДС намагничивания сердечника трансформатора, которое снимают с нагруженной на активное сопротивление отдельной измерительной обмотки силового трансформатора.

Недостатком способа является отсутствие полной информации о токе намагничивания трансформатора, что может привести к его насыщению.

Наиболее близким по технической сущности устройством, выбранным в качестве прототипа, является устройство, описанное в [Шевцов Д.А., Манбеков Д.Р. Симметрирование режима перемагничивания сердечника трансформатора мостового преобразователя путем изменения наклона опорного пилообразного напряжения ШИМ//Практическая силовая электроника, (28). 2010.]. Симметрирование обеспечивается путем коррекции длительности управляющих импульсов, что обеспечивает выравнивание вольт-секундного интеграла в смежные полупериоды. Для этого предлагается на части полупериода изменять крутизну опорного пилообразного напряжение широтно-импульсного модулятора, корректируя тем самым длительность соответствующего управляющего импульса.

Недостатком устройства является наличие двух датчиков тока и двух схем вычисления тока намагничивания, что приводит к существенному усложнению топологии схемы и к увеличению инерционности процесса симметрирования.

Целью предполагаемой полезной модели является обеспечение симметричного режима перемагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения постоянного тока путем изменения крутизны опорного пилообразного напряжения широтно-импульсного модулятора.

Поставленная цель решается за счет того, что в устройстве симметрирования перемагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения, как и в прототипе, содержится корректор угла наклона, подключенный к широтно-импульсному модулятору, выходы которого подключены к двухтактному преобразователю напряжения, соединенному с первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к мостовому выпрямителю с фильтром. В отличие от прототипа к входу корректора угла наклона подключено устройство вычисления сигнала рассогласования, соединенное с устройством вычисления сигнала рассогласования, подключенным к датчику тока намагничивания.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Датчик тока намагничивания на основе протекающих через него тока первичной и приведенного тока вторичной обмотки трансформатора выдает сигнал, пропорциональный току намагничивания трансформатора. Устройство вычисления среднего значения формирует сигнал, пропорциональный среднему значению тока намагничивания. Устройство вычисления сигнала рассогласования выдает сигнал для коррекции угла наклона широтно-импульсного модулятора на корректор угла наклона, который управляет широтно-импульсным модулятором.

На фиг. приведена структурная схема устройства симметрирования перемагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения.

Устройство симметрирования перемагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения содержит двухтактный преобразователь напряжения 1 (ДДН), соединенный с первичной обмоткой трансформатора 2 (Тр), вторичная обмотка которого подключена к мостовому выпрямителю с фильтром 3 (МВФ). Датчик тока намагничивания 4 (ДТН) соединен с устройством вычисления среднего значения 6 (УВСЗ), подключенным к устройству вычисления сигнала рассогласования 8 (УВСР), выход которого связан с корректором угла наклона 7 (КУН), соединенным с широтно-импульсным модулятором 5 (ШИМ), подключенным к двухтактному преобразователю напряжения 1.

Устройство вычисления среднего значения 6, устройство вычисления сигнала рассогласования 8, корректор угла наклона 7, широтно-импульсный модулятор 5 могут быть алгоритмически реализованы на основе стандартного микроконтроллера для цифровой обработки сигналов, например серии TMS320x24x (производства Texas Instruments). В качестве датчика тока 4 может быть использован датчик тока, основанный на эффекте Холла, например, серии ДТХ.

Устройство работает следующим образом:

Датчик тока намагничивания 4 подключен таким образом, что сигнал на его выходе пропорционален току намагничивания, который определяется как разность тока первичной обмотки трансформатора 2 и приведенного тока вторичной обмотки и рассчитывается по формуле

I_н=I₁-n·I₂,

где I₁ - ток первичной обмотки;

I ₂ - ток вторичной обмотки;

n - коэффициент трансформации, равный

,

где W₁ - количество витков первичной обмотки;

W₂ - количество витков вторичной обмотки.

Сигнал с датчика тока намагничивания 4 поступает в устройство вычисления среднего значения, где высчитывается текущее среднее значение тока намагничивания. Полученный сигнал подается в устройство вычисления сигнала рассогласования 8. Устройство 8 сравнивает полученный сигнал с опорным и формирует управляющий сигнал для корректора угла наклона 7, который корректирует угол наклона опорного пилообразного напряжения широтно-импульсного модулятора 5 так, чтобы уменьшить влияние дестабилизирующего фактора.

Изменение угла наклона опорного пилообразного напряжения широтно-импульсного модулятора приводит к изменению длительности сигналов, управляющих двухтактным преобразователем напряжения.

Таким образом, реализуется симметрирование режима перемагничивания силового трансформатора двухтактного преобразователя напряжения.

Устройство симметрирования перемагничивания трансформатора двухтактного преобразователя напряжения, содержащее силовой трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к мостовому выпрямителю с фильтром, а первичная обмотка подключена к двухтактному преобразователю напряжения, входы которого соединены с широтно-импульсным модулятором, который связан с корректором угла наклона, отличающееся тем, что вход корректора угла наклона подключен к устройству вычисления сигнала рассогласования, соединенному с устройством вычисления среднего значения, вход которого подключен к датчику тока намагничивания.

РИСУНКИ