Регулятор напряжения и способ управления этим регулятором

Регулятор напряжения и способ управления этим регулятором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Регулятор напряжения, содержащий N высокочастотных трансформаторов , обмотки которых выполнены в виде двух полуобмоток с отпайками, одни разноименные концы которых соединены через полностью управляемые ключи инверторных ячеек с общим выводом регулятора, а другие разноименные концы первого т эансформатора объединены и образуют входной вывод регулятора, выходной вывод KOTOjJoro подключен j отпайкам последнего трансформатора через пару полностью управляемых ключей демодулятора , схему управления с задающим генератором и фазосдвигающими блока . ми с регулируемыми углами задержки и опережения, входами, подключенными к задающему генератору и через пороговые элементы - к управляющему входу регулятора, а противотактными выходами - к управляющим цепям.ключей инверторных ячеек, отличаю . щ и и с я тем, что, с целью повы1иения технико-энергетических показателей и расширения функциональных возможностей , отпайки каждой полуобмотки трансформаторов, кроме последнего,з подключены к другим разноименным кон-iB цам последующих трансформаторов непо (Я средственно, управляющие входы ключей половины инверторных ячеек соединены с противотактными выходами фазосдвигающих блоков с регулируемыми углами задержки,, а другой половины - с противотактными выходами фазосдвигающих блоков с регулируемыми углами опережения. сд 2. Способ управления регулятЪром напряжения, заключающийся в формировании опорной последовательносOt ) ти противотактных импульсов для управления ключами демодулятора 00 и N противотактных импульсных посю ледовательностей, фазовые сдвиги половины из KOTOpfcjx изменяют в сторону задержки, а второй половины - в сторону опережения для управления ключами инверторных ячеек, отличающий с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, регулирование выходного напряжения осуществляют пооче-редиым изменением фаз N импульсных последовательностей.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

- ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3276614/24-07 (22) 17.04.81 (46) 30.10.83. Бюл; 9 40 (72) Г.Я.Михальченко и В.Д.Семенов (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники Ю (53) 621.. 314 ° 722 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке У 699504, кл. G 05 F 1/22, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 692033, кл. G 05 F 1/22>

1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2541528/24-07, кл., G 05 0 1/22, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 760336, кл. Н 02 Р 13/14, 1977.

5. Михальченко Г.Я. Построение и исследование силовых цепей управления параметрами электрической энергии методом многозонной импульсной модуляции. Горький, 1980, с. 10, рис. 4. (54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ И СПОСОБ

УПРАВЛЕНИЯ ЭТИМ РЕГУЛЯТОРОМ, (57) 1. Регулятор напряжения, содержащий М высокочастотных трансформаторов, обмотки которых выполнены в виде двух полуобмоток с отпайками, одни разноименные концы которых соединены через полностью управляемые ключи инверторных ячеек с общим выводом регулятора, а другие разно-именные концы первого трансформатора объединены и образуют входной вывод регулятора, выходной вывод которого подключен к отпайкам пос„„gu„„l 051682 A

3(5)) Н 02 Р; С1 05 F 1/22 леднего трансформатора через пару полностью управляемых ключей демодулятора, схему управления с задающим генератором и фазосдвигающими блоками с регулируемыми углами задержки и опережения, входами, подключенными к задающему генератору и через пороговые элементы — к управляющему входу регулятора, а противотактными выходами — к управляющим цепям.ключей инверторных ячеек, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения технико-энергетических показателей и расширения функциональных воэ-можностей,.отпайки каждой полуобмотки трансформаторов, кроме последнего, подключены к другим разноименным кон-В цам последующих трансформаторов непо- д средственно, управляющие входы клю- Ц ф чей половины инверторных ячеек сое- у ° динены с противотактными выходами фазосдвигающих блоков с регулируемыми углами задержки,. а другой половины — с противотактными выходами фазосдвигающих блоков с регулируемыми углами опережения.

2. Способ управления регулятдром напряжения, заключающийся в форми-" ровании опорной последовательности противотактных импульсов для (5 управления ключами демодулятора и N противотактных импульсных последовательностей, фазовые сдвиги Ю половины из которых изменяют в сторону задержки, а второй половины — в сторону опережения для управления ключами инверторных ячеек, отличающийся тем, что, фЬ с целью расширения функциональных воэможностей, регулирование выходного напряжения осуществляют поочередным изменением фаэ N импульсных последовательностей.

1051682

Изобретение относится к преобраэовательной технике, в частности к технике регулирования и стабилизации переменных и постоянных напряжений, и может найти применение в качестве регулируемых источников . питания в тех случаях, где требуется высокое качество электроэнергии, минимальные массогабаритные характеристики и высокое быстродействие.

Известен регулятор напряжения, 1О содержащий высокочастотный трансформатор, инверторную ячейку, N последовательно включенных демодуляторов на полностью управляемых ключах и схему управления с задающим генера- 15 тором, соединенным с управляющими входами инверторной ячейки и фазосдвигающими блоками с регулируемыми углами задержки и опережения, связанные через пороговые элементы с управляющим входом регулятора и управляющими входами ключей демодуляторов (13.

Известен способ управления таким регулятором, заключающийся в формировании опорной последовательности противотактных импульсов для управления ключами инверторной ячейки

; и ряда, по числу демодуляторов, регулируемых по фазе в сторону задержки и опережения противотактных последовательностей для управления 30 ключами демодуляторов, причем поочередно изменяют Фазы последовательностей, пбдаваемых на ключи, смежные относительно, зажимов низкой частоты демодуляторов.(2 ). 35

Такой регулятор напряжения и способ управления им позволяют реализовать многозонную импульсную модуляцию.

Однако в цепи нагрузки всегда 40 включено большое число ключей демодуляторов, что снижает КПД, а способ управления позволяет реализовать каждым демодулятором однополярное одностороннее широтно-импульсное регулирование на ряжения, имеющее . худшие энергетические показатели по сравнению с двусторонним.

Известен регулятор напряжения, выполненный по нулевой схеме (3 3.

Однако для реализации двусторонней однополярной реверсивной модуляции он снабжен дополнительным нулевым ияючом, что приводит к увеличению установленной мощности ключей в полтора раза. .Известен способ управления та. ким регулятором, заключающийся в формировании изменяющихся по длительности импульсных последовательностей.для управления основными и 60 дополнительным ключами 4

В практических устройствах-из-за конечного времени рассасывания неосновных носителей в полупроводниковых приборах приходится ограничивать минимальную и максимальную длительность импульсных последовательностей, а это приводит к резкому уменьшению диапазона регулирования выходного напряжения, что вызывает резкое повышение установленной мощности, снижение КПД, рос пульсаций. Кроме того, для реализации многоэонной импульсной модуляции необходимо регуляторы соединять последовательно, что снижает КПД регулятора.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор напряжения, содержащий М преобразовательных ячеек, каждая из которых содержит два трансформатора, одни разноименные концы которых через ключи соединены с общей шиной регулятора, а другие концы первого из упомянутых двух трансформаторов объединены и включены в. рассечку линейного провода регулятора и последовательно между преобразовательными ячейками. Отпайки, которыми снабжены трансформаторы, для первого трансформатора подключены к другим разноименным концам второго трансформатора, а отпайки последнего объединены через ключи демодуляторов. Схема управления регулятором содержит задающий генератор и фазосдвигающие блоки с регулируемыми углами задержки и с регу.=..-:. лируемыми углами опережения, которые связаны с управляющим входом регулятора (Иу) через пороговые элементы с последовательно нарастающими уровнями С5 3.

Однако в регуляторе неоправданно снижены технико-энергетические показатели, так как в цепи протекания тока нагрузки в любой момент времени включено N ключей демодулятора,. уве- личивающих потери регулятора. При регулировании переменного напряжения необходимо опорную импульсную последовательность подавать на все ключи демодулятора, что также приводит к увеличению потерь в цепи управления этими ключами. К такому регулятору может быть применен только способ управления, заключающийся в йоочередном изменении фаз пар импульсных последовательностей с регулируемыми углами задержки и опережения, который ограничивает функциональные возможности регулятора в целом.

Известный способ управления регулятором заключается в формировании опорной последовательности противотактных импульсов для управления ключами дембдулятора и N противотактных импульсных последовательностей, фаэовые сдвиги половины иэ которых изменяют в сторону задержки, а второй половины — в сторону опережения для управления ключами инвер-, торных ячеек.

1051682

Цель изобретения — повышение технико-энергетических показателей ,за счет уменьшения в цепи протекания тока нагрузки ключевых элементов и расширение функциональных возмож;ностей за счет устранения необходи- 5 мости поочередного изменения фаз пар импульсных последовательностей.

Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе, содержащем

Н высокочастотных трансформаторов, обмотки которых выполнены в виде двух полуобмоток с отпайками, одни разноименные концы которых соединены через полностью управляемые клю-. чи инверторных. ячеек с общим выводом регулятора, а другие разноименные концы первого трансформатора объединены и образуют входной вывод регулятора, выходной вывод которого подключен к отпайкам последнего трансформатора через пару полностью управляемых ключей демодулятора, схему управления с задающим генератором и фазосдвигающими блоками с регулируемыми углами задержки и опережения, входами подключенными к,. 25 задающему генератору и через пороговые элементы-к управляющему входу регулятора, а протинотактными выходами — к управляющим цепям ключей инверторных ячеек, отпайки каждой 30 полуобмотки упомянутых трансформаторов, кроме последнего, подключены к другим разноименным концам последующих трансформаторов непосредственно, управляющие входы ключей половины инверторных ячеек соединены с противотактными выходами фазосдвигающих блоков с регулируемыми углами задержки, а другой половины — с протинотактными выходами фазосдвигаю" щих блоков с регулируемыми углами опережения.

Кроме того, согласно способу управления регулятором напряжения, заключающемуся в формировании опорной после- довательности противотактных импуль- 45 сон для управления ключами демодулятора и N противотактных.импульсных последовательностей, фаэоные сдвигй половины из которых изменяются в сторону задержки, а второй полови- .5р ны - в сторону опережения, для управления ключами инверторных ячеек, регулирование выходного напряжения осуществляют поочередным изменением фаз N импульсных последовательностей.55

На фиг. 1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие сущ= ность предлагаемого способа управления этим регулятором.

Регулятор содержит М высокочастотных трансформаторов 1, 2, 3, 4

5, 6 и инверторных ячеек на полностью управляемых ключах 7-8, 9-10, 11-12, 13-14, ° 15-16, 17-18, демодулятор 65 на ключах 19 и 20 и схему управления 21 с задающим генератором 22 и фазосднигающими блоками с регулируемыми углами задержки 23-25 и опережения 26-28, входами подключенными к задающему генератору и через пороговые элементы 29, 30 ... 31 к управляющему входу регулятора, а ныходами к управляющим входам ключей инверторных ячеек., Обмотки каждого высокочастотного трансформатора выполнены н виде двух полуобмоток 32-33, 34-35, 36-37, 38-39, ... 40-41, 42-43 с отпайками. Одни из разноименных концов полуобмоток всех трансформаторов 1-6 соединены с входными зажимами ключей

7-8, 9-10, 11 — 12, 13-14, ... 15-16, 17-18 иннерторных ячеек, а выходные зажимы последних объединены и образуют общий с нагрузкой 44 вывод регулятора 45. Отпайки каждой полуобмотки трансформаторов 1, 2, 3, 4 ... 5 подключены к другим разноименным концам полуобмоток последующих трансформаторон 2, 3, 4 ... 5, 6, причем отпайки полуобмоток последнего трансформатора 6 подключены к входным зажимам ключей 19 и 20 демодулятора, выходные зажимы которых объединены и образуют выходной вывод 46 регулятора. Разноименные концы полуобмоток первого трансформатора 1 также объединены и образуют входной вывод 47 регулятора.

Управляющие входы ключей 7-8, 11-12, ... )5 16 полонины инверторных ячеек, например, с нечетными номерами трансформаторов 1, 3, ... 5 соединены с противотактными выходами фазосдни- . гающих блоков с регулируемыми углами задержки 23-25, а ключи 9-10, 13-14, ... 17.-18 другой половины иннерторных ячеек (с четными номерами трансформаторов 2, 4, ... 6) — с протинотактными выходами фаэосднигающих блоков 26-28 с регулируемыми углами опережения. При регулировании постоянного напряжения демодулятор может быть выполнен на неуправляемых ключах (диодах), а при регулировании переменного напряжения — на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью,,причем управляющие входы ключей 19 и 20, демодулятора должны быть подключены к противотактным выходам задающего ге- нератора 22.

На фиг. 2 обозначено напряжение опорной последовательности импульсов

48, напряжение последовательностей протинотактных импульсов, регулируемых по фазе в сторону задержки 49, 51, напряжение последовательностей проти вотактных импульсов, регулируемых по фазе в сторону опережения 50, 52, напряжение на нагрузке 44 — 53, 54 и 55. .напряжение, действующее на обмотках трансформаторов 5 и 6 соответственно 56 и 57.

1051682

Способ управления регулятором заключается в следующем. . Формируют опорную последовательность противотактных импульсов 48 (фиг. 2) и подают их (при регулировании переменного напряжения) иа 5 управляющие цепи ключей 19 и 20 демодулятора, формируют ряд последователь ностей импульсов 49, 50, 51 и 52 по числу инверторных ячеек, регулируемых по Фазе в сторону задержки otp 10 и опережения Др и подают и1 на уп равляющие цепи ключей 7 — 18 ННВерторных ячеек. При этом последовательности импульсов 49, 50, ... с регулируемыми углами задержки 15 подают на ключи 7-8, 11-12, 15-16 половины инверторных ячеек, а на ключи другой половины 9-10, 13 и 14, ... 17-18 — импульсы 50,, 52 с регулируемыми углами опережения

/Зр причем поочередно изменяют фазы пар 49, 50, 51, 52 ... последовательностей импульсов с регулируемыми углами задержки о,и опережения р,.

Это позволяет создавать регуляторы напряжения с минимальным количеством ключей, обтекаемых током нагрузки, управлять ключами инвертор. ных ячеек гальванически связанными цепями управления без изменения от- 30 носительной длительности управляющих импульсов и повысить техникоэнергетические показатели и диапазон регулирования выходного напряжения, Регулятор напряжения работает следующим образом.

В исходном состоянии при.максимальном сигнале U все импульсы 48, 49, 50, 51, 52, ... (фиг. 2) находятся в фазе, ключи инверторных яче- 40 ек замыкаются синхронно между собой и с ключами 19 и 20 демодулятора.

На нагрузке 44 при этом действует напряжение 53, равное сумме напряжений источника питания Одп и всех отпаек трансформаторов 1, 2, 3, 4...

5, 6. Причем, если положительное напряжение последовательностей 49, 50, . .. соответствует замкнутому состоянию ключей 7, 9, 11, 13, 15, 17, то отрицательное — ключей 8, 50

10, 12, 14, ... 16, 19, а последовательности 49 — ключей 19 и 20 демоДулятора соответственно.

Уменьшение сигнала управления ниже опорного уровня порогового эле- 55 мента 31 приводит к изменению углов сдвига фаэосдвигающих блоков 27 и 28 и, следовательно, к регулированию фазы последовательностей 49 и 50 по отношению к фазе опорной последовательности 48. Согласно углам сдвига Ы и pр (фиг. 2) изменяются фазы замыкайия ключей 15, 16 и 17, 18. Выходное напряжение 54 на нагрузке в этом режиме регулируется в верхней зоне, и эта регулируемая величина определяется суммой напряжений 56 и 57, действующих на отпайках трансформаторов 5 и 6. При

a. = p, =.7 г напряжения на отпайках указанных трансформаторов равны по величине, но находятся в противофазе, что обеспечивает на нагрузке неискаженный уровень. При ° 2 > T 2 < м

Ыр) — И Рр(2 изменяется на 280 фаза суммарного о напряжения 56 и 57 трансформато-. ров 5 и 6. Напряжение между входным 47 и выходным 46 выходами регулятора равно сумме напряжений, действующих на отпайках всех предыдущих трансформаторов 1, 2, 3, 4; ... минус суммарное напряжение отпаек и трансформаторов 5 и 6.

На нагрузке в этом режиме действует напряжение 55, равное сумме напряжений источника питания и действующее между выводами 47 и 48. При о(р и В равных 180 имР пульсная составляющая напряжения 55 становится равной нулю и на нагрузке снова действует неискаженное напряжение.

:Дальнейшее уменьшение сигнала управления ниже опорного уровня порогового элемента 30 приводит к изменению углов сдвига фазосдвигающих блоков 25 и 26 (при М = 6) и, как следствие, — к изменению фаз замыкания ключей 11, 12 и 13, 14, осуществляя регулирование выходного напряжения в следующих двух зонах и т.д.

Таким образом, предлагаемый регулятор напряжения и способ управления этим регулятором позволяют исключить блоки гальванической развязки цепей управления, повысить КПД, надежность регулятора, расширить диапазон регулирования выходного напряжения, снять ограничения на динамический диапазон изменения управляющего сигнала.

1951682

Фиг. 1

Фиг.2

Составитель Г.Мыцык

Редактбр О.Сопко Техред С.Мйгунова 1",орректор С.Патрушева

Заказ 8684/55 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва-, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4