Регурятор переменного напряжения

Регурятор переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 517122 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.07.74 (21) 2048358/07 с присоединением заявки № 2071686/24 — 7 (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.06.76. Бюллетень ¹ 21 (45) Дата опубликования описания 04.07.77 (51) М. Кл.

Н 02 М 5/257

G 05 F 1/12

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР па делом изобретений и открытий (53) УДК

621.316.722 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Кобзев и f. А. Шадрин

1 1,|! . : 1 ".,.

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханикф при Томском институте автоматизированных систем управления и радиозлектроники (71) Заявитель (54) PF f "-!1, -! i QP I1EPF 4ЯН1111,|! .1 НА 1Р31КЕНН.8 ъИЗООрстснт! 01|!001!!СИ K Облгспз .!cK7рОтехники, в част:10ст-.: рсг|.1,орам 1!а1:рз!жсния и тока и может исиольз11:3гтьс» В:.ечесз!3е нег!с!л!СН1телы1ых орГанОВ 13СГуляторов-стабили згт ",1oç j -, Г;Озлсктронной ггщгратуры vi з,!-Сктроаех|г ч ск!!. устаювок различнсл о назначения.

Извести!ы регуляторы пс.,:=:,;;;1-,". ;;. :..: я!1;ения на встречно-пара3глсльнbL : ти1!!!Сс!1,,г .:,р!!нудительной кОмму! г!сц!ВЙ и актиь,! o --! . : . !!3нс: нагрузкой, l 1слостатком изнсстнь х i.",.::, .:.Орсч: переменного iàoj.-:Fiûåûèÿ является 1 1, пи н, л !|:.:ме

НСНИЬ! .Г - IF!iéFIÛ ИНДУКТИВНОЙ CO !г!3;!Н |:;," i с.., KII О;РЯ! снсi! !!кгпгЗОН РСГУ,!ИО1, г.

;:.10г!3лею!и, г 1:.ри ВысокочгстОIН| |:;".,,:."с -;1.:

Ггульспон моду!!1!нт!1! (Ш1|»! 1 уст130!! :i ьii !!| : 10;.|." спосооно, T.c. функ!Ьн)на гьнью НО i .;:Оц!Гти изВсстнь1х ре! у!!я10рОВ Оi !г||!! !i! i!„..

13ет!ь изоорстения — |ге| л; ;. .:= !л-, .:::,,i е-!пирования и повысить надежное! .. рабо. i H 11з» е некии величины и хгракгера ièi ðó! К!К

Указанная цель дости! ается гсм, что каждый из комм тпру10щих конденсаторов i!Одключен мс3|1ду общими точками соединения -тиристоров и полупроводниковых вентилей обоих двухлолупериодных ключей. При фазовом управлении в каюсгве пол»ч!роводниковых вентилей использованы диоды, а при высококачественной (ШИМ) — тиристоры, управляемые переходы которых соединены с

Выходными зажимами датчиков контроля уровня

5 заряда конденсаторов„а входные зажимы датчиков голключень! Нара!!!!е!!Ьно коммутирующим конденсатором.

В мало|мощньгс регуляторах с высокочастотной !."»! в качестве полупроводниковых Вентилей могу»IO!..0.-.. зоваться динисторы.

На фиг. 1 и 2 приведены принципиальные схемы

: ягоров переменного напряжения; на фиг. 3 .. С»!епные диаграммы, поясняющие их работу д Гя ф зоцых законов управления; на фиг. 5 — то

15 Все. Нля высокочастотной ШИМ

| сгу3ит01з. 1!Окгзгнньп! на фиГ., яВляется боГ|ЕС У Е!ВЕ ОСЯ | Ы !Ь!» .| "" КО. ЬК! ПОЗВОЛЯЕТ ИСПОЛЪз013..т!. -!!О!бой зак н у Ioгч сн1!Я кгк фазовый, так и высокочг.сс. ный !!!И. !. т.е.|:смеет широкие функ20 циоиальные Воз OiKHocIH.

Регуляторы состоят из двух ключей на встречис -паргллельнь! с тиристоргх, соединенных с активно — щ!дуктивной нагрузкой !: последовательного— на тиристорах ", 3 и пара.1:Гельного — на тиристо25 ргх 4, 5 с согласно — последовательно включенными

517122

ЗО

40 ф

55 гиуировоцниковыми вентилями. Коммутирующие оидеисаторы 6 и 7 подключены соответственно ежду одноименными электродами тиристоров 2, 4

3, 5. В качестве полупроводниковых вентилей при азовом управлении применены диоды 8, 9 и 10, 11 фиг. l), а при высокочастотной ШИМ вЂ” тиристоы 12, lЗи 14,,15 (фиг. 2), Для контроля за ровнем заряда конденсаторов 6, 7 параллельно им ключепы датчики контроля 16, 17, а их выходы зсчииены с управляющими переходами тиристоов 1, 14 и 13, 15 соответственно.

Коммутирующис конденсаторы 6, 7 в зависик>сти от применяемых датчиков 16, 17 контроля ровнч их заряда могут заряжаться с постоянной ли изменяемой по синусоиде амплитудой, как на

>иг.. В последнем случае гармонический состав оков и напряжений лучше, так как амплитуда

:оммутационных пиков напряжения на нагрузке э меняв Гся ПО сину соидапьному 32KoH) .

В качестве датчиков контроля уровня заряда

:оммутирующих конденсаторов могут быть приме(ены, например, стабилитрсны, несимметричные риггеры (триггеры Шмитта), компараторы и дру ие пороговые элементы, Датчики формируют заускающие импульсы только в тс моменты, когда апря>кение на обкладках конденсаторов 6. 7 достаочно для коммутации тиристоров 2-5. В случае ктивной или малоиндуктивной нагрузки 1 неободимо последовательно с ней включить линейный россель (на фиг, 1, 2 не показан), который спообствует перезаряду коммутирующих конденсаоров 6, 7 током нагрузки до напряжения сети, что величивает надежность коммутации тиристоров.

Процессы, протекающие в регуляторах на иг. 1, 2, аналогичны в оба полупериода, поэтому ассматривается работа устройств лишь за один олупериод.

Pa=:мотрим работу регулятора, приведенного а фиг. 1, в установившемся режиме, В положительный полупериод напряжения (18) сети (на фиг. 1 полярность показана без скобок) при отпирании тиристора 3 с момента n = „. начинает протекать ток (19) (фиг. 3, 4) через нагрузку 1 по контуру: сетьнагрузка 1 — тиристор 3 — диод 9 — сеть, и к нагрузке прикладывается напряжение (20), При угле а = ак, определяемом углом регулирования (схема управления не показана), открывается тиристор 5 (конденсатор 7 заряжен с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок), конденсатор 7 начинает разряжаться по цепи: обкладка — диод 9— сеть — нагрузка 1 — тиристор 5 — обкладка и перезаряжается до напряжения сети - полярностью, показанной на фиг. 1 в скобках. При этом тиристор 3 запирается.

Когда напряжение на конденсаторе сравнивается с напряжением сети, открывается диод l l . Образуется короткозамкнутый контур нагрузки, по которому протекает ток (21), вызванный э.д.с. самоиндукции индуктивности нагрузки. Напряжение (18) ири

n = изменяет полярность (на фиг. 1 — в скобках) ив момент, определяемый углом включения (по фиг. 3 при а = <,а по фиг.4 — при а = а,), повторно открывается тиристор3, а тиристор 5 запирается обратным напряжением. Поскольку конденсатор 7 заряжен до напряжения сети (полярность в скоб. ках), то диод 9 вначале закрыт. Конденсатор 7 начинает разряжаться через диод 11, нагрузку 1, тиристор 3 и перезаряжается до напряжения сети, с полярностью, показанной без скобок (фиг. 1), подготовившись таким образом к работе в очередной иолупериод первоначальной полярности сети. В момент равенства напряжений на обкладках конденсатора 7 и сети открывается диод 9 и через него и тиристор 3 избыточная реактивная энергия нагрузки рекуперируется в сеть. Так как ток (22) протекает навстречу напряжению (18) сети и скорость его спадания определяется в большей степени величиной противо — э.д.с. сети, то он быстро спадает до нуля в момент а= о+>т (фиг. 3, 4). Ток (23) нагрузки представляет собой сумму токов, протекающих по отдельным элементам, а именно: ток (19) — через тиристор 3 и диод 9, ток (21) — через тиристор 5 и диод 11, ток (22) — через тиристор 3 и диод 9 при повторном включении, а в отрицательный полупериод — через тиристор 2 и диод 8 — ток (24) и ток (25) при повторном открывании, через диод 10 и тиристор 4 — ток (26) .

При достижении током (22) нуля тиристор 3 естественно запирается, а открывается тиристор 2, начинается процесс, аналогичный описанному в положительный полупериод, но только функции тиристоров 3, 5 выполняют тиристоры 2, 4, диодов 9, 11 — диоды 8, 10, а конденсатора 7 — конденсатор 6.

На фиг, 3, 4 показаны временные диаграммы напряжений на конденсаторах 7, 6 — кривые 27, 28, Первоначальный заряд конденсаторов 6 или 7 происходит при отпирании тиристоров 4 или 5 при соответствующей полярности, а в момент отпирания тиристоров 2 или 3 (при а-p) тиристоры 4 или 5 запираются, и протекает процесс, аналогичный указанному в ыше.

Применение диодов в качестве коммутируемых элементов для регуляторов, управляемых с высокочастотной ШИМ, не позволяет обеспечить устойчивую работу устройства, так как изменение полярности на конденсаторах должно происходить с высокой частотой коммутации. Однако это невозможно из-за того, что при согласном направлении напряжения сети и тока нагрузки перезаряду конденсаторов препятствует отпиранию диодов 8, 9, а при встречном — диодов 10, 11 (фиг. 1) . Предположим, что при полярности напряжения сети, показанной на фиг. 1 в скобках, ток нагрузки протекает по цепи: нагрузка 1 — тиристор 3 — диод 9 — сеть — нагрузка 1 навстречу напряжению сети (происходит рекуперация. запасенной реактивными элементами энергии в сеть), и конденсатор 7 заряжен полярностью. обозначенной на фиг. 1 без скобок. При отпирании тиристора 5 конденсатор 7 начинает разряжаться то517122 ком нагрузки по цепи: нагрузка 1 — тиристор 5— конденсатор 7 — диод 9 — сеть нагрузка 1. К тиристору 3 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Однако напряжение на конденсаторе не сможет изменить полярность, так как уже при снижении его до уровня напряжения сети открывается диод 11, образуя вместе с тиристором 5 короткозамкнутый контур нагрузки, и разряд конденсатора прекращается. При другой полярности напряжения сети уже открытие диода 9 препятствует перезаряду конденсатора 7 от полярности, показанной на фиг. 1 в скобках, к полярности без скобок

Аналогично протекают процессы при работе другои группы вентилей 2, 4, 8, 10 и конденсатора 6. Таким образом, схема на фиг. 1 работоспособна при любых законах фазового управления и неработоспособна при высокочастотной ШИМ, что снижает ее функциональные возможности. Для исключения указанного недостатка устройства на фиг. ) в К2честве коммутируемых элементов используются тиристоры, которые позволяют сделать временную задержку для перезарядки конденсаторов. Когда уровень напряжения на обкладках конденсаторов достигнет напряжения, достаточного для очередной коммутации, датчиками 16, 17 открывается один из тиристоров 12, 13, 14 или 15.

Рассмотрим работу регулятора, приведенного на фиг. 2. Пусть к регулятору приложено напряжение (18) сети (на фиг. 5 — пунктирная линия с полярностью, показанной на фиг, 2 без скобок, а обкладки конденсаторов 6, 7 имеют полярность, также показанную без скобок . Рассмотрим работу с момента включения тиристора э, например с момента а=а1 (фиг. 5). До этого открыты тиристоры 3 и 13 и ток (29) нагрузки, -àì:ûêàÿñü по последовательному контуру — сеть — нагрузка 1— тиристоры 3, 13 — сеть, имеет направление, согласное с сетью,. а к нагрузке прикладываегся напряжение (30). Ниже ток (29) будет рассматриваться как ток, протекающий по отдельным контурам: ток (31) — по последовательному контуру, а ток (32)по короткозамкиутому При включении тиристора 5 конденсатор 7 начинает разряжаться по цепи: обкладка — тиристор 13 — сеть — нагрузка 1,— тиристор 5 — обкладка, и к тиристору 3 прикладывается запирающее напряжение, под действием которого он выключается и восстанавливает свои управляющие свойства.

Конденсатор 7 разряжается до пуля и перезаряжается током нагрузки до напряже11и11 (полярность на фиг. 2 в скобах) ., величина ко1 рого равна порогу срабатывания датчика 17. Послед1гий в этот момент вьщает импульс Н2 запуск тиристора15. С включением тиристoра 15 ob," 22 =; я:,. рот ;." замкнутый контур нагрузки через TI..Р11сгоры 15, 5. по которому замыкается то:;, ло 1церживаемьп . э.д.с. самоиндукции иидуктивности нагрузки, 2 конденсатор 7 подготовлен к очередной коммутации. При а= 1 вновь открывается тиристор 3.

Конденсатор 7 разряжается через тиристор 15, нагрузку 1, тиристор 3, включает тиристор 5 и перезаряжается с полярностью, показанной на фиг. 2 без скобок, до величины срабатывания датчика 17.

Последний открывает тиристор 13, и вновь образуется последовательный контур.

Процессы образования последовательного, или короткозамкнутого контуров в течение полупериода, когда напряжение (18) сети и ток (29) нагрузки направлены согласно, протекают анало1р гично с частотой, определяемой задающим генератором.

После изменения полярности напряжения сети при а=-7f (фиг. 5) ток (29) сохр аняет прежнее направление и протекает навстречу напряжению

15 (18) сети, т.е. наступает режим рекуперации (происходит отдача запасенной в предыдущем полупериоде индуктивностью нагрузки реактивной энергки в сеть), В этом рс.я1ме по-прежнему продолжают работать тиристоры 3, 5, 13. 15 и конденсатор 7 с датчиком 17 до тех лор, пока ток (29) нагрузки не достинег в момент а=ы+1г нулевого значе1ия. После этого в работу вступает группа тиристоров 2, 4, 12, 14 и конденсатор 6 с датчиком 16, при этом процессы протекают аналогично выше рассмотренным. В этом случае по последовательному контуру протекает ток (33), а по короткозамкнутоьг — ток (34)

Н2 фиг. 5 так: <е показаны временные диаграммы капряжс1гий1 на конденсаторах 7 11ли б — кривые

30 3 и 36, соответственно.

Таким образом, IlocKoльку в любой момент врсмсип н21рузка подкгпочсна к сс1и. или замкнута наK01101 Ко, форма ияпряже1в1я lга ией ис зависит от величины 11 арактера 112гр, эки и определяется

36 только 32данным11 у1:12ihiii р 1 ъi!1!poi132Hèß.

1. Регулятор переменного напряжения, содер:::2:öflé коммутирующие конденсаторы и соединениь12 последовательно и параллельно с выходными

22_#_IIivi2 |!i;III lIO. IvII!ePIIOfI,HbIC УНР2ВЛЯЕМЫЕ KI!IOBII, 45 состоя1цие из согласно-последовательно включенных тиристоров и полупроводниковых вентилей, о т л и ч 2 ю щи и с я тем, что, с целью расширения . i зон.", регу11иров21п1я прн иэмене1в|и величины ,. хар те,.>2 нагрузки. каждый нз указанных ком.1 . н:.жю 1;1х конденсаторов подключен между точ 2, осд1И1ен 1я ThpèñòopoÁ и но11упроводниковых вентилей обоих упомянутых ключей. рсГ., .; ;тон 11о н. l, о т if и ч 2 ю щ и Й с я TOM, что нр:; фа=-ояом управлении г качестве полупроБ ;, н1ж;овых и ":еи. 1211 обо11х двухполупериодных ключей ilpi ь1е1:сны диоды.

3, Регулятор по п.1. отличающийсятем, То с целью повын1сния ус1о;., и:вос1и работы при

60 высокочастотной широтно-шипульсной модуляции, 517122 иг. 2 в качестве полупроводниковых вентилей применены тиристоры, управляемые переходы которых соединены с выходными зажимами датчиков конт(— )

+ роля уровня заряда конденсаторов, а входные зажимы указанных датчиков подключены параллельно коммутирующим конденсаторам.

517122

Составитель И. Галиева

Техред И. Асталош

Ко1р ектор Ж. Ке P

Редактор В. Фельдман

Заказ 743/162

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 8>4 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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