Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты

Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

111! 548848

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.07.74 (21) 2042956/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.77. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 30.03.77 (51) !Ч. Кл.- зG 05F 1/44

Н 02Р 13/16

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621.316.722 1 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

А. В. Кобзев и Г. Я. Михальчеико

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники

1541 РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯ)КЕННЯ СО ффННМ

ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

° 4

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти прпменеш1е, например, в стабилизаторах напряжения радиоэлектронной аппаратуры, в регуляторах и стабилизаторах различных электротехнических установок в тех случаях, когда требуется повышенное качество выходного напряжения и пониженные масса и габариты этих устройств.

Известен регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащий тиристорный модулятор, нагруженный на первичную обмотку высокочастотного трансформатора, и тиристорный демодулятор, входом подключенный ко вторичной обмотке этого трансформатора, а также систему управления с задающим генератором и с двумя управляемыми фазосдвигаемыми блоками. Однако известный регулятор имеет пониженные энергетические показатели и повышенную массу. Основной причиной этого является использование в качестве модулятора последовательных инверторов с принудительной коммутацией и связанное с этим нерациональное построение системы управления.

Предложенный регулятор отличается от известного тем, что в нем в качестве модулятора применен обратимый параллельный инвертор напряжения, в качестве демодулятора — непосредственный преобразователь частоты по мосТоВоН схеме, а блок управления содерж11Т HB1огенератор, синхронизированный через блок задерхкки от упомянутого задающего генератора и своими выходами связанный через двухвходовые логические схемы «И» с управляющими входами тпристоров модулятора, датчик входного напряжения, выходом соединенный со входами упомянутых двухвходовых схем «И» и с задающим генератором, датчики выходных напряжения и тока, выходами свя10 занные через трехвходовые логические схемы

«И» с тирпсторами демодулятора, причем остальные входы логических схем «И» подключены к задающему генератору непосредственно и через управляемые фазосдвпгающне бло1 ки.

Это позволяет уменьшить массу регулятора и улучшить его энерМ" етпчсск11е показатели.

На фиг. 1 показана схема регулятора переменного напряжения со звеном высокой частоты; на фпг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу регулятора; на фиг. 3 и 4 варианты выполнения,1огпческпх элементов.

Регулятор переменного напряжения со звеном высоко!1 4!астоты соде рж11т Высо! .Очастотный трансформатор 1 с модулятором па тирис1орах 2, 3 и 4, 5 коммутирующим конденсатором 6, тирпсторами 7, 8 сброса реактивной энергии и дросселем 9 в его первичной цепи.

Во вторичной цепи трансформатора 1 включен

30 мостовой демодулятор на тпрпсторах 10 — 13

548848

Так формируются импульсы 34. Импульсы 35 формируются аналогичной ячейкой, у которой начала обмоток, подключенных ко входам 50. зключены наоборот. Указанные импульсы 34 и 35 подаются на управляющие электроды тиристоров 2, 3 и 4, 5 соответственно. Тпристоры

2, 3, 4, 5 переключаются с повышенной частотой согласно импульсам 34, 35, причем в интервалах времени а, и а„в проводящем состоянии попеременно будут находиться тиристоры 3 и 4, а в интервалах а,с и с „1 — тиристоры 2 и 5. Диаграммы проводящего и закрытого состояния тиристоров в указанных интервалах в точности соответствуют длительности импульсов 34 и 35 (открытое состояние тирпсторов 3, 5 и 2, 4 соответственно) и длительности пауз между импульсами (закрытое состояние этих тиристоров). Такое переключение тиристоров подключает первичные полуобмотки трансформатора 1 к одноименному зажиму сети либо началом либо концом, а при переходе напряжения сети через ноль остается подключенной к одноименному зажиму сети тот конец или начало полуобмоток, которые были последними подключены в предыдущем полупериоде напряжения сети. Это позволяет сформировать во вторичной обмотке трансформатора 1 высокочастотное напряжение 36 с синусной огибающей и, кроме того, позволяет изменить полярность этого напря>кения 36 при изменении полярности наппяжения сети 30.

Каждый из тиристоров 7 и 8 включается на весь полупериод напряжения сети и вместе с дросселем 9 служит для сброса реактивной энергии.

Выпрямление и регулирование высокочастотного напряжения 36 осуществляет демодулятор на тиристорах 10 — 17 во вторичной цепи трансформатора, на управление которымп через трехвходовые логические схемы «И» 24 подают импульсы 32 задающего генератора, импульсы 33 синхронизированного явтогенератора, я также сдвинутые по фазе на угол регулирования а, и ()„импульсы 37, 38. Сдвиг этих импульсов осхществляют фазосдвигающие устройства 28, 29 с регулипуемымп угламп задер>кки а„и опепежения рс, на вход которых поступают импульсы 32 задающего генепатора.

Принцип формирования логическими элементами требуемых пос,чедовательностеи импульсов рассмотрим на ппимере оаботы логической ячейки, изображенной на фиг. 4.

На входы 58 этой ячейки подаются сигналы, например, с датчика наппяжения, а на входы

59 — с датчика тока с полярностью, указанной на фиг. 4, причем полярность, указанная без скобок, соответствует положительным полуволнам напряжения и тока (интервал времени а. на фиг. 2). На входы 57 логических схем 53 и 54 подключены выходные обмотки синхронизированного автогенератора 25 и фазосдвигающего устройства 29 соответственно.

В указанном интервале а в проводящем состоянии находятся транзисторы схем 53 прп

1О

60 ()5 положительной полярности напря>кения 33. В момент перехода напряжения сети 30 через ноль (интерва. а„) полярность на входах 58 меняется на обратную (на фиг. 4 эта полярность указана в скобках). транзистор 55 логической схемы 53 закрывается, но открывается одноименный транзистор схемы «И» 54, поскольку и транзистор 56 этой схемы возбужден, то на выходе 60 теперь будут действовать отрицательные импульсы 38. При изменении направления током 31 транзисторы 56 обеих логических схем 53, 54 закрываются и на выходе 60 управляющие импульсы не появятся до следующей смены направления тока 31. Таким образом, формируются импульсы 39.

Для формирования импульсов 40 необходимо включать обмотки. соединенные со входами 57 обратно тому обозначению, что указано на фпг. 4, а для формирования импульсов 41, 42 также в противофазах подключаются обмотки фазосдвпгающего устройства 28, на выходе которого действ ют импульсы 37, и задающего генератора 27. На фпг. 2 чередование работы логических схем 53 и 54 для наглядности показано импульсами разной амплитуды (интервалы времени а. и и,).

Таким образом, импульсы 39, 40, 41, 42 подаются на управляющие электроды тпрпсторов 10, 11, 12, 13 соответственно.

Работу демодулятора рассмотрим ня примере одного мостового выпрямителя 10, 11, 12, 13, который работает прп положительной полуволне тока 31 (интервалы времени а„ и сс„), процессы, происходящие при работе встречнопаря.члельно включенного моста 14. 15, 16, 17. работающего при отрицательной по.чуволне тока (интервалы — а„ь — а, i), совершеннаналогпчны.

В момент времени, когда ток 31 псрехочит через нулевое значение и становится положи. тельным, в работу вкчючяется с выпрямптсльного режима мост 10, 11, 12, 13. Напря>кение

36 вторичной обмотки высокочастотного трансформатора 1 в этот момент времени поло>кительно и полярность его соответству ет полярности, указанной ня фиг. 1 без скобок.,Логические схемы 24 прп этом пропускают управляющие импульсы только на два тпристора

11, 13, которые открываются, и ток нагрузки протекает по цепи; (+) втопичной обмотки трансфопматора 1, тиристор 11, фильтр 18, нагрузка 19, датчик 21, фильтр 18, тиристор 13, (†) втопичной обмотки. Временные диаграммы 43. 44, 45, 46 проводящего (заштрихованные площадки) и непроводящего (незаштрихованные площадки) состояний тирпсторов показывают, что в интервале времени t< — с в проводящем состоянии находятся тиристоры

11, 13. В момент времени 4 высокочастотное напряжение 36 меняет свою полярность на обратную (на фиг. 1 показана в скобках), создавая условия для включения тиристоров 10, 12, однако в отличие от (прототипа) управляющий импульс 40 поступает только на тиристор

548848

Зо

12, который, включаясь, коммутирует тиристор

11 и закора швает нагрузку 19, создавая цепь для протекания реактивного тока нагрузки по цепи: нагрузка 19, датчик 22, фильтр 18, тиристор 13, тпрпстор 12, фильтр 18, нагрузка

19. Поскольку в интервале времени 4 †„. включены тнрнсторы 12, 13, а тиристоры 10, 11 закрыты, то модулятор с высокочастотным трансформатором переходит в режим холостого хода на указанное время t2 — 4. Прп достижении угла регулирования ар па тпристор 10 поступает управляющий импульс 42, тиристор включается, коммутируя тиристор 13, и обмотка трансформатора 1 снова подключается к нагрузке 19, ток в этом интервале 4 — 4 протекает по цепи: (+) вторичной обмотки трансформатора, тиристор 12, фильтр 18, нагрузка

19, датчик тока 22, фильтр 18, тиристор 10, (†) обмотки трансформатора. В момент времени 4 напряжение вторичной обмотки трансформатора снова меняет свою полярность, создавая условия для включения тиристоров 11, 13, однако включается по управляющему импульсу 39 только тиристор 11, коммутируя тиристор 12, нагрузка снова закорачивается, а регулятор переходит в режим холостого хода.

При достижении угла регулирования a„включается тиристор 13 и нагрузка подключается ко вторичной обмотке трансформатора 1, Далее описанные процессы повторяются до тех пор, пока напряжение сети 30 не изменит свою полярность, с этого момента выпрямительный мост 10 — 13 переходит в инверторпый режим.

Его работу удобно рассмотреть с предыдущего полупериода напряжения высокой частоты, когда мост еще работал в выпрямительном режиме. Управляющие импульсы 40, 42 поступали на тиристоры 12, 10, и ток нагрузки протекал по описанной выше цепи для случая, когда полярность напряжения вторичной обмотки трансформатора соответствовала полярности, указанной на фиг. 1 в скобках (интервал времени 4 — 4). При переходе напряжения сети через ноль напряжение вторичной обмотки трансформатора меняет свою полярность, создавая тем самым условия для включения тиристоров 11, 13. Однако управляющие импульсы 40, 42, благодаря логическим элементам «И» (см. фиг. 2) поступают на те тпристоры, которые были включены в предыдущем полупериоде напряжения высокой частоты, т. е. на тиристоры 10, 12. По этой причине ток, определяемый активно-индуктивным характером нагрузки, будет протекать по-прежнему по указанной цепи, но теперь уже навстречу напряжению вторичной обмотки трансформатора, так как полярность этого напряжения изменилась (показана на фиг. 1 без скобок) .

При достижении опережающего угла регулирования рр логическая ячейка пропускает импульс 39 на тиристор 11, который, включаясь, коммутирует тиристор 12 и закорачивает нагрузку — напряжение на нагрузке равно нулю. В момент времени tÄ- управляющий импульс 41 с обмотки задающего генератора поступает на тиристор 13, который включаясь, коммутирует тиристор 10 и переводит мост в выпрямительный режим. Спустя время у полярность вторичной обмотки трансформатора

1 меняется на обратную (на фиг. 1 в скобках), и мост автоматически переходит в инверторный режим.

Далее описанные процессы повторяются до тех пор, пока ток не изменит своего направления. С этого момента в работу включается биполярно включенный мост 14 — 17 с выпрямительного режима, так как на входах 59 описанных логических ячеек (фиг. 4) полярность становится запирающей для обоих транзисторов 56 н управляющие импульсы в течение интервалов а„< и а,< на мост 10 — 13 поступать не будут.

У другой группы аналогичных ячеек, подключенных к управляющим электродам тиристоров 14 — 17, полярность на указанных входах 59 будет отпирающей, и они будут таким же образом управлять этим мостом.

Таким образом, на выходе регулятора действует напряжение 47, регулирование которого осуществляется сдвигом по фазе управляющих импульсов. Совершенно очевидно при рассмотрении диаграмм переключения тиристоров, что увеличение углов регулирования ар н рр приводит к увеличению нулевой полочки

4 — t„, а следовательно, к уменьшению выходного напряжения. Изменяя углы ар и рр от 0 до 180, можно регулировать выходное напряжение от нуля до максимального значения.

Формула изобретения

Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащий тиристорный модулятор, нагруженный на первичную обмотку высокочастотного трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключен вход тиристорного демодулятора, систему управления с задающим генератором и двумя управляемыми фазосдвигаемымп блоками, а также датчики входного и выходного напряжений и датчик выходного тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы п улучшения энергетических показателей, в качестве модулятора применен обратимый параллельный инвертор напряжения, в качестве демодулятора — непосредственный пРеобразователь частоты, а блок управления снабжен автогенератором, связанным через блок задержки с упомянутым задающим генератором и подключенным своими выходами через двухвходовые логические схемы «И» к управляющим входам тиристоров модулятора, причем выход датчика входного напряжения соединен со входами упомянутых двухвходовых схем «И» и с задающим генератором, выходы датчиков выходных напряжения и тока соединены через трехвходовые логические схемы «И» с ти548848

10 ристорами демодулятора, а остальные входы этих схем «И» иодключены к задающему генератору непосредственно и через указанные фазосдвигающие блоки. ср

Составитель Г. Мыцик

Редактор В. Девятов Техред А. Камышникова Корректор И. Позняковская

Заказ 535 14 Изд. ¹ 245 Тираж 1069 Подписное

LIHHI4HII Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2