Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты

Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11 589681

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.05.75 (21) 2136692/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25.01.78. Бюллетень № 3 (45) Дата опубликования описания 23.01.78

2 (51) М. Кл.

H 02 P 13/14

Н 02 h1 5/22

Гасударственный намнтет

Совета Инннстроа СССР

w делам нэевретеннй н атярытнй (53) УДК 621.314. .6 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А. В. Кобзев и Г. Я, Михальченко

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СО

ЗВЕНОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике и в частности к преобразователям и регуляторам, которые могут быть применены, например, как стабилизаторы аппаратуры радиоэлектроники и средств связи, как ре- 5 гуляторы и стабилизаторы напряжения алек тротехнических установок, стабилизаторы напряжения распределительных электричес ких сетей, в тех случаях, где важны минимальные массо»габаритные показатели )p и човышенное качество выходного напряжения.

Известны регуляторы переменного напряжения с промежуточным звеном высокой частоты 1 1 . Известна также другая струк- 15 тура таких регуляторов, выполненная по схеме вольтодобавки 1 21.

Прототипом предлагаемого устройства является регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержаший 20 модулятор и демодулятор, выполненные s виде однофазных мостовых ннверторов на полностью управчяемых ключах с двусторонней проводимостью, причем диагональ моду-. лятора образует входные зажимы, подклю- 25 чаемые к сети, диагональ демодулятора включена в рассечку между входн.нм и выходным зажимами, а в другие диагонали модулятора и демодулятора включены обмотки высокочастотного трансформатора, а также схему управления с задаюшим ге» нератором, один выход которого связан с управляюшими входами ключей модулятора, а другой через фазосдвигаюший блок с управляемым углом задержки связан с управляюшими входами пары смежных ключей демодулятора.

Однако известный регулятор имеет неоправданно сниженные энергетические показатели и повышенную массу.

С целью улучшения энергетических показателей регулятора и уменьшения его массы, предлагаемый регулятор снабжен вторым фазосдвигаюшим блохом с управляемым углом опережения, один вход которого соединен с выходом упомянутого задаюше о генератора, выход связан с управляюн!ими. входами другой пары смежных ключей демгдулятора, а другие управляюшие входы обоих фазосдвигаюших блоков объединены

589681

На фиг. 1 представлена в структурном виде схема регулятора переменного напряжения; на фиг 2 .представлены временные диаграммы, поясняюшие работу регулятора; на фиг. 3 приведены сравнительные характеристикй известного регулятора и предлагаемого.

Регулятор переменного напряжения со .звеном высокой частоты содержит модулятор 1 и демодулятор 2, выполненные в вн- щ де однофазных мостовых инверторов на полностью управляемых ключах с двустороннейпроводимостью, 3,4,5,6 и 7,8,9,10 соответственно, причем диагональ модулятора 1 образует входные зажимы, подключаемые к сети, диагональ демодулятора 2 включена в рассечку между входным и выгодным зажимом, а в другие диагонали модулятора 1 и демодулятора 2 включены обмотки высокочастотного трансформатора 20

11, а тавке схему управления 12 с за» дающим генератором 13, один выход которого связан с управляюшими входами клю» чей 3,4,5,8 модулятора 1, а другой через фаэосдвигаюший блок 14 с управляемымуг- 25 лом задержки связан с управляющими вхопами пары смежных клк чей, например клю чей 7 и 8, демодулятора и второй фазосдвигаюший блок 15 с управляемым углом оперещеиия, один вход которого соединен с вы- ЗО ходом упомянутого задающего генератора

13, выход связан с управляющими входами другой пары смежных ключей, например ключей 9 и 10, демодулятора 2, а другие управляющие входы обоих фазосдвигаюших блоков обьединены.

На фиг. 2 приведены эпюры : импульсов выходного напряжения (поэ, 16) задающего генератора (здесь и далее на фиг. 2 для сокрашении графических построений, импульсы, 40 поступающие на соответствующие пары клю чей, изображаются на одной временной оси в виде положительных и отрицательных импульсов), напряжения сети (поз. 17), напряжения (поз. 18) вторичной обмотки

45 вольтодобавочного трансформатора, импульсов (поз. 19) фазосдвигаюшего блока c регулируемым углом задержки 0(>, импульВ сов (поз. 20) фаэосдвигаюшего блока с

50 регулируемым углом опережения 3, вы/ Р; ходного напряжения (поз. 21, 24) демодулятора, напряжения (поэ. 22, 23, 25) на нагрузке при различных углах регулирования.

Работает регулятор следующим образом.

При включенчи напряжения питающей сети и подачи импульсов (поз. 16 на фиг. 2) на управляющие входы ключей, образующих противоположные плечи модулятора 1 (например, на ключи 3 6 и 4,5), указанные коммутаторы переключаются с частотой задай

mего генератора, при этом первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора 11 попеременно подключается к одноименному зажиму сети или началом или концом. Напряжение сети (поз. 17), таким образом, преобразуется высокочастотное напряжение (поз.

18) с синусной огибающей и приклады« вается к диагонали демодулятора 2. Одновременно импульсы задающего генератора поступают на входы фазосдвигаюших блоков

14 и 15. Выходные импульсы (поз. 19, 20 на фиг. 2) фаэосдвигаюших блоков, сдвинутые на регулируемый угол задержки оеар

f и регулируемый угол опережения Р поСтуР пают на управляющие входы ключей демодулятора. Причем, согласно предполагаемому изобретению, соединение выходов фазосдш гаюших блоков с парами ключей 7, 8 и 9, 10 смежных плеч определяют и последовательность переключения атих пар ключей согласно импульсным последовательностям (поз. 19, 20). В частности положительные импульсы последовательности (поз. 19 ) соотчветствуют включенному состоянию ключа

7, "отрицательные - включенному состоянию ключа 8, а "положительные" и "отрицательные" импульсы последовательности (поз. 20)- включенному состоянию ключей

10, 9 других смежных плеч, соответственно. При этом обеспечиваются все необходимые режимы работы регулятора: максимальная вольтодобавка, регулируемая вольтодобавка, неискаженная передача на нагрузку напряжения сети, регулируемая вольтоотбаиь ка, максимальная вольтоотбавка. Объединение управляющих входов фазосдвигаюших блоков 14 и 15 обеспечивает равенство углов задержки cx . и опережения j3 в

Р Рg процессе регулирования, и что очень важно при построении стабилизаторов напряжения на базе регулятора переменного напряжения, обеспечивает регулирование углор оС> и /3

or 0 до 180 каждого при однозначном р измечении управляющего сигнала lJ> (см. фиг. 1) в заданных пределах.

Режим максимальной вольтодобавки опре деляется максимальным входным сигналом

U „,когда о р =0 и /3 =0, при этом ключи демодулятора переключаются по циклу

7,10-8,9, где рядом стоящие цифры обозна чают одновременное замкнутое состояние соответствующих им ключей. В атом случае напряжение 18 вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора 11 все время включается согласно с напряжением сети и иа нагрузке действует неискаженное напри жение, равное сумме напряжения вторичной обмотки трансформатора и напряжения сети.

589681

Режим регулируемой вольтодобавки обеспечивается таким изменением входного сигнала U от максимального значения и ниже, когда углы регулирования а. .Р и /3, Р (см. фиг. 2) изменяются в пределах от 0 до четверти периода напряжения высокой частоты. Ключи демодулятора 2 переключаются в этом режиме по циклу 8,10-10,77,9-9,8,на выходе которых формируется регулируелюе напряжение 21, фвэя которого соответствует фазе напряжения. сети 17, а на нагрузке - напряжение 22.

Режим неискаженной передачи на нагрузку напряжения сети обеспечивается при уг лвх прегулироввния о р и 9 р (см. фиг. 2) рг Р равных четверти периода напряжения :высо кой частоты, тем самым достигается цикл

8, 10-7,9. Вольтодобавочный трансформатор

11 в этом режиме работает на холостом ходу, твк как его вторичная обмотка все время разомкнута, напряжение на выходе демодулятора равно нулю, а на нагрузке действует неискаженное напряжение (позФ

23), равное напряжению сети (поз. 17). Таким образом, устраняется самый неблагоприятный режим работы известного регуля тора

Дальнейшее уменьшение входного сигнала3 . обеспечивает режим регулируемой вольтоотбавки, так квк углы регулироввнияа . и/3 становятся больше четверти ,рь периода найряжения высокой частоты и ключи демодулятора- переключаются по циклу 10,8-8,9-9,7-7,10. На выходе демодулятора формируется напряжение (поз.

24), фаза которого противоположна фазе напряжения сети (поз. 17), а на нагрузке — напряжение (поз. 25.)

При входном сигпвле Ц, равном неко торому минимальному зйачению углы регулирования w и р рравввнны ы 118800, ключи демодулятора йереключак тся по циклу 9,87,10 и напряжение вторичной обмотки вольтодобввочного трансформатора все время включаются встречно с п. пряжением сети, а на нагрузхе действует напряжение, равное разности напряжения сети и напряжения вторичной обмотки вольтодобавочного трвыоформаторв.

Таким образом, регулятор обеспечивает синусоидальную кривую выходного напряжеHHS B p8KHMBX M8XCHM8llbHOA BOJIbTopo6BBKH, неискаженной передачи на нагрузку напряжения сети, максимальной вольтоотбввки, а в промежуточных режимах процесс регули-. рования, в отличии от известного регулято» ра, основан на чередовании внутри полуперио да напряжения высокой частоты режимов передачи неискаженного напряжения -сети с вольтодобавкой (в режиме регулируемой вольтоцобавки) либо с нольтоотбавкой (в режиме регулируемМ вольтоогбавки). Другими словами, регулятор реализует частичнук однополярную реверсивную л1одуляпию выход5 ного напряжения.

Такил образом, снабжение регулятора фвзосдмтаюшим блоком с регулируемым углом опережения, соединение его входа с звдаюшим генератором, а выхода — с парой

1f смежных ключей демодулятора и объединения управляющих входов фазосдвигаюших блоков позволило пг рысить КПД регулятора.

Это объясняется тем, что в процессе регулированйя, в отличии от известного регуля15 тора, иэл.еняется от 0 до махсимума квк среднее значение выходного нвпряжения и потребляемого тока, так и их эффективное значение . В режимах регулируемой вольтодобавхи и регулируемой вольтоотбавки раэ20 мах пульсаций выходного напряжения в предложенном варианте равен амплитуде напряжения вторичной обмотки трансформатора (A/2 на фиг. 2), что по сравнению с известным регулятором в двв раза меньше. Это

25 позволяет уменьшить коэффициент гармоник и снизить вес регулятора за счет резкого снижения веса и габаритов входных и выходных фильтров, составляющих в таких регуляторах от 10 до 20% общего веса. Уменьшение искажений потребляемого из сети тока приводит также к повышеник> коэффициента мощности. Срввнительная количественная оценка повышения энергетических показателей иллюстрируется приведенными

35 на фиг. 3 зависимостями коэффициента мощности - кривые К, и К „, коэффициента

3 м е гармоник - кривые }(> и К и KfILl - криl

Г вые g и в функции напряжения на нвгъ. рузке при диапазоне регулирования + 20%.

Анализ приведенных на фиг. 3 кривых похаэывает, что энергетические показатели сравниваемых регуляторов равны лишь в предельных режимах, а. в промежуточных в чредлагаемом регуляторе резко повышаются, 45 особенно при напряжении на нагрузке, близком х напряжению сети. В частности коэффициент мощности повышается на 7-8%, а.

КПД - на 3-4% Особенно важным являет ся то, что коэффициент гармоних уменьшв

50 ется в 44,5% до 9-10% (ro есть почти в 5 раз). Это позволяет резко снизить вес . и габариты фильтруюших устройств при заданном коэффициенте нелинейных искажений, 55 что в совокупности с двухрвтным уменьше нием амплитуды пульсаций напряжения на нагрузке приводит к снижению веса и габаритов фильтров в 2«4 раза. Таким образом, предлагаемый регулятор позволяет сокрв»

60 тигь вес и габариты тяжелых и громоздких фильтров, а в ряде случаев и вообше избавиться от них и, следовательно, снизить вас регулятора на етой основе на 5-20%.

Формула. изобретения

Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащий модулятор и демодулятор, выполненные в виде однофаэных мостовых инверторов на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, причем диагональ модулятора образует входные зажимы, подключаемые к сети, диагональ демодулятора включена в рассечку между входным и выходным 15 зажимами, а в другие диагонали модулятора и демодулятора включены обмотки высокочастотного трансформатора, а также схему управления с задающим генератором, один выход которого связан с управл псяцими

8 входами ключей модулятора а другой через фазосдвигающий блок с управляемым углом задержки связан с управляющими входами гары смежных ключей демодулятора, о тл ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и уменьшения массы, он снабжен вторым фазосдвигаюшнм блоком с управляемым углом опережения, один вход которого соединен с выходом упомянутого задающего генератора, выход связан с управляющими входами другой пары смежных ключей демодулятора, а другие управляющие входы обоих фаэосдви гаюших блоков объединены.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство ССС P

ЪЬ 318137„кл. Н 02 р 13/14, 1973.

2. Патент CI1IA М 3596172, кл.

323-45, 1974.

589681

dg УУ

Уиг. Я

88 07

Составитель Г. Мыдык

Редактор Н, Хлудова Танкред И. Климко Корректор А. 1 иденко, филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 401/39 . Тираж 892 Подписное

ЦНИИПИ ?Ъсударственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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