Регулятор переменного напряжения и способ управления этим регулятором

Регулятор переменного напряжения и способ управления этим регулятором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

Союз Советскых

Соцыалыстычеснын

Республын (6)) Дополнительное к ввт. свил-вуй (51) М. Кл

q 05 Г 1/16

j/Í 02 P 13/16 (22) 3вявлено 12.04.76 (21) 2347177/24-07 е присоединением эаявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гасударственный намнтет

СССР м делам нэобретеннй н аткрытнй

Опубликовано 25.02.79Бюллетень № 7

Двта опубликования описания 28,02.79 (53) УДК 621 ° 316. .722. 1 (088.8) (72) Автори иэобретения

А. B. 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 И СПОСОБ

УПРАВЛЕНИЯ ЭТИМ РЕГУЛЯТОРОМ

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к технике регулирования и стабилизации переменного напряжения, колеблющегося вверх и вниз ог своего номинального значения, и может найти применение в качестве источников элекгро игания для аппаратуры средств связи, радиоэлектроники, различных электротехнических установок и распределительных электрических сетей в тех случаях, когда важны минимальные массо-габаритные показатели и высокие энергетические характеристики, Известен регулятор переменного напряжения с высокочастотным вольгодобавочным KQHBJIoM> содержащин первичный и вторичный мосты на полностью управляемых ключевых элементах, а также высокочастотный трансформатор с первичной и вторичной обмотками и блок управления, включающий в себя задающий генератор и две фазосдвигающие ячейки, причем первичная обмотка высокочасгог ного трансформатора включена в одну из диагоналей первичного моста, вторичнаяв диагональ вторичного моста, а выходы фазосцвигающих ячеек связаны с управляющими входами соо TBeòñ Tâóþtttèõ пар ключей вторичного моста.

Известен также способ управления таким регулятором путем изменения фаз последовательностей импульсов подаваемых на управляющие входы ключей вторичного моста.

Однако известный регулятор и способ управления этим регулятором имеют пониженные энергетические показатели и качество выходного напряжения. Основной причиной этого является значительная амплитуда пульсаций выходного напряжения, равная величина ЭДС вторичной обмотки высокочастотного грансформатоPG, В предложенном регуляторе блок уп20 равления снабжен двумя дополнительными фазосдвигающими ячейками и двумя одинаковыми по числу витков дополнигельtIbtMH o6MoTKBMtt высокочастотного сформа тора, причем входы фазосдвигающих ячеек подключены к упомянутому задающему генератору, выходы каждой из них связаны с управлаюшими входами пар смежных ключей первичного моста, соединенных с одним и тем же входным выводом регулятора, дополнительные обмотки включены противофазно последовательно с одним из смежных ключей одной пары, а число витков первичной обмотки высокочастотного трансформатора соответствует четверти диапазона регулирования напряже ниа.

Кроме гого, регулирование выходного напряжения в зоне повышенных и пониженных его значений осушествляют измео нением сдвига на 180 фазы импульсов, подаваемых на пары. смежных ключей первичного моста, причеМ в каждой из упомянутых зон изменяют фазу импульсов, подаваемых на управляющие входы смежных ключей только одной пары, а регулирование напряжения в зоне средних его значений (между максимумом н минимумом) производят одновременным изменением фаз импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей вторичного мосTQ фиксируя при этом фазы импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей первичного моста.

Зто позволяет улучшить энергетические показатели и качество выходного напряжения.

На фиг. 1 показана схема, регулятора переменного напряжения с высокочастотным вольтодобавочным каналом; на фиг. 2эцюры, иллюсгрирующце работу регулятора в верхней зоне,4 на фиг. 3 — в средней и на фиг, 4 - в нижней зонах.

Регулятор содержит высокочастотный трансформатор 1 с первичной Ю1 и вторичной М2 обмотками, включенными B один из диагоналей первичного 2 и вторичного 3 мостов HB полностью управляемых ключевых элементах 4-11, а такие блок управления 12. Последний содержит задающий генератор 13, фазосдвигаю цие ячейки 14, 15 с регулируемыми углами задержки и опережения, выходы которых связаны через блок усилителей 16 с управляющими входами соответствующих пар ключей 8, 1 0 и 9, 1 1 в торич ного моста, и две фазосдвигаюшие ячейки 17, 18, связанные выходами через блок усилителей с управля1ошими входами смежных пар ключей 4, 6 и 5, 7 первичного моста, соединенных с одним и тем же входным выводом регулятора. Пертнчнаа цепь трансформатора снабжена одинаковы ми по оличеству витков дополнительными обмотками ВЗ и И4 высокочастот5 ного трансформатора, которые включены протпвофазно последовательно с одним из смежных ключей одной пары 4, 6, а количество витков первичной обмотки %( высокочастотного трансформатора соответствует четверти диапазона регулирования напряжения. К выходу регулятора подключена нагрузка 19.

На эпюрах приняты следуюшие обозначения: 20 — напряжение сети 21 — уп-! равляюшие импульсы фазосдвигающей ячейки 18, которые подают в противотакте на ключи 5 и 7, 22 — управляюшие импульсы фазосдвигаюшей ячейки

17, которые подают в противотакте на ключи 4 и 6, 23 — напряжения вторичной обмотки W2 трансформатора, 24 — управляюшие импульсы фазосдвигаюшей ячейки 14, которые подают в противотакте на ключи 8 и 10, 25 -управляющие импупьсы фаюсдвигаюшей ячейки 15, которые подают в противотакте на ключи 9 и 11, 26 — напряжения на выходе моста 3 вторичной цепи; 27напряжения на нагрузке, 28-44 — соотЗО ветствующие сигналы дла двух других зон регулирования.

Предполоким напряжение на нагрузке максимально, Управляющие импульсы 21, 22 и 24 находятся в фазе один с дру35 гим и положительные импульсы этих последовательностей соответствуют включенному состоянию ключей 4, 7 и 8, 9 коммутаторов 2 и 3, а отрицательные— включенному состоянию ключей 5,6 и

10, ll. B этом режиме ключи моста 2 замыкаются по циклу 7, 4 — 5, 6 (ря дом стоящие циФры означают одновременно замкнутое состояние соответствующих им ключей) и к напряжению се45 ти подключаютса попеременно дополнительные обмотки V(g и gg .. Поскольку они включены про тивофазно последовательно с ключами 4, 6, во вторичной

5Î обмотке V трансформатора 1 формиру2 ется высокочастотное напряжение (23) с максимальным коэффициентом трансформации. Ключи моста 3 замыкаютса по циклу 8,9 - 10,11, обеспечивая сог55 ласное включение BQC вторичной обмотки %2 с напряжением сети. На выходе этого моста действует синусоидальное напряжение (26), которое,сумыируись с. напряжением сети (20) прикладываетt

648960 6 ся к нагрузке. Так обеспечивается первый уровень неискаженного синусоидального напряжения (27) на нагрузке (19).

Регулирование напряжения в верхней зоне - зоне повышенных его значений, по пуедложенному способу управления достигается изменением сдвига фазы импульсов (21) «а угол Кр (фиг. 2), подаваемых на управление ключами 5 и

7. В этом режиме ключи моста 2 замыкаются по циклу 5,4 - 4,7 — 7,6 — 6,5, что позволяет дискретно с повышенной частотой изменять коэффициент трансформации трансформатора 1, так как при замыкании ключей 4,5 либо 6,7 (на времй Й р,, ) к напряжению сети одновременно подключаются две секции

М/g Ф %1 либо %4 4 Ю1, что соответсгеуег минимальному коэффициенту трансформации. Это определяет форму напряжения (28) вторичной обмотки трансформатора 1. На выходе моста 3 действует напряжение 29, а на нагрузке — 30, Увеличение угла регулирования 1 до о

180 С (фиг. 3) позволяет получить следующий цикл замыкания ключей моста

2,4,5 — 6,7, при котором к напряжению сети все время подключаются по две секции Щl у 4 Ф1 и Ч(g 4 W1 . Это определяет минимальное напряжение (31) вторичной обмотки. и синусоидальное напряжение (32) на выходе моста 3. Иа нагрузке также действуег синусоидальное напряжение (33) °

Регулирование напряжения в зоне средних его значений (между максимумом и минимумом) осуществляют одновременным изменениемфаз импульсов (24,25) моста 3 вторичной цепи. Фиксация же фаз импульсов (21, 22) первичного моста позволяет поддержать при регулировании в средних зонах минимальный коэффициент трансформации, s леeд оoв а тrеeл ьbнHо©, и напряжение (31) вторичной обмотки трансформатора.

При углах регулирования аь > и P p импульсов (24., 25) меньших четверги периода повышенной частоты ключи моста

3 замыкаются по циклу 10,9 — 9,8—

8, 1 1 -1 1, 1 О. При з том напряжение на его выходе имеет вид кривой 34, а на нагрузке — кривой 35. При углах регулирования A+ и f5 > равных четвер ги периода повышенной частоты с циклом

8,11- 9,10 напряжение на выходе мосга 3 равно нулю, а на нагрузке действует синусоидальное напряжение (36)р равное напряжению сети (20). Дальнейшее увеличение углов регулирования а и Р р импульсов 24, 25 обеспечивает цикл 9, 10 — 10, 11 — 1 1,8 — 8, 9 и позволяе r реверсирова ть выходное напряжение вторичного моста. С этого времени

5 регулятор переходит в режим вольтоотбавки, так как на нагрузке дейсгвуег напряжение (38)> меньшее напряжения сети. При установлении углов регулирования ф, и (Ь равными;полупериоду

16 напряжения повышенной частоты импульсы

24, 25 снова совпадают по фазе и обеспечивают цикл замыкания ключей моста вторичной цеп и 1 О, 1 1 — 8, 9. В этом режиме на выходе вторичного моста вновь действуе т синусоидальное напряжение 39, а на нагрузке напряжение 40.

Регулирование напряжения в нижней зоне — в зоне пониженных его эначенийосушествляют сдвигом по фазе импульсов

22, подаваемых на другую пару ключей

4 и первичного моста 2. При угле регулирования о . (фиг. 4} ключи моста 2 2 замыкаются по циклу 6,5 — 5,4 — 4,7—

7, 6, что приводит к дискретному увеличению козффициен та трансформации трансформатора внутри каждого полупериода напряжения повышенной частоты, напряжение вторичной обмотки Юg трансформатора снова имеет вид кривой 41. Поскольку цикл 10,11- 8,9 моста 3 все время обеспечивает встречное включение напряжения вторичной обмотки трансформатора с напрцл<ением сети, это и определяет как фазу выходного напряжения

42 моста 3, так и величину напряжения

43 на нагрузке. Увеличение угла с6 р а 2 до 180 приводит к режиму когда иапт ряжение на нагрузке 44 минимально, гак ,как определяемый фазами импульсов 21, о

22 цикл 4,7 позволяет поддерживать максимальный коэффициент грансформации

Таким образом, предложенный регулятор переменного напряжения и способ управления этим регулятором позволяют в заданном диапазоне регулирования получить пять уровней неискаженного синусоидального напряжения на нагрузке с высокочасгогной широтно-импульсной модуляцией между любыми соседними уровнями и сущесгвепно повысить энергэгиче» ские показатели и качество выходного напряжения.

Формула изобре гения

1. Регулятор переменного напряжения с высок:частотным вольгодобавочным KB

648960 налом, содержащий первичный и вторичный мосты на полностью управляемых ключевых элементах, а также высокочастотный трансформатор с первичной и вторичной ОбмОгк&ми и блОк управленияр включающий в себя задающий генератор и две фаэосдвигающие ячейки, причем первичная обмотка высокочастотного трансформатора включена в одну из диагоналей первичного моста, вторичная -в диагональ вторичного моста, а выходы фаэосдвигающих ячеек связаны с управляющими входами соответствующих пар ключей вторичного моста, о г л и ч а ю— шийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и качества выходного напряжения, блок управления снабжен двумя дополнительными фазосдвига1ощими ячейками и двумя OQEEEEEEKOBbEMEE по числу витков дополнительными обмотками высокочастотного трансформатора, причем входы фазосдвигающих ячеек подключены к упомянутому задающему генератору, выходы каждой из них связаны с управляющими входами пар смежных ключей первичного моста, соединенных с одним и тем же входным выводом регулятОра, дополнительные ОбмОтки включены прогнвофазно последовательно с однчм из смежных ключей одной пары, а число витков первичной обмотки высокочастотного трансформатора соогвегсгвуег четверги

3 диапазона регулирования напряжения.

2. Способ управления регулягором переменного напряжения по п. 1 путем изменения фаз последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие

16 входы ключей первичного и вторичного его мостов, отличающийся тем, что, регулирование выходного напряжения в зоне повышенных и пониженных

eE.o значений осуществляют изменением сдвио га на 180 фазы импульсов, подаваемых на пары смежных ключей первичного моста, причем в каждой из упомянутых эон изменяют фазу. импульсов, подаваемых на управляющие входы смежных ключей только одной пары, а регулирование напряжения взоне средних его значений(межgy максимумом и минимумом)производят одновременным изменением фаз импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей вторичного моста, фиксируя при этом фазы импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей первичного моста, 648960

Сосгавигепь Г. Мыцык

Редакгор Е. Кравдова Техред g, саланга Коррекгор E. Папи

Заказ 818/59 Тираж 1014 . Подписное

UHHHfN Государсгвенного комигега СССР по дедам изобрегений и огкрыгий

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

Фвлввл ППП Пвввнв, r. Уисгороа, ул. Провнвнвн, Л