Регулятор переменного напряжения

Регулятор переменного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н11660032

Союз Советских

Социалнстнческкх

Республик (61) Дополнительное и авт. свнд-ву (22) Заявлено 14.06.76 (21) 2371723/24-07 с присоединением заявки . че (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень М 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.79 (51) И. Кл.-"

G 05F 1/16 /

Н 02Р 13 16

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений н открытий (53) УДК 621 316 722 (088.8) (72) Авторы изобретения (7)) Заявитель

А. В. Кобзев, Г. Я. 1т1ихальченко и В. Д. Семенов

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕ1т1ЕННОГО НАПРЯ)КЕНИЯ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении сетевых стабилизаторов аппаратуры радиоэлектроники и средств связи, регуляторов-стабилизаторов напряжения электротехнических установок и распределительных электрических сетей.

Известен регулятор переменного напряжения с вольтодобавочными трансформаторами и широтно-импульсной модуляцией напряжения вольтодобавки. Однако трансформатор, который должен быть рассчитан на напряжение вольтодобавки и частоту сети, не позволяет получить хорошие массо-габаритные показатели.

Известен также регулятор переменного напряжения с промежуточным звеном повышенной частоты. По технической сущности этот регулятор является наиболее близким к предложенному решению. Он содержит высокочастотный вольтодобавочный трансформатор, мостовой модулятор на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью в его первичной цепи, мостовой демодулятор на полностью управляемых ключах в его вторичной цепи, блок управления модулятором и демодулятором с задающим генератором и двумя фазосдвигающими узлами.

Принципиально такой регулятор может реализовать все необходимые режимы работы (подключение нагрузки к сети, регулирование выходного напряжения, оперативное отключение нагрузки, в том числе и при аварийных ситуациях перегрузки и короткого замыкания и т. д.) . .Однако в практических случаях приходится существенным образом ограничивать эти функциональные возможности, так как для их реализации потребовалось бы установить ключи второго коммутатора в расчете на полный ток нагрузки и на полное напряжение сети. Такой вариант экономически не выгоден, так как требует включения большого числа высоковольтных транзисторов, н технически не целесообразен, так как во всех рабочих режимах регулирования напряжения на ключах коммутатора не пре20 вышает напряжения на вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, что в сетевых стабилизаторах составляет не более 15 напряжения сети. Коммутатор, рассчитанный на такой режим работы, име25 ет малую установленную мощность, компактен, обеспечивает стабилизатору высокие удельно-экономические показатели, однако при этом неизбежно ограничиваются функциональные возможности и снижается

30 надежность работы, особенно при возник660032

10 новении аварийных режимов перегрузки и короткого замыкания.

Предложенный регулятор отличается от известного тем, что он снабжен вспомогательным тиристорным мостом, блоком коммутации тиристоров этого моста и до!3очнительным блоком управления, вк, !3оча!Ощим в себя узел формирования управляющих импульсов тиристорами вспомогательного моста, связанный с датчиком тока нагрузки, и узел формирования управляющих импульсов тиристорами блока коммутации, связанный с датчиком тока нагрузки через пороговый элемент, причем упомянутый демодулятор выполнен на ключах с односторонней проводимостью и своими входными выводами подключен к выводам постоянного тока вспомогательного тиристорного моста, выводы переменного тока котозого включены последовательно в цепь нагрузки. Регулятор также отличается тем, что блок коммутации выполнен в виде распределительного тиристорного моста, между выводами постоянного тока которого включен конденсатор, выводы переменного . ока этого моста соединены с выводами переменного тока вспомогательного тиристорного моста, а параллельно диагонально расположенным тиристорам включены зарядные цепочки из последовательно соединенных диода и резистора.

Это позволяет увеличить надежность регулятора и расширить его функциональные возможности при сохранении всех положительных свойств регуляторов с вольтодобавочным высокочастотным трансформаторомм.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема регулятора; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений, действующих в цепях регулятора.

Регулятор содержит высокочастотный вольтодобавочный трансформатор 1, модулятор, выполненный по мостовой схеме на полностью управляемых ключах 2 — 5 с двусторонней проводимостью, одна диагональ этого коммутатора подключена к сети, а во вторую диагональ подключена первичная обмотка WI трансформатора 1, вторичная обмотка Wz которого включена в диагональ переменного тока мостового демодулятора на транзисторах 6 — 9 и диодах 10—

13, включенных последовательно с транзисторами. Указанный демодулятор вкл!Очен в диагональ постоянного тока моста»а тиристорах 14 — 17, в диагональ переменного тока которого включена нагрузка 18; блок принудительной коммутации 19, фильтр, состоящий из дросселя 20 и конденсатора 21.

С управляющими цепями ключей 2 — 5 модулятора соединен задающий генератор

22, к выходу которого подключены фазосдвигающие узлы с регулируемым углом

Опережения 23 и с регулируемым углом

45 0

4 задержки 24, соединенные с управляющими цепями смежных транзисторов соответсТВеННо 8, 9 и б, 7 демодулятора. Датчик тока нагрузки 25 соединен с формирователем 26, выходы которого подключены к тиристорам 14, 17 и 15, 16.

К датчику тока 25 подклнгчены Ilopoi эный i. I o! Ii 3-!т 27 H фо13 миров ате.1 ь, lip d!3.1 яIoIlliIx импульсов 28, ко3оры3! связан с, иравляющимп цепях!и б !olid принуди!е:3ь— ной коммутации 19.

Блок принудительной коммутации 19 содержит распределительный тиристорный мост (тирнсторы 29, 30, 31, 32), в диагональ постоянного тока которого вкл!Очсн конденсатор ЗЗ, а диагональ переменного тока подключена к зажимам переменного тока управляемого моста на тиристорах

14--17. Параллельно паре гиристоров 29;!

32 подключены зарядные цепочки, состоящие из последовательно включенных IHoдов 34, 35 и резисторов 36, 37.

На фиг. 2 показаны напряжение сети 38, ток нагрузки 39, напряжение 40 втори гнои обмотки вольтодобавочного трансформатора, напряжение 41 зада3ощсго генсра гора (здесь и далее на фиг. 2 для сокращения графических построений, импульсы, поступающие на управляющие цепи соответствующих пар ключей изображаются в виде положительных H отрицательных импульсов), напряжение фазосдвигающсго узла с углом задерхкки ар! 42, напряжение фазосдвигающего устройства с углом опережения Р»! 43, импульсы 44 управления вспомогательным тиристорным мостом, поступающие с датчика тока 25 через формирон;!тель 26, напряжение 45 на нагрузке, соответству3ощее при углах регулирования !!!,! и !Зр! !30 I HTo Too d 3Kc, H i! I!pili!ic! I I!c 46 фазосдвигающего узла с углом задержки ар, напряжение 47 фазосдвигающсго узла с углом опережения р!2 напряжение 48 на нагрузке, соответствующее при угла.х регулирования яр и р вольтоотбавке.

Для определенности принято, что положительные импульсы последовательностей соответствуют включенному состоянию одних ключей, отрицательные — дру!.Нх. (+) последовательности 41 соответствует включению ключей 2 — 5, (— ) последовате IHHoсти 41 — включению ключей 3, 4, (+) последовательности 42 (46) — включению транзистора 7, (— ) последовательности 42 (46) — включению транзистора 6, (+) последовательности 43 (47) — вкл3очению транзистора 8, (— ) последоватс IHHocTI; 43 (47) — включение транзистора 9, (+) последовательности 44 — включени3о тиристоров 15, 16, (— ) последовательности 44— включению тиристоров 14 — 17.

Работает регулятор следующим образом.

При подключении его к сети на ключи модулятора 2 — 5 пода:от импульсную Ilo660032

5 следовательность 41 (фиг. 2), а на диоды демодулятора 10, 11 и 12, 13 подают импульсные последовательности 42 и 43 соответственно. Регулятор работает на холостом ходу.

При подаче управляющих импульсов (последовательность 44) на тиристоры 14, 15, 16, 17 происходит подключение нагрузки и на ней формируется напряжение 45 или 48 в зависимости от углов регулирования а1, и P„, которые определяются задающим напряжением U,, на входе фазосдвигак)п1их Узлов.

Б зависимости nr углов регулирования я„и р„, которые Опредетяются величиной 1> задающего напряжения Уу на входе фазослвигающих узлов 23, 24, возможны следующие режимы работы регулятора.

Режим неискаженной максимальной вольтодобавки а„= Рр — — 0; С у= U,, „„.

Ключи демодулятора замыкают по циклу

5, 8; 6, 9. На нагрузке выделяется неискаженное синусоидальное напряжение, равное сумме напряжений сети и вторичной обмотки трансформатора.

Режим регулируемой вольтодобавки О( (ар —— — р„(— (угол отсчитывается отно2 сительно пепиода напряжения высокой ча- З0 стоты) 1/;Uy,, (Ui.(У, „„. Ключи замыка1от по циклу 6, 8; 8, 7; 7, 9; 9, 6. В таком цикле замкнутое состояние ключей

6, 8 и 7, 9 соответствует напряжению на нагрузке, равному напряжению сети, а З5 замкнутое состояние транзисторов 8, 7 и

9. 6 напряжению на нагрузке, равному сумме напряжений сети и вольтодобавки. Изменяя напряжение U, а значит, и углы регулирования ар и рр, можно менять дли- 40 тельность промежутка времени, когда к нагрузке приложено суммапное напряже«ие сети и вольтодобавки. Напряжение на нагрузке. соответствующее углам регулирОвания сс,1 ир„1, представлено на фиг. 2кри- 45 вой 45. В предельном слмчае, когда

У: — Uy

50 что соответствует а рег лятор перейдет в режим неискаженной передачи напряжения сети. 55

Режим неискаженной передачи напряжения сети

1 ар — 5p — у — у max.

2 2

Ключи замыкаются по циклу 6, 8: 7, 9, вторичная обмотка трансформатора все время отключена от нагрузки, на которой действует только напряженке сети, трансформатор работает на холостом ходу.

Режим регулируемой вольтодобавкп

2 . у ш з х (Uó (у (и зк — (а„:. б (и, Ключи замыкаются по циклу 8, 6; 6, 9; 9, 7;

7, 8. В промежутки времени, соответствуюгцие замкнутому состоянию ключей 8, 6 или 9, 7, на нагрузке действует только напряжение сети, а когда замкнуты транзисторы 6, 9 илп 7, 8 на нагрузке действует напря>кенне, равное разности напряжения ссти и вторичной обмотки. Меняя соотноIlIcнне Rpp 4cIIII Вклк1чснного состояния тпанзнсторов 8, 6 (или 9, 7) и 6, 9 (плн 7, 8) изменением углов регулирования на нагрузке. можно получать различные напряжения. Такое нап ряжение при углах регулирования мр и Рр.„представлено на фиг. 2 (кривая 48). В предельном случае, когда

U;=0, ар —— „=л, на нагрузке действует неискаженное напряжение сети за вычетом напряжения вольтоотбавки.

Режим неискаженной максимальной вольтоотбавки U;=0, а„= „=л. Ключи замыкаются по циклу 6, 9; 7, 8; на нагрузке формируется напряжение, равное разности напряжения сети и вольтоотбавки.

При коротком замыкании нагрузки ток нагрузки увеличивается, скорость его роста ограничивается дросселем 20 фильтра, и когда его величина достигнет величины уставки, срабатывает пороговый элемент

27 и формирователь импульсов 28 включает тиристооы блока принудительной коммутации 19, причем, если были включены тирпсторы 15, 16, то íà Нх коммутацию включают тиристоры 29, 32, а если были включены рабочие тнристоры 14, 17, то включают тиристоры 30, 31.

Допустим, что ток нагрузки протекал через тирпсторы 15, !6, тогда формирователь импульсов (при перегрузке) включает тиристорь1 29, 32. Напряжение конденсатора

33, который до этого зарядился от сети через диоды 34, 35 п резисторы 36, 37, прикладывается в обратном направлении к тиристорам 15, 16, ток в них под действием напряжения конденсатора 33 спадаетдо нуля, и они выключаются, конденсатор ЗЗ колебательно перезаряжается через сеть и дроссель 20. Тиристоры 29 и 32 выключа1отся при переходе тока нагрузки через

«нуль». Таким Образом, происходит отключение регулятора От нагрузки при коротком замыкании последней. При устранении короткого замыкания регулятор вновь может быть подключен к сети.

Возможна установка системы автоматического повторного включения.

Таким образом, обеспечена высокая надежность работы регулятора и реализуются его функциональные возможности при высоких удельно-экономических показателях.

11;ООЗ2

Формула изОб>рстенп>>

1. Регулятор перемснцого напряткения, содержащий высокочастотный вольтодобавочный трансформатор, мостовой модулятор на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью в его первичной цепи, мостовой демодулятор на полностью управляемых ключах в его вторичной цепи, блок управления модулятором H демодулятором с задающим генератором и двумя фазосдвигающими узлами. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширсния функциональных возможностей регулятора, он снаб>кен вспомогат льным т!1р>!сгорпь м мостом, блоком коммутации тиристоров этого моста и JoïîëHHòc;iüíûì блоком уllравления, включающим в себя узел фс>рх!ироВания ) правляюших импу.,!ВсОВ Tl plicTOрами вспомогательного мcñr». связIIHIIü.è с датчиком тока нагрузки, и узел формирования управляющих импульсов т:!р:1стсра10 мп блока коммутации. связанный с датчиком тока нагрузки !ет>ез пороговый элемент, причсм лcìîл i ëятор вblïoëHåí íа

0JH0r Ir>f>0HHCB ИРОВОДИМОСтЬ10

СВОИМИ ВХОДНЫМИ ВЫВОД»МИ ПОДКЛ>ОЧЕН К

Выводам !1!>сто>!ни<>го тока ВспомогательноГ 0 1 И Г> И С Г 0 Р П 0 Г 0 vi 0 C T 3, В Ы В 0 Л Ы 1! Е Р Е М С Н Н 0го тока котор01 о Вкл>1>чсны последов»TO;!üuo B цепь а! 1>узк>1.

2. РОГi,IßTÑЗ ПО Г1. 1, r>TË H Ч а 10!Ц И Й С Я

->ем, что блок п1рииудитс II>HoH коммут»ции выполнен В В 1дс распрс,!слитс II>Hol о тирис l Pl>liÎI 0 м Ос1», м(>I(TX ВЫВОД» .1И пос ГОЯ II

11> ного ток» ко i r;poi Вклк>чсн конденсатор, hiiI>0,TüI и! р! мсииси 0 тока этого моста соедипспы с Вывод»м и .Iсt>0ìcíif OÃO тока испом:>г;. гс. II>IIoi тиристорного моста, а

lidð»ллсльно ди>>гонально расположенным

20 тиристорам включены зарядные цспочки из

i;r>c,!Сдoвагe;i» соединенных диода и резистОра.

Редактор В. Левятов

Составитель Г. Мыцык

Корректор Л. Орлова

Заказ 556/5 Изд. ¹ 267 Тираж 1014 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2