Регулятор напряжения

Регулятор напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

942237

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцмалмстмчесимх

Республик (Bl ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) За«влено 10. 11. 77 (21) 2541528/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.07.82. Бюллетень М25

Дата опубликования описания 10.07.82 (5l )NL. Кл.

Н 02 Р 1З/16

G 05 F 1/16

9вудврстванвй кюмятвт

СССР ае делам взоврвтеннй н. открытий (53) УДК 621..316.722 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.В. Кобзев, Г.Я. Иихальченко и В.Д. Семенов .Й" т;1

II

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

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к технике регулирования и стабилизации переменных и постоянных напряжений, колеблющихся вверх и вниз от своего

5 номинального значения, и может найти применение в качестве источников электропитания для аппаратуры средств связи, радиоэлектроники, электротехнических установок в тех случаях, I где важны высокие энергетические и минимальные массо-габаритные характеристики.

Известны регуляторы переменного напряжения, выполненные по так называемой схеме с промежуточным звеном повышенной частоты $1j и f2 ).

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий высо- м кочастотный вольтодобавочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, регулируемый и нерегули- руемый коммутаторы на полностью управляемых ключах, каждый из которых выполнен по одной из. инверторных схем и подключен к одной из обмоток вольтодобавочного трансформатора, а также блок управления с задающим генератором, который своими выходами связан с управляющими входами ключей нерегулируемого коммутатора и через два фазосдвигающих узла с трансформаторными выходами — с управляющими входами, ключей регулируемого коммутатора (27.

Однако известный регулятор имеет неоправданно пониженный КПД, особенно при питании от низковольтного источника, и повышенное количество управляемых ключей, так как коммутаторы выполнены по мостовой схеме и в цепи протекания тока нагрузки всегда включено два ключа. Выполнение коммутаторов по нулевой схеме не позволяет получить однополярную реверсивную модуляцию выходного напряжения, так как известные силовые диаграммы работы регулятора по фиг. 1.

Регулятор напряжения содержит высокочастотный вольтодобавочный трансформатор 1 (автотрансформатор в схеме по фиг. 3), регулируемый 2 и нерегулируемый 3 коммутаторы, на полностью управляемых ключах 4-7, блок

8 управления с задающим генератором

9 и двумя фазосдвигающими узлами

10 и 1t с трансформаторными выходами, два согласующих трансформатора

12 и 13 блока управления, один из которых через выпрямитель 14 соединен с управляющим входом нулевого ключа 15 регулируемого коммутатора 2, противотактные ключи 6 и 7 которого соединены с выходом второго трансформатора 13 блока управления, К вы" ходным выводам. регулятора подключена нагрузка 16.

В схемах на фиг. 2 и 3 соединения выходов блока управления с ключами

4-7 и 15 ничем не отличаются от соединений, показанных на фиг.

Взаимное переключение регулируемого и нерегулируемого коммутаторов из первичной цепи трансформатора во вторичную также возможно и в схеме на фиг. 3.

На фиг, 4 представлены временные диаграммы, поясняющие работу устройства на примере регулирования постоянного напряжения, где обозначено:

17 - напряжение задающего генератора 9; 18 и 19 - выходные напряжения фазосдвигающих устройств 10 и 11;

20 - напряжение на выходе трансформатора 13; 21 - напряжение на выходе трансформатора 12; 22 — выходное напряжение выпрямителя 14; 23 — напряжение на нагрузке в режиме вольтодобавки; 24-27 - соответствующие напряжения в режиме вольтодобавки; 28 v 29 напряжения трансформатора в режиме вольтодобавки и вольтоотбавки в схемах на фиг. 2 и 3.

Качественно процесс регулирования переменного напряжения Ничем не отличается от регулирования постоянного напряжения. Естественно, что ключи при этом должны выполняться с двухсторонней проводимостью.

Регулятор напряжения (на фиг. 1) работает следующим образом.

При включении питания задающий генератор формирует импульсы 17(фиг.4), которые в противотакте поступают на управление ключами 4 и 5 нерегулиру3 942237 4 цепи схемы управления не обеспечивают требуемого алгоритма управления и плавного перехода из режима вольтодобавки в режим вольтоотбавки через неискаженную передачу. 5

Цель- изобретения - повышение технико-энергетических показателей регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном регуляторе напряже- to ния коммутаторы выполнены по инверторной схеме, с нулевым выводом, регулируемый коммутатор снабжен нулевым ключом, управляющий вход которого через дополнительно введенный 15 выпрямительный мост связан со встречно включенными выходными обмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов, а согласно включенные обмотки этих трансформаторов связаны с управ- В ляющими входами ключей регулируемого коммутатора.

При этом регулируемый коммутатор подключен ко вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а упо- . 2s мянутый нулевой ключ подсоединен параллельно выходным его выводам, о6разованным средней точкой вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения ключей коммутатора. зо

Кроме того, регулируемый коммута, тор подключен к первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а нулевой ключ включен между концами этой обмоткиС целью уменьшения установленной мощности вольтодобавочного трансформатора, последний выполнен по автотрансформаторной схеме.

В целях между управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, его нулевого ключа и соответствующим образом включенными выходными обмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов установлены дополни- тельно введенные согласующие трансформаторы.

На фиг, 1 приведена функциональная схема регулятора, при включении регулируемого коммутатора во вто- 50 ричную цепь вольтодобавочного трансформатора; на фиг. 2 - то же, при включении регулируемого коммутатора в первичную цепь вольтодобавочного .трансформатора; на фиг. 3 - то же, ы при выполнении трансформатора по автотрансформаторной схеме со средней точкой; на фиг. 4 - временные

5 94 емого коииутатора 3. Ключи 4 и 5, поочередно замыкаясь, преобразуют по-стоянное напряжение источника пита ния в напряжение с частотой задающего генератора. Одновременно импульсы 17 совместно с сигналом 0 (фиг.1) управляют работой фазосдвигающих узлов 1О и ll, на выходе которых формируются импульсные последовательности !8 и 19 с регулируеиыми углами задержки и опережения Pp . При некоторых углах а р„ и р„ (фиг. 4) в первичной обмотке трансформатора

13, подключенной к согласно включене ным обмоткам фазосдвигающих узлов

10 и 11, формируется напряжение 20, которое через трансформатор 13 поступает на управление противотактных ключей 6 и 7 регулируемого коммутатора 2. В то же вреия в первичной обмотке трансформатора 12 формируется напряжение 21 встречно включенных обмоток выходных трансфориаторов фазосдвигающих узлов, которые через трансформатор 12 и выпрямитель 14 в виде последовательности 22 поступает на управление нулевым ключом 15. На фиг. 4 видно, что при на-. личии сдвига а(р и ключи 6, 7 и 15 коммутатора 2 зайыкаются йо циклу 6-15-7- 15, обеспечивая режии регулируемой вольтодобавки. Напряжение на нагрузке при этом представлено эпюрой 23 на фиг. 4. Очевидно, что при 0 „„aaofp= 0 и Pp = 0 напряжение на выходе выпрямителя 14 равно нулю, поэтому ключ 15 всегда разомкнут, а ключи 6 и 7 замыкаются на время, равное полупериоду напряжения

17, обеспечивая режим максимальной вольтодобавки. При of,p и р, равным четверти периода, напряжение на трансформаторе 15 равно нуно, а на выходе выпрямителя 14 действует постоянное напряжение, обеспечивая замкнутое состояние ключа 15 - так достигается режим неискаженной пере". дачи.

Дальнейшее увеличение углов регу" лирования, например, до значений

Оф, р (фиг. 4) позволяет получить на выходах трансформаторов 12 И 13 импульсные последовательности 25 и 24, соответственно, а на выходе выпрямителя 14 - последовательность

26. Этим обеспечивается обратный цикл 7-15-6-15... переключения.ключей регулируемого коммутатора ? и перевод регулятора в режим вольто"

2237 6 отбавки. Напряжение на нагрузке 16 имеет вид, показанный на фиг. 4 эпю рой 27. И, наконец, при углах 4 р и Pp = 180 напряжение на выходе мос" та 14 становится равным нулю, ключ

15 все время разомкнут, а поочередное замыкание .противотактных ключей по циклу 7-6 обеспечивает режим максимальной вольтоотбавки.

1в Так реализуется нулевой двухтакт" ной схемой на фиг. 1 однополярная реверсивная модуляция требуемой час» ти напряжения источника питания.

8 схеме на фиг. 2 и 3 функцию регулирования напряжения выполняет регулируемый комиутатор, включенный в первичную цепь вольтодобавочного трансформатора (автотрансформатора).

Алгоритмы работы ключей 6, 7 и 15 щ регулируемого коммутатора ничем не отличаются от рассмотренных выше (фиг. 4). Образование регулируемой паузы и режииа неискаженной передачи осуществляется в схемах на фиг. 2

zs и 3 путем закорачивания нулевым клю- чам 15 обиотки трансформатора (автотрансформатора) 1, при этом форма напряжения на его обиотках в режиие вольтодобавки (при с/р и р1) обоззв начена на фиг. 4 эпюрой 28, а в режиме вольтоотбавки (при с р и р ) эпюрой 29. Выпряиление этого напряжения осуществляет нерегулируемый : коииутатор 3, ключи которого заиыкаются в противотакте согласно уп равляющим импульсам 17 задающего генератора 9.

Такии образои, регулятор напряжения позволяет. повысить КПД за счет

4в исключения из цепи протекания тока нагрузки ключевого элемента, уменьшить их число, а в схеме на фиг. 3 дополнительно снизить вес трансформа". торного оборудования на 10-203 путем замены трансформатора на автотрансформатор.

На основе предложенных структур легко строятся глубокорегулируемые системы с многозонной модуляцией, причем здесь повышение КПД и уиеньшение числа ключей становится, наибо. лее ощутимым. Легко строятся также преобразователи частоты, реверсивные. п еобразовйтели приводов постоянного

SS тока с повышенным диапазоном регулирования, усИлители низкой частоты, анодные модуляторы. При необходимости ,согласования напряжения источника пи .

l тания или напряжения нагрузки с до7 942237 пустимым напряжением ключей нерегули- руемый коммутатор может выполняться и по мостовой схеме. формула изобретения

1. Регулятор напряжения, содержащий высокочастотный вольтодобавочный трансформатор с первичной и вторич- >о ной обмотками, регулируемый и нерегулируемый коммутаторы на полностью управляемых ключах, каждый из которых выполнен по одной из инверторных схем и подключен к одной из обмоток вольтодобавочного трансформатора, а также блок управления с задающим генератором, который своими выходами связан с управляющими входами ключей нерегулируемого коммутатора и через два фазосдвигающих узла с трансформаторными выходами - с управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения технико-энер- гетических показателей, коммутаторы выполнены по цнвертормой схеме с нулевым выводом, регулируемый коммутатор снабжен нулевым ключом, управляющий вход которого через дополнительно введенный выпрямител ьный мост связан с встречно включенными выходными обмотками трансформаторов .Фаэосдвигающцх узлов, а согласно включенные обмотки этих трансформаторов связаны с управляющими входами ключей регулируемого коммутатора.

2. Регулятор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что регулируе- мый коммутатор .подключен ко вторич-. ной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а упомянутый нулевой ключ подсоединен параллельно выходным его выводам, образованным средней точкой вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения ключей коммутатора.

Регулятор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что регулируемый коммутатор подклюЧен к первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а нулевой ключ включен между концами этой обмотки.

Регулятор по пп. 1-3, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности вольтодобавочного трансформатора, последний выполнен по автотрансформаторной схеме.

5. Регулятор по пп. 1-4, о т л ич а ю шийся тем, что в цепях между управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, его нулевого ключа и соответствующим образом включенными выходными обмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов установлены дополнительно введенные согласующие трансформаторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США М 3517300, кл. 321-60/Н02 5(16) 1970.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2136692, 17.03.76.

942237

Заказ 4861/50

Тираж 721 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Ъ

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

Составитель Г. Мыцык

Редактор l0. Ковач Техред .М. Рейаес Корректор E. Роако