Устройство для регулирования переменного напряжения

1428366 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕтЕЛЬС 1 ВУ Союз Советских С 04 иалистицеских Республикависимос от авт. свидетельства -1) Ч. Кл. 60511/14 64/24(22) Заявлено 18.05,70 (21) 144с присоединением заявки Ъо -(32) Приоритет -Опубликовано 15,05,74. БюллетДата опубликования описания Государственный комитеСовета Министрое СССРоо делам изооретенийи открытий 3) УДК 621.316.72(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВА ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 5 Известны устройства для,регулирования переменного напряжения, содержащие в качестве регулирующего элемента трансформатор с Лг отпайками и коммутирующие элементы, соединенные с отпайками. Однако для повы шепия точности стабилизации напряжения при возможных колебаниях питающего напряжения .в широких пределах в схемы таких устройств необходимо ввести большое число ключевых элементов, имеющих высокую уста новленную мощность и сложную систему управления.В предлагаемом устройстве коммутирую 1 цие элементы объединены в гг группы и подключены к отпайкам как в перви гнО, так и 1 во,вторичной обмотках трансформатора, причем в процессе регулирования коммутируют одновременно по одному ключу в каждой группе.Такое выполнение устройства позволяет 20 упростить сго схему и повысить эффсктивность лроцесса регулирования.Для максимального использования ключевых элсмсцтов одна из групп ооъединяет 1 У - 3 (/г - 1) ключей, а остальные - по 25 трп кл 1 оча, при этом общее число Й групп выг+ 1 бирают равным целой части отношения3На чертеже показан один из вариантов выполнения описываемого устройства с двумя групнами ключей, одна из которых расположена на первичной, а другая на нагрузочной обмотке трансформатора.Первичная обмотка трансформатора имеет и отпаек в точках а а 2ап, соответственно,и ключей К;, К., Ка , К, а вторичная обмотка - т отпаек в точках ЬЬ 2,6, и т ключей К, к 2, кзК," Каждой из и ситуаций в первичной цепи соответствует т положений вторичной цепи, пли наоборот, каждой пз т ситуаций .во вторичной пепи соответствует и положений перви щой цепи, т. е. при общем количестве ключей Н = т+и возможное число переключений, определяющее точность стабилизации, равно р=т. и.В режиме стаоилизацпп устройство работает следующим образом.Если допустимые отклонения выходного напряжения и уменьшения его от цомпналь- ЛОГО ЗиаЧЕНИя 2 м ОдИцаКОВЫ,гг 2 вс 2 макс 12 н - с 2 Н с 2 мпк (1) то переключение отпаек должно осуществляться в следующем алгоритме, .Прп минпмальт(ном,входном напряжении Ь(= (.г, включены ключи К, и К;,. При,возрастании напряжения l, до величины (. соответствующей достижению выходным напряжением верхнего допустимого предела 72+ Л 1.(2), происходит переключение лишь ца вторичной стороне - клю(1 Кт размь 1 кается, ключ Кщ428366 замыкается, а выходное напряжение снова СтаНОВИтСя МИНИМаЛЬНЫМ (У 2 н - Л 2). ДаЛЬ- ,нейшее возрастание напряжения (.,1 до вели- ЧИНЫ (г"ПрИ КОтОрОИ ВНОВЬ (.,12 = (.12 н+Ь(12, приводит к тому, что ключ К,. 1 размыкается, а КЛЮЧ К,и 2 ЗаМЫКаЕтСЯ, ВОЗВРаЩаЯ НаПРЯ- жение (,12 к уровню 2 н - ЛУ 2). При некотором значении входного напряжения У = (,(и, происходит последнее переключение во вторичной цепи - ключ К 2 размыкается, а КЛЮЧ К 1 а ЗаМЫКаЕтСЯ, ЧЕМ ЗаВЕРШаЕтСЯ ПЕР- вый цикл переключений отпаек на,вторичной стороне.При (.,1 = (Р",+1 в первичной цепи ключ Кг размыкается, а ключ К 2 замыкается, во вторичной цепи ключ .Кразмыкается, а ключ Кип замыкается, увеличение напряжеНИя (,(1 дО ВСЛИЧИНЫ В 2 и+ Нрн тОМ же ПОЛО- женин ключа К 2 означает повторение цикла переключений отпаек во вторичной цепи. Такое же повторение цикла переключений отпаек происходит при замкнутом положении каждого из и ключей на первичной стороне,Последнее переключение осу(цествляется при (,г = (".,(и;".1В соответствии с данным алгоритмом можно составить и систем уравнений, каждая из которых содержит 2 т уравнений. Кн - Ь (12 У = о, 10(и ) (и+1) н а,аЦ(п) (и 2) - (уфаа1(ь,ьп00 цп: и - . - (ц(/ ) е и Вь,ь и", =. (С, + Ы 2),поап Вь,ь, В системе уравнений (2) имеется 2 т иуравнений и (ти - 1+ иг + и) неизвестных.Определив уровни входного напряжения, при которых, должно производиться переключение 5 отпаек,можно найти числа витков первичной и вто 1 ричной обмоток, на которых необходимо сделать отпайки.25 уА Ц и(1 1) З 0 И 2 а а. = "2 1(а а, (5) 2 н 2Л(,г = у),н, - (,гн = ун - . н, (б) где Л(,1 - допустимое отклонение входного напряжения от заданного номинального УВ СтоРОНу МаКСИМЯЛЬНОГО (/ панс И МИНИМаЛЬНОГО У(,нн ЗНаЧЕНИй, И ВВЕСТИ ПОНятИЕ НОр мированных отклонений Ь У".= - ; Ь Ь= - ЬС, Л У 2 ф ь - ( + 2) 7 где Вь,ь 1 определяется максимальным вы- ХОДНЫМ НаПряжЕНИЕМ (/2 манс - У 2 н + Л(2 а также геометрией и магнитными характеристиками сердечника трансформатора.Из выражений (2) может быть получено(8) 1-1- У 1 - ЬУ- 1 мальна: го Г 3 (й - 1)3 1 Ьъ При этом 25/ф 8 30 35 Р= П с =-1и основное соотношение, связывающее диапазон изменения напряжения питания и допустимое отклонение напряжения на нагрузке,откуда с учетом и = У - и Минимизируя это вььражение по и при У = сопз 1 и ЛУф = сопз, находят, что наилучшей стаоилизации соответствует равенство числа отпаек по первичной и вторичным стоУ ронам трансформатора, т. е. когда и=п= -2 Полученные соотношения показывают, что допустимые диапазоны изменения входного и выходного, напряжений в рассматриваемой схеме значительно выше, чем в известной, причем это преимущество наиболее существенно при реальных числах ключевых элементов 6 М -С 20, а число ключевых элементов для обеспечения тех же ЛУ и ЛУ,",меньше и возрастает с увеличением ЛУ," и уменьшением ЛУ;, При уменьшении числа ключевых элементов, требуемого для получения данных Д(1 и ЛУ,.", существенно умейьшается их установленная мощность,При наличии не двух, а нескольких групп ключевых элементов, если эти группы содержат, соответственно, Ьь Й,Ь;Ь ключей, число р возможных уровней выходного напряжения при неизменной величине входного напряжения определяется произведением чисел ключей в группах,а общее число ключей - их суммой Для получения максимально возможной эффективности процесса регулирования:при наля пш Л ключей в каждой пз (Й - 1) групп должно оыть по три ключа, а в Й-й группе - два, три или чстыре ключа 1 в общем случае У - 3 (/г - ), т. с. число ключей (отпаек) необходимо выбирать равным целой части отноЧ+ 1шения , , при этом величина р максиР, - . - 31 ф о 1 Ч - 3 (Й - 1) (1) т. е. каждая отпайка (ключ) обеспечивает получение в выходном напряжении уровней, отличающихся друг от друга,на некоторую величину ЛУ,.Если в соответствии с выражением (11) построить график р = 1(Л 1), то кривая пройдет значительно круче, чем в случае деления ключей (отпаек) на две группы, и несравненно выше, чем при использовании регуляторов с одной группой отпаек по первичной илч вторичной стороне трансформатора. Предмет изобретения 1. Устройство для регулирования переменного, напряжения, содержащее в качестве регулирующего элемента трансформатор с Ю отпайками и коммутирующие элементы, соединенные с отпайками, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения эффективности процесса регудирования, коммутирующие элементы объединены,в К группы и подключены к отпайкам как в первичной, так и вторичной оомотках трансформатора, причем в процессе регулирования коммутируют одновременно по одному ключу в каждой группе.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью максимального использования ключевых элементов, одна из групп объединяет У - 3 (А - 1),ключей, а остальные - по три ключа, при этом общее число й групп выИ+1 бирают равным целой части отношенияЗаказ 82/404ЦНИИПИ ПодписиСССР Ткп, Харьк. фил. пред. Патент Изд. Мо 1594осуда рственного по делам изо Москва, Ж,Тираж 760 комитета Совета Минист ретений и открытий Раушская наб., д. 4/5