Способ управления регулятором переменного напряжения с вольтодобавочным звеном высокой частоты

Оц 548928 Союа СаеетскихСоциалистических Реслублнк б 1) Дополнительное к авт. свпд-в 22) Заявлено 04.04.75 (21) 2121022/О с присоединением заявки М) Приоритет ета Министрео СССРделам изобретенийи открытий,03.7 А. В. Кобзев и Г. Я. Михальченко вательский институт автоматики и институте автоматизированных сиси радиоэлектроники ектромеханиким управления 54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМ ПЕРЕМЕННОГ НАПРЯЖЕНИЯ С ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫМ ЗВЕНОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ2 Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам управления преобразователями и регуляторами, которые могут быть применены, например, для управления стабилизаторами аппаратуры радиоэлектроники и средств связи, регуляторами и стабилизаторами напряжения электротехнических установок, стабилизаторами напряжения распределительных электрических сетей, в тех случаях, где важны минимальные массогабаритные показатели.Известен регулятор переменного напряжения с промежуточным звеном высокой частоты, Известен другой регулятор, выполненный по схеме вольтодобавки. В регуляторах обоих типов содержатся два моста - модулятор и демодулятор, - выполненные на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого включены в одну из диагоналей упомянутых мостов, другая диагональ моста-модулятора подсоедпнена к входным питающим зажимам, а моста демодулятора - к цепи нагрузки, причем в регуляторе по схеме вольтодобавки диагональ моста-демодулятора включена последовательно с цепью нагрузки, а диагональ моста-модулятора подсоединена параллельно входным, питающим зажимам регулятора,Известен также способ управления такимирегуляторами путем подачи на управляющие входы ключей моста-модулятора, опорной последовательности импульсов высокой частоты и подачи на управляющие входы ключей моста-демодулятора регулируемых в сторону отставания и в сторону опережения относительно опорной последовательности импульсов двух других последовательностей, Однако примененяе известного способа для управления О такими регуляторами приводит к неоправданному снижению энергетических показателей,Предлагаемый способ отличается от известных тем, что опережающую последовательность импульсов в противотакте подают на уп равляющие входы одной пары ключей мостадемодулятора, смежных относительно низкочастотных его зажимов, а отстающую последовательность - в противотакте на управляющие вход ключеЙ д 1 угой сменоЙ пары ключей О этого же моста.Это позволяет улучшить энергетические показатели регулятора.На фиг. 1 представлена структурная схема,регулятора переменного напряжения с вольто добавочным звеном высокой частоты; на фпг.2 - временные диаграммы, поясняющие способ управления; на фпг. 3 - сравнительные характеристики регулятора прп известном и предлагаемом способах управления.О Регулятор содержит высокочастотный трансформатор 1, первичная Р и вторичная Р обмотки которого включены в диагонали мостов на ключах 2, 3, 4, 5 и б, 7, 8, 9, называемые в дальнейшем модулятором и демодулятором соответственно, причем вторая диагональ моста-модулятора подключена к напряженшо сети, а вторая диагональ моста - демодулятора включена последовательно с нагрузкой 10.Управление ключами модулятора осу;цествляется также, как н по известному способу, путем подачи на противоположные его ключи, например 2, 5 и 3, 4, опорной последовательности импульсов 11 (фпг. 2), прн этом напряжение сети 12 преобразуется в высокочастотное напряжение 13, двухполуперподное выпрямление и регулирование которого осуществляет мостовой демодулятор на ключах б, 7, 8, 9. По предлагаемому способу управления формируют импульсы 14 с отстаощим углом регулирования ар (фиг. 2) и подают на смежные ключи демодулятора, например на ключи б, 7, формируют третью последовательность импульсов 15 с опережающим углом регулирования Рр и подают их на другие смежные ключи (например, на ключи 8, 9). Прн таком управлении обеспечиваются все необходимые режимы работы регулятора: максимальная вольтодобавка, регулирование вольтодобавки, неискаженная передача на нагрузку напряжения сети, регулирование вольтодобавки, максимальная вольтоотбавка. Причем в отличие от известного способа процесс регулирования основан на том, что в течение каждого полупериода напряжения высокой частоты чередуются режимы передачи неискаженного напряжения сети с вольтодобавкой либо с вольтоотбавкой,Режим максимальной вольтодобавки достигается совмещением по фазе всех трех последовательностей управляющих импульсов 11, 14, 15 (ар -- О, рр=О), пз которых две последние обеспечивают цикл замыкания ключей демодулятора 7, 8 - б, 9, где рядом стоящие цифры обозначают одновременное замкнутое состояние этих ключей. Прп этом на нагрузке действует неискаженное напряжение, равное сумме напряжения вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора и напряжения сети,Сдвигом импульсов 14 и 15 на некоторый угол регулирования (ар, и рр, на фиг. 2) достигается режим регулируемой вольтодобавки с циклом 5,8 - 8,7 - 7,9 - 9,6, при котором на выходе демодулятора формируется регулируемое напряжение вольтодобавки 16, которое, суммируясь с напряжением сети, прикладывается к нагрузке. Форма напряжения на нагруз. ке представлена на фиг. 2 кривой 17.Увеличением углов регулирования ар., и Рр, до четверти периода напряжения высокой частоты получают режим неискаженной передачи на нагрузку напряжения сети, так как импульсы 14 и 15 находятся в противофазе и обеспечивают цикл 6, 8 - 7, 9. Напряжение на выходе демодулятора в этом режиме равно нулю и к нагрузке прикладь 1 вается напряже 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ние 18, равное напряжению сети 12, тем самым автоматически устраняется указанный основной недостаток известного способа.Дальнсппп 1 и сдвиг импульсов 14, 1 о на у голрегулирования ар., и рр больцшй четвертипериода напряжения высокой частоты, определяет цикл замыкания коммутаторов демодулятора 8, 6 в , 9 - 9, 7 - 7, 8, при котором напряжение вторичной обмотки вольтодобавочноготрансформатора включается встречно с напряжением сети. На выходе демодулятораформируется напряжение 19, а на нагрузке -напряжение 20. Так обеспечивается режим регулируемой вольтостбавки, предельным случаем которого будет режим максимальной вольтоотбавки при угле регулирования ар иравном полуперподу напряжения высокой частоты. Импульсы 14, 15 в этом режиме снованаходятся в фазе друг с другом, но в противофазе с импульсами 1, на нагрузке при этомформируется неискаженное спнусопдальноенапряжение, равное разности напряжения вторичной обмотки трансформатора и напряжения сети 12.Таким образом, управление регулятором переменного напряжения с вольтодобавочнымзвеном высокой частоты по предлагаемомуспособу позволяет исключить явление паразитной циркуляции мощности и на этой основе повысить к.п.д, Амплитуда пульсаций наЛпряжения вольтодобавки и вольтоотбавки2(фиг. 2) уменьшается по сравнению с известным способом в два раза, что позволяет улучшить энергетические показатели (коэффициентмощности и коэффициент гармоник) и снизитьвес регулятора за счет снижения веса и габаритов входных и выходных фильтров, занимающих в таких регуляторах от 10 до 20/0 общего веса, Сравнительная количественная оценкаповышения энергетических показателей иллюстрируется приведенными на фиг. 3 зависимостями коэффициента мощности (кривые К,К), коэффициента гармоник (кривые КиК) и к.п.д, (кривые т и т) в функции напряжения на нагрузке в относительных единицах прп диапазоне регулирования -+ 20% .Кривые со штрихом относятся к известномуспособу управления,По фиг. 3 видно, что энергетические показатели регулятора прп управлении им по предлагаемому способу и известному равны лишьв предельных режимах, а в промежуточныхпри управлении по предлагаемому способурезко повышаются, особенно при напряженииблизком к номинальному напряжению сети. Вчастности, коэффициент мощности повышаетсяна 7 - 9%, а к.п.д. на 3 - 4/0 Особенно важным является то обстоятельство, что коэффициент гармоник уменьшается с 44,5 до 9%(т. е. в 5 раз), Это позволяет заметно снизитьмассу и габариты фильтрующих устройств призаданном коэффициенте нелинейных искажений, что в совокупности с двукратным уменьшением амплитуды пульсаций вольтодобавоч 548928ного напряжения приводит к снижению массы и габаритов фильтров в 2 - 4 раза. Следовательно, предлагаемый способ позволяет сократить вес и габариты фильтров, а в ряде случаев и вообще избавиться от тяжелых и громоздких входных и выходных фильтров и снизить массу регулятора на 5 - 20%.Формула изобретенияСпособ управления регулятором переменного напряжения с вольтодобавочным звеном высокой частоты, содержащим два моста - модулятор и демодулятор, выполненные на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор, первичнаявторичная обмотки которого включены в одну из диагоналей каждого из упомянутых мостов, причем другая диагональ моста-модулятора образует входные зажимы,подключаемые к сети, а другая диагональ моста-демодулятора включена последовательно с цепью нагрузки, путем подачи на управляющие входы ключей моста-модулятора опорной последовательности импульсов высокой частоты и подачи на управляющие входы ключей моста-демодулятора регулируемых в сторону отставания и в сторону опережения относительно опорной последовательности импульсов двух других последовательностей, о т л и ч а юцп й с я тем, что, с целью улучшения техникоэнергетпческих показателей, упомянутую опережающую последовательность импульсов подают в протпвотакте на управляющие входы одной пары ключей моста-демодулятора, смежных опосительно низкочастотных его зажимов, а отстающую - в противотакте на управляоще входы другой смежной пары ключей этого же моста.