Импульсный шунтовой регулятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН Н 02 М 3/135 за) 605 Г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ фгр фэ зА 1 ВМф пщ4,. ф, 1т.;.,тц,. Д .ийлИОтар,Ю К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбышевский институт инженеровжелезнодорожного транспорта(56) 1, Авторское свидетельство СССРУ 910341, кл, С 05 Е 1/64; Н 02 М 3/13 ЯО 1046752 А(54) (57) ИМПУЛЬСНЙ ШУНТОВОЙ РЕГУЛЯТОР по авт.св. Р 970347, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения мощности, выделяющейся врегулировочном блоке, и улучшениярегулировочной характеристики, параллельно обмотке двухобмоточного дросселя постоянного тока включен рассеивающий резистор.0467521Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторамавтономных систем электроснабжения(АСЭС ), н которых в качестве первичных источников электроэнергии используются нерегулируемые источники постоянного напряжения ограниченноймощности: полупроводниковые фотопреобразователи, радиоизотопные генераторы и т,д.По основному авт.св. В 970347 известен импульсный шунтоной регулятор,содержащий широтно-импульсный модулятор, вывод которого соединен с управляющим входом ключевого элемента,конденсатор, нключенный параллельновыходным выводам, и двухобмоточныйдроссель постоянного тока, первые разноименные выводы обмоток которого подключены к одному выходному выводу непосредственно, а вторые выводы - к другому выходному выводу через ключевой элемент и диод в обратном направлении соответственно(1 ,Недостатком известного регулятора является невозможность одновременного достижения малой амплитуды пуль саций напряжения на входе регулятора и малой величины рассеиваемой мощности в регуляторе. Регулятор в целом является днухполюсником, и, если он работает в режиме малых пульсаций напряжения, выходная мощность источника питания, определяемая положением рабочей точки на еговольт-аиперной характеристике (ВАХ) . при регулиронании, меняется незначительно н течение периода коммутации ключевого элемента регулятора. В зависимости от значения параметра регулирования шунтового регулятора и тока нагрузки н регулятор может поступать значительная мощность вплоть до максимальной вьходной мощности источника питания. При этом вся поступающая в регулятор мощность рассеивается на его элементах ( ключ, диод, дроссель ). Уменьшение мощности, поступающей в регулятор, достигается в том случае, если при зам кнутом ключе рабочая точка регулятора на ВАХ источника питания находится вблизи точки тока короткого замыкания, а при разомкнутом ключе вблизи точки напряжения холостого хода, а также в случае, если мощность, поступающая в регулятор, мень ше максимальной. Однако это обуславливает работу регулятора в режиме больших пульсаций напряжения (со 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 э измеримых со средним значением напряжения ).Цель изобретения - снижение мощности, выделяющейся н регулировочномблоке и улучшение регулироночной характеристики регулятора,Поставленная цель достигаетсятем, что в импульсном шунтоном регуляторе параллельно обмотке двухобмоточного дросселя постоянного токавключен рассеивающий резистор.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2его регулировочная характеристика;на фиг, 3 - зависимость мощностишунтового регулятора и мощностейего узлов от параметра регулирования; на фиг. 4 - сравнительные характеристики импульсных шунтовых регуляторов различных принципов действия, снятые при одинаковых усло"виях.Регулятор содержит регулирующийблок 1, подключенный параллельноисточнику 2 питания ограниченноймощности и нагрузке 3, широтно-импульсный модулятор ( ШИИ ) 4 и рассеивающий резистор 5, Регулирующийблок 1 содержит ключевой элемент 6,управляющий вход которого подключен к выходу ЦПМ 4 и дроссель 7 постоянного тока, содержащий две обмотки 8 и 9. Начало обмотки 8 и конецобмотки 9 подключены к положительнойшине источника питания, К отрицательной шине источника через ключевой элемент 6 подключен конецобмотки 9 и через дополнительный диод О - начало обмотки 9. Параллельно входнымзажимам регулятора подключен конденсатор 11. Рассеивающий резистор5 подключен параллельно обмотке 8.Регулятор работает следующим образом,Когда ключ 6 замыкается на времяуТ ( - относительное время замкнутого состояния ключа, Т - период переключения ), в случае, если Оус 0,5к обмотке 8 дросселя и к рассеиваю -щему резистору 5 прикладывается напряжение источника ОЧасть энергии переходит в тепло в резисторе 5,а часть запасается в сердечнике дросселя 7При размыкании ключа на время (1 - у 1 Т энергия, накопленнаядросселем, частично через обмотку 9и диод 1 О поступает в источник 2 ичастично н резистор 5, При Оу0,5регулирующий блок шунтового рсгулято-,ра работает как однотактный иннертор3 104675 ( нагруженный на резистор 5 )и шунтирующее действие регулятора обеспечивается, в основном, резистором 5, При такой работе регулирующего блока в. качестве преобразователя мощности5 источника питания в мощность, рассеи ваемую на резисторе 5, мощности потерь в регулирующем блоке имеют локальный экстремум (максимум ), расположенный в диапазоне параметра регулирования О ( у ( 0,5 ( точка с 1, кри - вая зависимости мощности регулирующего блока Р ,5 на фиг.З ) и соответствующий максимуму выходной мощности источника питания.Для определения зависимости мощностей в регуляторе от параметра Э использовался источник питания с линейной ВАХ. Аналогичные соотношения были получены при работе от источника с нелинейной ВАХ, соответствующей ВАХ фотоэлектрического преобразователя. 20 При дальнейшем увеличении у от значения, соответствующего точке а на фиг.З (кривая Ррб) до г =0,5,мощ-. ность потерь в регулирующем блоке снижается, поскольку снижается входная мощность регулятора (кривая Р на фиг.З ), и при этом продолжает сохраняться режим работы регулирующего блока в качестве однотактного преобразователя напряжения. При 0,5у ( 1 шунтирующее действие регулятора обеспечивается как резистором 5, так и дросселем 7. Дли тельность протекания тока по обмотке 8 (при замкнутом ключе 6 )при 0,5(1 больше длительности протекания тока (при разомкнутом ключе 6 ) по обмотке 9, и вследствие этого возникает постоянная. составляющая тока дросселя 7. Дроссель 7 начинает работать в режиме подмагничивания, в результате чего большая часть энергии, потребляемой регулятором, рассеивается в регулирующем блоке 1, а не в резисторе 5. Однако, поскольку абсолютное значение энергии, потребляемой регулятором при этих значениях , уменьшается в результате шунтирования источника 2, мощность рассеиваемая в регулирующем блоке 1 РегУлЯтоРа (точка Ь, кРиваЯ Ррб на фиг, 3 ) соизмерима с потерями мощности в регулирующем блоке при его работе в первом режиме (при0 у( 0,5),30 35 40 45 50 55 2 4В случае, если=1, при полностью замкнутом ключе 6 мощность Ррр, выделяемая на рассеивающем резисторе, близка к нулю и мощность Р,р потребляемая шунтовым регулятором становится равной мощности Р б т.е. сумме мощности рассеяния на ключе 6 и обмотке 8 дросселя ( для случая, когда активное сопротивление обмотки 8 дросселя много меньше сопротивления резистора 5 1.Рассеивающий резистор 5 может быть подключен к обмотке 9 либо к дополнительной обмотке дросселя, при этом сохраняются указанные зависимости, однако наименьшее рассеяние мощности в регулирующем блоке обеспечивается при указанном включении резистора 5. На фиг. 4 приведены регулировочные характеристики предлагаемого регулятора (кривая 1), прототипа ( кривая 3 ), в качестве которого использовалс. регулятор беэ рассеивающего резистора 5, и импульсного резистивного регулятора ( кривая 2 ), принципиальная схема которого включает конденсатор 11, резистор 5 и ключ б, управляемь 1 й от 111 М 4. Регулировочная характеристика предлагаемого регулятора обладает преимуществами как индуктивногошунтового регулятора,так и резистивного шунтового регулятора. Кривая 1, как и кривая 2 имеет вид, близкий к линейному, а остаточное напряжение предлагаемого регулятора (при ) = 1). значительно меньше, чем у резистивного регулятора, и равно остаточному напряжению регулятора, используемого в качестве прототипа.Предлагаемый регулятор имеет большой диапазон регулирования напряжения и одновременно исключает по вышенное выделение тепла в регулирую щем блоке, что существенно снижает его массу и объем. Кроме того, значи тельно облегчается режим работы регулирующего блока. Рассеивающий резистор также может иметь меньшие массу и объем, В отличие от прототипа предлагаемый регулятор имеет регулировочную характеристику, близкую к линейной, а диапазон регулирования по входному параметру у лежит от 0 до 1, что повышает точность регулированияУровень пульсаций напряжения в предлагаемой схеме при прочих равных условиях меньший, чем в известной.жения и ограничение мощности источников, обладающих падающей ,ВАХ.1046752Предлагаемый регулятор может найти применение в АСЭС, где требуется проивводить регулирование напря). Билак Патент", гУжгород, ул. Проектная,л ав 7730/47 ВНИИПИ Государст по делам изобре 113035, Москва,Тираж 874енного комений и отк-35, Раушс Подписноетета СССРытийая наб., д, 4/5