Регулятор переменного напряжения

ОП ИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Х АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 011660032 Союз Советских Социалнстнческкх Республик(61) Дополнительное и свнд-ву 2) Заявлено 14.06.76 (2 с присоединением за 51) Ч. Кл.зб 05 Г 1/16/ Н 02 Р 13 16 71723 24-07 Государственный комитет Совета Министров СССР(088.8) лам изобретенийн открытий 45) Дата опубликования опнсання 30.04.79 А. В. Кобзев, Г. Я. 1 т 1 ихальченко и В. Д. СНаучно-исследовательский институт автоматикии электромеханики при Томском институтетизированных систем управления и радиоэлект 72) Авторыизобретения71) Заявитель еменов авт оник(54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕ 1 ттЕНН НАПРЯЖЕНИЯ вестен яжени енной тот ре к превысосформ остью ей про мостов вляем управ мсзсдвига также регулятоя с промежуточнчастоты. По технигулятор являетсядложенному решекочастотный волатор, мостовойуправляемых клводимостью в егоой демодуляторых ключах в его вления модуляторадающим генерающими узлами. р переменного ым звеном поческой сущнонаиболее близнию. Он содерьтодобавочный модулятор на ючах с двустопервичной цена полностью торичной цепи, ом и демодулятором и двумя выш ст ким жит трап полн ронн упрблоторофаз 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,Принципиально такой регулятор можетреализовать 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 функ циональные возможности, так как для ихреализации потребовалось бы установить ключи второго коммутатора в расчете на полный ток нагрузки и на полное напряжение сети. Такой вариант экономически не 15 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 пре вышает напряжения на вторичной обмоткевольтодобавочного трансформатора, что в сетевых стабилизаторах составляет не более 15% напряжения сети, Коммутатор, рассчитанный на такой режим работы, име 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 возник 66003210 новении аварийных режимов перегрузки икороткого замыкания.Предложенный регулятор отличается отизвестного тем, что он снабжен вспомогательным тиристорным мостом, блоком коммутации тиристоров этого моста и дополнительным блоком управления, включающим в себя узел формирования управляю.щих импульсов тиристорами вспомогательного моста, связанный с датчиком тока нагрузки, и узел формирования управляюьцихимпульсов тиристорами блока коммутации,связанный с датчиком тока нагрузки черезпороговый элемент, причем упомянутый демодулятор выполнен на ключах с односторонней проводимостью и своими входнымивыводами подключен к выводам постоянного тока вспомогательного тиристорногомоста, выводы переменного тока котороговключены последовательно в цепь нагрузки. Регулятор также отличается тем, чтоблок коммутации выполнен в виде распределительного тиристорного моста, междувыводами постоянного тока которого включен конденсатор, выводы переменногоокаэтого моста соединены с выводами переменного тока вспомогательного тиристорного моста, а параллельно диагональнорасположенным 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 трансформатором,На фиг. 1 представлена функциональнаяэлектрическая схема регулятора; нафиг. 2 - временные диаграммы напряжений, действующих в цепях регулятора.Регулятор содержит высокочастотныйвольтодобавочный трансформатор 1, модулятор, выполненный по мостовой схеме наполностью управляемых ключах 2 - 5 с двусторонней проводимостью, одна диагональэтого коммутатора подключена к сети, а вовторую диагональ подключена первичнаяобмотка К, трансформатора 1, вторичнаяобмотка К которого включена в диагональ переменного тока мостового демодулятора на транзисторах 6 - 9 и диодах .1 О -13, включенных последовательно с транзисторами. Указанный демодулятор включенв диагональ постоянного тока моста ватиристорах 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 - 5модулятора соединен задающий генератор22, к выходу которого подключены фазосдвигающие узлы с регулируемым угломопережения 23 и с регулируемым углом 20 25 30 35 40 50 60 65 задержки 24, соединенные с управляющими цепями смежных транзисторов соответственно 8, 9 и 6, 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 поро - ный элемент 27 и формирователь ,пранлянгших импульсов 28, который связан с, иравляющимп цепями блока принудиельной коммутации 19.Блок принудительной коммутации 19 содержит распределительный тиристорный мост (тиристоры 29, 30, 31, 32), в диагональ постоянного тока которого включен конденсатор ЗЗ, а диагональ переменного тока подключена к зажимам переменного тока управляемого моста на тиристорах 1417, Параллельно паре гиристоров 29 и 32 подключены зарядные цепочки, состоящие из последовательно включенных диодов 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 зада 1 ощсго генсра гора (здесь и далее на фиг, 2 для сокращения графических построений, импульсы, поступающие на управляющие цепи соответствующих пар ключей изображаются в виде положительных и отрицательных импульсов), напряжение фазосдвигающсго узла с углом задержки ар 42, напряжение фазосдвигающего устройства с углом опережения Др, 43, импульсы 44 управления вспомогательным тиристорным мостом, поступающие с датчика тока 25 через формирователь 26, напряжение 45 на нагрузке, соответству 1 ощее при углах регулирования пи, и 1 п вольто;добавке, напряжение 46 фазосдвигающего узла с углом задержки ар, напряжение 47 фазосдвигающсго узла с углом опережения Д напряжение 48 на нагрузке, соответствующее при углах регулирования яр, и Др вольтоотбавке.Для определенности принято, что положительные импульсы последовательностей соответствуют включенному состоянию одних ключей, отрицательные - других. (+) последовательности 41 соответствует включению ключей 2 - 5, ( - ) последовательности 41 - включению ключей 3, 4, (+) последовательности 42 (46) - включению транзистора 7, ( - ) последовательности 42 (46) - включению транзистора 6, (+) последовательности 43 (47) - включению транзистора 8, ( в ) последовательности 43 (47) - включение транзистора 9, (+) последовательности 44 - включению тиристоров 15, 16, ( в ) последовательности 44 - включению тиристоров 14 - 17.Работает регулятор следующим образом,При подключении его к сети на ключи модулятора 2 - 5 пода:от импульсную по660032 50 что соответствует а 60 5следовательность 41 (фиг. 2), а на диодыдемодулятора 10, 11 и 12, 13 подают импульсные последовательности 42 и 43 соответственно. Регулятор работает на холостом ходу,5При подаче управляющих импульсов(последовательность 44) на тиристоры 14,15, 16, 17 происходит подключение нагрузки и на ней формируется напряжение 45или 48 в зависимости от углов регулирования ар и рр, которые определяются задающим напряжением Уу на входе фазосдвигакнпих узлов.В зависимости от углов регулированияяр и рр, которые определяются величиной 15залающсго напряжения Уу на входе фазослнигающих узлов 23, 24, возможны следующие режимы работы регулятора.Режим неискаженной максимальнойвольтодобавки гур= Рр=О; Уу= Уу махКлючи демодулятора замыкают по циклу5, 8; 6, 9. На нагрузке выделяется неискаженное синусоидальное напряжение, равное сумме напряжений сети и вторичнойобмотки трансформатора.2 э Режим регулируемой вольтодобавки 0( ( ар --- ( - (угол отсчи ты в а ется отн о 2сительно пепиода напряжения высокой ча- З 0 стоты) /2 Уу гпах ( Уу( /у гпах Ключи за мыкаот 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 З 5 замкнутое состояние транзисторов 8, 7 и 9, 6 напряжению на нагрузке, равному сумме напряжений сети и вольтодобавки. Изменяя напряжение Уу, а значит, и углы регулирования ар и Рр, можно менять дли тельиость промежутка времени, когда к нагрузке приложено суммапное напряжеие сети и вольтодобавки. Напряжение на нагрузке, соответствующее углам регулирования а 1 ч царь представлено на фиг. 2 кри вой 45. В предельном елчае, когда регулятор перейдет в режим неискаженной передачи напряжения сети. 55Режим неискаженной передачи напряжения сети 1ар - нр - 1 7 у - у гаах2 2 Ключи замыкаются по циклу 6, 8: 7, 9, вторичная обмотка трансформатора все время отключена от нагрузки, на которой действует только напряжение сети, трансформатор работает на холостом ходу. 6Режим регулируемой вольтодобавки127 у а 1 ах (у (у пах(а б (иКлючи 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 напряжепие сети, а когда замкнуты транзисторы 6, 9 илп 7, 8 на нагрузке действует напряукение, равное разности напряжения ссти и вторичной обмотки. Меняя соотнощспие времени включенного состояния тпанзисторов 8, 6 (или 9, 7) и 6, 9 (или 7, 8) изменением углов регулирования на нагрузке, можно получать различные напряжения. Такое напряжение при углах регулирования мр 2 и Рр.представлено на фиг,2 (кривая 48). В предельном случае, когда Уу=О, ар -- рр=л, на нагрузке действует неискаженное напряжение сети за вычетом напряжения вольтоотбавки.Режим неискаженной максимальной вольтоотбавки Уу=0, а=р=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 э 7 и формирователь импульсов 28 включает тпристопы блока принудительной коммутации 19, причем, если были включены тиристоры 15, 16, то на их коммутацию включают тиристоры 29, 32, а если были включены рабочие тиристоры 14, 17, то включа ют тир истор ы 30, 31.Допустим, что ток нагрузки протекал через тиристоры 15, 6, тогда формирователь импульсов (при перегрузке) включает тиристоры 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 выключаются при перехоле 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.Формула изсб),стенп 5 1, Регулятор переменного напря)кения, содержащий высокочастотный вольтсдобавочный трансформатор, мостовой модуля тор 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. о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целио расширсния функциональных возможностей регулятора, он снабжен вспомогат льным тирсторнь м мостом, блоком коммутации тиристоссв этого моста и дополнительным блоком управ,ения, включающим в себя узел фсрхирсвания управл 51 юших импулгэсов тиргстсрами вспомогательного моста, связашгьгй с датчиком тока нагрузки, и узел формирования управляющих импульсов тир:стора 10 мп блока коммутации, связанный с датчи. ком тока нагрузки через пороговый э,чемент, причсм лсмод.чтор выполнен на ключах с одне горснисй проводимостьо и с ьчим и х одным и ыода м и подклгочен к ьводам постоннго тока спомогатсльного тиристсрного моста, ыводы переменного тока котороо вкл 1)чсны последовательно в цепь агрузки. 2. Регулятор по п. 1, О т л и ч а и ш и й с ятсм, что блок иринудитсльной коммутации выполнен где распрс,гслитсльного тирис 1 с 1)ИОГО м сстч 1, мс)кд 1 ысдам и Г 1 сстоя н. 11 ного ток кот рого вклкчсн конденсатор,ьвсдь ирсмсино тока этого моста ссединсны с Выодами .1 срсмсннсго тока сном;гагстьногс тиристорного моста, а 1 араллслшО дИгональнО распочоженным 20 тиристорам включсны зарядные цспочки изОслсдоватслшго сосдггненных диода и ре стог) ааказ 556/5 Изд. Лв 267 Тираж 1014 Подписно НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д: 4/5Типография, пр. Сапун