Способ управления регулятором переменного напряжения со звеном высокой частоты

О П И С А Н И Е и 1 560313ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицеских Республик204607 22) Заявлено 04,07.74 ( присоединением зая йсударственныи немитетСовета Министров СССРоо делам иэебретенийи открытий(088.8) убликовано 30.05,77. та опубликования описания 14.07.7 2) Авторыизобретения1) Заявитель бзев А,ихальченко о-исследовательскии институт автоматиТомском институте автоматизированныхи радиоэлектроники ктромеханик управления На пр из исте 4) СП УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМЖЕНИЯ СО ЗВЕНОМ ВЫСОКО РЕМЕННОГОСТОТЫ П 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти применение, например, в стабилизаторах напряжения радиоэлектронной аппаратуры, в регуляторах и стабилизаторах различных электротехниче ских установок в те случаях, когда требуется повышенное качество выходного напряжения и минимальные масса и габариты этих устройств.Известен способ управления регулятором 10 переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащим два моста - модулятор и демодулятор на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, - высокочастотный трансформатор, первичная и вторичная об мотки которого включены в одну из диагоналей каждого из упомянутых мостов, причем управляемые ключи демодулятора выполнены на тиристорах и образуют собой два встречно- параллельно включенных моста, заключаю щийся в подаче на управляющие входы ключей демодулятора опорной последовательности импульсов высокой частоты и в подаче на управляющие входы ключей демодулятора регулируемых в сторону отставания и в сторону 25 опережения относительно опорной последовательности импульсов двух последовательностей. Однако известный способ управления имеет пониженные энергетические показатели, неустойчивость работы и повышенную массу 30 регуляторов, управляемых по этому способу. Основной причиной этого является паразитная циркуляция части мощности по всем элементам регулятора и повышение искажения синусоидальности входных токов и выходных напряжений.Предлагаемый способ отличается от известного тем, что в демодуляторе образуют внутренний контур для замыкания реактивного тока нагрузки, для чего упомянутые отстающую и опережающую последовательности импульсов поочередно подают на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующих зажимы постоянного тока, формируют третью импульсную последовательность, опережающую опорную последовательность на фиксированный угол и подают ее на другие смежные тиристоры мостов демодулятора, причем на интервалах совпадения полярности входного напряжения и выходного тока регулятора подают отстающую последовательность, а на интервалах несовпадения полярности этих величин - опережающую и третью импульсные последовательности.Другое отличие состоит в том, что упомянутые отстающую и опережающую последовательности импульсов подают на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующие однополярный зажим постоянного тока, а на другие смежные тиристоры, образующие зажим постоянного тока противоположной полярности, подают третью импульсную последовательность, фазу которой изменяют на 180 при каждом переходе входного напряжения через нулевое значение.Это позволяет уменьшить массу регуляторов, управляемых по указанному способу, повысить устойчивость их работы и качество как потребляемой энергии, так и выходного напряжения,На фиг, 1 показана схема регулятора переменного напряжения со звеном высокой частоты.Регулятор содержит модулятор 1 на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор 2, демодулятор, образованный двумя встречно-параллельно включенными мостами 3 и 4 на тиристорах 5 - 8 и 9 - 12 соответственно. В одну из диагоналей демодулятора включена обмотка высокочастотного трансформатора, а в другую - нагрузка 13,На фиг. 2 - представлены временные диаграммы, поясняющие способ управления, где 14 - напряжение сети; 15 - ток нагрузки, 16 - напряжение вторичной обмотки трансформатора; 17, 18 - управляющие импульсы, опережающие опорную последовательность импульсов (моменты смены полярности напряжения 16) на фиксированный угол у, 19, 20 - управляющие импульсы с регулируемым углом задержки ар, 21, 22 - управляющие импульсы с регулируемым углом опережения Рр; 23 - 26 - комбинация импульсов, действующих на управляющих входах ключей 6, 5, 8, 7 демодулятора, 27 - выходное напряжение регулятора;28 - его среднее значение; 29 - импульсная последовательность с опережающим углом у, фазу которой изменяют на 180 при каждом переходе выходного напряжения через нулевое значение; 30, 31 - управляющие импульсы этой же последовательности; 32 - выходное напряжение регулятора,Работу регулятора и сущность способа управления рассмотрим для наиболее общего случая активно-индуктивного характера нагрузки, когда напряжение сети 14 опережаег ток нагрузки 15 на некоторый угол у (фиг,2).Модулятор 1 преобразует напряжение сети в напряжение 16 высокой частоты, для чего на управляющие входы ключей модулятора добавляют опорную последовательность импульсов высокой частоты, фаза которых совпадает с моментами смены полярности напряжения высокой частоты.Процессы, отражающие управление регулятором, рассмотрим для положительной полу- волны тока, нагрузки 15, т. е. для случая, когда операции выпрямления и регулирования напряжения 16 осуществляет мост 3 (фиг. 1). При этом часть полупериода тока нагрузки указанный мост работает в выпрямительном режиме (интервал а,), а часть - в инверторном (интервал а) в силу активно-индуктивного характера нагрузки. По предложенному 5 10 15 20 25 30 35 4 О 45 5 Э 55 60 65 способу управления упомянутые последовательности, отстающую по фазе на угол ар (на фиг. 2). Эта импульсная последовательность представлена в виде двух однополярных последовательностей 19, 20) и опережающую на угол рр (на фиг. 2 - последовательности 21, 22) поочередно подают на смежные тиристоры указанных мостов 3 и 4 демодулятора, образующих зажимы постоянного тока, например, на тиристоры 8, 7 (6, 5) моста 3 и тиристоры 10, 9 (12, 11) моста 4 соответственно (фиг. 1) формируют третью импульсную последовательность (соответственно 17, 18 по фиг. 1), опережающую по фазе моменты смены полярности высокочастотного напряжения на фиксированный угол у, равный времени восстановления запирающих свойств тиристора и подают на другие смежные тиристоры 6, 5 (8, 7) моста 3 и тиристоры 12, 11 (10, 9) моста 4. Причем импульсную последовательность 19, 20 подают на тиристоры 8, 7 и 10, 9 только в выпрямительном режиме (интервал а, - интервал совпадения полярности тока 15 и напряжения 14), а в интервалах несовпадения а полярностей тока и напряжения указанную последовательность прерывают. Импульсную же последовательность 21, 22 подают на тиристоры 6, 5 и 12, 11, наоборот, в интервалы несовпадения а,1 полярностей тока и напряжения, а в интервалах а, совпадения полярностей ее прерывают, а в интервалах прерывания этих последовательностей на указанные тиристоры смежных плеч подают третью импульсную последовательность 17, 18. При этом в рассматриваемом ин. тервале ааработы моста 3 на его тиристоры поступают импульсные последовательности 23 - 26.Таким образом, подавая упомянутые импульсные последовательности (на фиг. 2 изображены сплошной линией) или прерывая их (на фиг. 2 изображены пунктирной линией) осуществляют перевод мостов из выпрями- тельного режима в инверторный и наоборот. Мост 3 включается в работу с выпрямительного режима в момент времени 1 ь так как полярность высокочастотного напряжения 16 в этот момент соответствует полярности указанной на фиг, 1 в скобках, и на управляющие электроды тиристоров 6 и 8 поданы импульсы последовательностей 23, 25 соответственно, Ток нагрузки в течение интервала времени 1 - 1 з начинает нарастать по цепи: + обмотки трансформатора 2, тиристор 6, нагрузка 13, тиристор 8,-обмотки трансформатора. В момент времени 12 на управляющий электрод тиристора 5 подают импульс последовательности 24, но он не может включиться при указанной запирающей для него полярности. В момент времени 1, изменяется полярность напряжения 16 и включается тиристор 5, коммутируя при этом тиристор 6. В силу активно-индуктивного характера нагрузки ток нагрузки 15 не прервется, а будет протекать в прежнем направлении, так как включением5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 65 тиристора 5 создается внутренний контур замыкания оеактивной энергии: нагрузка 13,тиристор 8, тиристор 5, нагрузка 13. Напряжение на нагрузке при этом равно нулю, а трансформатор 2 и модулятор 1 переходят в режим холостого хода. В момент времени г 4 при достижении угла регулирования ар импульс последовательности 26 подают на тиристор 7, который включаясь, коммутирует тиристор 8 и подключает обмотку трансформатора к нагрузке, Ток нагрузки будет протекать по цепи: + обмотки трансформатора 2, тиристор 5, нагрузка 13, тиристор 7,вобмотки трансформатора. Затем в момент времени 1 ь управляющий импульс подают на тиристор 6, но включается он лишь после смены напряжением 16 своей полярности, коммутируя при этом тиристор 5 и создавая с включенным по- прежнему тиристором 8 внутренний контур, Далее описанные процессы повторяются до тех пор, пока напряжение на нагрузке не спадает до нуля, Последними в выпрямительном режиме включаются тиристоры 5, 7, В момент времени 17 напряжение 16 изменяет свою полярность и, поскольку управляющие импульсы поданы на тиристоры 5, 7, они по-прежнему остаются включенными, так как ток нагрузки 15 прерваться не может. Таким образом, мост 3 автоматически переходит в инверторный режим (ток нагрузки протекает навстречу напряжению вторичной обмотки трансформатора). При достижении угла опережения Рр в момент времени 18 управляющий импульс последовательности 23 подают на тири- стор 6, который, включаясь, коммутирует тиристор 5, создавая тем самым внутренний контур замыкания реактивной энергии. И если теперь до того, как снова сменится полярность напряжения 16 не включить тиристор 8, то произойдет срыв инверторного режима, так как после смены полярности напряжением 16 осуществить естественную коммутацию тиристора 8 будет невозможно до следующего полупериода напряжения высокой частоты. Для предотвращения срыва инверторного режима и подают на смежные тиристоры 7, 8 импульсную последовательность 17, 18, опережающую по фазе моменты смены полярности напряжения 16. В момент времени 1, импульс последовательности 25 подают на тиристор 8, который включается, коммутирует тиристор 7 и кратковременно (на время у) переводит мост в выпрямительный режим. За это время выключенный тиристор 7 успевает восстановить свои запирающие свойства. Поскольку угол регулирования в инверторном режиме принципиально не может быть меньше у, то срыва инвертирования произойти не может, за счет чего повышается устойчивость работы. В момент времени 1 О полярность напряжения 16 меняется на обратную и мост 3 снова переходит в инверторный режим. Далее описанные процессы повторяются до тех пор, пока ток нагрузки не спадет до нуля, после чего в работу включится мост 4 выпрямительного режима и т. д. На нагрузке при таком управлении формируется напряжение 27 со средним значением 28.Приведенная на фиг. 2 комбинация импульсов 23, 24, 25, 26 показывает, что в разных режимах (выпрямительный и инверторный) регулируемые по фазе импульсы 19, 20, 21, 22 и импульсы с фиксированной фазой 17, 18 необходимо при управлении подавать на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующие разнополярные зажимы постоянного тока. Другое отличие состоит в том, что указанные отстающую и опережающую последовательности всегда подают на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующие однополярный зажим постоянного тока (например, отрицательный), а на другие смежные тиристоры, образующие зажим постоянного тока противоположной полярности подают третью импульсную последовательность, фазу которой изменяют на 180 при каждом переходе выходного напряжения через нулевое значение. На фиг. 3 приведены диаграммы напряжений, где кривыми 14 и 16 показаны напряжение сети и высокочастотное напряжение соответственно. Импульсная последовательность 17, 18, опережающая по фазе моменты смены полярности высокочастотного напряжения на угол у, для наглядности приведена на фиг. 3 на одной временной оси. Изменение фазы импульсов 17, 18 на 180 при каждом переходе выходного напряжения через нуль позволяет получить импульсную последовательность 29, импульсы 30 и 31 которой подают в обоих режимах на смежные плечи (например, на тиристоры 6, 5 моста 3 и тиристоры 12, 11 моста 4) каждого моста демодулятора, а на другие смежные плечи (например, на тиристоры 8, 7 моста 3 и тиристоры 10, 9 моста 4) подают импульсную последовательность, сдвинутую относительно высокочастотного напряжения на угол задержки (ар - в выпрямнтельном режиме) и угол опережения (рр - в инверторном режиме). Процессы, происходящие в регуляторе, совершенно аналогичны ранее рассмотренным, о чем говорит и форма кривой выходного напряжения 32. Использование предлагаемого способа управления регулятором переменного напряжения со звеном высокой частоты обеспечивает устранение паразитной циркуляции реактивной мощности и уменьшение потерь в элементах регулятора, улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьшение содержания высших гармоник, повышение устойчивости работы регулятора при изменении величины и характера нагрузки.Способ может быть также применен прн управлении трехфазными регуляторами переменного напряжения со звеном высокой частоты, а также в однофазных и трехфазных регуляторах-стабилизаторах с высокочастотными вольтодобавочными трансформаторами, 560313Формула изобретения 1. Способ управления регулятором переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащим модулятор и демодулятор на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор, первичная обмотка которого соединена с модулятором, а вторичная включена в одну из диагоналей мостов демодулятора, причем управляющие ключи демодулятора выполнены на тиристорах и образуют собой два встречно- параллельно включенных моста, заключающийся в подаче на управляющие входы ключей модулятора опорной последовательности импульсов высокой частоты и в подаче на управляющие входы ключей демодулятора регулируемых в сторону отставания и в сторону опережения относительно опорной последовательности импульсов двух других последовательностей, отл ича ю щи йся тем, что, с целью улучшения технико-энергетических показателей, упомянутые отстающую и опережаювгчю последовательности импульсов поочередно подают на смежные тиристоры указанных мостов демодулятора, образующих зажимы постоянного тока, формируют третью импульсную последовательность, опережающую опор ную последовательность на фиксированныйугол, и подают ее на другие смежные тиристоры мостов демодулятора, причем на интервалах совпадения полярности входного напряжения и выходного тока регулятора пода ют отстающую последовательность, а на интервалах несовпадения полярности этих величин - опережающую и третью импульсные последовательности.2, Способ по п. 1, отличающийся тем, 15 что упомянутые отстающую и опережающуюпоследовательности импульсов подают на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующие однополярный вывод постоянного пока, а на другие смежные тиристоры, обра зующие вывод постоянного тока противоположной полярности, подают третью импульсную последовательность, фазу которой изменяют на 180 при каждом переходе входного напряжения через нулевое значение.560313 ЩгУ Составитель Г. Мыцык Техред Л. Котова Корректор Н, Аук Редактор В. Левятов Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1456/18 Изд, М 469 Тираж 917 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Мннистрсв СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, К, Раушская наб., д. 4/5