Импульсный регулятор переменного напряжения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 2312 Я 2. Бюллетень Ио 47 Дата опубликования описания 23.12.82(54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к преобра,зовательной технике и может быть использовано в качестве импульсногорегулятора переменного напряжения.Известны регуляторы переменногонапряжения, содержащие в первичнойили вторичной цепях силового трансформатора дополнительные секции обмоток с различными числами витков,коммутируемые по определенному закону. Выходное напряжение при этом соответствует выбранной комбинациисекций обмотокЦи ( 2).Основным недостатком таких регуля.торов является ступенчатое изменениерегулируемого напряжения, что обусловлено отсутствием устройства плавного регулирования напряжения междуступенями. Диапазон регулированиятаких регуляторов определяется числомкоммутируемых секций,Известен также регулятор напряжения, содержащий силовой трансформатор, первичные обмотки которого черезмостовой выпрямитель коммутируютсяс повышенной частотой и с переменнымкоэффициентом заполнения коммутирующим транзистором, включенным в выходную диагональ мостового выпрямителя3 Д. Основным недостатком такого регулятора является высокочастотная пульсация выходного напряжения, что обусловлено тем, что цепь первичной обмотки силового трансформатора обрывается на время запирания коммутирующего транзистора. Поэтому Форма выходного напряжения значительно отличается от синусоидальной и возникаютсущественные сетевые и электромагнитные помехи. Кроме этого, напряжениеколлектор-эмиттер коммутирующего транзистора велико - равно выпрямленномусетевому. Все это делает невозможнымиспользование этого устройства длярегулирования переменного напряженияв широком диапазоне.,Наиболее близким к изобретению20 является импульсный регулятор переменного напряжения, содержащий. основ-.ной силовой трансформатор с добавочной обмоткой, включенной в каждойфазе последовательно с основной первичной обмоткой, два мостовых выпрямителя, первый из которых входнойдиагональю подключен к точкам,соеди"нения основной и добавочной обмоток,а второй входной диагональю включен,последовательно с добавочной обмоткой, два коммутирующих транзистора, 98.36 71включенных и выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей,и блок высокочастотной коммутации,выходы которого подключены к управляющим электродам коммутирующих транзисторов 4,Недостатком этого устройства является узкий диапазон регулированиявыходного напряжения и наличие значительных высокочастотных пульсацийвыходного напряжения.Цель изобретания - расширениедиапазона регулирования и уменьшение высокочастотных пульсаций выходного напряжения при сохранении линейности регулировочной характеристики,Эта цель достигается тем, что нимпульсный регулятор напряжения, содержащий основной силовой трансформатор с добавочной обмоткой, нключенной в каждой фазе последовательнос основной первичной обмоткой, двамостовых выпрямителя, первый из которых входной диагональю подключенк точкам соединения оснонной и добавочной обмоток, а второй нходной диагональю включен последовательно сдобавочной обмоткой, два коммутирующих транзистора, включенных в выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей, и блок высокочастотной коммутации, выходы которогоподключены к управляющим электродамкоммутирующих транзисторов, введеныподключенный к выходу основного силоваго трансформатора дополнительный силовой трансформатор, первичная обмотка которого в каждой фазе разделена на в последовательно соединенныхсекций, щ дополнительных мостовых выпрямителей, (щ) из которых входны О ми диагоналями подключены к точкам соединения двух смежных секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, а один нходной диагональю подключен последовательно с й-ой секцией первичной обмотки, щ дополнительных коммутирующих транзисторов, включенных в ныходные диагонали соответствующих дополнительных мостовых выпрямителей, блок ступенча-, той коммутации, выхОдами подключен 50 ный к управляющим электродам дополнительнйх коммутирующих транзисторов, блок Формирования команд управления, вход которого соединен с выводом для подключения управляющего напряжения, а выходы соединены соответственно с входом блока высокочастотной коммутации и входом блока ступенчатой коммутации.На фиг. 1 приведена структурнаятрехфазная схема импульсного регулятора переменного напряжения (число секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора в = 3),на фиг. 2 - Формы выходных напряжений.65 Импульсный регулятор переменногонапряжения содержит оснонной силовойтрансформатор 1, и каждой фазе которого последовательно с основной первичной обмоткой 2 с чреслам витков 9включена добавочная обмотка 3 с,чис.лом витков И дна мостовых выпрямителя 4 и 5 коммутации основной и добавочной первичных обмоток, первыйиз которых входной диагональю подключен к очкам соединения оснонной идобавочной обмоток, а второй входнойдиагональю включен последовательнос добавочной обмоткой, дна коммутирующих транзистора б и 7, включенныхн выходные диагонали соответствующихмостовых выпрямителей, управляющиеэлектроды коммутирующих транзисторовб и 7 соединены с выходили блока 8высокочастотной коюлутации, К вторичным обмоткам 9 основного силовоготрансформатора с числом витков Кподключен дополнительный силовойтрансформатор 10, содержащий н каждой фазе три последовательно соединенные секции 11-13 первичной обмотки с числами витков 19 лТри дополнительных мостовых выпряглителя 14-1 б коммутации секций первичной обмотки дополнительного силовоготрансформатора, дна иэ которых входной диагональю подключены к точкамсоединения секций 11-13 первичнойобмотки, а третий - входной диагональю включен последовательно с секцией 13, с тремя дополнительнымикоммутирующими транзисторами 17-19,включенными н выходные диагонали соответствующих мос оных выпРямителей.Управляющие электроды дополнительныхкоммутирующих транзисторов 17-19 соединены с выходами блока 20 ступенчатой кои мутации (БСК), Вход блока 8высокочастотной когжутации и входблока 20 ступенчатой коммутации соединены с выходами блока 21 формирования команд управления, входом которого является входной вывод дляподключения управляющего напряжения.Выходом устройства янляются вторичные обмотки 22 дополнительного силового трансформатора с числом витков М .Импульсный регулятор работаетследующим образом,Управляющее напряжение ц, поступает на вход блока 21 формирования команд управления (БФКУ), который,в зависимости от величины управляющего напряжения, вырабатывает команду управления, поступающую на входблока 8 высокочастотной коимутации(БВЧК) и определяющую коэффициентзаполнения высокочастотных сигналовуправления коммутирующими транзисторами б и 7, и команду управления,поступающую на нход блока 20 ступенчатой коммутации (БСК) и определяющуюномера открытого и запертных дополнительных коммутирующих транзисторов из группы 17-19. БВЧК 8 формирует два взаимоинверсных высокочастотных сигнала управления, изменяющихся по широтно-импульсному закону в зависимо 3" ти от величины управляющего напряже ния и поступающих на управляющие электроды коммутирующих транзисторов б и 7. БСК 20 Формирует сигнал управления, открывающий, в зависимости от величины управляющего напряжения, 10 один из дополнительных коммутирующих транзисторов 17-19 при закрытых остальных. Коммутирующие транзисторы б и 7 через мостовые выпрямители 4 и 5 строго поочередно замыкают основ ную первичную обмотку 2 и добавочную обмотку 3 с высокой частотой. Дополнительные коммутирующие транзисторы 17-19 через дополнительные мостовые выпрямители 14-1 б замыкают одну из секций 11-13 первичной обмотки дополнительного силового трансформатора. От юшение чисел витков секций 11-13 Ж 4 У М и И выбирается по определенйому закону так, чтобы обеспе чить линейность регулировочной характеристики во всем диапазоне регулирования. Таким образом, при совместной работе основного 1 и дополнительного 10 силовых трансформаторов обеспечивается сочетание двух способов управления - ступенчатого изменения напряжения на. дополнительном силовом трансформаторе 10 и плавного (высокочастотного) регулирования напряжения между ступенями на основном силовом трансформаторе. С вторичных обмоток 22 дополнительного силового трансформатора снимается выходное напряжение, пропорциональное управляющему напряжению.Рассмотрим работу импульсного регулятора переменного напряжения, например, при увеличении управляющего напряжения.Минимальное значение выходного 45 напряжения, соответствующее минимальной величине управляющего напряжения 1 А , равноц Жа Я 4 5 абх,;-" Ч,) ХЧ,) где Ц - среднее значение Фазного6 ихнапряжения; П - Фазное напряжение сети.55Это напряжение имеет место при открытых коммутирующих транзисторах 7 и 19 и запертых остальных коммутирующих транзисторах (б, 17 и 18). При таком режиме, задаваемом БВЧК 8 и БСК 20 по командам с БФКУ 21 форма выходного напряжения синусоидальна с амплитудой Пю (Фиг. 2.1).При увеличении управляющего напряжения (П 7 ПЧ) начинается плавЧное регулирование выходного напряже ния, Это осуществляется поочередным открыванием и закрыванием коммутирующих транзисторов б и 7 с высокой частотой посигналам, поступающим с БВЧК 8, при открытом транзисторе 19. При этом коэффициент заполнения импульсов 3 изменяется пропорционаЛЬ- но управляющему напряжению и выходное напряжение имеет форму, изображенную на Фиг. 2,2 и 2.3. Среднее значение выходного напряжения на этом этапе регулированияЪа и ЖЬЫХ С % 1 ФИЩ 4 Ф/ 1%.%агде И-: - - - коэффициент добавоч" ной обмотки".При достижении управляющим напряжением определенной величины Пу, соответствующей значению р = 1, вы" ходное напряжение вновь делается синусоидальнж, но с амплитудой Ц (Фиг, 2.4) и его среднее значениеф. 94ЬЫХ 4 с %, (%+и дц )О .=ОС дальнейыим увеличением управляющего напряжения (П Чт 13 Ч ) начинается второй этап регулирования, при котором по командам управления с блока 21 формирования команд Управления открывается дополнительный коммутирующий транзистор 18 (17 и 19 закрыты) блоком 20 тупенчатой коммутации и устанавливается значение 3 = 0 и БВЧК 8. При этом выходное напряжение останется синусоидальным и его среднее значение Для выполнения условия непрерывности регулирования напряжения между числами витков секций 11-13 первичной обмотки дополнительного силового трансформатора должно выполняться определенное соотноюение, которое можно получить, приравняв правые части последних двух равенств:ф=и (в арДалее на этом втором этапе выполняется плавное регулирование выходного напряжения за счет увеличения величины ", Форма кривой напряжения показана на фиг. 2.5, а его среднее значение,0 =ОВЬН с% +и (р ыу)В конце этого этапа при ОЧ = ПЧ 9 величина у= 1, кривая выходного напряжения синусоидальна с амплитудой П (фиг. 2.б) и9 Ь %4Ц Ц -Въх с ул ф;ер )Третийэтап регулирования начинается по командам с БФКУ 21 открытием коммутирующих транзисторов 7 и 17 (18и 19 и 6 закрыты), При этом устанав . ливается напряжениеи Ч Ьйхб с Ф+Фсу) ФъпИз последних двух равенств следует соотношение между числами витков: 15 20 Формула изобретения 25 Импульсный регулятор переменного х напряжения, содержащий основной силовой трансформатор с добавочнойобмоткой, включенной в каждой фазепоследовательно с основной первичнойЗО обмоткой, два мостовых выпрямителя,первый из которых входной диагональюподключен к точкам соединения основной и добавочной обмоток, а второйвходной диагональю включен последова 35 тельно с .добавочной обмоткой, двакоммутирующих транзистора, включенных в выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей, и блоквысокочастотной коммутации, выходыкоторого подключены к управляющимэлектродам коммутирующих транзисторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения диапазонарегулирования и уменьшения амплитудывысокочастотных пульсаций выходногонапряжения, введены подключенный квыходу основного силового трансформатора дополнительный силовой трансформатор, первичная обмотка которогов каждой фазе разделена на в последовательно соединенных секций, щ дополнительных мостовых выпрямителей,(ю) из которых входными диагоналями подключены к точкам соединениядвух смежных секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, а один входной диагональюподключен последовательно с в-ой секцией первичной обмотки, ш дополнительных коммутирующих транзисторов, 6 О включенных в выходные диагонали соответствующих дополнительных мостовых.выпрямителей, блок ступенчатой коммутации, выходами подключенный к управляющим электродам дополнительных 65,Коммутирующих транзисторов, блок фордалее аналогично предыдущим этапавыполняется плавное регулирование(фиг, 2,7) до наибольшего значения%1 ФлАналогично осуществляется регулирование выходного напряжения в сторону его уменьшения.В общем случае число секций л первичной обмотки дополнительного трансформатора определяется из требуемого диапазона регулирования при постоянном коэффициенте высокочастотных пульсаций; или из минимально допустимых высокочастотных пульсаций,либо из максимально допустимых коллекторных напряжений на коммутирующитранзисторах основного силовоготрансформатора при определенном диапазоне регулирования по следующейФормуле:. = (+И 9.),ЬЬП,О 1 Игде п,определяется из минимальнодопустимых высокочастотных пульсаций или из максимально допустимыхнапряжений коллектор-эмиттер накоммутирующих транзисторах б и 7,которые определяются по Фоомулам:6 ФОх с НиХЭ 7 иа Х 6 "С "Коэффициент трансформации основного силового трансформатора выбирается из условия получения допустимых коллекторных напряжений на дополнительных коммутирующих транзисторах 17-19 дополнительного силового трансформатора. Числа витков секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора определяются из условия непрерывности регулирования выходного напряжения последующей формуле:чи.чи = ф,и с И+и ) Достоинствами предлагаемого импульсного регулятора переменного напряжения являются широкий диапазон регулирования напряжения, определяемый по формулеОюд", ,"ЬьНЛюилинейность регулировочной характеристики, обеспечиваемая совместной работой двух силовых трансформаторов и подбором чисел витков секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, относительнонебольшая величина высокочастотныхпульсаций выходного напряжения, определяемая коэффициентом добавочнойобмотки п, что снижает сетевые иэлектромагнитные помехи, создаваемыерегулятором и дает возможность получить форму выходного напряжения сколь.угодно близкую к синусоидальной,практическая безынерционность регулятора, обеспечиваемая импульснымвысокочастотным управлением, пониженные напряжения на коммутирующихтранзисторах, что уменьшает потерив них и расширяет диапазон используемых сетевых напряжений. Крометого, регулятор может быть использован при любой фазности питающегонапряжения и с выходным выпрямителем как регулятор постоянного напряжения,983671 10 9мирования команд управления, вход которого соединен с выводом для подключения управляюцего напряжения,а выходы соединены соответственнос входом блока высокочастотной коммутации и входом блока ступенчатой 5коммутации,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 628475, кл. С 05 Р 1/20, 1978.2, Авторское свидетельство СССРР 638928, кл. С 05 Е 1/20, 1978.3. Полупроводниковые приборы втехнике электросвязи. Сборник. Под,ред. И. ф. Николаевского. М.,"Связь", 1974,. с. 26-36.4. Авторское свидетельство СССРР 817677, кл. С 05 Г 1/56, 1978.983671 исн Заказ 9922/57 Тираж 914 ПодпВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.; д, 4/5 илиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Составитель Л. УстинкинаРедактор А. Козориз Техред И.Гергель КорректорН. Буря ч