Устройство для регулирования напряжения

(51)4 Н 02 ИЗОБРЕТЕНИЯ ИСАН тво СССР /257, 10.02.8 УЛИРОВАНИЯ НА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики приТомском институте автоматизированныхсистем управления и радиоэлектроники(56) Авторское свидетельство СССРФ 1101988, кл. Н 02 М 3/335,Н 02 М 3/257, 1984,Авторское свидетельсВ 1372539, кл. Н 02 М 5(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к преобраэовательной технике. Цель изобретения - снижение массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателейРегулирование напряжения осуществляется изменением состояния четырех ключей и двух однотактных силовых ячеек. В результате этогоосуществляется режим прямой передачинапряжения с входа на выход, режимвольтодобавки и режим вольтоотбавки.Выходной фильтр подключается к входному фильтру в каждом из рабочих тактов через силовую обмотку и ключи одной из однотактных силовых ячеек. Одновременно высокочастотный трансформатор другой однотактной силовойячейки находится в режиме размагничивания, При размагничивании высокочастотного трансформатора энергия размагничивания возвращается в сеть, засчет чего достигается поставленнаяцель, 5 ил.Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к технике регулирования и стабилизациипеременного напряжения, величинакоторого изменяется в большую илименьшую сторону от номинального значения, и может найти применение припостроении систем электропитания сбестрансформаторным йсодом в тех слу-;10чаях, когда требуется получение напряжения с минимальными пульсациями,при высокой скорости отработки управляющего сигнала, минимальных массеи габаритах, 15Цель изобретения - снижение массы и габаритов при сохранении высокихтехнико-экономических показателей,На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; 20на фиг. 2 - пример выполнения распределителя импульсов; на фиг. 3 - пример выполнения датчика полярности выходного напряжения; на фиг, 4 и 5временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство (фиг. 1) содержит входной 1 и выходной 2 фильтры, имеющиеобщую точку, две однотактные силовыеячейки 3 и 4, блок 5 управления ключа-ЗОми, два распределителя 6 и 7 импульсов и датчик 8 полярности выходногонапряжения,Каждая однотактная силовая ячейка3, 4 имеет высокочастотный трансформатор 9, силовая обмотка которого выполнена с промежуточными выводами 10и 11, вывод 12 которой через ключ 13соединен с общей точкой входного 1 ивыходного 2 фильтров, а вывод 14 и 40промежуточный вывод 10 через ключ 15и третий ключ 16 подключены к входному фильтру 1. Промежуточный вывод11 соединен с выхрдным фильтром 2.Обмотка 17 размагничивания высокочастотного трансформатора 9 через ключ18 подключена между выводом 14. силовой обмотки и общей точкой соединениявходного 1 и выходного 2 фильтров.Блок 5 содержит задающий генератор19, выход 20 которого соединен с Ттриггером 21, распределители 22-24управляющих импульсов, генератор 25пилообразного напряжения, амплитудныйдетектор 26, вычитатель 27, выполнен 55ный, например, на операционном усилителе, компараторы 28 и 29 и логический элемент 2 И-НЕ 30, Выход задающегогенератора 20 соединен с входами Ттриггера 21 и генератора 25, к выходукоторого подключены первые входы компараторов 28 и 29 и вход амплитудногодетектора 27, Выход амплитудного детектора 26 соединен с инвертирующимвходом вычитателя 27, прямой входкоторого объединен с вторым входомкомпаратора 28 и образует управляющий вход 31 устройства. Выход вычитателя 27 связан с вторым входом компаратора 29, выход которого соединен синформационным входом 32 распределителя 23 управляющих импульсов и однимиз входов логического элемента 2 И-НЕ30, другой вход которого подключен квыходу компаратора 28, связанному синформационным входом 32 распределителя 22 управляющих импульсов, Выходэлемента 2 И-НЕ 30 соединен с информационным входом 32 третьего распределителя 24 управляющих импульсов. Синхронизирующие входы 33 распределителей 22, 23 и 25 управляющих импульсов подключены к прямому выходу Ттриггера 21, а их синхрониэирующиевходы 34 - к инверсному входу Т-триггера 21,Управляющие входы ключей 13 однотактных силовых ячеек 3 и 4 подключены к парафазным выходам 35 и 36соответственно распределителя 24 управляющих импульсов, а управляющие входы ключей 15 и 16 однотактных силовыхячеек 3 и 4 соединены с парафазнымивыходами 35 и 36 распределителей 22 и24 управляющих импульсов.Управляющие входы 37 и 38 ключа18 однотактной силовой ячейки 3 соединены с соответствующими выходами 35и 36 распределителя б импульсов, авходы 37 и 38 ключа 18 однотактной силовой ячейки 4 - с выходами 35 н 36соответственно распределителя 7 импульсов, Информационный вход 32 распределителя б импульсов подключен кдополнительному выводу 39 блока 5,образованному инверсным выходом Ттриггера 21; а информационный вход32 распределителя 7 импульсов соединен с дополнительным выходом 40 блока5, образованным прямым выходом Т-триггера 21. Синхрониэирующие входы 33распределителей б и 7 импульсов подключены к выходу датчика 8, а входы34 распределителей 6 и 7 импульсов -к его второму выходу.Каждый иэ распределителей 6, 7 импульсов и распределителей 22-24 управ 4 1096ляюп 1 их импульсов (фиг. 2) содержитдва элемента 2 И 41 и 4 2, Одни из входов элементов 2 И 41 и 42 объединеныи образуют инАормационный вход 32,второй вход элемента 2 И 41 образует5первый синхрониэирующий вход 33, авторой вход элемента 2 И 42 - второйсинхронизирующий вход 34. При этом выходы элементов 41 и 42 являются выходами 35 и 36,Датчик 8 (Аиг. 3) выполнен, например, на компараторе 43, к входу которого подключена вторичная обмотка согласующего трансформатора 44, первичной обмоткой соединенного с выходным фильтром 2, а выход компаратора43 образует первый выход датчика 8,Второй выход датчика 8 образован выходом инвертора 45, вход которого 2 Осоединен с выходом компаратора 43,На диаграммах (Аиг, 4) обозначеныпилообразное напряжение 46, напряжение 47 управления на управляюгем входе 31, напряжение 48 на выходе вычитателя 27, импульсная последовательность 49 на выходе компаратора 28,импульсная последовательность 50 навыходе комтаратора 29, импульснаяпоследовательность 51 на выходе эле- ЗОмента 2 И-НЕ 30, напряжения 52 и 53на выходах Т-триггера 21, напряжения54 и 55 на выходах датчика 8, напряжения 56-58 на управляющих входахключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 3, напряжения 59 и 60на управляюших входах ключа 18 однотактной силовой ячейки 3.На диаграммах (фиг. 5) обозначенынапряжения 61-63 на управляющих входах ключей 15, 16 и 13 однотактнойсиловой ячейки 4, напряжения 64 и 65на управляющих входах 36 и 35 ключа18 однотактной силовой ячейки 4, напряжение 66 питающей сети, напряжение 67 на обмотках высокочастотноготрансформатора 9 однотактной силовойячейки 3, напряжение 68 на обмоткахвысокочастотного трансформатора 9 однотактной силовой ячейки 4, напряже Оние 69 на входе выходного фильтра 2и напряжение 70 на нагрузке,Устройство работает следующим образом.Блок 5 осуществляет управлениеключами однотактных силовых ячеек3 и 4. Последовательность импульсовс выхода 20 задающего генератора поступает на входы Т-триггера 21 и генератора 25, осуществляя их синхронную работу. Напряжение 47 (фиг, 4), поступающее с управляющего входа 31, сравнивается на компараторе 28 с пилообразным напряжением 46, Если напряжение 47 ниже пилообразного напряжения 46 по уровню, то на выходе компаратора 28 Аормируется напряжение импульсной последовательности 49,равное логическому нулю и наоборот, если напряжение 47 выше пилообразного напряжения 46, на выходе компаратора 28 сигнал импульсной последовательности 49, равный логической единице. Одновременно напряжение 47 поступает на прямой вход вычитателя 27, на инвертирующий вход которого поступает с выхода амплитудного детектора 26 постоянное напряжение, уровень которого равен амплитуде пилообразного напряжения 46, Напряжение 48 с выхода вычитателя 27 поступает на вход компаратора 29 и сравнивается с линейно-изменяющимся пилообразным напряжением 46 . Причем, если уровень напряжения 48 ниже пилообразного напряжения 46, на выходе компаратора 29 Аормируется сигнал 50, равный логической единице, а если уровень сигнала 48 вьппе пилообразного напряжения 46, сигнал 50 равенлогическому нулю, С выхода первогокомпаратора 28 сигнал 49 подается наинформационный вход 52 первого распределителя 22 и на один из входов логического элемента 2 И-НЕ 30, ча другой вход которого приходит с выхода второго компаратора 29 сигнал импульсной последовательности 50, поступающийодновременно на информационньп вход32 распределителя управляющих импульсов 23, Сформированный на выходе элемента 2 И-НЕ 30 сигнал импульсной по" следовательности 51 подается на информационный вход 32 распределителя24 управляющих импульсов. Распредели-, тели 22-24 управляющих импульсов осуществляют передачу сигналов, поступающих на их информационные входы 32,иа управляющие входы ключей 13, 15 и16 однотактных силовых ячеек 3 и 4,в соответствии с поступающими на синхронизирующие входы 33, 34, напряжениями 52 и 3 с выходов Т-триггера 21, При этом импульсные последовательности 56-58 парафаэных выходов 35 распределителей управляющих импульсов 22-24 поступают на управляющие5входы ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 3, а с парафаэных выходов 36 напряжения 61-63 - на управляющие входы ключей 15, б и 3 однотактной силовой ячейки 4. Таким образом, напряжения с выходов компараторов 28 и 29 и элемента 2 И-НЕ 30 передаются через распределители 22-24 управляющих импульсов на одном такте задающего генератора 19 на управляющие входы ключей 15, 16 и 13 одной однотактной силовой ячейки 3, а на другом такте - на управляющие входы ключей 15, 16 и 13 другой однотактнойсиловой ячейки 4.Напряжения 54 и 55 частоты питающей сети с выхода датчика 8 поступают на синхронизирующие входы 33 и 34 распределителей 6 и 7 импульсов. На информационный вход 32 распределителя 6 импульсов подается напряжение 53 с инверсного выхода Т-триггера 21, а на информационный вход 32 распределителя 7 импульсов - напряжение 52 с прямого выхода Т-триггера 21, Рас, пределители 6 и 7 импульсов осуществляют передачу сигналов, поступающих на информационные входы 32, на входы 37 и 38 ключей 18 однотактных силовых ячеек 3 и 4 в соответствии с поступающими на синхронизируюшие входы 33 и 34 напряжениями 54 и 55.В момент времени 1 в соответствии с напряжениями 57 и 58 замкнуты ключи 16 и 3 однотактной силовой ячейки 3 и напряжение 66 питающей сети приложено к силовой обмотке высокочастотного трансформатора 9. Напряжение 69 промежуточного вывода 1 поступает на выходной фильтр 2. На интервале времени 1 -1 ключи 13, 15 и 16 од 3нотактной силовой ячейки 3 разомкну,ты, а ключ 18 замкнут в соответствии с поступающим на его управляющий вход45 напряжением 59.В этом такте высокой частоты на интервале времени 1-1высокочастотный трансформатор 9 однотактной силовой ячейки 3 размагничивается током, протекающим по цепи: общая точка филь-тров, диод, включенный с ним последовательно ключ 8 в соответствии с действующим на его управляющем входе напряжением 59, обмотка 17 размагничивания, вывод 14 силовой обмотки, промежуточный вывод 11, выходной фильтр 2. В момент времени С замкнуты ключи 16 и 5 однотактной силоной ячейки 4 в соответствии с напряжениями 61 и 72 на их управляющих входах. Высокочастотный трансформатор 9 однотактной силовой ячейки 4 закороченНапряжение питающей сети 66 поступает без изменений на выходной фильтр 2. На интервале 1 выключается ключ 15, а включается ключ 13 одкотактной силовой ячейки 4, К выходному фильтру 2 приложено напряжение 69, снимаемое с промежуточного вывода 11, В следующем такте работает однотактная силовая ячейка 3, а высокочастотный трансформатор 9 однотактной силовой ячейки 4 размагничивается. Напряжение 70, приложенное к нагрузке, в этом случае выше напряжения 66 питающей сети, Так осуществляется режим регулирования напряжения вверх от напряжения питающей сети, т,е. режим вольтодобавки.На интервале времени 1 одновременно включены ключи 5 и 3 однотактной силовой ячейки 3. В этом случае напряжение, приложенное к выходному фильтру 2, ниже напряжения 66 питающей сети и осуществляется режим вольтоотбавки.Ф о р м у л а изобретенияУстройство для регулирования напряжения, содержащее входной и выходной фильтры с общей точкой, две однотактные силовые ячейки, каждая из которых содержит четыре ключа, высокочастотный трансформатор с силовой обмоткой и обмоткой размагничивания, при этом первый вывод силовой обмот" ки подключен через первый ключ к общей точке фильтров, и блок управления ключами, включающий триггер, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателей, введены два распределителя импульсов, датчик полярности выходного напряжения, силовая обмотка каждого иэ высокочастотных трансформаторов содержит два промежуточных вывода, при этом второй вывод и первый промежуточный вывод силовой обмотки подключены через второй и третий ключи к входному фильтру, второй промежуточный вывод силовой обмотки подключен к выходному фильтру, а обмотка размагничивания через чет 1443096вертый ключ подключена между вторым выводом силовой обмотки и общей точкой входного и выходного фильтров, причем управляющие входы четвертого5 ключа каждой силовой ячейки соединены с выходами соответствующего распределителя импульсов, синхронизирующие входы которого подключены к парафазным выходам датчика полярностивыходного напряжения, информационныйвход каждого распределителя импульсов соединен с одним из дополнительных выводов блока управления, образованных выходами триггера.Тираж 666 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5