Регурятор переменного напряжения

О П И С А Н И Е 111 517122ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ополнительное к авт. свид-в М. Кл,2 Н 02 М 5/2 605 Е 1/1исоеди осудврственныи комитетСовете Министров СССРпо делом изобретенийи открытий 3) Прио т(53) УДК 621.316.722 (088.8 3) Опубликовано 05.06,76. Бюллетень5) Дата опубликования описакия 04,07.77Научно-исследовательск тут автоматики и элек оматизированных сист 71) Заявит Омехани и меном институте ав управления и ра 1 О злектро ни к 54) РЕ 1." 51 ТОР ПЕРЕМЕН 1(3 1 НАг 1 РЯЖЕ ВОдными зажимами датчиков контроля уровн входные зажимы датчико о коммутирующим кондек заряда конденсаторов а год ключены па рал пел онсотопом,В маломощных регуляторах : "1 М в качестве полупрово ."Ог11 спол зоваться диннсторНа фиг. 1 и 2 приведены пр в ьюокочастотно ковых Вентиле нципиальные схемь г..5 - т ся боиспольВ 1, так и в акт ного исто 2 иными ГИзоорстснтс О 11 ОО 115 ся к Облгсги .Скзротехники. В част.Ост,1 1.",Л 1 гу:Ягорам на;ряжения и тока и может иснольз 11 вг;ьс в:.гчесз 11 е исп 1 Л 1 в 1 тсльных органов регул 5 торов-стабилизгт ров 1 г;1 иозлсктронной ггщаратуры и злсктротех,гЧ.ск:.;. устано. вок различнсч О назначения.Известны регуляторы перс.;,;с, н. Сс:.;:,:".5151;ения на встРечно-паРалсльных ти 1 лсона,РННУДИ- лы 1 ои коммутацией и а:,;,;нагрузкои, 11 е;остатком известных 1,;.,:,;:.Орон переменного напряжения является1, т: нрн н.ме нснии ВельЧ 11 ны индуктивной сосгв;1 н :1ки Ограиге Лигозон рсгулиооаг , .; В ч 1 огвтвнии, г при Высокочгст 01 н. с:. с/1 1ггульс 11 ои модуляции 1 р 111 МУстрои : ВО 115 ",От ." СПОСООНО, Т.Е. фУНК 1 ГН )На;1 ЬНЬ 1 С .51 . ъ" Т И ВССТН 11 Х рЕГУ 11 ягоров О рг 1 я 1 С Н а.Цель изоорстения - Огснн 11;,.;Ть ни, з, 5;,егу. пирования и повысить надсжност рабо 1 :ши 1 тзм; некии величины и харакера 11 грузки,Указанная цель достигается гсм, что каждый из КОмм" т 11 ру 10 щих кондснсазоров 1 одключен между Общими точками соединсния тирнсторов и полупроводниковых вентилей обоих двухполупериодных ключей. При фазовом управпении в качссгве полутров однпковых вентилеи использовань диоды, а при высококачественной (ШИМ 1 - тиристоры, управляемые переходы котовых соединены с: яторов переменного напряжения; наСменные диаграьыы, поясняющиету для фазов 1 х зако упрвления; на фиже. Вля Высокочастотной ШИМсгУ 15 то 1 з, .Оказанный на фиг. , ЯВЛЯун 51 версалнь 1:. д".Кольк 1 позВОляетзов,.т 1, побой закон упоав ения 1;гк фазовьВысокоцгссстный 1,Н., т.е. Имеет широкициональные Возможности.Регуляторы состоят из двух ключей нанс -парглле 11 ьньд тиристоргх, соединенныхно-щ 1 дуктивной нагрузкой 1: последователна тиристорах ", 3 и пг 11 а.1 лельного - нарах 4, 5 с согласно - последовательно включ10 ЗО 35 40 Я 50 М пупроводниковыми вентилями. Коммутирующие о 1 ьденсаторы 6 и 7 подключены соответственно ежду одноименными электродами тиристоров 2, 4 3, 5. В качестве полупооводниковых вентилей при азовом управлении применены диоды 8, 9 и 10, 11 фиг. 1), а при высокочастотной ШИМ - тиристоы 12, 13 и 14, 15 (фиг. 2), Для контроля за ровнем заряда конденсаторов 6, 7 параллельно им ключепы датчики контроля 16, 17, а их выходы спилены с управляющими переходами тиристоов 1, 14 и 13, 15 соответственно.Коммутирующис конденсаторы 6, 7 в зависи.ксти от применяемых датчиков 16, 17 контроля ровнч их заряда могут заряжаться с постоянной ли изменяемой по синусоиде амплитудой, как на иг, . В последнем случае гармонический состав оков и напряжений лучше, так как амплитуда :оммутационных пиков напряжения на нагрузке эм"чяе Гся ПО синусоидан 1 мому законуВ качестве датчиков контроля уровня заряда :оммутирующих конденсаторов могут быть приме(ены, например, стабилитрсны, несимметричные риггеры (триггеры Шмитта), компараторы и дру.ие пороговые элементы, Датчики формируют заускающие импульсы только в тс моменты, когда апрякение на обкладках конденсаторов 6. 7 поста.очно для коммутации тиристоров 2-5. В случае ктивной или малоиндуктивной нагрузки 1 неободимо последовательно с ней включить линейный россель (на фиг, 1, 2 не показан), который спо.обствует перезаряду коммутирующих конденсаоров б, 7 током нагрузки до напряжения сети, что величивает надежность коммутации тиристоров.Процессы, протекающие в регуляторах на иг. 1, 2, аналогичны в оба полупериода, поэтому ассматривается работа устройств лишь за одинолупериод.Ра.:мотрим работу регулятора, приведенного а фиг. 1, в установившемся режиме, В положительный полупериод напряжения (18) сети (на фиг. 1 полярность показана без скобок) при отпирании тиристора 3 с момента а = . начинает протекать ток (19) (фиг, 3, 4) через нагрузку 1 по контуру: сеть- нагрузка 1 - тиристор 3 - диод 9 - сеть, и к нагрузке прикладывается напряжение (20), При угле а = ак, определяемом углом регулирования (схема управления не показана), открывается ти. ристор 5 (конденсатор 7 заряжен с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок), конденсатор 7 начинает разряжаться по цепи: обкладка - диод 9 - сеть - нагрузка 1 - тиристор 5 - обкладка и перезаряжается до напряжения сети с полярностью, показанной на фиг. 1 в скобках. При этом тиристор 3 запирается.Когда напряжение на конденсаторе сравнивается с напряжением сети, открывается диод 11, Образуется короткозамкнутый контур нагрузки, по которому протекает ток (21), вызванный э.д,с. самоиндукции индуктивности нагрузки. Напряжение (18) при а = изменяет полярность (на фиг, 1 - в скобках) ив момент, определяемый углом включения (по фиг, 3 при а = 1 т,а по фиг.4 - при а = а,), повторно открывается тиристор 3, а тиристор 5 запирается обратным напряжением. Поскольку конденсатор 7 заряжен до напряжения сети (полярность в скоб ках), то диод 9 вначале закрыт. Конденсатор 7 начинает разряжаться через диод 11, нагрузку 1, тиристор 3 и перезаряжается до напряжения сети, с полярностью, показанной без скобок (фиг. 1), подготовившись таким образом к работе в очередной нолупериод первоначальной полярности сети. В момент равенства напряжений на обкладках конденсатора 7 и сети открывается диод 9 и через него и тиристор 3 избыточная реактивная энергия нагрузки рекуперируется в сеть. Так как ток (22) протекает навстречу напряжению (181 сети и скорость его спадания определяется в большей степени величиной противо - э,д.с. сети, то он быстро спадает до нуля в момент а=р+т (фиг. 3, 4), Ток (23) нагрузки представляет собой сумму токов, протекающих по отдельным элементам, а именно: ток(24) и ток (25) при повторном открывании, черездиод 10 и тиристор 4 - ток (26),При достижении током (22) нуля тиристор 3естественно запирается, а открывается тиристор 2,начинается процесс, аналогичный описанному в положительный полупериод, но только функции тиристоров 3, 5 выполняют тиристоры 2, 4, диодов 9,11 - диоды 8, 10, а конденсатора 7 - конденсатор б.На фиг, 3, 4 показаны временные диаграммынапряжений на конденсаторах 7, 6 - кривые 27, 28,Первоначальный заряд конденсаторов б или 7 происходит при отпирании тиристоров 4 или 5 присоответствующей полярности, а в момент отпирания тиристоров 2 или 3 (при а=р) тиристоры 4или 5 запираются, и протекает процесс, аналогичныйуказанному в ыше.Применение диодов в качестве коммутируемыхэлементов для регуляторов, управляемых с высо.кочастотной ШИМ, не позволяет обеспечить устойчивую работу устройства, так как изменение полярности на конденсаторах должно происходить с высокой частотой коммутации. Однако это невозможно из-за того, что при согласном направлениинапряжения сети и тока нагрузки перезаряду конденсаторов препятствует отпиранию диодов 8, 9, апри встречном - диодов 10, 11 (фиг. 1) . Предположим, что при полярности напряжения сети, показанной на фиг. 1 в скобках, ток нагрузки протекает поцепи: нагрузка 1 - тиристор 3 - диод 9 - сеть - нагрузка 1 навстречу напряжению сети (происходит рекуперация, запасенной реактивными элементами энергии в сеть), и конденсатор 7 заряжен полярностью.обозначенной на фиг. 1 без скобок, При отпираниитиристора 5 конденсатор 7 начинает разряжаться током нагрузки по цепи: нагрузка 1 - тиристор 5 - конденсатор 7 - диод 9 - сеть нагрузка 1, К тиристору 3 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Однако напряжение на конденсаторе не сможет изменить полярность, так как уже при снижении его до уровня напряжения сети открывается диод 11, образуя вместе с тиристором 5 короткозамкнутый контур нагрузки, и разряд конденсатора прекращается, При другой полярности напряжения сети уже открытие диода 9 препятствует перезаряду конденсатора 7 от полярности, показанной на фиг. 1 в скобках, к полярности без скобок Аналогично протекают процессы при работе другои группы вентилей 2, 4, 8, 10 и конденсатора 6. Таким образом, схема на фиг. 1 работоспособна при любых законах фазового управления и неработоспособна при высокочастотной ШИМ, что снижает ее функциональные возможности. Для исключения указанного недостатка устройства на фиг,) в качестве коммутируемых элементов используются тиристоры, которые позволяют сделать временную задержку для перезарядки конденсаторов. Когда уровень напряжения на обкладках конденсаторов достигнет напряжения, достаточного для очередной коммутации, датчиками 16, 17 открывается один из тиристоров 12, 13, 14 или 15.Рассмотрим работу регулятора, приведенного на фиг. 2. Пусть к регулятору приложено напряжение (18) сети (на фиг, 5 - пунктирная линия с полярностью, показанной на фиг, 2 без скобок, а обкладки конденсаторов 6, 7 имеют полярность, также показанную без скобок), Рассмотрим рабо су с момента включения тиристора э, налрнлср с мо. мента а=а (фиг,5). До этого открыты тиристоры 3 и 13 и ток (29) нагрузки, замыкаясь по последовательному контуру - сеть - нагрузка 1 - тиристоры 3, 13 - сеть, имеет направлекие, соглас. нос с сетью,. а к нагрузке прикладываегся нанряже. ние (30). Ниже ток (29) будет рассматриваться как ток, протекающий по отдельным контурам: ток (31) - по последовательному контуру, а ток (32)- по короткозамкнутому, При вк 1 ючени тиристо. ра 5 конденсатор 7 начинает разряжаться по цепи: обкладка - тиристор 13 - сеть - нагрузка 1, - тиристор 5 - обкладка, и к тиристору 3 прикладывается запирающее напряжение, под действием которого он выключается и восстанавливает свои управляющие свойства,Конденсатор 7 разряжается да нуля и перезаряжается током нагрузки до напряжения (поляр. ность на фиг, 2 в скобах)., всНчи 11 а когорого равна порогу срабатывания датчика 17. Послед 1 гий в этот момент выдает импульс на запуск тиристора 15. С включением тиристора 15 об,"азлая:,: рот;." замкнутый контур нагрузки через т 1.р 1 сОры 15, 5, по которому замыкается то:;, Оццерживаемый э.д.с. самоиндукции индуктивности нагрузки, а конденсатор 7 подготовлен к очередной коммутации. При а= вновь открывается тиристор 3. Конденсатор 7 разряжается через тиристор 15,нагрузку 1, тиристор 3, включает тиристор 5 и пере- заряжается с полярностью, показанной на фиг. 2 без скобок, до величины срабатывания датчика 17.Последний открывает тиристор 13, и вновь образуется последовательный контур.Процессы образования последовательного, иликороткозамкнутого контуров в течение полупериода, когда напряжение (18) сети и ток (29) нагрузки направлены согласно, протекают анало гично с частотой, определяемой задающим генератором.После изменения полярности напряжения сетипри а.=71 (фиг. 5) ток (29) сохраняет прежнее направление и протекает навстречу напряжению 15 (18) сети, т.е. наступает режим рекуперации (происходит отдача запасенной в предыдущем полупериоде индуктивностью нагрузки реактивной энер.гки в сеть), В этом рс яме по-прежнему продолжают работать тиристоры 3, 5, 13. 15 ц конденсатор 7 с датчиком 17 до тех лор, пока ток (29) нагрузки не достинег в момент а=а+Тнулевого значения. После этого в работу вступает группа тиристоров 2, 4, 12, 14 и конденсатор 6 с датчиком 16, при этом процессы протекают аналогично выше рассмотренным, В этом случае по последовательному контуру протекает ток (ЗЗ), а по короткозамкнутолг - ток (34)На фиг. 5 так:.е показаны временные диаграммы напряжс 11 ий на конденсаторах 7 нли б - кривые 30 35 и Зб, соответственно,Таким образом, поскольку в любой моментвремени на рузка подкгночсна к ссн. 1:и замкнута 1 акоОтко, форл 13 нап 1 яжевя 1 га ней не зависит От величины и характера нагр, зки и Определяется Зб только заданным 1 у 1:см р гънрованЯ.Ь О р м у;1 а и э О О р е ". е н н я401. Регулятор переменного напряжения, содерз;ацй коммутирующие конденсаторы и соединеннье последовательно и параллельно с выходными зажимали двухнолу 1 гериодные управляемые ключи, 45 состояцие иэ согласно.последовательно включен.ных тиристоров и полупроводниковых вентилей, Отлич а юший с я тем, что, с целью расширения.зона регулирова 1 пя прн иэмене 1 п 1 и величины;. характера нагрузки. Каждый нз указанных комй; .;рую 1 нх конденсаторов подкгночсн между точ.;.;Осдн 1 енл тиристоров н полупроводниковых вентилей Оооих упомянутых ключей.НСГ:Н то 1 НО 1 1, ОТЛНЧа 10 ЩИИСЯТЕМ)что нрн фазовом управлении в качестве полупрон;, цОвы,., н:ггю 1 е 1 0601" двухполч 1 ериодных КЛЮЧСй 11 Р 1,Е 1:ЕНЫ ДИОДЫ.3, Регулятор по и. 1. о т л и ц а ю ш и й с я тем,гг, с целью НовьнОЛ 1 Н устой 1 носи работы при 60 высокочастотной широтно-ща 1 ульсной модуляции,(+) в качестве полупроводниковых вентилей применены тиристоры, управляемые переходы которых соединены с выходными зажимами датчиков контроля уровня заряда конденсаторов, а входныезажимы указанных датчиков подключены параллельно коммутирующим конденсаторам.517122 и Составитель И. Галиева Техред И. Асталош Кеслср актор В. Фельдман Од ек Заказ 743/1 ЦНИ ета Совета й и открыт по делам изобрет 113035, Москва д. 4/5 шская лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Тираж 874 Государственного ко