Регулятор переменного напряжения и способ управления этим регулятором

САН ИЕ ЕТЕНИЯ Союз Советскнх Соцмалмстмчеснмн Республик(51) М. Кл СО 5 Г 1 Д Н 02 Р 13 аударетеенный намнтет СССР м делам нэобретеннй н аткрытнйублнковано 25.02,79 Бюллетень7 ата опубликования описания 28,02,79(72) Автори изобретеии зев и Г. Я. Михальченко Научно-исследовательский институт автомати электромеханики при Томском институтесистем управления и радиоэлектроники аявите матизироваццы 4) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕН УПРАВЛЕНИЯ ЭТИМ РЕГУЛЯТОРОМ ПО СОВ диагоналев диагонал рвичного мос горичного мо а, вторичнаяга, а выховязаны с уптсгвуюших ды фазосдвигаю равляющими вх пар ключей вгоИзвестен га таким регуляго последовательц мых на управля чее дами соотвеичного мосже способ у ени ром путемстей имцул ющие входь венеция сов подаваеключей вгоричцого моста. Однако изве ный регулятор регулятором и ические показ и спос меют поравленця эти ниженцые эцерг качество выход цой причиной э ная амплитуда ряжения, равная обмотки высоко агели и ого напряжениого являетсяульсаций выхо Основачи тельного нап- вгоричной личина ЭДС стогного тра сформ рае В предл равления с женном регуляторе бжен двумя дополн шими ячейками и д числу витков допо лок уптельными умя одиосдвигаю ковым ни тельго гранИзобретение относится к преобразовательной технике, в частности к техникерегулирования и стабилизации переменного напряжения, колеблющегося вверх ивниз от своего номинального значения, иможет найти применение в качестве источников электропитания для аппаратурысредств связи, радиоэлектроники, различцых электротехнических установок и распределительных электрических сетей втех случаях, когда важны минимальныемассо-габаритные показатели и высокиеэнергетические характеристики,Известен регулятор переменного напряжения с высокочастотным вольгодобавочным каналом, содержащин первичныйи вторичный мосты на полностью управляемых ключевых элементах, а такжевысокочастотный трансформатор с первичной и вторичной обмотками и блок управления, включающий в себя задающийгенератор и две фазосдвигающие ячейки,причем первичная обмотка высокочасгогного трансформатора включена в одну из ными обмотками высокочасгосформатора, причем входы фазосдвигающих ячеек подключены к упомянутому задающему генератору, выходы каждой из них связаны с управляющими входамц пар смежных ключей первичного моста, соединенных с одним и тем же входным выводом регулятора, дополнительные обмотки включены противофазно последовательно с одним из смежных ключей одной пары, а число витков первичной обмотки высокочастотного трансформатора соответствует четверти диапазона регулирования напряжения.Кроме того, регулирование выходного напряжения в зоне повышенных и пониженных его значений осуществляют измеонецием сдвига на 180 фазы импульсов, подаваемых ца пары. смежных ключей первичного моста, причеМ в каждой из упомянутых зоц изменяют фазу импульсов, подаваемых ца управляющие входы смежных ключей только одной пары, а регулирование напряжения в зоне средних его значений (между максимумом н минимумом) производят одновременным изменением фаз импульсов, подаваемых ца управляющие входы ключей вторичного моста, фиксируя при этом фазы импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей первичного моста.Зто позволяет улучшить энергетические показатели и качество выходногонапряжения.На фиг, 1 показана схема, регулятора переменного напряжения с высокочастотным вольтодобавочным каналом; на фиг. 2- эпюры, иллюсгрирующие работу регулятора в верхней зоне, на фиг. 3 - в средней и на фиг, 4 - в нижней зонах. Регулятор содержит высокочастотный трансформатор 1 с первичной Ю 1 и вгоричцой М 2 обмотками, включенными в один из диагоналей первичного 2 и вторичного 3 мостов на полностью управляемых ключевых элементах 4-11, а такие блок управления 12. Последний содержит задающий генератор 13, фазосдвигающие ячейки 14, 15 с регулируемыми углами задержки и опережения, выходы которых связаны через блок усилителей 16 с управляющими входами соответствующих пар ключей 8, 10 и 9, 11 вторичного моста, и две фазосдвигаюшие ячейки 17, 18, связанные выходами через блок усилителей с управля 1 ощими входами смежных пар ключей 4, 6 и 5, 7 первичного моста, соединенных с одним и тем же входным выводом регулятора. Пертцчнаяцепь трацсформатора снабжена одинаковыми по количеству витков дополнительными обмотками Й и И 4 высокочастот ного трансформатора, которые включеныпротцвофазно последовательно с однимиз смежных ключей одной пары 4, 6, аколичество витков первичной обмотки%высокочастотного трансформатора соотг ветствует четверти диапазона регулирования напряжения. К выходу регулятораподключена нагрузка 19.На эпюрах приняты следующие обозначения: 20 - напряжение сети 21 - управляющие импульсы фазосдвигающейячейки 18, которые подают в противотакте на ключи 5 и 7, 22 - управляющие импульсы фазосдвигаюшей ячейки17, которые подают в противотакте цаключи 4 и 6, 23 - напряжения вторичной обмотки В 2 трансформатора, 24 - управляющие импульсы фазосдвигаюшейячейки 14, которые подают в противотакте ца ключи 8 и 10, 25 -управляющие импупьсы фа:юсдвигающей ячейки 15, которые подают в противотактена ключи 9 и 11, 26 - напряжения навыходе моста 3 вторичной цепи; 27 напряжения на нагрузке, 28-44 - соот- ЗОветствующие сигналы для двух другихзон регулирования.Предполоким напряжение ца нагрузкемаксимально, Управляющие импульсы 21,22 и 24 находятся в фазе один с другим и положительные импульсы этихпоследовательностей соответствуют включенному состоянию ключей 4, 7 и 8, 9коммутаторов 2 и 3, а отрицательцые -включенному состоянию ключей 5,6 и О10, 11, В этом режиме ключи моста 2замыкаются по циклу 7, 4 - 5 6 (рядом стоящие цийры означают одновременно замкнутое состояние соответствующих им ключей) и к напряжению се 5ти подключаются попеременно дополнительные обмотки Ъ и 5,( . Посколькуони включены про тивофазно последовательно с ключами 4, 6, во вторичной 5 Ообмотке Я трансформатора 1 формиру 2ется высокочастотное напряжение (23)с максимальным коэффициентом трансформации. Ключи моста 3 замыкаютсяпо циклу 8, 9 - 10, 11, обеспечивая согласное включение ЗДС вторичной обмотки В 2 с напряжением сети, На выходеэтого моста действует синусоидальноенапряжение (26), которое,сумыируисьс напряжением сети (20) прикладывает 648960 6ся к нагрузке. Так обеспечивается первый уровень неискаженного синусоидвльного напряжения ( 27) на нагрузке (19).Регулирование напряжения в верхней зоне - зоне повышенных его значений, по предложенному способу управления достигается изменением сдвига фазы импульсов (21) нв угол Йр (фиг. 2), подаваемых на управление ключами 5 и 7. В этом режиме ключи моста 2 замыкаются по циклу 5,4 - 4,7 - 7,6 - 6,5, что позволяет дискретно с повышенной частотой изменять коэффициент трансформации трансформатора 1, так как при замыкании ключей 4,5 либо 6,7 ( ца времй й р, ) к напряжению сети одновременно подключаются две секции Ф Ф %1 либо %4 Ф Ю 1, что соответствуег минимальному коэффициенту трансформации. Это определяет форму напряжения (28) вторичной обмотки трансформатора 1. На выходе моста 3 действует напряжение 29, а на нагрузке - 30, Увеличение угла регулирования К 1 доо180 С (фиг, 3) позволяет получить следующий цикл замыкания ключей моста 2,4,5 - 6,7, при котором к напряжению сети все время подключаются по две секции 9/ Ф Ф 1 и 94 4 В 1 . Это определяет минимальное напряжение (31) вторичной обмотки.и синусоидальное напряжение (32) на выходе моста 3. Иа нагрузке также действуег синусоидальцое напряжение (33).Регулирование напряжения в зоне средних его значений ( между максимумом и минимумом) осуществляют одновременным изменениемфаз импульсов (24,25) моста 3 вторичной цепи. Фиксация же фаз импульсов (21, 22) первичного моста позволяет поддержать при регулировании в средних зонах минимальный коэффициент трансформации, а следовательно, и напряжение (31) вторичной обмотки трансформатора. При углах регулирования оБир импульсов (24, 25) меньших четверги периода повышенной частоты ключи моста 3 замыкаются по циклу 10,9 - 9,8 - 8, 11 -11,10. При этом напряжение на его выходе имеет вид кривой 34, а на нагрузке - кривой 35. При углах регулирования Й и Ъравных четверги периода повышенной частоты с циклом 8,11- 9,10 напряжение на выходе моста 3 равно нулю, а на нагрузке действует синусоидальное напряжение (36) равное напряжению сети (20). Дальнейшее увеличение углов регулирования аи 5 р импульсов 24, 25 обеспечиваетцикл 9, 10 - 10, 11 - 1 1,8 - 8, 9 и позволяет реверсировать выходное напряжение вторичного моста, С этого времени 5 регулятор переходит в режим вольтоотбавки, так как на нагрузке дейсгвуегнапряжение (38) меньшее напряжениясети. При установлении углов регулирования С, и (Ь равными;полупериоду 1 О напряжения повышенной частоты импульсы24, 25 снова совпадают по фазе и обеспечивают цикл замыкания ключей моставторичной цеп и 1 О, 1 1 - 8, 9. В этомрежиме на выходе вторичного моставновь действует синусоидальное напряжение 39, а ца нагрузке напряжение 40.Регулирование напряжения в нижнейзоне - в зоне пониженных его эцаченийосушествляют сдвигом по фазе импульсов22, подаппемых на другую пару ключей4 и первичного моста 2, При угле регулирования с (фиг. 4) ключи мосгв 2Рзамыкаются по циклу 6,5 - 5,4 - 4,7 -7,6, что приводит к дискретному увеличению коэффициента трансформации трансформатора внутри каждого полупериоданапряжения цовышенцой частоты, напряжение вторичной обмотки %2 трансформатора снова имеет вид кривой 41. Поскольку цикл 10,11- 8,9 моста 3 всевремя обеспечивает встречное включениенапряжения вторичной обмотки трансформатора с напр:жецием сети, это и определяет как фазу выходного напряжения 3542 моста 3, так и величину напряжения43 на нагрузке. Увеличение угла с 6 ра 2до 180 приводит к режиму когда наптряжение ца нагрузке 44 минимально, гак,как определяемый фазами импульсов 21, о22 цикл 4,7 позволчег поддерживатьмаксимальный коэффициент грацсформации,Таким образом, предложенный регулятор переменного цапряжения и способ управлеция этим регулятором позволяют в заданном диапазоне регулирования получить пять уровней неискаженного сицусоидального напряжения на нагрузке с высокочасгогной широтно-импульсной модуляцией между любыми соседними уровнями и существенно повысить энергегиче-е ские показатели и качество выходного напряжения,Формула нзобре гения1. Регулятор переменного напряженияс высокочастотным вольгодобавочцым каналом, содержащий первичный и вторичный мосты на полностью управляемыхключевых элементах, а также высокочастотный трансформатор с первичной и вторичной обмотками и блок управления,включающий в себя задающий генератори две фаэосдвигающие ячейки, причемпервичная обмотка высокочастотноготрансформатора включена и одну из диагоналей первичного моста, вторичная -вдиагональ вторичного моста, а выходыфаэосдвигающих ячеек связаны с управляющими входами соответствующих пар ключей вторичного моста, о г л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью улучшенияэнергетических показателей и качествавыходного напряжения, блок управленияснабжен двуми дополнительными фазосдвига 1 ощими йами и двумя динаровымипо числу витков дополнительными обмотками высокочастотного трансформатора,причем входы фазосдвигающих ячеек подключены к упомянутому задающему генератору, выходы каждой из них связаны суправляюп 1 ими входами пар смежных ключей первичного моста, соединенных с одним и тем же входным выводом регулятора, дополнительные обмотки включены прогнвофазно последовательно с однчм изсмежных ключей одной пары, а число витков первичной обмотки высокочастотноготрансформатора соогвегсгвуег четверги 3 диапазона регулирования напряжения.2. Способ управления регулягоромпеременного напряжения по п. 1 путемизменения фаз последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие 16 входы ключей первичного и вторичногоего мостов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, регулирование выходного напряжения в зоне повышенных и пониженныхего значений осуществляют изменением сдвиога на 180 фазы импульсов, подаваемых напары смежных ключей первичного моста,причем в каждой из упомянутых эон изменяют фазу, импульсов, подаваемых науправляющие входы смежных ключей 2 О только одной пары, а регулирование напряжения взоне средних его значениймежду максимумом и минимумом)производятодновременным изменением фаз импульсов, подаваемых на управляющие входыключей вторичного моста, фиксируя приэтом фазы импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей первичногомоста.648960 Сосгавигедь Г. МыцыкРедакгор Е. Кравцова Техред 3 фанКоррекгор Е, Папи и иал ППП Пагенг, г. Ужгород, уд. Проекгн аз 818/59 ЦНИИ и 113035, Госудделамква,ж 1014 . Подписно сгвенного комигега СССР изобрегений и огкрыгийЖ, Раущскаи наб., д, 4/5