Регулятор напряжения

О П И С А Н И Е942237ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоцналнстнчесинхРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53)М. Кл. Н 02 Р 13/16С 05 Р 1/16 Ъвударатюный кюмятвт СССР в двам взоврвтеннЯ н. етврытнЯ(72) Авторы изобретения А.В. Кобзев, Г.Я. Иихальченко и В,Д. Семейов4;т; 1Научно-исследовательский институт автоматикии электромеханики при Томском институте автоматизированныхсистем управления и радиоэлектроники(54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ 1Изобретение относится к преобразо. вательной технике, в частности к технике регулирования й стабилизации переменных и постоянных напряжений, колеблющихся вверх и вниз от своего5 номинального значения, и может найтиприменение в качестве источников электропитания для аппаратуры средств связи, радиоэлектроники, электротехнических установок в тех случаях,где важны высокие энергетические и минимальные массо-габаритные характеристики. Известны регуляторы переменного напряжения, выполненные по так называемой схеме с промежуточным звеномповышенной частоты 1 1 и 2 1.Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий высо кочастотный вольтодобавочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, регулируемый и нерегули- руемый коммутаторы на полностью управляемых ключах, каждый из которых выполнен по одной из. инверторных схем и подключен к одной из обмоток вольтодобавочного трансформатора, а также блок управления с задающим генератором, который своими выходами связан с управляющими входами ключей нерегулируемого коммутатора и через два фазосдвигающих узла с трансформаторными выходами - с управляющими входами, ключей регулируемого коммутатора 2.Однако известный регулятор имеет неоправданно пониженный КПД, особенно при питании от низковольтного источника, и повышенное количество управляемых ключей, так как коммутаторы выполнены по мостовой схеме и в цепи протекания тока нагрузки всегда включено два ключа. Выполнение коммутаторов по нулевой схеме не позволяет получить однополярную реверсивную модуляцию выходного напряжения, так как известные силовыедиаграммы работы регулятора поФиг. 1,Регулятор напряжения содержит высокочастотный вольтодобавочный трансформатор 1 (автотрансформатор в схеме по фиг. 3), регулируемый 2 й нерегулируемый 3 коммутаторы, на полностью управляемых ключах 4-7, блок8 управления с задающим генератором9 и двумя фазосдвигающими узлами10 и 11 с трансформаторными выходами, два согласующих трансформатора12 и 13 блока управления, один изкоторых через выпрямитель 14 соединен с управляющим входом нулевогоключа 15 регулируемого коммутатора 2,противотактные ключи б и 7 которогосоединены с выходом второго трансформатора 13 блока управления, К вы"ходным выводам. регулятора подключена нагрузка 16,В схемах на Фиг, 2 и 3 соединениявыходов блока управления с ключами4-7 и 15 ничем не отличаются отсоединений, показанных на Фиг.Взаимное переключение регулируемогои нерегулируемого коммутаторов изпервичной цепи трансформатора вовторичную также возможно и в схемена фиг. 3.На фиг, 4 представлены временныедиаграммы, поясняющие работу устройства на примере регулирования постоянного напряжения, где обозначено:17 - напряжение задающего генератора 9; 18 и 19 - выходные напряженияфазосдвигающих устройств 1 О и 11;20 - напряжение на выходе трансформатора 13; 21 - напряжение на выходетрансформатора 12; 22 - выходное напряжение выпрямителя 14; 23 - напряжение на нагрузке в режиме вольтодобавки; 24-27 - соответствующие напряжения в режиме вольтбдобавки; 28 и 29 напряжения трансформатора в режимевольтодобавки и вольтоотбавки в схемах на Фиг, 2 и 3.Качественно процесс регулированияпеременного напряжения Ничем не отличается от регулирования постоянногонапряжения, Естественно, что ключипри этом должны выполняться с двухсторонней проводимостью.Регулятор напряжения (на фиг. 1)работает следующим образом.При включении питания задающий генератор формирует импульсы 17(фиг.4),которые в противотакте поступают науправление ключами 4 и 5 нерегулиру 3 942237 ацепи схемы управления не обеспечивают требуемого алгоритма управленияи плавного перехода из режима вольтодобавки в режим вольтоотбавки черезнеискаженную передачу. 5Цель. изобретения - повышение технико-энергетических показателей регулятора.Поставленная цель достигается тем,что в известном регуляторе напряжения коммутаторы выполнены по инверторной схеме, с нулевым выводом, регулируемый коммутатор снабжен нулевым ключом, управляющий вход которого через дополнительно введенный15выпрямительный мост связан со встречно включенными выходными обмоткамитрансформаторов Фазосдвигающих узлов, а согласно включенные обмоткиэтих трансформаторов связаны с управ- щляющими входами ключей регулируемогокоммутатора,При этом регулируемый коммутаторподключен ко вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а упо- . 25мянутый нулевой ключ подсоединен параллельно выходным его выводам, образованным средней точкой вторичнойобмотки трансформатора и точкой соединения ключей коммутатора.30Кроме того, регулируемь 1 й кфммута, тор подключен к первичной обмоткевольтодобавочного трансформатора,а нулевой ключ включен между концамиэтой обмотки.целью уменьшения установленноймощности вольтодобавочного трансформатора, последний выполнен поавтотрансформаторной схеме.В целях между управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, его нулевого ключа и соответствующим образом включенными выходнымиобмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов установлены дополни-тельно введенные согласующие трансформаторы.3На фиг, 1 приведена функциональная схема регулятора, при включениирегулируемого коммутатора во вторичную цепь вольтодобавочного трансФорматора; на фиг. 2 - то же, привключении регулируемого коммутаторав первичную цепь вольтодобавочноготрансформатора; на фиг, 3 - то же, 55при выполнении трансформатора поавтотрансформаторной схеме со средней точкой; на фиг. 4 - временные5 94емого коммутатора 3. Ключи 4 и 5, поочередно замыкаясь, преобразуют постоянное напряжение источника пита ния в напряжение с частотой задающего генератора. Одновременно импульсы 17 совместно с сигналом 0(фиг.1)управляют работой фазосдвигающих узлов 1 О и 11, на выходе которых формируются импульсные последовательности 8 и 19 с регулируемыми угламизадержкии опережения р . Принекоторых углах ари р, (фиг. 4)в первичной обмотке трансформатора13, подключенной к согласно включенсным обмоткам фазосдвигающих узлов10 и 11, Формируется напряжение 20,которое через трансформатор 13 поступает на управление противотактных ключей 6 и 7 регулируемого коммутатора 2. В то же время в первичной обмотке трансформатора 12 Формируется напряжение 21 встречно включенных обмоток выходных трансформаторов фазосдвигающих узлов, которыечерез трансформатор 12 и выпрямитель 14 в виде последовательности 22поступает на управление нулевым ключом 15. На фиг. 4 видно, что при на-,личии сдвига ар иключи 6, 7и 15 коммутатора 2 замыкаются йоциклу 6-15-7- 15, обеспечивая режимрегулируемой вольтодобавки. Напряжение на нагрузке при этом представлено эпюрой 23 на фиг. 4. Очевидно,что при 0 о( = 0 и р = 0 напряжение на выходе выпрямителя 14 равнонулю, поэтому ключ 15 всегда разомкнут, а ключи 6 и 7 замыкаются на время, равное полупериоду напряжения17, обеспечивая режим максимальнойвольтодобавки. При ор и р, равнымчетверти периода, напряжение натрансформаторе 15 равно нуно, а навыходе выпрямителя 14 действует постоянное напряжение, обеспечиваязамкнутое состояние ключа 15 " такдостигается режим неискаженной. пере",дачи.Дальнейшее увеличение углов регу"лирования, например, до значений Ыр, р (фиг. 4) позволяет получитьна выходах трансформаторов 12 И 13импульсные последовательности 25и 24, соответственно, а на выходевыпрямителя 14 - последовательность26. Этим обеспечивается обратный цикл 7-15-6-15 переключения,ключей регулируемого кОммутатора 2 и перевод регулятора в режим вольто" 2237 6отбавки. Напряжение на нагрузке 16имеет вид, показанный на фиг. 4 эпюрой 27, И, наконец, при углах а. ри р = 180 напряжение на выходе мос" з та 14 становится равным нулю, ключ15 все время разомкнут, а поочередное замыкание .противотактных ключейпо циклу 7-6 обеспечивает режиммаксимальной вольтоотбавки.16 Так реализуется нулевой двухтакт"ной схемой на фиг. 1 однополярнаяреверсивная модуляция требуемой части напряжения источника питания,В схеме на фиг, 2 и 3 функцию ре% гулирования напряжения выполняет регулируемый коммутатор, включенныйв первичную цепь вольтодобавочноготрансформатора (автотрансформатора).Алгоритмы работы ключей 6, 7 и 15 щ регулируемого коммутатора ничем неотличаются от рассмотренных выше(Фиг. 4), Образование регулируемойпаузы и режима неискаженной передачиосуществляется в схемах на фиг. 2 а и 3 путем закорачивания нулевым клю-чом 15 обмотки трансформатора (автотрансформатора) 1, при этом форманапряжения на его обмотках в режимевольтодобавки (при Ыр и 5 р) обоззв начена на фиг. 4 эпюрой 28, а в режиме вольтоотбавки (при ори р)эпюрой 29. Выпрямление этого напряжения осуществляет нерегулируемый :коммутатор 3, ключи которого замыкаются в противотакте сасно управляющим импульсам 17 задающегогенератора 9.Таким образом, регулятор напряжения позволяет, повысить КПД за счет 4 в исключения из цепи протекания токанагрузки ключевого элемента, уменьшить их число, а в схеме на фиг. 3дополнительно снизить вес трансформа",торного оборудования на 1 Опутем замены трансформатора на автотрансформатор.На основе предложенных структурлегко строятся глубокорегулируемыесистемы с многозонной модуляцией,причем здесь повышение КПД и уменьшение числа ключей становится, наибо.лее ощутимым. Легко строятся такжепреобразователи частоты, реверсивные.пеобразовйтели приводов постоянного Итока с повышенным диапазоном регулирования, усилители низкой частоты,анодные модуляторы. При необходимости,согласования напряжения источника пиlтания или напряжения нагрузки с до7 942237пустимым напряжением ключей нерегули-руемый коммутатор может выполнятьсяи по мостовой схеме,формула изобретения 1. Регулятор напряжения, содержащий высокочастотный вольтодобавочный трансформатор с первичной и вторич ю ной обмотками, регулируемый и нерегу. лируемый коммутаторы на полностью управляемых ключах, каждый из которых выполнен по одной из инверторных схем и подключен к одной из обмоток вольтодобавочного трансформатора, а также блок управления с задающим генера. тором, который своими выходами связан с управляющими входами ключей нерегулируемого коммутатора и через два фазосдвигающих узла с трансформаторными выходами - с управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технико-энер-гетических показателей, коммутаторы выполнены по цнвертормой схеме с нулевым выводом, регулируемый коммутатор снабжен нулевым ключом, управляющий вход которого через дополнительно введенный выпрямитею 1 ьный мост связан свстречно включенными выходными обмотками трансформаторов фаэосдвигающцх узлов, а согласно включенные обмотки этих трансформаторов связаны с управляющими входами ключей регулируемого коммутатора. 82, Регулятор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что регулируе-мый коммутатор .подключен ко вторич",ной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а упомянутый нулевой ключподсоединен параллельно выходным еговыводам, образованным средней точкойвторичной обмотки трансформатора иточкой соединения ключей коммутатора.3. Регулятор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что регулируемый коммутатор подклюЧен к первичнойобмотке вольтодобавочного трансформатора, а нулевой ключ включен междуконцами этой обмотки.Регулятор по пп. 1-3, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения установленной мощности вольтодобавочного трансформатора, последний выполнен по автотрансформаторной схеме.5. Регулятор по пп. 1-4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в цепяхмежду управляющими входами ключейрегулируемого коммутатора, его нулевого ключа и соответствующим образомвключенными выходными обмоткамитрансформаторов фазосдвигающих узловустановлены дополнительно введенныесогласующие трансформаторы,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ю 317300,кл. 321-60/Н 02 5(16) 1970.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ю 2136692, 1703.76аз Ь 861/ Патент", г. Ужгород, ул. Проектн филиал Тираж 7218 НИИПИ Государствепо делам иэобрет 13035, Москва, 1-35 Подписноеного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д