РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество входного и выходного токов остается высоким. Такой регулятор может быть использован как стабилизатор трехфазного переменного напряжения, бестрансформаторное устройство повышения переменного напряжения, регулируемый источник стабильного переменного напряжения и как устройство плавного пуска асинхронных двигателей.

Известен регулятор переменного напряжения (патент 2122274 C1 RU, МПК H02M 5/22. Регулятор трехфазного напряжения), содержащий в каждой фазе последовательно включенные входной LC-фильтр, входной ключ, выполненный в виде встречно-параллельного соединения вентиля с полным управлением и диода, реактор выходного фильтра, а также выходной ключ, подсоединенный к точке соединения входного ключа и реактора выходного фильтра.

Однако указанный регулятор имеет недостаток - автономию фаз нагрузки, что зачастую недоступно.

Кроме того, известен регулятор переменного напряжения (патент 2373625 С1 RU, МПК H02M 5/257. Многозонный регулятор переменного напряжения), который является прототипом предлагаемого изобретения, содержащий в каждой фазе цепочку из n-последовательно включенных конденсаторов, две группы управляемых однонаправленных ключей из n вентилей и две группы диодов из n-1 диодов каждая, причем одна подгруппа n управляемых однонаправленных ключей, соединенных последовательно, подключена катодом крайнего ключа к фазе питающей сети, а анодом другого крайнего ключа подгруппы - к соответствующей фазе нагрузки, вторая группа последовательно включенных управляемых ключей подключена анодом крайнего ключа к той же фазе питающей сети, а катодом - к той же фазе нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых ключей первой подгруппы и отводами цепочки из n-последовательно включенных конденсаторов включены диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, между катодами последовательно включенных управляемых ключей второй подгруппы и отводами цепочки из n-последовательно включенных конденсаторов также включены диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам, последовательно включенных конденсаторов.

Однако этот регулятор имеет низкое качество выходного напряжения и входного тока.

Задачей предлагаемого изобретения является создание регулятора переменного напряжения с улучшенным качеством выходного напряжения и входного тока.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом регуляторе в каждой фазе параллельно балластным конденсаторам введены цепочки из последовательно соединенных балластного реактора и ключа переменного тока, а каждый ключ переменного тока параллельно соединен с демпфирующим резистором и конденсатором.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого регулятора переменного напряжения. На фиг.2 приведены временные диаграммы токов и напряжений. На диаграммах токов и напряжений (фиг.2) показаны: а) входной ток i_A и напряжение фазы А u_A предлагаемого регулятора переменного напряжения, б) входной ток i_A и напряжение фазы А u_A прототипа, в) импульсы, подаваемые на ключ переменного тока реакторной ветви в разных ячейках, г) напряжение на ячейках, д) выходной ток i_HA и напряжение нагрузки u_HA предлагаемого регулятора переменного напряжения, е) выходной ток i_HA и напряжение нагрузки u_HA прототипа. На фиг.3 показана векторная диаграмма, поясняющая принцип работы регулятора.

Предлагаемый регулятор содержит в каждой фазе цепочку из n последовательно соединенных ячеек, состоящих из цепочки последовательно соединенных демпфирующего резистора 1 и демпфирующего конденсатора 2 параллельно соединенных с ключом переменного тока 3, которые последовательно соединены с балластным конденсатором 4 и параллельно с балластным реактором 5, нагрузка 6 последовательно соединена с последней ячейкой.

Регулятор (фиг.1) работает следующим образом. Импульсы (фиг.2в), подаваемые на ключи 3, поочередно включают их, тем самым замыкая и разрывая цепи, содержащие балластные реакторы 5, которые обеспечивают работу двух- и n-ячеек, которые и определяют количество зон 2 или n. Ячейки содержат балластные реакторы 5, конденсаторы 4 и ключи переменного тока 3. В зависимости от длительности включения ключа, возможно осуществить регулирование, в результате которого изменяется напряжение на нагрузке. Особенность работы двух ячеек заключается в том, что импульсы, подаваемые на ключи переменного тока 3 в разных ячейках, сдвинуты друг относительно друга по фазе на угол, равный 360n/N, где N-число последовательно включенных ячеек в фазе, n-номер ячейки. Это обеспечивает повышение качества входной и выходной энергии регулятора, что видно по уменьшению величины пульсаций в выходном напряжении (фиг.2д) по сравнению с пульсациями напряжений ячеек (фиг.2г) и выходным напряжением в одноячейковом регуляторе (фиг.2е). Благодаря многозонности регулятора возможно получить более высокое повышенное выходное напряжение по сравнению с аналогичными регуляторами с меньшим числом зон, т.к. коэффициент преобразования каждой ячейки остался прежним, а входное напряжение увеличилось пропорционально числу зон. При переключении вектора V_1L (фиг.3) можно получить необходимое напряжение на нагрузке, поскольку результирующий вектор выходного напряжение будет определяться геометрической суммой векторов V_1C и V_1L, тогда как вектор V_1C всегда будет оставаться включенным. За счет использования балластных конденсаторов 4 и реакторов 5 можно получить результирующее напряжение на нагрузке, которое будет регулироваться, исходя из комбинации напряжений на балластных конденсаторах 4 и реакторах 5 и изменения длительности импульсов, подаваемых на ключи 3 соответственно.

Демпфирующий резистор 1 и демпфирующий конденсатор 2 необходимы, чтобы во время выключения ветви с реактором, накопленная в нем энергия перенаправилась в демпфирующую ветвь, такое решение позволяет улучшить качество напряжения в нагрузке.

Таким образом, в предлагаемом регуляторе переменного напряжения улучшается качество входной и выходной энергии регулятора, что видно по уменьшению величины пульсаций в выходном напряжении по сравнению с пульсациями напряжений ячеек и выходным напряжением в одноячейковом регуляторе.

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество входного и выходного токов остается высоким. Технический результат заключается в создании регулятора переменного напряжения с улучшенными качествами выходного напряжения и входного тока. Для этого заявленное устройство содержит в каждой фазе цепочку из n-последовательно включенных конденсаторов, две группы управляемых однонаправленных ключей из n вентилей и две группы диодов из n-1 диодов каждая, в устройство введены в каждую фазу цепочки из n-последовательно соединенных ячеек, состоящих из цепочки последовательно соединенных демпфирующего резистора и демпфирующего конденсатора, параллельно соединенных с ключом переменного тока, которые последовательно соединяют с балластным конденсатором и параллельно с балластным реактором, а нагрузка последовательно соединена с последней ячейкой. 3 ил.

Регулятор переменного напряжения, содержащий в каждой фазе цепочку из n-последовательно включенных конденсаторов, две группы управляемых однонаправленных ключей из n вентилей и две группы диодов из n-1 диодов каждая, отличающийся тем, что в него вводят в каждую фазу цепочку из n последовательно соединенных ячеек, состоящих из цепочки последовательно соединенных демпфирующего резистора и демпфирующего конденсатора, параллельно соединенных с ключом переменного тока, которые последовательно соединяют с балластным конденсатором и параллельно с балластным реактором, а нагрузка последовательно соединена с последней ячейкой.