Регулятор переменного напряжения Российский патент 2025 года по МПК H02M5/12 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения в регулируемое по значению переменное напряжение, например, при создании систем плавного пуска, в различных установках, использующих электропривод переменного тока.

Известен регулятор переменного напряжения (описанный в патенте RU 2368937 C1, регулятор переменного напряжения, автор: Зиновьев Геннадий Степанович. Опубликовано: 27.09.2009 Бюл. № 27), который, содержит группу из управляемых двунаправленных ключей (тиристоров или транзисторов) и трансформатор, у которого разделяют на секций вторичную обмотку, группу из управляемых двунаправленных ключей подключают к вторичной обмотке трансформатора и разделяют на две подгруппы управляемых однонаправленных ключей, также вводят дополнительно две группы диодов, причем одна подгруппа управляемых однонаправленных ключей, соединяют последовательно, подключают катодом крайнего управляемого однонаправленного ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а анодом другого крайнего управляемого однонаправленного ключа подгруппы - к одному выводу нагрузки, вторую группу управляемых однонаправленных ключей включают последовательно, затем подключают анодом крайнего ключа к началу вторичной обмотки трансформатора, а катодом - к тому же выводу нагрузки, при этом между анодами последовательно включенных управляемых однонаправленных ключей первой подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора включают диоды первой дополнительной группы, катодами к отводам, аналогично, между катодами последовательно включенных управляемых однонаправленных ключей второй подгруппы и отводами секций вторичной обмотки трансформатора также включают диоды второй дополнительной группы, анодами к отводам обмотки.

В указанном регуляторе переменного напряжения существенным недостатком является то, что снижено качество регулируемого выходного напряжения, во входном токе регулятора присутствуют низкочастотные гармоники.

Кроме того, известен регулятор переменного напряжения (описанный в патенте SU 404172 A1, регулятор переменного напряжения, авторы: Карташов Роберт Петрович, Жарский Богдан Корнилович. Опубликовано: 26.10.1973 Бюл. № 43), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, который один конденсатор и один дроссель соединённых в Г-образную форму сглаживающего фильтра с нагрузкой, и две группы управляемых однонаправленных ключей отличающийся тем, что одна группа управляемых однонаправленных ключей соединена последовательно с сглаживающим фильтром, а вторая группа управляемых однонаправленных ключей соединена параллельно с сглаживающим фильтром. Каждая группа управляемых однонаправленных ключей состоит из двух управляемых однонаправленных ключей. Управляемые однонаправленные ключи в каждой группе соединены антипараллельно. Группа управляемых однонаправленных ключей, соединённых последовательно с сглаживающим фильтром, одним своим выводом подключены к сети, а вторым выводом к первому входу Г-образной формы сглаживающего фильтра. Группа управляемых однонаправленных ключей, соединённых параллельно с сглаживающим фильтром, одним своим выводом подключены к первому входу Г-образной формы сглаживающего фильтра, а вторым выводом ко второму входу Г-образной формы сглаживающего фильтра. Нагрузка подключена одним выводом к первому входу Г-образной формы сглаживающего фильтра, а вторым выводом ко второму входу Г-образной формы сглаживающего фильтра.

В указанном регуляторе переменного напряжения существенным недостатком является то, что большее количество управляемых полупроводниковых приборов, а также отсутствует возможность повышения напряжения на выходе регулятора.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение качества выходного напряжения регулятора, а также устранение низкочастотных гармоник входного тока, который потребляется от входной сети, снижение количества управляемых полупроводниковых приборов, возможность повышения напряжения на выходе регулятора.

Поставленная задача достигается тем, что регулятор переменного напряжения содержит один конденсатор и один дроссель соединённых в Г-образную форму сглаживающего фильтра с нагрузкой, и одну группу управляемых однонаправленных ключей у которого на входе со стороны питающей сети содержится повышающий трансформатор. У данного регулятора группа управляемых однонаправленных ключей состоит из двух управляемых однонаправленных ключей. Управляемые однонаправленные ключи в группе соединены антипараллельно. Группа управляемых однонаправленных ключей одним выводом подключена к первичной стороне повышающего трансформатора, а вторым выводом к сети, оставшийся вывод первичной стороны повышающего трансформатора подключен к сети. К первому выводу Г-образной формы сглаживающего фильтра подключен один вывод вторичной стороны повышающего трансформатора, а вторым выводом вторичной стороны повышающего трансформатора подключен ко второму входу Г-образной формы сглаживающего фильтра. Нагрузка подключена одним выводом к первому входу Г-образной формы сглаживающего фильтра, а вторым выводом ко второму входу Г-образной формы сглаживающего фильтра. У данного регулятора в качестве управляемых однонаправленных ключей используются полностью управляемые тиристоры или транзисторы.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 приведена эпюра напряжения сети и эпюра напряжения на нагрузке для случая включения импульсов управления с коэффициентом заполнения равным 1. На фиг. 3 приведена эпюра напряжения сети и эпюра напряжения на нагрузке для случая включения импульсов управления с коэффициентом заполнения равным 0,3. На фиг. 4 приведена эпюра напряжения сети и эпюра напряжения на нагрузке для случая включения импульсов управления с коэффициентом заполнения равным 0,1.

Устройство - регулятор переменного напряжения (фиг. 1) содержит повышающий трансформатор, один конденсатор и один дроссель соединённых в Г-образную форму сглаживающего фильтра с нагрузкой, и две группы управляемых однонаправленных ключей. На фиг. 1 к питающей сети 1 одним выводом первичной стороны подключен повышающий трансформатор 2, а другом выводом к сети подключена группа управляемых однонаправленных ключей 3 и 4 соединенных антипараллельно, а вторым выводом данная группа ключей соединена с оставшимся выводом первичной стороны повышающего трансформатора. К одному выводу вторичной стороны повышающего трансформатора подключен дроссель 5, ко второму выводу дросселя 5 подключен одни выводом конденсатор 6. К узлу соединения дросселя с конденсатором подключена одним выводом нагрузка 7. Вторым выводом нагрузка подключена к оставшемуся выводу конденсатора. К узлу соединения нагрузки и конденсатора оставшимся выводом подключен оставшийся вывод вторичной стороны повышающего трансформатора. Блок 8 контролирует напряжение на нагрузке 7 и передает данные в блок 9, который служит для реализации системы управления управляемыми однонаправленными ключами к ним 3 и 4 к их выводам управления подключен блок управления 9. Данные о полярности передаются с блока 10 в блок 9.

Устройство - регулятор переменного напряжения (Фиг. 1) работает следующим образом. Первоначально рассмотрим случай использования транзисторов в качестве управляемых однонаправленных ключей. В случае использования транзисторов и полностью управляемые тиристоров конфигурация регулятора та же. Блок определения полярности 10 определяет полярность напряжения питающей сети и передает ее в блок управления 9. Блок определения напряжения на нагрузке 8 определяет напряжение на нагрузке и передает ее в блок управления 9. Для случая положительной полярности блок управления 9 вырабатывает импульсы управления с коэффициентом заполнения и передает их на вход управления управляемого однонаправленного ключа 3. Напряжение на нагрузке 7 будет пропорционально сетевому напряжению и коэффициенту с учетом коэффициента повышения трансформатора и параметрам системы управления 9. Для случая отрицательной полярности блок управления 9 вырабатывает импульсы управления с коэффициентом заполнения и передает их на вход управления управляемого однонаправленного ключа 4. Напряжение на нагрузке 7 будет пропорционально сетевому напряжению и коэффициенту с учетом коэффициента повышения трансформатора и параметрам системы управления 9. Таким образом на нагрузке 7 формируется напряжение, которое не содержит низкочастотные гармоники, а только первую и гармоники пропорциональные частоте подачи импульсов управления блока управления 9, которые фильтруются Г-образной формы сглаживающего фильтра из дросселя 6 и конденсатора 7. Из сети потребляется высокочастотный ток, промоделированный по синусоиде, который в свою очередь также не содержит низкочастотных гармоник. Высокочастотные гармоники в большей степени фильтруются распределенными параметрами фидера и входного фильтра. Таким образом можно отметить, что происходит повышение качества выходного напряжения регулятора, устранение низкочастотных гармоник входного тока, который потребляется от входной сети. Кроме того, используется всего 2 управляемых однонаправленных ключа, что по сравнению с аналогом и прототипом позволяет снизить количество используемых управляемых полупроводниковых приборов.

Рассмотрим случай использования полностью управляемых тиристоров в качестве управляемых однонаправленных ключей. Блок определения полярности 10 определяет полярность напряжения питающей сети и передает ее в блок управления 9. Блок определения напряжения на нагрузке 8 определяет напряжение на нагрузке и передает ее в блок управления 9. Для случая положительной полярности блок управления 9 вырабатывает импульсы управления с коэффициентом заполнения и передает их на вход управления управляемого однонаправленного ключа 3. Напряжение на нагрузке 7 будет пропорционально сетевому напряжению и коэффициенту с учетом коэффициента повышения трансформатора и параметрам системы управления 9. Для случая отрицательной полярности блок управления 9 вырабатывает импульсы управления с коэффициентом заполнения и передает их на вход управления управляемого однонаправленного ключа 4. Напряжение на нагрузке 7 будет пропорционально сетевому напряжению и коэффициенту с учетом коэффициента повышения трансформатора и параметрам системы управления 9. Таким образом, на нагрузке 7 формируется напряжение, которое не содержит низкочастотные гармоники, а только первую и гармоники, пропорциональные частоте подачи импульсов управления блока управления 9, которые фильтруются Г-образной формы сглаживающим фильтром из дросселя 6 и конденсатора 7. Из сети потребляется высокочастотный ток, промоделированный по синусоиде, который в свою очередь также не содержит низкочастотных гармоник. Высокочастотные гармоники в большей степени фильтруются распределенными параметрами линии электропередачи и входного фильтра. Таким образом, можно отметить, что происходит повышение качества выходного напряжения регулятора, устранение низкочастотных гармоник входного тока, который потребляется от входной сети. Кроме того, используется всего 2 управляемых однонаправленных ключа, по сравнению с прототипом и аналогом позволяет снизить количество используемых управляемых полупроводниковых приборов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества выходного напряжения регулятора, а также устранение низкочастотных гармоник входного тока, который потребляется от входной сети, снижение количества управляемых полупроводниковых приборов, возможность повышения напряжения на выходе регулятора

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения в регулируемое по значению переменное напряжение. Технический результат - повышение качества выходного напряжения регулятора, а также устранение низкочастотных гармоник входного тока, который потребляется от входной сети, снижение количества управляемых полупроводниковых приборов, возможность повышения напряжения на выходе регулятора. Это достигается тем, что регулятор переменного напряжения содержит один конденсатор и один дроссель, соединённые в Г-образную форму сглаживающего фильтра с нагрузкой, и одну группу управляемых однонаправленных ключей, у которого на входе со стороны питающей сети содержится повышающий трансформатор. У данного регулятора группа управляемых однонаправленных ключей состоит из двух управляемых однонаправленных ключей. Управляемые однонаправленные ключи в группе соединены антипараллельно. 4 ил.

Регулятор переменного напряжения, содержащий один конденсатор и один дроссель, соединённые в Г-образную форму сглаживающего фильтра с нагрузкой, и одну группу управляемых однонаправленных ключей, отличающийся тем, что на входе со стороны питающей сети содержит повышающий трансформатор и группу управляемых однонаправленных ключей, которая состоит из двух управляемых однонаправленных ключей, управляемые однонаправленные ключи в группе соединены антипараллельно, группа управляемых однонаправленных ключей одним выводом подключена к первичной стороне повышающего трансформатора, а вторым выводом к сети, оставшийся вывод первичной стороны повышающего трансформатора подключен к сети, к первому выводу Г-образной формы сглаживающего фильтра подключен один вывод вторичной стороны повышающего трансформатора, а вторым выводом вторичной стороны повышающего трансформатора подключен ко второму входу Г-образной формы сглаживающего фильтра, нагрузка подключена одним выводом к первому входу Г-образной формы сглаживающего фильтра, а вторым выводом ко второму входу Г-образной формы сглаживающего фильтра, в качестве управляемых однонаправленных ключей используются полностью управляемые тиристоры или транзисторы.