Регулятор напряжения со звеном повышенной частоты Советский патент 1983 года по МПК H02M3/28 H02P13/14 

2. Регулятор по п. 1, о т л и чающийся тем, что введены п датчиков тока намагничивания, выходы которых объединены и подключены к одному из входов дополнительного задающего генератора,а входы - к управляющим выходам соответствующих согласуюи(их устройств.

1. РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ СО ЗВЕНОМ ПОВШЕННОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий п модуляторов, демодулятор, п согласующих устройств в виде трансформаторов, входы которых подключены к выходам соответствующих модулято ров, а силовые выходы соединены между .собой а последовательную цепь и подключены к силовому входу демодулятора, задающий генератор, 2п фазосдвигающих устройств с последовательно нарастающими уровнями сравнения, причем их синхронизирующие входы соединены с выходим задающего генератора, а управляю1иие входы - с задающим входом регулятэра, отличающийся тем, что, с целью повыше1ния коэффициента полезного действия и улучшения массогабаритных показа:телей регулятора, введены дополнительный, задающий генератор, синхронизирукщий вход которого подсоединен к одному.из выходов основного задающего генератора и 2п датчиков фазы, .при этом выход каждого датчика фазы S . соединен с управляющими входами противотактных ключей одного из модуляторов, первый вход - с выходом со.,ответствующего фазосдвигающего устройства, а все вторые входы объединены с управляющим входом демодулятора и подключены к выходу дополнительного задающего генератора. . ISO to to а

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам напряжения, и может найти применение при регулировании напряжения в широком диапаз оне изменения входного и выходного напряжения с сохранением высоких энергетических показателей, а также в тех случаях, когда требуются высокие быстродействие регулирования и точность воспроизведения задающего сигнала, минимальные масса и габариты регулятора.

Известны регуляторы напряжения, содержащие звено повышенной частоты

Ш и 2. ; :

Данные регуляторы имеют бо/1ьшой диапазон регулирования выходного напряжения, причем, чем болыве диапазон регулирования, тем значительней возрастает содержание искажающих гармоникJ что в сочетании с большой амплитудой пульсаций выходного напряжения приводит к существенному ухудшению энергетических показателей увеличению массы и габаритов выходных фильтров и COOTаетственйо снижению быстродействия регулирования выходного напряжения.

Известен регулятор напр жения со звеном повышенной частоты, который позволяет при любой глубине модуляции получить достаточно высокие энер гетические показатели, быстродействие ре гули рс вания и ТгОчность воспроизведения относительно медленно иЗменяющегося задающего сигнала. Данный регуллтор содержит п модуляторов, инверторов, демодулятор, п согласующих устройств (трансформаторов), выходы (первичные обмотки) которых подключены к силовым выходам соответствующих модуляторов, а выходы (вторичные обмотки) соединены последовательно и подключены к силовому входу модулятора , задающий генератор, 2п фазосдвигающих устройств с последовательно нарастающими уровняwi сравнения, синхронизирующие входы которых соединены с выходом задающего генератора, и управляющие - к задающему входу устройства З Недостатком указанных регуляторов является то, что при возрастании скорости Изменения или частоты задающего сигнала для поддержания заданной точности воспроизведения

необходимо повышать частоту промежуточного преобразования и соответственно частоту коммутации ключевых элементов демодулятора и всех п ячеек, состоящих из модулятора и

согласующего устройства, что приведет к возрастанию динамических потер ь и соответственно к снижению ШД и возрастанию установленной мощности регулирующего органа. Примем

энанительное уве/1и ение частоты промежуточного преобразования, с целыо поддержания заданной точности воспрсжзведения, может привести к обратному результату, ЗтоЬбьясняется тем,

что.паузы напряжения, формируемые в момент коммутации ключевых элементов преобразования и равные по амплитуде выходному, могут составлять значительную часть периода промежуточного пресйразования, что приведет « ухудшению коэффициента пульса ий и формы выходного напряжения, а увеличение устаноВлем«ой м эдности фильтра, необходимае в этом случае, к снижени быстрсЭДёЙ1бтВИЯ и точности воспроизведений задающего сигнала и дополнительнсялу возрастанию ycTaHOBjncHной мощности регулятора в целом.

Цел1 изобретения - повышение коэффициента полезного действия и улучшение мае :огаба| йтных показателей регулятй а.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор напряжения со звеном

повьяшенной частоты, содержащий п модуляторов, демодулятор, -п согласующих устройств,Например трансформаторов, входы которых подключены к выходам соответствующих модуляторов а сИловые выходы соединены между со бой в последовательную цепь и подключены к силовому входу Демодулято ра , задающий генератор, 2п фазосдви гающих устройств с последовательно нарастающими уровнями сравнения, причем их синхронизирующие входы соединены с выходом задающего генератора, а управляющие- входы - с задающим входом регулятора, введены дополнительный задающий генератор, синхронизирующий вход которого подсоединен к одному из выходов основ ного задающего генератора и 2п датчиков фазы, при этом выход каждого датчика фазы соединен с управляющим входами противотакт№ 1Х ключей одно го из модуляторов, пербый вход - с выходом сбответствующего фазосдвигаю щего устройства, а все вторые входы объединены е управляющим входом демодулятора и подключены к выходу дополнительного зада1ощего генератора. Кроме того, в регулятор напряжения введены п датчиков намагничивайия, выходы которых объединены и подключены к одному из входов дополнительного задающего генератора, а входы - к управляющим выходам соответствущих согласующих устройств. На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора напряжения со заеж повышенной частоты; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3-- пример выполнения модулятора и согласующего устройства. Регулятсчэ напряжения (фиг. I) содержит модулятор 1, нагрузку 2, подключенную к его выходу, п согласующих устройств 3-51 входы которых подсоединены к выходам модуляторов 6-8, а выходы соединены между собой в последовательную цеп, и подключены к силовому входу демодулятора 1, 2п датчиков фазы, соединенных саои ми выхода с входами соответствующих модуляторов 6-8, 2п фазосдвигающих устройств 15-20, выходы которых подключены к первым 8)одам соответствующих датчиков 9- фазы, синхронизирующие входы соединены с выходом задающего генератора 21t а управляющие - к задающему входу регулятора, дополнительный задающий генератор 22, синхронизирующий вход которого подключен к второму выходу основного 7 задающего генератора 21, а выход к вторым входам датчиков Э фазы и входу демодулятора 1, п датчиков 23-25 замагничивания, подсоединенных своими выходами к управляющему входу дополнительного задающего генератора 22, а входами к выходам (управляющим) соответствующих согласующих устройств 3-5. На фиг. 2 представлены последовательности формируемых сигналов 26-39. Регулятор напряжения работает следующим образом. При входном задающем сигнале на выходах всех фазосдвигающих устройств 15-20 фомируется постоянный сигнал 29, по амплитуде равный логическому нулю (фиг.2), который поступает на первые входы датчиков 9-1 фазы. В этом случае на выходах датчиков фазы формируются последовательности 30,. аналогичные и синфазhwe последовательности 26, поступающие на вторые входы датчиков 9-1 Фа эы с выхода дополнительного задающего генератора 22, которые поступают на управляющие входы противотактных ключей модуляторов 6-8. Пример выполнения согласующего устройства модулятора приведен на фиг. 3, где itO, 1 и k2, k3 - пары противотактных ключей модулятора, а 44 и 45 - силовые входная и выходная обмотки согласующего устройства соответственно. Датчики 9-14 фазы (фазореверсивные блоки} работают таким образом, что при поступлении на первый (управляющий) вход нулевого сигнала на его выход проходит усиленная последовательность импульсов 26, поступающая на его второй вход с выхода задающего генератора 22, а при появлении на первом входе сигнала, равного логической единице, на выходе изменяется на противоположную полярность сигнала, поступающего на его второй вход. При возрастании задающего напряжения Uij на выходе одного из ФСУ соответствующим (управлением) уровнем сравнения формируется последовательность импульсов 32 или 35 с амплитудой, равной логической единицей (фиг. 2). Длительность импульсов упомянутых последовательностей 32 или 35 определяется величиной задакицего сигнала (например 3 или 34), а частота - частотой последовательности иипульсов 27, формируемых задакхцим генератором 21. При поступлении этих импульсных последовательностей 32 или 35 на первый вход соответствующего датчика фазы на его выходе на время длительности импульсов изменяется на противоположную полярность сигнала 26, поступающего на его второй вход и на управляющие входы противотактных ключей 40, tl или k2, 43 соответствующего модулятора, посту пает последовательность 33 или Зб. Этим обеспечивается выключение ЭДС трансформаторной обмотки модулятора на данный интервал времени из общего контура суммирования путем закорачивания первичной обмотки 4 ключами 40, 42 в один полупериод и 41, 3 в другой полупериод частной последовательности 26. При дальнейшем увеличении задающе го сигнала и достижении им определен ного значения на выходе данного фазо сдвигающего устройства формируется постоянный сигнал 38, по величине равный логической единице. В этом случае на выходе датчика фазы и соот ветственно на управляющих входах противотактных ключей 0, 1 или . 2, 43 формируется последовательност импульсов 39 (фиг. 2), равная по час тете, но в противофазе с последовательностью 2б, поступающей на второй вход датчика фазы с выхода дополнительного задающего генератора 22 (фиг. 1). Этмм обеспечивается полное ,выключение из общего контура суммиро вания ЭДС трансформаторной обмотки данного модулятора и регулирование в одной из 2п зон заканчивается. При дальнейшем возрастании задающего сигнала происходит аналогичная операция с последовательностями,пост пающими на входыдругой пары противо тактных ключей 40, 1 или k2, 3 это го демодулятора, чем обеспечивается реверс выходного напряжения первой ячейки в общем контуре суммирования по отношению к исходному состоянию. Причем описанные операции могут производиться одновременно с последовательностями импульсов, поступающими на входы обеих пар противотактиых ключей 0, 1 или 2, одной ячейки, как и в прототипе, путем встречно-параллельного сдвига управляющих п6с1 едовательностей, формируемых на выходах соответствующих ФСУ. По мере дальнейшего увеличения амплитуды задающего сигнала в режиме регулирования с повышенной частотой коммутации .начинают управлять второй ячейкой, изменяя уровень выходного напряжения во второй зоне. Таким образом, поочередно переходят на повышенную частоту коммутации основной последовательности ячейки, которую осуществляют в данный момент регулирования в соответствующей зоне и возвращаются на исходную ранее используемую для этой Цели. Таким образом, при максимальной амплитуде задающего сигнала ключевые элементы всех п силовых ячеек коммутируются с частотой дополнительной последовательности и в противофзае по сравнению с исходным состоянием, . когда амплитуда задающего сигнала равна нулю. Для обеспечения необходимой целой кратности частот задающих генераторов 21 и 22 второй выход дополнительного задающего генератора 22 подключен к синхронизирующему входу задаю1дего генератора 21. Необходимость такой связи объясняется тем, что в случае дробной кратйЬс; и упомянутых частот возрастает в оятность замагничивания согласукрих элементов . При работе предлагаемого 1эегулятора в замкнутой системе в связи с тем. что регулирование осуществляется по h j н « - ., .л IK первичной стороне согласукяцих транс(}юрматоров 35 а также за счет несимметрии ключевых элементов плеч инверторов силовых ячеек, дополни- тельно возрастает возможность режима их замагничивания, который в целом при проектировании систем подобного ряда для обеспечения нормальной работы необходимо рассматривать как рабрчий. Для этого при замагничивании какого-либо согласующего трансформатора и появлении на выходе соответствующего датчика 23-25 тока намагничивания сигнала, поступающего на выход дополнительного задающего генератора 22, осуществляется перефазировка последнего, что в свою приводит к одновременной смене фазы ключевых элементов инверторных ячеек и демодуляторов и позволяет, не изменяя алгоритма работы, вывести из режима насыщения данный согласующий трансформатор. Датчики тока 7 намагничивания могут быть реализованы, например, на принципе симметрии токов в первичной и вторичной

гв

гл-П-П-П-Г

27

ЛЛАААААЛА/

28,

ч

23 30

i

/vvwvvvvv

31 32 3

п n n n п п n п n я

inrLnJirun

лл лллллл

J4

nnnnrrnnnn

35 36

Tjuuinruinj

ЛЛЛАЛАААА

37 38

39

.г

равенства первичных и вторичных ам первитков). 1022267в . обмотках трансформаторов (закон