Способ управления регулятором напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02P13/14 H02M3/24 H02M5/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления регуляторами постоян ного и переменного тока. Известен способ управления регулятором постоянного напряжения, содержащим высокочастотный мостовой модулятор, выходной выпрямитель, сглаживающий фильтр и схему управле ния , предусматривающий преобразование постоянного напряжения в переменное повьппенной частоты с регулируемой скважностью 1 . Согласно этому способу управление ключевыми элементами стоек мостового модулятора осуществляют путем формирования опорной последовательности прямоугольных импульсов и вспомогательной последовательности прямоугольных импульсов, фазу которой в зависимости от управляющего напряжения и у изменяют на угол Ы(л О -li) относительно опорной посл довательности прямоугольных импуль сов и подачи их на стойки указанно го инвертора. Недостатком этого способа управления регулятором напряжения является низкая надежность, большая масса, габариты и неудовлетворительные динамические характеристики обусловленные большой установленной мощностью сглаживающего фильтра. Известен способ управления регулятором напряжения со звеном порышенной частоты, содержащим один нерегулируемый модулятор с согласующим трансформатором и демодулятор, выполненный на основе мостовых инверторов 2 . Такой способ предусматривает формирование опорной последовательности прямоугольных импульсов и п пар последователь ностей прямоугольных импульсов, фазу двух из которых в зависимости от управляющего напряжения поочеред но изменяют на угол od и-«с (ос. О -и ) относительно опорной после довательности прямоугольных импуль ;ов и подачи их на цепи управления ключевых элементов модулятора и демодулятора. При этом опорную последовательность прямоугольных импульсов подают на цепи управления ключевых элементов модулятора, а остальные последовательности прямоугольных импульсов - на цепи управлен ключевых элементов демодулятора. 092 Недостатком данного способа является низкая надежность, обусловленная большим количеством управляемых ключевых элементов и сложной схемой управления. Дополнительно при формировании напряжения малой амплитуды устройство, реализующее данный способ управления, характеризуется низким КПД за счет последовательного включения большого количества ключевых элементов демодулятора. Наиболее близким к изобретению по технической супщости является способ управления регулятором напряжения с промежуточным высокочастотньм преобразователем, содержащгм п мостовых модуляторов на ключевых элементах с согласующими трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены последовательно и подключены к демодулятору, и схе,му управления з , заключающийся в том, что формируют п пар последовательностей прямоугольных импульсов, фазу каждой пары из которых в зависимости от управляющего напряжения поочередно изменяют друг относительно друга на угол рс (ot О - 21) и на угол oL /2 и -в,/2 относительно опорной последовательности прямоугольных импульсов и подают их на цепи .управления ключевых элементов модуляторов. Регулирование величины выходного напряжения осуществляется в широком диапазоне (от нуля до U). Недостатком известного способа является низкая надежность и низкий КПД, обусловленные тем, что в нижних зонах регулирования энергия потребляется нагрузкой первичного источника питания только через часть модуляторов, включенных . по входу параллельно, что приводит к увеличению загрузки элементов, работающих модуляторов по току. Цель изобретения - повышение надежности и КПД пзп-ем выравнивания и уменьшения загрузки по току элементов модуляторов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления регулятором напряжения, содержащим п мостовых модуляторов на клизчевых элементах с согласующими трансформаторами, вторичные обмотки которых подключены к демодулятору, и схему управления, заключающемуся

3

в том, что формируют парные последовательности прямоугольных импульсов , фазу импульсов каждой пары из которых поочередно изменяют в зависимости от управляющего напряжения друг относительно друга на угол от нуля до 2if и подают их на цепи управления ключевых элементов стоек модуляторов, формируют опорную последовательность прямоугольных импульсов и подают ее на цепи управления ключевых элементов одной СТОРУКИ каждого модулятора, а фазы указанных п/2 пар последовательностей прямоугольных импульсов изменяют симметрично относительно опорной последовательности прямоугольных импульсов в сторону опережения и отставания и подают на цепи управления ключевых элементов оставшихся стоек модуляторов.

На фиг,1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг.2 - диаграммы напряжений на отдельных элементах схемы.

Регулятор напряжения (фиг.1) содержит модуляторы на ключевых элементах 1.1, 2.1, 3.1, 4.1, 1.2, 2.2, 3.2, 4.2,...,4.(п+1), согласующие трансформаторы 5.1, 5.2,..., 5-(п+1) с вторичными обмотками 6.1, 6.2,...,6.(п+1), демодулятор 7 и схему управления, включающую в себя задающий генератор 8, блок формирования управляющего напряжения 9 и широтно-импульсные модуляторы 10.1, 10,2,...,10(п-1). На. фиг.2 представлены опорная последовательность прямоугольных импульсов 11, пилообразное напряжение 12, .формируемое генераторами пилообразного напряжения и конструктивно входящими в широтно-импульсные модуляторы, последовательности прямоугольных импульсов 13, 14 (при Uy Uy,) и 15, 16 (при Uy Uuj,) на выходах модуляторов 10.1, 10.2 (аналогичные последовательности импульсов формируются на выходах других модуляторов), напряжения 17 и 18, формируемые на вторичных обмотках 6.1,6.2 согласующих трансформаторов 5.1, 5.2 при U i UM , напряжение 19, подаваемое на вход демодулятора (выпрямителя) 7 при Uu U(j. , напряжения 20 и 21, формируемые на вторичных обмотках

07094

6.1, 6.2 согласующих трансформаторов 5.1, 5.2 при Uij пряжение 22, подаваемое на вход демодулятора (выпрямителя) 7 при

5 и «гСущность способа поясняется на

примере работы устройства, представленного на фиг.1, при формировании выходного напряжения с двумя 10 зонами регулирования ().

Задающий генератор 8 формирует опорную последовательность прямоугольных импульсов 11, которая поступает на цепи управления ключе 5 вых элементов 2.1, 4.1, 2.2, 4.2 стоек каждого модулятора. В частном случае при ограниченном диапазоне регулирования величины выходного напряжения введен неретули20 руемый модулятор на ключевых элементах 1.(п+1), 2. (п+1), 3.(п+1),, 4,(п+1), цепи управления которого подключены к задающему генератору 8. При максимальном управляющем на пряжении Uu на выходе демодулятора (выпрямителя) формируется минимальное напряжение за счет формирования щиротно-импульсными модуляторами 10.1, 10.2 пары последовательностей прямоугольных импуль сов, сдвинутых друг относительно друга на нулевой угол. При отсутствии нерегулируемого модулятора эта величина будет равна нулю, а

5 при наличии нерегулируемого модулятора будет определяться напряжением вторичной обмотки 6 (п+1) трансформатора 5 (п+1). При уменьщении напряжения управления Uu

0 Uy широтно-импульсные модуляторы 10.1, 10.2 обеспечивают формирование одной пары последовательностей прямоугольных напряжений 13 и 14, сдвинутых друг относительно друга на угол 2 ti (фиг.2), и подачу их на цепи управления ключевых элементов 1.1, 3.1 и 1.2, 3.2 двух модуляторов. В этом случае на вторичных обмотках 6.1 и 6.2

50 согласующих трансформаторов 5.1 и 5.2 формируются соответственно на,пряжения 17 и 18, которые затем, суммируясь, принимают вид 19 и подаются на демодулятор (выпрямитель)

55 7. При углах «: заканчивается первая зона регулирования и начинается вторая. Так при U tj широтно-импульс1а1е модуляторы 10.1

и 10.2 обеспечивают формирование пары последовательностей прямоугольных импульсов 15 и 16, сдвинутых друг относительно друга на угол 2ft;2, В этом случае на вторичных обмотках 6.1 и 6.2 согласующих трансформаторов 5.1 и 5.2 формируются напряжения 20 и 21, которые, суммируясь, обеспечивают подачу на демодулятор нагфяжения 22. Как видно из описания работы регулятора, выходное напряжение демодуля- тора определяется в равной степени выходными напряжениями обоих модуляторов независимо от зоны регулирования. Это позволит в отличие от прототипа передавать электрическую энергию из первичного источника питания в нагрузку через два параллельно соединенных по входу модулятора, независимо от зоны регулирования, что в конечном итоге приведе всегда к одинаковой загрузке по току элементов обоих модуляторов независимо от зоны регулирования.

При количестве зон регулирования напряжения больше двух, устройство, реализующее данный способ управления, работает аналогично. При максимальном управляющем напряжении на выходе демодулятора 7 формируется минимальное напряжение. При уменьшении напряжения управления Uu широтно-импульсные модуляторы lO.(n-l) и 10.П обеспечивагот формирование пары последовательностей прямоугольных импульсов типа 13 и 14, которые поступают на цепи управления ключевых элементов 1.(п-1), 3 (п-1) и In, 3 п и приводят к формированию на вторичных обмотках 6 (п-1) и 6 п напрялсений типа 17 и 18. При достилсении углов регулирования (х, f /2 по нагрузке заканчивается первая и начинается вторая зона регулирования.. Фаза .между импульсами пары последовательностей прямоугольных импульсов, подаваемой на цепи управления ключевых элементов 1 (п-2) 2 (п-2), 3 (п-2), 4 (п-2), 1 (п-3),

2 (п-3), 3 (п-3), 4 (п-3) начинает изменяться при достижении напряжения на вторичных обмотках 6 (п-1) и 6 п максимальной по длительности величины. Достигается это путем формирования одинаковых шшообразных напряжений и суммирования их с постоянными напряжениями, соответствуюпщми зоне регулирования. Например, при формировании нижней

зоны (от согласующих трансформаторов 5 (п-1), 5 п) управляющее напряжение изменяется от )i до Uij т.е. пилообразное напряжение суммируется с напряжением равным и и . Такое построение широтноимпульсных модуляторов обеспечивает изменение по длительности напряжений на обмотках согласующих трансформаторов 5 (п-1) и 5 п от нуля до и при изменении управляющего напряжения от Ui, mox Д° U,j,, при уменьшении управляющего напряжения от Uij до Uy(f,.2) приводит к изменению длительности напряжений на обмотках согласующих трансформаторов 5 (п-2) и 5 (п-3) от нуля до It и т.д. Пилообразное напряжение 12 формируется в широтно-импульсном

0 модуляторе 10.1, где постоянная составляющая, суммируемая с пилообразным напряжением, равна нулю. . При Ui О на выходе .демодулятора 7 формируется максимальное напряжение и все демодуляторы формируют максимальное по длительности напряжение .

Предлагаемьй способ управления регулятором напряжения обеспечивает

изменение напряжения в каяодой

зоне двумя модуляторами.. Особенно эффективно применение его при двух зонах регулирования, когда во всем диапазоне регулирования выходного

5 напряжения независимо от зоны работают оба модулятора, что приводив к вьфавниванию и уменьшению загрузки по току элементов модуляторов, следовательно, к повышению

0 надежности и КПД регулятора напряжения .

и 1 г1-П-РЬг

п п г1/гг

LTLTU

jaJ -Jl n rbFbFbFb

LrLTLTLrLTL

П П П П П П

тг j u и u и и

ППППnПП

и о а D о п. .П, .п. .п. .п. .гл. .п. .П

u LJ u LJ LJ u u L

M. n m n n уП m m

U U u U U LJ u L

/ЧУЧ

А.

LTLTU

Фи2.2

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащим п мостовых модуляторов на ключевых элементах с согласующими трансформаторами, вторичные обмотки которых подключены к демодулятору, и блок управ;Ш„ :Ш ,.,; ления, заключающийся в том, что формируют парные последовательности прямоугольных импульсов, фазу импульсов каждой пары поочередно изменяют в зависимости от управляющего напряжения относительно друг друга на угол от нуля до 2 li и подают их на цепи управления ключевых элементов стоек модуляторов, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД и надежности,формируют опорную последовательность прямоугольных импульсов и подают ее на цепи управления ключевых элементов одной стойки каждого моста модулятора, а фазы указанных п/2 пар последовательностей прямоугольных (Л импульсов изменяют симметрично относительно опорной последовательности прямоугольных импульсов в сторону опережения и отставания и подают на цепи управления ключевых элементов оставшихся стоек модуляторов. Ffel