Устройство для регулирования переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M5/257 

У i/,N I t/i

Г .JJ Ц

фСТ |/

СЛ

00

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники. Цель изобретения - обеспечение линейности регулировочной характеристики, повышение КПД и расширение области использования за счет организации сильноточного выхода. Устройство содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 и вторичными обмотками 3-5, ключи 6-11, включенные попарно между выводами вторичных обмоток 3-5. Выводы ключей 7, 9, 11 образуют выводы регулировочных секций, соединенных параллельно через обмотки 13, расположенные на трехстержне- вом замкнутом магнитопроводе 14. Особенностью работы устройства является фазовый сдвиг между управляющими импульсами ключей, относящихся к сосед2Т ним секциям, на угол тт-, эа счет чего достигается поставленная цепь. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. с (Л

Фиг.

1

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники.

Цель изобретения - обеспечение линейности регулировочной характеристики, повьпиение КПД и расширение области использования.

На фиг. 1 показан вариант вьшол- нения силовой части предлагаемого устройства; на фиг. 2 - вариант выполнения блока управления} на фиг фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройстваi на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу блока управленияi на фиг, 5 - временные диаграммы, поясняющие возможность попутной реализации в устройстве свойств преобразователя частоты и числа фаз (из одной в М 3); на фиг. 6 - регулировоч№1е характеристики , f(ci) И U}(,j fCot), где ,), U(5, V)- относительная величина напряжения соответственно первой, третьей и пятой гармоник для основного и дополнительного выходов (а)f и зависимость величины искажений выходного тока, измеряемых коэффициентом гармоник тока Кр,;., от угла регулирования oi при различньпс углах сдвига фаз Срц по основной гармонике RL-нагрузки (б); на фиг. 7 - другой вариант силовой част устройства.

Силовая часть устройства (фиг. 1 и 7) содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой 2 с вторичными обмотками 3-5 (число которых для определенности в дальнейшем принято равным 3). Между вьшодами каждой из обмоток включены цепочки из последовательно соединенных ключей 6-11 основ ного и шунтирующего. Совокупность ключей 6-11 образует коммутатор 12. Вторичная обмотка с цепочкой ключей образует регулировочную секцию. В варианте на фиг. 1 выходы секций, образованные силовыми выводами ключей 7, 9 и 11, соединены через обмотки 13, расположенные на М стержнях М-стрежневого замкнутого магнито провода 14 с выходными вьгеодами. Выводы дополнительной М-фазной обмотки 15 формируют дополнительные выходные вьшоды, с которых можно снимать М-фазное напряжение, ближайшими гармониками в спектре которого являются гармоники с кратностью по отношению к частоте сети f равные

15370

(а-1) и (а+1), где а -г - отношеГ 1

ние частоты „переключения ключей коммутатора 12 к частоте f,сети. В рассматриваемых на фиг. 3 и 5 примерах а 6.

Блок управления (фи.2) содержит управляющий вход 16, задатчик 17 частоты с выходным сигналом U- -(фиг.4), первый и второй М-канальные распределители импульсов (РИ) 18 и 19 по пересчетной схеме с парафазными выходами, тактовыми входами связанные с выходом задатчика 17 частоты непосредственно и через управляемый фа- зосдвигакшщй (ФСУ) 20 соответственно. Для обеспечения возможности стопроцентного регулирования выходного напряжения ФСУ 20 вьшолняется в виде последовательно соединенных идентичных ФСУ 21-23, объединенных по управляющему входу 16. Каждьй из ФСУ 21-23, представляющий собой блок управляемой задержки, обеспечивает в предельном случае максимальную эа-

Тт

держку на время, равное ut

М

0

5

0

5

0

5

где 1 f - период регулирования, а весь ФСУ 20 - в М раз больше (на JBpeмя, равное Т). Выходы а, а, Ь, Ь, с, с распределителя 18 и выходы а , а , Ь , Ь , с , распределителя 19 подключены к входам М-каналь- ного логического узла. Каждый из его каналов 24-26 выполнен в виде логических элементов 2И 27 и 28, логического элемента 2ИЛИ 29 и логического элемента НЕ 30. С выходов 31-36 блока управления сигналы поступают на входы соответствующих ключей 6-11,

Алгоритмическая характеристика силовой части, определяемая блоком управления, поясняется диаграммами на фиг, 3, где U,,-U,- сигналы на выходах 31-36 блока управления соответственно, подаваемые на управляющие входы ключей 6-11 соответственно и характеризующие их состояние. В результате переключения ключей по указанному алгоритму на выходах регулировочных секций устройства образуются напряжения U , uj и , имеющие вид сигналов с широтно-импульс- ным регулированием (ШИР). Римские цифры при сигналах обозначают номер секции при отсчете сверху вниз.

При суммировании напряжений U, и и и результирующее выходное на

л

пряжение определяется по

II II пг м г Ui + Uj) . Напряжения

и(,, и Ujci которые прикладываются к фазам А1, В1, С1 обмотки 13 трехфазного трансформатора, имеют вид, показанный на фиг. 3 (и более детально на фиг. 5).

Работа блока управления поясняется фиг. 4.

Каждая из ФСУ 21-23 может быть выполнена по любой общеизвестной схеме. Чаще всего ФСУ выполняют в виде последовательно включенных генератора пилообразного напряжения (ГГТН) с напряжением f (фиг.4) и компаратора, на управляющий вход которого подают сигнал Un. В результате сравнения в компараторе сигналов U|.f, и U|j получают сигнал Uji , передний фронт которого отстает от входного, тактирующего ФСУ сигнала U, на угол об (фиг.4).

РИ 19 запускается передним фронтом этих импульсов и., в результате чего его выходные сигналы оказываются сдвинутыми на угол oi, по отношению к выходным сигналам РИ 18. Использованный в системе управления одно- канальный принцип построения позволяет обеспечить синхронное (симметричное по углу об) регулирование во всех регулировочных секциях и 1ЭТИМ самым максимально реализовать преимущества используемого алгоритма управления.

Для расширения функциональных возможностей М-стержневой замкнутый магнитопровод 14 снабжают дополнительной М-фазной обмоткой 15, с которой снимают М-фазную систему напряжений , и,в ближайшими гармониками в которых являются гармоники (в примере U,(5) и U(7)) частот (a-l)f,f и (a+1)f, имеющие одинаковы порядок чередования фаз (фиг.5). Несмотря на не очень высокое качество этого напряжения (которое может быть улучшено фильтром), его тем не менее можно использовать непосредственно, например, для питания электродвигателей асинхронного типа (АД), устанавливаемых в системе вентиляционного охлаждения этого же устройства. Повьшенная частота питания АД, устанавливаемая соответствующем выбором параметра а, позволяет реализо0

вать систему охлаждения с улучшенными массо-габаритными показателями. Регулировочные характеристики

иг(0 ). UMO f/«) и U,V, f,(oi) слоя основной и для этих двух неосновных (ставших полезным 1) гармоник в относительных единицах представлены на фиг. 6а.

Изменение показателя качества , выходного тока при для различных углов RL-нагрузки Ц), по основной гармонике в функции угла регулирования od показано на фиг.бб.

Как видно, значениями углов о/ 0 0,333, 0,566 область регулирования разбивается на три зоны, причем в точках oi о К p(.j 0. В отличие от известных решений, в которых неидеальность характеристик используемой в блоке управления элементной базы при переходах из одной зоны регулирования в другую влечет за собой скачок в регулировочной характеристике, в

предлагаемом решении эта характеристика принципиально имеет строго линейный характер (фиг.ба).

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1& f

77

20

21

НИ п

I L

Г

J/

фиг. 2

и,

Usi Un % Uy,

и

и

3S

3g

i/t

tft(coy)

изл1

U«1

Фиг.з

Uf

ruH

6

с

о

В

С

а-а

S-S

а 8 с а

8 с

зг JJ изй 35

3S

ф1/г.

fit9.f

1)1.0 0,8 0.6 0, 0.2

О

%

гИ)

0,2 Q, t 0.6 0,8 1,0 О 0.2 0. 0,6 0,6 1,0

Раг. 6

ГГI :

Ч .

з1

8

-й„ .&1.

Фиг.

4

и

Л