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

4 Oil

СО

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения - снижение массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателей. Регулирование напряжения осуществляется изменением состояния четьфех ключей и двух однотакт- ных силовых ячеек. В результате этого осуществляется режим прямой передачи напряжения с входа на выход, режим вольтодобавки и режим вольтоотбавки. Выходной фильтр подключается к входному фильтру в каждом из рабочих тактов через силовую обмотку и ключи одной из однотактных силовых ячеек. Одновременно высокочастотный трансформатор другой однотактной силовой ячейки находится в режиме размагничивания. При размагничивании высокочастотного трансформатора энергия размагничивания возвращается в сеть, за счет чего достигается поставленная цель. 5 ил. i (Л

О)

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к технике регулирования и стабилизации переменного напряжения, величина которого изменяется в большую или меньшую сторону от номинального значения, и может найти применение при построении систем электропитания с

бестрансформаторным йходом в тех слу-|Q щий вход 31 устройства. Выход вычитателя 27 связан с вторым входом компаратора 29, выход которого соединен с информационным входом 32 распределителя 23 управляющих импульсов и одним из входов логического элемента 2И-НЕ 30, другой вход которого подключен к выходу компаратора 28, связанному с информационным входом 32 распределителя 22 управляющих импульсов. Выход элемента 2И-НЕ 30 соединен с информационным входом 32 третьего распределителя 24 управляющих импульсов. Синхронизирующие входы 33 распределителей 22, 23 и 25 управляющих импульчаях, когда требуется получение напряжения с минимальными пульсациями, при высокой скорости отработки управляющего сигнала, минимальных массе и габаритах.

Цель изобретения - снижение массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; 20 на фиг. 2 - пример выполнения распределителя импульсов; на фиг. 3 - пример вьтолнения датчика полярности выходного напряжения; на фиг. 4 и 5 временные диаграммы, поясняющие рабо- 25 сов подключены к прямому выходу Т- ту устройства.триггера 21, а их синхронизирующие

Устройство (фиг. 1) содержит входной 1 и выходной 2 фильтры, имеющие общую точку, две однотактные силовые

входы 34 - к инверсному входу Т-триг гера 21„

Управляющие входы ключей 13 одно35

ячейки 3 и 4, блок 5 управления ключа-30 тактных силовых ячеек 3 и 4 подклю- ми, два распределителя 6 и 7 импульсов и датчик 8 полярности выходного напряжения.

Каждая однотактная силовая ячейка 3, 4 имеет высокочастотный трансформатор 9, силовая обмотка которого выполнена с промежуточными выводами 10 и 11, вывод 12 которой через ключ 13 соединен с общей точкой входного 1 и выходного 2 фильтров, а вывод 14 и промежуточный вывод 10 через ключ 15 и третий ключ 16 подключены к входному фильтру 1. Промежуточньй вьшод 11 соединен с выходным фильтром 2. Обмотка 17 размагничивания высокочастотного трансформатора 9 через ключ 18 подключена между вьшодом 14 силовой обмотки и общей точкой соединения входного 1 и выходного 2 фильтров.

чены к парафазным выходам 35 и 36 соответственно распределителя 24 управляющих импульсов, а управляющие в ды ключей 15 и 16 однотактных силовы ячеек 3 и 4 соединены с парафазными выходами 35 и 36 распределителей 22 24 зпправляющих импульсов.

Управляющие входы 37 и 38 ключа 18 однотактной силовой ячейки 3 соед нены с соответствующими выходами 35 и 36 распределителя 6 импульсов, а входы 37 и 38 ключа 18 однотактной с ловой ячейки 4 - с выходами 35 и 36 соответственно распределителя 7 им- 45 пульсов. Информационный вход 32 распределителя 6 импульсов подключен к дополнительному вьгооду 39 блока 5 образованному инверсным выходом Т- триггера 21; а информационный вход

40

Блок 5 содержит задающий генератор д 32 распределителя 7 импульсов соеди19, выход 20 которого соединен с Т- триггером 21, распределители 22-24 управляющих импульсов, генератор 25 пилообразного напряжения, амплитудный

нен с дополнительным выходом 40 блок 5, образованным прямым выходом Т-три гера 21. Синхронизирующие входы 33 распределителей 6 и 7 импульсов поддетектор 26, вычитатель 27, выполнен-„ ключены к выходу датчика 8, а входы

ный, например, на операционном усилителе, компараторы 28 и 29 и логический элемент 2И-НЁ 30, Выход задающего генератора 20 соединён с входами Т34 распределителей 6 и 7 импульсов - к его второму выходу,

Каждьгй из ряс11ределителей 6, 7 им пульсов и распределителей 22-24 упра

триггера 2 и генератора 25, к выходу которого подключены первые входы компараторов 28 и 29 и вход амплитудного детектора 27. Выход амплитудного детектора 26 соединен с инвертирующим входом вычитателя 27, прямой вход которого объединен с вторым входом компаратора 28 и образует управляюсов подключены к прямому выходу Т- триггера 21, а их синхронизирующие

входы 34 - к инверсному входу Т-триг- гера 21„

Управляющие входы ключей 13 одно

тактных силовых ячеек 3 и 4 подклю-

чены к парафазным выходам 35 и 36 соответственно распределителя 24 управляющих импульсов, а управляющие входы ключей 15 и 16 однотактных силовых ячеек 3 и 4 соединены с парафазными выходами 35 и 36 распределителей 22 и 24 зпправляющих импульсов.

Управляющие входы 37 и 38 ключа 18 однотактной силовой ячейки 3 соединены с соответствующими выходами 35 и 36 распределителя 6 импульсов, а входы 37 и 38 ключа 18 однотактной си- ловой ячейки 4 - с выходами 35 и 36 соответственно распределителя 7 им- пульсов. Информационный вход 32 распределителя 6 импульсов подключен к дополнительному вьгооду 39 блока 5 образованному инверсным выходом Т- триггера 21; а информационный вход

32 распределителя 7 импульсов соединен с дополнительным выходом 40 блока 5, образованным прямым выходом Т-триг- гера 21. Синхронизирующие входы 33 распределителей 6 и 7 импульсов подключены к выходу датчика 8, а входы

34 распределителей 6 и 7 импульсов - к его второму выходу,

Каждьгй из ряс11ределителей 6, 7 импульсов и распределителей 22-24 управ

15

20

3

ляютих импульсов (фиг, 2) содержит два элемента 2И 41 и Д 2. Одни из входов элементов 2И 41 и 42 объединены и образуют информационный вход 32, второй вход элемента 2И 41 образует первьш сиккронизирутощий вход 33, а второй вход элемента 2И 42 - второй синхронизирующий вход ЗА. При этом Bbf- ходы элементов 41 и 42 являются вы- ю ходами 35 и 36,

Датчик 8 (фиг. З) выполнен, напри- мёр, на компараторе 43, к входу которого подключена вторичная обмотка согласующего трансформатора 44, первичной обмоткой соединенного с выходным фильтром 2, а выход компаратора 43 образует первый выход датчика 8, Второй выход датчика 8 образован выходом инвертора 45, вход которого соединен с выходом компаратора 43.

На диаграммах (фиг. 4) обозначены пилообразное напряжение 46, напряжение 47 управления на управляющем входе 31, напряжение 48 на выходе вычи- тателя 27, импульсная последовательность 49 ка выходе компаратора 28, импульсная последовательность 50 на выходе компаратора 29, импульсная последовательность 51 на выходе элемента 2И-НЕ 30, напряжения 52 и 53 на выходах Т-триггера 21, напряжения 54 и 55 на выходах датчика 8, напряжения 56-58 на управляющих входах ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 3, напряжения 59 и 60 на управляющих входах ключа 18 однотактной силовой ячейки 3.

На диаграммах (фиг. 5} обозначены напряжения 61-63 на управляющих входах ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 4, напряжения 64 и 65 на управляющих входах 36 и 35 ключа 18 однотактной силовой ячейки 4, напряжение 66 питающей сети, напряжение 67 на обмотках высокочастотного трансформатора 9 однотактной силовой ячейки 3, напряжение 68 на обмотках высокочастотного трансформатора 9 од25

нератора 25, осуществляя их синхронную работу. Напряжение 47 (фиг, 4), поступающее с управляющего входа 31 сравнивается на компараторе 28 с пи лообразным напряжением 46. Если напряжение 47 ниже пилообразного напряжения 46 по уровню, то на выходе компаратора 28 формируется напряжение импульсной последовательности 4 равное логическому нулю и наоборот, если напряжение 47 выше пилообразно го напряжения 46, на выходе компаратора 28 сигнал иьшульсной последовательности 49, равный логической единице. Одновременно напряжение 47 поступает на прямой вход вычитателя 27, на инвертирующий вход коттэрого поступает с выхода амплитудного детектора 26 постоянное напряжение, уровень которого равен амплитуде пи лообразного напряжения 46. Напряжение 48 с выхода вычитателя 27 посту пает на вход ко таратора 29 и сравнивается с линейно-изменяющимся пило образным напряжением 46. Причем, ес ли уровень напряжения 48 ниже пилообразного напряжения 46, на выходе компаратора 29формируется сигнал 50, равный логической единице, а ес ли уровень сигнала 48 вьте пилообра ного напряжения 46, сигнал 50 равен логическому нулю, С выхода первого компаратора 28 сигнал 49 подается н информационный вход 52 первого расп делителя 22 и на один из входов лог ческого элемента 2И-НЕ 30, на друго вход которого приходит с выхода вто рого компаратора 29 сигнал импульсной последовательности 50, поступаю одновременно на информационньо вход 32 распределителя управляющих импул сов 23. Сформированный на выходе эл мента 2И-НЕ 30 сигнал импульсной по 45 следовательности 51 подается на информационный вход 32 распределителя 24 управляющих импульсов. Распредел тели 22-24 управляющих импульсов ос ществляют передачу сигналов, поступ

30

35

40

нотактной силовой ячейки 4, напряже- 50 информационные входы 32,

На управляющие входы ключей 13, 15 16 однотактных силовых ячеек 3 и 4, в соответствии с поступающими на си хронизирующие входы 33, 34, напряже ниями 52 и 53 с выходов Т-триггера 21 . При этом импульсные последовательности 56-58 парафазных выходов распределителей управляющих импульсов 22-24 поступают на управляющие

ние 69 на входе выходного фильтра 2 и напряжение 70 на нагрузке.

Устройство работает следующим образом.

Блок 5 осуществляет управление ключами однотактных силовых ячеек 3 и 4. Последовательность импульсов с выхода 20 задающего генератора поступает на входы Т-триггера 21 и геbj4:()96

5

5

нератора 25, осуществляя их синхронную работу. Напряжение 47 (фиг, 4), поступающее с управляющего входа 31, сравнивается на компараторе 28 с пилообразным напряжением 46. Если напряжение 47 ниже пилообразного напряжения 46 по уровню, то на выходе компаратора 28 формируется напряжение импульсной последовательности 49, равное логическому нулю и наоборот, если напряжение 47 выше пилообразного напряжения 46, на выходе компаратора 28 сигнал иьшульсной последовательности 49, равный логической единице. Одновременно напряжение 47 поступает на прямой вход вычитателя 27, на инвертирующий вход коттэрого поступает с выхода амплитудного детектора 26 постоянное напряжение, уровень которого равен амплитуде пилообразного напряжения 46. Напряжение 48 с выхода вычитателя 27 поступает на вход ко таратора 29 и сравнивается с линейно-изменяющимся пилообразным напряжением 46. Причем, если уровень напряжения 48 ниже пилообразного напряжения 46, на выходе компаратора 29формируется сигнал 50, равный логической единице, а если уровень сигнала 48 вьте пилообразного напряжения 46, сигнал 50 равен логическому нулю, С выхода первого компаратора 28 сигнал 49 подается на информационный вход 52 первого распределителя 22 и на один из входов логического элемента 2И-НЕ 30, на другой вход которого приходит с выхода второго компаратора 29 сигнал импульсной последовательности 50, поступающий одновременно на информационньо вход 32 распределителя управляющих импульсов 23. Сформированный на выходе элемента 2И-НЕ 30 сигнал импульсной по- 5 следовательности 51 подается на информационный вход 32 распределителя 24 управляющих импульсов. Распредели-, тели 22-24 управляющих импульсов осуществляют передачу сигналов, поступа0

5

0

информационные входы 32,

На управляющие входы ключей 13, 15 и 16 однотактных силовых ячеек 3 и 4, в соответствии с поступающими на синхронизирующие входы 33, 34, напряжениями 52 и 53 с выходов Т-триггера 21 . При этом импульсные последовательности 56-58 парафазных выходов 35 распределителей управляющих импульсов 22-24 поступают на управляющие

входы ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 3 а с парафазных выходов 36 напряжения 61-63 - на управля- кяцие входы ключей 15, 16 и 13 одно- . тактной силовой ячейки 4. Таким обра- зом, напряжения с выходов компараторов 28 и 29 и элемента :2И-НЕ 30 передаются через распределители 22-24 управляющих импульсов на одном такте задающего генератора 19 на управляющие входы ключей 15, 16 и 13 одной однотактной силовой ячейки 3, а на другом такте - на управлякяцие входы

ключей 15, 16 и 13 другой однотактнойj ный трансформатор 9 однотактной си

20

25

силовой ячейки 4.

Напряжения 54 и 55 частоты питающей сети с выхода датчика 8 поступают на синхронизируклцие входы 33 и 34 расп1)еделнтелей 6 и 7 импульсов. На информационный вход 32 распределителя 6 импульсов подается напряжение 53 с инверсного выхода Т-триггера 21, а на информационный вход 32 распределителя 7 импульсов - напряжение 52 с прямого выхода Т-триггера 21. Распределители 6 и 7 импульсов осуществляют передачу сигналов, поступающих на информационные входы 32, на входы

37 и 38 ключей 18 однотактных силовых,., вольтоотбавки. ячеек 3 и 4 в соответствии с поступающими на синхронизирующие входы 33 и 34 напряжениями 54 и 55.

В момент времени t, в соответствии с напряжениями 57 и 58 замкнуты ключи 16 и 13 однотактной силовой ячейки 3 и напряжение 66 питающей сети приложено к силовой обмотке высокочастотного трансформатора 9. Напряжение 69 промежуточного вывода II поступает на выходной фильтр 2. На интервале

ловой ячейки 4 размагничивается. Н пряжение 70, приложенное к нагрузк в этом случае выше напряжения 66 пи тающей сети. Так осуществляется ре регулирования напряжения вверх от пряжения питающей сети, т.е. режим вольтодобавки.

На интервале времени t одновре менно включены ключи 15 и 13 однотактной силовой ячейки 3. В этом с чае напряжение, приложенное к выхо ному фильтру 2, ниже напряжения 66 питающей сети и осуществляется реж

Формула изобретени

35

40

Устройство для регулирования на пряжения, содержащее входной и вых ной фильтры с общей точкой, две о нотактные силовые ячейки, каждая и которых содержит четьфе ключа, выс кочастотный трансформатор с силово обмоткой и обмоткой размагничивани при этом первый вывод силовой обмо ки подключен через первый ключ к о щей точке фильтров, и блок управле ключами, включающий триггер, от личающееся тем, что, с ц лью снижения массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономи ческих показателей, введены два ра пределителя импульсов, датчик поля ности выходного напряжения, силова

времени ключи 13, 15 и 16 однотактной силовой ячейки 3 разомкну- .ты, а ключ 18 замкнут в соответствии с поступающим на его управляющий вход напряжением 59,

В этом такте высокой частоты на интервале времени , высокочастотный трансформатор 9 однотактной силовой ячейки 3 размагничивается током,

45

Устройство для регулирования на пряжения, содержащее входной и вых ной фильтры с общей точкой, две о нотактные силовые ячейки, каждая и которых содержит четьфе ключа, выс кочастотный трансформатор с силово обмоткой и обмоткой размагничивани при этом первый вывод силовой обмо ки подключен через первый ключ к о щей точке фильтров, и блок управле ключами, включающий триггер, от личающееся тем, что, с ц лью снижения массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономи ческих показателей, введены два ра пределителя импульсов, датчик поля ности выходного напряжения, силовая

протекающим по цепи: общая точка филь- обмотка каждого из высокочастотных

тров, диод, включённый с ним последовательно ключ 18 в соответствии с действующим на его управляющем входе напряжеиием 59, обмотка 17 размагничивания, вывод 14 силовой обмотки, промежуточный вывод 1 J, вмходно й фильтр 2, В м;омент времени t замкнуты ключи 16 и 15 одиотактной силовой ячейки 4 в соответствии с напряжениями 61 и 72 на их управляющих входах. Высокочастотньй трансформатор 9. однотактной силовой ячейки А закорочен. Напряжение питающей сети 66 поступает без изменений на выходной фильтр 2. На интервале t выключается ключ 15, а включается ключ 13 однотактной силовой ячейки 4. К выходному фильтру 2 приложено напряжение 69, снимаемое с промежуточного вьтода 11. Б следующем такте работает однотакт- ная силовая ячейка 3, а высокочастотный трансформатор 9 однотактной си

ловой ячейки 4 размагничивается. Напряжение 70, приложенное к нагрузке, в этом случае выше напряжения 66 питающей сети. Так осуществляется режим регулирования напряжения вверх от напряжения питающей сети, т.е. режим вольтодобавки.

На интервале времени t одновременно включены ключи 15 и 13 однотактной силовой ячейки 3. В этом случае напряжение, приложенное к выходному фильтру 2, ниже напряжения 66 питающей сети и осуществляется режим

вольтоотбавки.

Формула изобретения

Устройство для регулирования напряжения, содержащее входной и выходной фильтры с общей точкой, две од- нотактные силовые ячейки, каждая из которых содержит четьфе ключа, высокочастотный трансформатор с силовой обмоткой и обмоткой размагничивания, при этом первый вывод силовой обмотки подключен через первый ключ к общей точке фильтров, и блок управления ключами, включающий триггер, отличающееся тем, что, с целью снижения массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателей, введены два распределителя импульсов, датчик полярности выходного напряжения, силовая

обмотка каждого из высокочастотных

трансформаторов содержит два промежуточных вывода, при этом вторсэй вывод и первый промежуточный вьтод силовой обмотки подключены через второй и третий ключи к входному фильтру, второй промежуточный вывод силовой обмотки подключен к выходному фильтру, а обмотка размагничивания черед четвертый ключ подключена между вторым выводом силовой обмотки и общей точкой входного и выходного фильтров, гфичем управляющие входы четвертого ключа каждой силовой ячейки соединены с выходами соответствующего распределителя импульсов, синхронизируюу уч

8

щие входы которого подключены к па- рафазным выходам датчика полярности выходного напряжения, информационный вход каядого распределителя импульсов соединен с одним из дополнительных выводов блока управления, образованных выходами триггера.

«tl

Фие.2

.J

фиг. 5