Способ управления регулятором напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M5/02 

Изобретекие относится к электро- тех1-шке и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для реализации способа управления регулятором напряжения ; на фиг. 2 - пример выполнения распределителя импульсов; на фиг. 3 - примео выполнения широтно-импульсного модулятора; на фиг. 4 - пример выполнения бйпосдзягающего устройства; на

фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу регулятора напряжения.

Регулятор напряжения содержит входной 1 и выходной 2 фильтры с общей тачкой 3, мостовые инвертор 4 и демодулятор 5, выполненные на ключах 6-13 переменного тока. Первичная обмотка высокочастотного вольтдобавоч- ного трансформатора 14 подключена к вьгходныь зажимам 15 и 16 инвертора 4, входными зажимами 17 и 1В подключенного параллельно выходному фильтру 2. Вторичная обмотка трансЛорматоСР

СП

00

1

315135

pa 14 подключена к зажимам 19 и 20 демодулятора 5, включенного зажимами 21 и 22 между входным и выходным 2 фильтрами. Блок 23 управления ключа- ми 6 - 13 содержит задающий генератор 24, к выходу которого подключены первый вход распределителя 25 импульсов, синхронизирующий вход 26 широт- но-импульсного модулятора 27 и уп равляющие входы 28 фазосдвигающих устройств 29 - 32. Выход широтно-им- пульсного модулятора 27 соединен с вторым входом распределителя 25 импульсов. Управляющие входы 33 фазо- сдвигающих устройств 29 - 32 объединены с управляющим входом 34 широтно- импульсного модулятора 27 и подключены к управляющему входу 35 регулятора. Управляющие входы ключей 6 - 9 демодулятора 5 попарно соединены с выходами 36 и 37 распределителя 25 импульсов, причем управляющие входы несмежных противоположных ключей 6 и 9 мостового демодулятора 5 подклю- чены к выходу 36 распределителя 25 импульсов, а управляющие входы ключей 7 и 8 - к выходу 37. Управляющие входы ключей 10-13 инвертора 4 подключены к выходам фазосдвигающих уст- ройств 29 - 32 соответственно.

Распределитель 25 импульсов содержит, например, два элемента 2И 38 и 39, одни из входов которьк объединены и образуют первый вход распреде- лителя 25 импульсов, и инвертор 40, к выходу которого подключен второй вход одного из элементов 2И 38. Вход инвертора 40 соединен с вторым входом элемента 2И 39 и образует второй вход распределителя 25 импульсов, а выходь элементов 2И 38 и 39 образуют выходы 36 и 37.

Широтно-импульсньй модулятор 27 может быть выполнен следующим обра- зом. Генератор 41 пилообразного напряжения, вход которого образует синхронизирующий вход 26 широтно-им- пульсного модулятора 27, выход подключен ,к первому входу компаратора 42, один вход которого соединен с вы ходом усилителя 43, один вход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а другой вход образует информационньй вход 34 широт- но-импульсного модулятора 27.

Каждый из фазосдвигающих блоков 29 - 32 содержит генератор 44 пилооб разного напряжения и два компаратора

45 и 46. Первые входы которых подключены к выходу генератора 44 пилообразного напряжения, а вторые входы соединены с выходами усилителей 47 и 48 соответственно. Выход каждого компаратора 45 и 46 соединен с одним из входов элемента 2И-НЕ 49, выходом подключенного к одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 50, второй вход которого соединен с синхронизирующим входом 28 фазосдвигающего блока 29..

На фиг. 5 обозначены напряжение 51 на выходе задающего генератора 24, напряжение 52 на выходе генератора пилообразного напряжения, напряжение

53на управляющем входе 35, на выходе усилителей 47 фазосдвигающих блоков 29 и 30 и на выходе усилителя 48 фазосдвигающего блока 30, напряжение

54на выходе усилителя 47 фазосдвигающих блоков 31 и 32 и на выходе усилителя 48 фазосдвигающего блока-. 31, напряжение 55 на выходе усилителя 43 и на выходе усилителя 48 фазосдвигающего блока 29, 32, напряжение 56 на выходе компаратора 45 фазосдвигающих .блоков 29, 30 и компаратора 46, напряжение 57 на выходе компаратора 45 фазосдвигающих блоков 31, 32, и компаратора 46 фазосдвигающего блока 31, напряжение 58 на выходе компаратора 42 и компаратора 46 фазосдвигающих блоков 29, 32, напряжение 59 на выходе 36, напряжение 60 на выходе 37, напряжения 61-64 на выходах фазосдвигающих блоков 29 - 32, напряжение 65 питающей сети и напряжение 66 на выходе выходного фильтра 2.

« Регулятор напряжения работает следующим образом.

Последовательнс сть импульсов напряжение 5 с выхода задающего генератора 24 поступает на первый вход распределителя 25 импульсов и синхронизирующие входы 28 фазосдвигающих блоков 29 - 32 и широтно-импульсного модулятора 27. При этом на выходах генераторов ш лообразногю напряжения формируется линейно-изменяющееся напряжение 52, поступающее на вход компараторов. Одновременно на управляющий вход, 34 широтно-импульсного модулятора 27 и управляющие входы 33 фазосдвигающих блоков 29 - 32 поступает с управляющего входа 35 рагулято- ра напряжения 53. Усилители 47 фазосдвигающих ; блоков 29, 30 и усилитель 48 фазосдвигающего блока 30 ра515

ботает в режиме повторителя и на их входах формируется аналогичное напряжение 53. Усилители 47 фазосдвигаю- щшс .блоков 31, 32 и усилители 48 фа- 30сдвигающих блоков 29, 31 и 32, а также усилитель 43 широтно-импульсно- го модулятора 27 работают в режиме вычитателя, на один из входов которых поступает напряжение 53, а на другой вход - постоянное напряжение смещения, равное амплитуде пилообразного напряжения 52. При этом на выходах усилителей 47 фазосдвигающих блоков 31, 32 и усилителя 48 фазосдвигающего блока 31 формируется напряжение 54, а на выходе усилителя 43 и усилителей 48 фазосдвигающих блоков 29, 32 формируется напряжение 55. В результате сравнения пилообразного напряжения 52 и напряжения 53 на выходе компараторов 45 фазосдвигающих блоков 29, 30 и компаратора 46 фазосдвигаю- щего блока 30 формируется напряжение 56. На компараторах 45 фазосдвигающих блоков 31, 32 и компараторе 46 фазосдвигающего блока 31 сравниваются пилообразное напряжение 52 и напряжение 54, и на их выходах формируется напряжение 57. Напряжение 58 получается в результате сравнения пилообразного напряжения 52 и напряжения 55 на компараторе 42 и компараторах 46 фазосдвигающих блоков 29 и 32.

Распределитель 25 импульсов распределяет импульсы 58 на управляющие входы ключей 6-9 демодулятора 5 в соответствии с напряжением 51 на его первом входе, так, что на одном такте частоты преобразования включаются г ключи 6 и 9, а на другой такте - ключи 7 и 8 . С выхода 36 распределителя 25 импульсов на управляющие входы ключей 6 и 9 поступает напряжение 59, а с выхода 37 на управляющие входы ключей 7 и 8 - напряжение 60.

Напряжение 61, сформированное на выходе фазосдвигающего блока 29, поступает на управляющий вход ключа 10 инвертора 4, соответственно напряжение 62 - 64 - на управляющие входы ключей 11-13.

На интервале времени t,-to в соответствии с напряжениями 62, 63, 59 замкнуты ключи 11 и 12 инвертора 4 и ключи 6 и 9 демодулятора 5. Первичная обмотка вольтдобавочного трансформатора 14 закорочена ключами 11 и 12 инвертора 4 и напряжение питающей сеТи

586

через замкнутые ключи 6 и 9 поступает на нагрузку в неискаженном виде. На интервале времени , замкнуты ключи 10, 12 и ключи 6, 9 в соответствии с напряжениями 61, 63, 59 на их управляющих входах. Ключи демодулятора 5 подключают вторичную обмотку вольтдобавочного трансформатора тал КИМ образом, что напряжение на ней суммируется с напряжением 65 питающей сети и сумма этих напряжений прикладывается к выходному фильтру 2. Изменение интервалов времени и

5 2 обеспечивает в этом случае регулирование напряжения, приложенного к нагрузке, вверх от номинального значения напряжения питающей сети. При этом реализуется режим регулируе0 мой вольтдобавки.

На интервале времени t.-t замкнуты ключи II, 13 и ключи 6, 9 в соответствии с напряжениями 62, 64, 59 на их управляющих входах.Напряжение

5 вторичной обмотки вольтдобавочного трансформатора 14 вычитается из напряжения 65 питающей сети и их разница прикладывается к выходному фильтру 2. На интервале t,..-t осуществля0 ется режим неискаженной передачи напряжения сети на выходной фи-аьтр 2, так как первичная обмотка вольтдобавочного трансформатора 14 закорочена включенными ключами 10 и 13, а ключи демодулятора 5 замыкаются по алгоритму 6,9 - 7,8 (цифры, стоящие через запятую, означают одновременно включенное состояние ключей). Относительное изменение длительности интервалов

.Q времени и tg-t позволяет осуществлять регулирование среднего значения напряжения на нагрузке вниз от номинального напряжения сети до максимальной вольтдобавки. , На интервале ключи демодулятора разомкнуты, а ключи 10 и 11 включены в соответствии с напряжениями 6 1 , 62 на их управляющих входах. При этом питающая сеть оказывается

fj отключенной от нагрузки и напряжение 66 на выходе выходного фильтра равно нулю, включенные ключи 10, 11 замыкают реактивный ток нагрузки. На интервале tg-t включе1-гы клю ш 6, 9 и ключи 11, 13 в соответствии с напряжениями 59, 62, 64 и к выходному фильтру прикладывается разность напряжений 65 и напряжения на вторичной обмотке вольтдобавочного трансформа5

тора 14. При чередовании таких интервалов осуществляется широтно-им- пульсное регулирование выходного наряжения в диапазоне от максимальной зольтдобавки до нуля. При изменении напряжения 53 на управляющем входе 35 в пределах от нуля до напряжения, равного амплитуде пилообразного напряжения изменяется от нуля до iT pa- )Q циан в сторону отставания фаза регу- лиpye фIx последовательностей импульсов 61, 62, подаваемых на управляющие входы ключей 10 и 11, и от нуля до IT радиан в сторону опережения фа- 15 за регулируемых последовательностей импульсов 63 и 64, подаваемых на управляющие входы ключей 12 и 13. Опорные последовательности импульсов 59 и 60, сформированные на выходах 36 20 и 37, подаются на управляющие входы ключей 6-9. Реализуемый при этом алгоритм переключения ключей инвертора 4 и демодулятора 5, определяемый опорными и регулируемыми последо- 25 вательностями импульсов, подаваемьп«1 на их управляющие входы, позволяет реализовать регулирование выходного напряжения за счет вольтдобавочного трансформатора 14, т.е. регулирование 30 выходного напряжения осуществляется за счет изменения среднего значения напряжения вторичной обмотки транс- форматора 14, суммируемого или вычи- таемого из напряжения сети. При этом реализуются следующие режимы работы: режим максимальной вольтдобавки, режим неискаженной передачи напряжения питающей сети на нагрузку, режим регулируемой вольтдобавки и режим мак- 40 симальной вольтдобавки.

Дальнейшее увеличение напряжения на управляющем входе 35 обеспечивает широтно-импульсное регулирование опорных последовательностей импуль- д сов, подаваемых на управляющие входы гатючей 6 - 9, и синхронное изменение фазы регулируемых последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 10 и 13, при этом фаза последовательностей импульсов, подаваемьтх на управляющие входы ключей 11 и 12, остается фиксированной. На интервале времени все ключи демодулятора 5 выключены, сеть от- с ключена от нагрузки и напряжение 66 на выходе выходного фильтра 2 равно нулю. Ключи 10 и 11 в этом время замкнуты и обеспечивают протекание

реактивного тока нагрузки и дросселя выходного фильтра 2. На интервале времени tg-t сеть подключена к нагрузке ключами демодулятора 5, и к выходному фильтру 2 приложена разность напряжения сети и вторичной обмотки трансформатора 14.

Таким образом осуществляется регулирование выходного напряжения в зоне от режима максимальной вольтдобавки до нуля. Регулирование в этой зоне возможно и при подаче регулируемых последовотальностей импульсов, фаза которых изменяется синхронно с широтно-импульсной модуляцией опорных последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 1 и 12, при одновременной фиксации фазы последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 10 и 13,

Таким образом, применение предложенного способа управления регулятором напряжения позволяет регулировать выходное напряжение от нуля до режима максимальной вольтдобавки, что расширяет диапазон регулирования выходного напряжения при сохранении высоких технико-энергетических показателей.

Формула изоб-ретения

Способ управления регулятором напряжения, содержащим инвертор с двумя ветвями и демодулятор на ключах переменного тока, включенных первьй параллельно нагрузке, второй - последовательно с параллельно включенными нагрузкой и инвертором, заключающийся в том, что задают сигнал регулирования, задают две опорные последовательности импульсов и две основные регулируемые последовательности, импульсов высокой ч астоты, подают опорные последовательности импульсов на соответствующие пары диагональных ключей демодуляторов, изменяют фазу регулируемых последовательностей импульсов в диапазоне ...+ 1Г радиан относительно опорных последовательностей импульсов пропорционально сигналу, регулирования, подают основные регулируемые последовательности импульсов на два соответствующих ключа первой ветви инвертора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования.

осуществляют широтно-импуль.сную модуляцию опорных последовательностей импульсов пропорционально сигналу регулирования, формируют две дополнительные регулируемые последовательности импульсов, фазу которых меняют

относительно основных регулируемых последовательностей импульсов пропорционально сигналу регулирования,подают дополнительные регулируемые последовательности импульсов на соответст- вукяцие ключи второй ветви инвертора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования. Для регулятора напряжения, содержащего инвертор с двумя ветвями и демодулятор на ключах переменного тока, включенных первый параллельно нагрузке, второй последовательно с первым, задают две опорные последовательности импульсов и две основные регулируемые последовательности импульсов высокой частоты, подают опорные последовательности на пары диагональных ключей демодулятора, изменяя фазу регулируемых последовательностей, и подавая их на два ключа первой ветви инвертора, а также осуществляя широтно-импульсную модуляцию опорных последовательностей импульсов и формируя две дополнительные последовательности импульсов с изменяемой относительно основных фазой, которые подают на ключи второй ветви инвертора, обеспечивают регулирование выходного напряжения в широком диапазоне. 5 ил.

36

37

Z5

38

39

0

Фиг.1

/7

26

4-/

зи

/

4J

Фиг.з

sunncmI1 I-П I

5f

i

1гй

X

55

jj

57

jziHz

±

59

сриг.

i

1гй

:л

E±l