Трансформаторно-ключевой регулятор переменного напряжения Советский патент 1992 года по МПК G05F1/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при построении дискретных источников питания, программных регуляторов и имитаторов отклонения сетевого напряжения электро- и радиотехнических нагрузок различного назначения.

Известны устройства для регулирования переменного напряжения, содержащие трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, крайние вводы и отводы секций которого соединены между собой с помощью ключей переменного тока.

Недостатком таких регуляторов является их низкая надежность, заключающаяся в том, что при переходе из одного дискретного состояния в другое, отличающегося между собой на ступень регулирования Е, суммарное коммутируемое напряжение обмоток трансформатора может достигать 50% величины диапазона регулирования. Величина коммутируемого напряжения существенно превышает величину ступени регулирования Е, что снижает надежность эксплуатации регуляторов, особенно при естественной коммутации т ристоров.

Известен регулятор переменного напряжения, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого имеет отводы, к которым одними концами подключены ключи переменного тока, а их другие концы объединены и образуют один из выходных зажимов регулятора. При переходе из одного дискретного состояния в другое, отличающееся между собой на ступень регулирования Е, в известном регуляторе коммутируемое напряжение обмоток не превышает ступени регулирования Е.

Недостатком такого регулятора является низкая эффективность использования ключей переменного тока, т.е. количество дискретных ступеней регулирования равно числу используемых ключей.

Наиболее близким из известных устройств является трансформаторно-ключеел

с

V4 О

4

вой регулятор переменного напряжения, содержащий трансформатор, первичная цепь которого соединена с входными выводами, а вторичная цепь выполнена в виде основной обмотки, первый вывод которой непосредственно, а второй через п последовательно соединенных регулировочных секций, каждая из которых состоит из регулировочной обмотки и двух ключей переменного тока, подключены к соответствующим выходным выводам, при этом входной вывод каждой регулировочной секции через ключи переменного тока данной секции соединен с крайними выводами регулировочной обмотки, начало которой соединено с выходным выводом данной секции (фиг.).

В таком регуляторе суммарная ЭДС коммутируемых регулировочных обмоток при переходе из одного дискретного состояния в другое, отличающееся на ступень регулирования Е, может достигать 100% величины диапазон регулирования. В этом сяучм, особенно при естественной коммутации ключей переменного тока, возможно возникновение токов к.з. в обмотках трансформатора, что говорит о его низкой надежности.

Цель изобретения - повышение надежности регулятора.

Поставленная цель достигаете я тем. что тремсформвтсфно-ключевоа регулятор переменного напряжения, содержащий трон сфмстг , п-ерттчн :: цеп которого соединена с выводами, а вторичная цель выполнена е виде основной обмот- ки, первый ЕЫВОД которой непосредственно, а второй через п последо- ,:- 11- Hb v pe.ir росг чныхсекций, каждая MS которых состоит из регулировочной обмотки и двух ключей пеРГ;- ЈНЯС Г.Г . ПСДКГ). I СТВующим вь ходн.:;: Е F:.UI---, при э ом еход- нсй вывод кЈждоЈ регулирссочноь секции через ключм переменного тока данной сек- иии соед . нр- с краГ - /ми ЕЬ;Е-одами г-огули- Г СРОЧНОЙ обмотки, начало которой соединено выходным выводом дгнной секции, ка.хдзя регуг-r; : в: чмЈс: обмоткг выполнена по меньшей мере с одниь- СТЕНДОМ, который через состЕет;п/ющнй дополнительный к/исч переменного токз подключен к входному выведу первой регулировочной секции, регулировочная обмотка которой выполнена с наименьшим числом витков по отношению к остальным регулировочным обмоткам.

На фиг. 1 представлена схема известного регулятора; н& фиг. 2 -диаграммы работы известной схемы; на фиг, 3 - схема предлагаемого регулятора; на фиг. 4 - диаграммы работы предлагаемого регулятора.

В известной схеме (фиг.1) регулирование выходного напряжения может осуществляться путем последовательного переключения ключей переменного тока при дискретном (со ступенью Е) изменении выходного напряжения от 1)вых.мин Do до ивых.мвкс - Uo + Е(1-1) и в обратной последо0 вательности. Количество реализуемых дискретных ступеней регулирования равно S 2°, где п - количество используемых регулировочных секций, при этом количество ключей переменного тока равно N - 2п.

5 На фиг. 2 приведены диаграммы работы известного регулятора при п - 4. Регулирование выходного напряжения Квых осущест- вляется путем последовательного изменения уровня выходного напряжения I

0 во всем диапазоне. Приведена также диаграмма включенных и выключенных ключей переменного тока. При переходе из 1-го в (1+1}-е или из 1-го в (М)-е состояние во всем диапазоне регулирования суммарная ЭДС

5 коммутируемых секционированных обмоток трансформатора ЈU может принимать различные значения. Так, например, при переходе из 4-го состояния в 5-е и из 12-го в 13-е, а также в обратной последовательно0 сти, ЭДС коммутируемых обмоток может достигать значения Ј11 7Е. В случае перехода из 8-го в 9-е состояние или из 9-го в 8-е значение ЈUn - 15Е, т.е. при изменении UBUX нэ одну ступень регулирования Е,

5 необходима коммутация всех четырех регулировочных обмоток известной схемыЯ 1к - -15Е, что раеносидьно регулированию 100% диапазона изменения выходного напряжения.

0 Предлагаемый трансформаторно-клю- чевой регулятор переменного напряжения (фиг.З) в случае регулирования напряжения, ка4 и в извсс нсг1 схеме от UBWX.MUH « L c до иеых.макс Ьо Е(;-1) приведен для случая,

5 когда п 3. Общее количество ключей в схеме ргвно N npe .. 2п + 3 9,а количество реализуемых дискретных уровней равно

Опредл. 15.

На фиг. 4 приведена диаграмма измене- 0 ния выходного напряжения Увых, диаграмма включенных и выключенных ключей, а также диаграмма изменения суммарной ЭДС коммутируемых регулировочных обмоток в зависимости от перехода из одного состояния 5 в другое. Как видно из диаграммы работы предлагаемого регулятора, при регулировании во всем диапазоне изменения выходного напряжения с дискретностью Е, суммарная ЭДС коммутируемых обмоток трансформатора также не превышает значения Е. Таким образом, при количестве ключей Мпредл 9, реализующих количество выходных дискретных уровней Зпредл - 15, суммарная ЭДС коммутируемых обмоток не превышает ступени регулирования Е. Это существенно повышает надежность работы регулятора, особенно в случае естественной коммутации ключей. Предлагаемый регулятор выгодно отличается от известной схемы, где при Миэв 8 , реализующих количество выходных уровней 5Изв 16. суммарная ЭДС коммутируемых обмоток может дости- 15Е. При увеличении количества используемых регулировочных секций п преимущества предлагаемого регулятора будут выражены еще более явно.

Предлагаемое устройство (фиг.З) содержит трансформатор 1, первичная цепь которого соединена с входными выводами, а вторичная цепь выполнена в виде основной обмотки 2, первый вывод которой подключен к выходному выводу 3, а второй через п последовательно соединенных регулировочных секций 4-6, каждая из которых состоит из регулировочной обмотки и двух ключей переменного тока, подключен к выходному выводу 7, где входной вывод 8 первой регулировочной секции 4 через ключи 9 и 10 переменного тока, соединен с крайними выводами наименьшей регулировочной обмотки 11, начало которой является выходным выводом 12 секции 4,а к дополнительному отводу 13 первой регулировочной обмотки 11 одним концом подключен дополнительный ключ 14 переменного тока, другой конец которого подключен к входному выводу 8 первой регулировочной секции 4. Соответственно регулировочные секции 5 и 6 содержат входные выводы 15 и 16. ключи 17, 18 и 19. 20 переменного тска, регулировочные обмотки 21 и 22, выходные выводы 23 и 24, дополнительные отводы 25 и 26 регулировочных о5мото ; 21 ; 22. допслни- тельные ключи 27 и 28 переменного тока.

Дополнительные отводы 13, 25 и 26 делят ЭДС регулировочных обмоток 4-6 (от начала соответствующей обмотки, что соответствует выходному выводу регулировочной секции) в отношении (2п-1) Е:Е. Регулировочная обмотка 11 делится в отношении Е:Е, регулировочная обмотка 21 в отношении ЗЕ:Е, а регулировочная обмотка 22 - в отношении 7Е:Е.

В случае наличия двух дополнительных отводов и двух дополнительных ключей в первой регулировочной секции 4 она делится в соотношении Е;Е:Е, секция 5 в соотношении 4Е:Е, а секция 6 - в соотношении 9Е:Е.

В случае наличия трех дополнительных отводов и трех дополнительных ключей в первой регулировочной секции 4, она делится в соотношении Е:Е:Е:Е, секция 5 в соотношении 5Е:Е, а секция 6 в соотношении 11Е:Е.

Трансформаторно-ключевой регулятор переменного напряжения работает следующим образом. Переменное напряжение UBX

0 подается на входные выводы трансформатора 1 и на его основную обмотку 2, а также на регулировочных обмотках 11,21 и 22 наводятся напряжения соответствующих величин. Изменение величины переменного

5 напряжения на выходных выводах 3 и 7 осуществляется при включении соответствующих ключей 9. 10. 14. 17-20, 27 и 28 переменного тока из общего их количества. Первый уровень выходного напряжения

0 Увых Uo реализуется при включении ключа 9 регулировочной секции 4. ключа 17 регулировочной секции 5 и ключа 19 регулировочной секции 6. Второй уровень напряжения 1)Вых U0 + Е реализуется при

5 включении ключей 14, 17 и 19, при этом, в момент переключения ключей 9 и 14 (ключ 9 выключается, а ключ 14 включается) суммарная ЭДС части коммутируемой обмотки 11 равна IUt Е. Третий уровень ивых U0 + 2Е

0 реализуется при включении ключей 10. 17 и 19, где при переключении ключей 10 и 14 (ключ 14 выключается, а ключ 10 включается) суммарная ЭДС другой части коммутируемой обмотки 11 также равна UK Е.

5 Четвертый уро&ень выходного напряжения Увых Uo + ЗЕ реализуется при включении ключей 19 и 27. При переключении ключей 10, 17 и 27 (коючи 10 и 17 выключаются, а ключ 27 включается) суммарная ЭДС комму0 тируемой обмотка 11 и части коммутируемой обмотки 21 Ta.j.e рззнали Е, так как ЭДС части коммутируемой обмотки 21, равная ЗЕ, в момент Переключения ключей может включиться тэгько встречно с ЭДС

5 обмотки 11, равной 2Е, Пятый уровень иВых Uo + 4Е реализуется при включении ключей 9, 1S и 19, где при переключении ключей 9, 18 и 27 (ключ 27 выключается, а ключи 9 и 18 включаются) суммарная ЭДС части ком0 мутируемой сбмотки 21 равна2.и„ Е.

Последующий алгоритм включения ключей для изменения величины выходного переменного напряжения представлен на диаграммах (фиг.4). Как видно из фиг. 4, сум5 марная ЭДС коммутируемых обмоток регулятора не превышает величины ступени регулирования Е. Это позволяет существенно повысить надежность тренсформаторно- ключевого регулятора переменного напряжения по сравнению с известной схемой, особенно при естественной коммутации ключей переменного тока. Предлагаемый регулятор уже при числе используемых регулировочных секций п - 3 и соответственно при числе ключей переменного тока Мпредл. 9 позволяет реализовать количество дискретных уровней Зпредл - 15 и по сравнению с известной схемой (при NMM. -8 и 5иэ. 16) в 14 раз уменьшить максимально возможное суммарное значение ЭДС коммутируемых обмоток трансформатора. При увеличении числа регулировочных секций п в предлагаемом регуляторе указанные преимущества выражены еще более явно.

Формула изобретения Трансформвторно-ключевой регулятор переменного напряжения, содержащий трансформатор, первичная цепь которого соединена с входными выводами, а вторичная цепь выполнена в виде основной

обмотки, первый вывод которой непосрб ственно, а второй через п последователь) соединенных регулировочных секций, ка дая из которых состоит из регулировочж

обмотки и двух ключей переменного ток подключены к соответствующим выходиь выводам, при этом входной вывод кажд регулировочной секции через ключи пер менного тока данной секции соединен

крайними выводами регулировочной обмо ки, начало которой соединено с выходны выводом данной секции, отличающи с я тем, что, с целью повышения надежн сти, каждая регулировочная обмотка выло

нена по меньшей мере с одним отводе который через соответствующий в веден ны дополнительный ключ переменного тон подключен к входному выводу первой реп лировочной секции, регулировочная обмо

ка которой выполнена с наимеНьши числом витков по отношению к остальны регулировочным обмоткам.

Изобретение относится к вторичным источникам питания радиоаппаратуры. Целью изобретения является повышение надежности. Цель достигается тем, что п вторичных регулировочных обмоток трансформатора выполнены с отводами и соединены между собой и с выходными выводами так, что суммарная ЭДС коммутируемых обмоток не превышает напряжения ступени регулирования. Эффект увеличивается с увеличением числа ступеней регулирования. 4 ил.

Фиг 1

к-«

. .-I.

(.

Фмг 2

Фиг 3

K ttf

ц,ы

U,4{

ib

to 17

0

19

SO /4

г

88 2tti

4 25

.

a. e

0 4

I I I I I I

fO

ft

f