Регурятор переменного напряжения Советский патент 1976 года по МПК H02M5/257 G05F1/12 

(54) РЕЛ VJIHTOP ПЕРЕМ НГИ)ГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение uiиосшся к областк jJicKipoiexники. в частности к :;гуля;:орам наиряжетш и тока и может vicnojibrjo-iaibC)-: в лячест 5е испо,и-шгсльных органов регуляторов-стабилизаторов радиоэлектронной аг1парату15ы я э.аектрОге:хг; :Ч1 : : : установок различной, иазначення.

Извесхяь регуляторьт псрсмс л-к.о ;.й:-; я кения на встречно-параллсльиьк тиристо.ал с ;1рин;/дительной коммутацией к aKr c ;io-k::- ;rv-iv -iB;ic:i нагрузкой, iienocTaiKOM извест1-;;,1: р;;гу r- ropoj; переменного аа уряжегшя является iij, что upi-i ,;некий Ее.лччины ик;1уктивной cociaii;iH :p; i .« pv ки огра};ичеи диапазон pery/UJp(«a;:in ;;.: ,;,j;i.i;OM ynpaBJieHiiM. а lipn высокочастотно;-; .Г;::;ч1Ч,о -;г-; пульсаон модулкиин (ШИЫ) устроьссьо исп-оот способно, т.е. ;,-н.огти изBccTHbDC peiyjt/iTopOB oi paii;i4e,i.

Цель изобретения -- рапикрлгь ак;:,:;:;,-Л регулирования и повысить надежное., работ i ири кз -ieнении величины и характера иагруэки.

Указанная цепь достигается гем. то каж/дьш из коммутирующих конденсаторов 1тодключен меэдду oomsiNm точкаг ш соедансния тиристоров и полунроводьшковых вентилей обоих даухполупериодных ключей. При фазовом управлении в качс-стве полутгроводнпковых вентилей использованы диоды, а нри высококачественной (ШИМ) - тиристоры, управляемые переходы которых соединены с выходными зажимами датчиков контроля уровня конденсаторов, а входные зажимы датчиков по,; ключены параллельно к о NLMy тирующим конденсатором.

В маломощных регу.ляторах с высокочастотной i-IM в качестве полупроводниковых вентилей могу использоваться динисторы.

На фиг. 1 и 2 приведены принципиальные схемы ;.-.( /мяторов переменного напряжения; на фиг. 3 ii -: .. ременные диаграмм ;, поясняющие их работу дия фазовых законов управле5шя; на фиг. 5 - то ;ке. для высокочастотной ШИМ:

Регулятор, показанньп на фиг. 2, является более универсалы;ь м, га скольку позволяет исполь,ов.гь пмбо; закон управ как фазовьп{, так и высчжочасхогиый И-1М. т.е. ,:1меет широкие функдиональнь е возможности.

Регуляторы состоят из двух ключей на встречно -параллельньгх тиристорах, соед 1ненных с активно-тпщуктивной нагрузко 1: последовательного - на тиристорах 2, 3 и параллельного - на тиристорах 4, 5 с согласно-последовательно включенными

)лу11рокодниковыми вентилями. Коммутирующие оиделсаторы 6 и 7 подключены соответственно сжду одноименными электродами тиристоров 2,4 3, 5. В качестве полупроводниковых вентилей при азовом управлении применены диоды 8, 9 и 10, 11 фиг. j, а при высокочастотной НИМ - тиристоы 12, 13 и 14, 15 (фиг. 2) с Для контроля за ровне м заряда конденсаторов 6, 7 параллельно им ключены датчики контроля 16, 17, а их выходы эе.Щ1лены с управляющими переходами тиристоов 12, 14 и 13, 15 соответственно.

Коммутирующие конденсаторы 6, 7 в зависиюсти от применяемьк датчиков 16, 17 контроля ровня их заряда могут заряжаться с постоянной ли изменяемой по синусоиде амплитудой, как на )иг. . В последнем случае гармонический состав оков и напряжений , так как амплитуда :оммутащюнных пиков напряжения на нагрузке :зме |яегся по синусоидальному закону.

В качестве датчиков контроля уровня заряда ;оммутирующих конденсаторов могут быть приме(ены, например, стабилитроны, несимметричные риггеры (триггеры Шмитта), компараторы и друие пороговые элементы. Датчики форл-шруют заускаюндае импульсы только в те моменты, когда апряжение на обкладках конденсатор(JB 6. 7 достаочно для коммутапии тиристоров 2 -.. В случае ктивной или малоиндуктивной нагрузки 1 неободимо последовательно с ней включить линейный россель (на фиг. 1, 2 не показан), который спообствует перезаряду коммутирующих конденсаоров 6, 7 током нагрузки до напряжения сети, что величивает надежность коммутации тиристоров.

Процессы, протекающие в регуляторах на 1ИГ. 1, 2, аналогичны в оба полупериода, поэтому ассматривается работа устройств лищь за один олупериод.

Рассмотрим работу регулятора, приведенного ш фиг. 1, в установивщемся режиме. В положитель1ьш полупериод напряжения (18) сети (на фиг. 1 полярность показана без скобок) при отпирании тиристора 3с момента а 5 начинает протекать ток (19) (фиг. 3, 4) через нагрузку 1 по контуру: сетьнагрузка 1 - тиристор 3 - диод 9 - сеть, и к нагрузке прикладьшается напряжение (20) При угле Q OK, определяемом углом регулирования (схема управления не показана), открывается тиристор 5 (конденсатор 7 заряжен с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок), конденсатор 7 начинает разряжаться по цени: обкладка - диод 9 сеть - нагрузка 1 - тиристор 5 - обкладка и перезаряжается до напряжения сети с полярностью, показанной на фиг. 1 в скобках. При этом тиристор 3 запирается.

Когда напряжение на конденсаторе сравнивается с напряжением сети, открывается диод 11. Образуется короткозамкнутый контур нагрузки, по которому протекает ток (21), вызванный э.д.с. самоиндукции индуктивности нагрузки. Напряжение (18) при а изменяетполярность (нафиг. 1 - в скобках) ив

момент, определяемьш углом включения (по фиг. 3 при а 7г,а по фиг. 4 - при а «i), повторно открывается тиристор 3, а тиристор 5 запирается обратным напряжением. Поскольку конденсатор 7 заряжен до напряжения сети (полярность в скобках) , то диод 9 вначале закрыт. Конденсатор 7 начинает разряжаться через диод 11, нагрузку, тиристор 3 и перезаряжается до напряжения сети, с полярностью, показанной без скобок (фиг. 1),подготовившись таким образом к работе в очередной лолупериод первоначальной полярности сети. В момент равенства напряжений на обкладках конденсатора 7 и сети открьшается диод 9 и через него и тиристор 3 избыточная реактивная энергия нагрузки рекуперируется в сеть. Так как ток (22) протекает навстречу напряжению (18) сети и скорость его спадания определяется в больщей степени величиной противо-э.д.с. сети, то он быстро спадает до нуля в момент а(р+тт (фиг. 3, 4), Ток (23) нагрузки представляет собой сумму токов, протекающих по отдельным элементам, а именно: ток (19) - через тиристор 3 и диод 9, ток (21) - через тиристор 5 и диод 11, ток (22) - через тиристор 3 и диод 9 при повторном включе1ши, а в отрицательньш полупериод - через тиристор 2 и диод 8 - ток (24) и ток (25) при повторном открывании, через диод 10 и тиристор 4 - ток (26) „

При достижении током (22) нуля тиристор 3 естественно запирается, а открывается тиристор 2, начинается процесс, аналогичньш описанному в положительньш полупериод, но только функции тиристоров 3, 5 вьшолняют тиристоры 2, 4, диодов 9, 11 - диоды 8, 10, а конденсатора 7 - конденсатор 6.

На фиг. 3, 4 показаны временные диаграммы напряжений на конденсаторах 7, 6 - кривые 27, 28. Первоначальньш заряд конденсаторов 6 или 7 происходит при отпирании тиристоров 4 или 5 при соответствующей полярности, а в момент отпирания тиристоров 2 или 3 (при ) тиристоры 4 или 5 запираются, и протекает процесс, аналогичный указанному вьпяе.

Применение диодов в качестве коммутируемых элементов для регуляторов, управляемых с высокочастотной ШИМ, не позволяет обеспечить устой1швую работу устройства, так как изменение полярности на конденсаторах должно происходить с высокой частотой коммутации. Однако это невозможно из-за того, что при согласном направлении напряжения сети и тока нагрузки перезаряду конденсаторов препятствует отпиранию диодов 8, 9, а при встречном - диодов 10,11 (фиг. 1). Предположим, что при полярности напряжения сети, показанной на фиг. 1 в скобках, ток нагрузки протекает по цепи: нагрузка 1 - тиристор 3 - диод 9 - сеть - нагрузка 1 навстре гу напряжению сети (происходит рекуперация, запасенной реактивными элементами энергии в сеть), и конденсатор 7 заряжен полярностью. обозначенной на фиг. 1 без скобок. При отпирании тиристора 5 конденсатор 7 начинает разряжаться током нагрузки по цепи: нагрузка 1 - тиристор 5 конденсатор 7 - диод 9 - сеть нагрузка 1. К тиристору 3 прикладьюается обратное напряжение, и он запирается. Однако напряжение на конденсаторе не сможет изменить полярность, так как уже при снижении его до уровня напряжения сети открывается диод 11, образуя вместе с тиристором 5 короткозамкнутьш контур нагрузки, и разряд конденсатора прекращается. При другой полярности напряжения сети уже открытие диода 9 препятствует перезаряду конденсатора 7 от полярности, показанной на фиг. 1 в скобках, к полярности без скобок Аналогично протекают процессы при работе другой группы вентилей 2, 4, 8, 10 и конденсатора 6. Таким образом, схема на фиг. 1 работоспособна при любых законах фазового управления и неработоспособна при высокочастотной ШИМ, что снижает ее функциональные возможности. Лля исключения указанного недостатка устройства на фиг. 1 в качестве когумутируемых элементов используются тиристоры, которые позволяют сделать временную задержку для перезарядки конденсаторов. Когда уровень напряжения на обкладках конденсаторов достигнет напряжения, достаточного для очередной коммутации, датчиками 16, 17 открывается один из тиристоров 12, 13,14 или 15.

Рассмотрим работу регулятора, приведенного на фиг. 2. Пусть к регулятору приложено напряжение (18) сети (на фиг. 5 - пунктирная линия с полярностью, показанной на фиг. 2 без скобок, а обкладки конденсаторов 6, 7 имеют полярность, также показанную без скобок|. Рассмотрим работу с момента включения тиристора 5, например с момента Q.a.i (фиг. 5), До этого открыты тиристоры 3 и 13 и ток (29) нагрузки, замыкаясь по последовательному контуру -- сеть - нагрузка 1 - тиристоры 3, 13 - сеть, имеет направление, согласное с сетью, а к нагрузке прикладьша.ется напряжение (30) о Ниже ток (29) будет рассматриваться как ток, протекающий по отдельным контурам; ток (31) - по последовательному контуру, а ток (32)цо короткоэамкнутому. При включении тиристора 5 конденсатор 7 начинает разряжаться по цепи: обкладка тиристор 13 - с«ть - нагрузка, тиристор 5 - обкладка, и к тиристору 3 прикладывается запирающее напряжение, под действием которого он выключается и восстанавливает свои управляющие свойства.

Конденсатор 7 разряжается до нуля и перезаряжается током нагрузки до напряжения (полгданость па фиг. 2 в скобах); величина котор01ч равна порогу срабатьюания датчика 17. Последний в этот момент вьщает импульс на запуск тиристора 15. С включением тиристора 15 образуется к.сротксзамкнутый контур нагрузки через тиристоры 15, 5, по которому замыкается ток, тюццержизаемык э.д.с. самоиндукции ищтуктивности нагрззки, а конденсатор 7 подготовлен к очередной коммутации. При вновь открывается тиристор 3. Конденсатор 7 разряжается через тиристор 15,

нагрузку 1, тиристор 3, включает тиристор 5 и перезаряжается с полярностью, показанной на фиг. 2 без скобок, до величины срабатьшания датчика 17. Последний открывает тиристор 13, и вновь образуется последовательный контур.

Процессы образования последовательного, или короткозамкнутого контуров в течение полупериода, когда напряжение (18) сети и ток (29) нагрузки направлены согласно, протекают аналогично с частотой, определяемой задающим генератором.

После изменения полярности напряжения сети при а-тт (фиг. 5) ток (29) сохраняет прежнее направление и протекает навстречу напряжению

(18) сети, т.е. наступает режим рекуперации (происходит отдача зштасенной в предыдущем полупериоде индуктивностью нагрузки реактивной энергии в сеть), В этом режиме по-прежнему продолжают работать тиристоры 3, 5, 13. 15 и конденсатор 7 с датчиком 17 до тех пор, пока ток (29) нагрузки не достинег в момент )+1т нулевого значения. После этого в работу вступает группа тиристоров 2, 4, 12, 14 и конденсатор 6 с датчиком 16, при этом процессы протекают аналогично

выще рассмотренным. В этом сяучае по последовательному контуру протекает ток (33), а по короткозамкнутолгу - ток (34);

На фиг. так;:се показань временные дааграммы напряже МЙ на конденсаторах 7 или 6 - кривые

35 и 36, соответственно.

Таким образом, поскольку в любой момент времени ьагрузка подключена к сои, или замкнута накоротко, форма напря кет1я на ней не зависит от величины 1 характера нагрузки я определяется

только заданными углами регулирования.

Ф о р м у л а к 3 о б р е т е н и я

состоягц1-1е из согласно-носледовательно включенных тиристоров и полупроводниковых вентилей, отличающийся тем, что, с целью расншрения ;:.; алазииа регулироваиня при изменеш1И величины и характера нагрузки. ка;едьш из указанных, ком: , ;; уюи;1 х конденсаторов подключен между точк;Л1ь соединения тиристоров и полупроводниковых вентилей обоих упомянутых к;почей.

2,ier.; TOR но п. i. о т л и ч а ю щ и и с я тем, Ч1О Т|ри фазовом управлении в качестве полупро.B;j,yiHiv)BM.: BcirfH.iieii обоих двухполупериодньк ключей ripi Mei:eHbi диоды.

высокочастотной широтно-ишгульсной модуляции.

в качестве полупроводниковых вентилей примепены тиристоры, управляемые переходы которых соединены с выходными зажимами датчиков конт8

0(+;

И + 0V

- 0и

(4-) f4

0роля уровня заряда конденсаторов, а входные зажимы указанных датчиков подключены параллельно коммутирующим конденсаторам.

6 (-Г {+}

ff

м

klO

//

Фиг. 1

Фиг. 2

Фиг.З

23

о| Л У4;7ос/с+Л/

Ъп

К

f/

-2J

ч

/

25

26

игЛ