Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты Советский патент 1977 года по МПК G05F1/44 H02P13/16 

и 14-1/, БЫлод которых через фильтр 18 подключен к нагрузке 19. Регулятор содержит датчики иа11рял ения 20, 21 и тока 22, двухвходовые логические схемы 23 и трехвходовые схемы 24. Синхронизированный автогенератор 25 выходом через двухвходовые логические схемы «И 23 подключен к управляющим электродам тиристоров 2-8 инвертора первичной цепи высокочастотного трансформатора, а входом через устройство задержки 26 - к задающему генератору 27, к которому также подключены входы фазосдвигающих устройств 28, 29, а их выходы и выходы упомянутых генераторов 25, 27 через трехвходовые логические схемы «И 24 соединены с управляющими электродами тиристоров 10-17 вторичиой цепи трансформатора, 1. Датчик напряжишя 20 входом подключен к напряжению сети, а выходом к одному из двух входов логических схем 23. Датчики напряжения 21 и тока 22 нагрузкп подключены ко входам логических схем 24. Демодулятор выполнен по мостовой схеме на встречно-параллельных тиристорах в каждом плече с естественной коммутацией.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу регулятора, где 30 - напряжение сети; 31 - ток нагрузки; 32 - импульсы задающего генератора 27 (фиг. 1); 33 - импульсы синхронизированного автогенератора 25; 34, 35 - управляющие импульсы тиристорного модулятора в первичной цепи трансформатора 1; 36 - напряжение вторичной обмотки трансформатора 1; 37, 38 - импульсы, действующие на выходе фазосдвигающих устройств 28, 29 соответственно; 39-42 - управляющие импульсы тиристорного демодулятора во вторичной цепи трансформатора 1; 43-46 - временные диаграммы переключения тиристоров демодулятора; 47 - выходное напряжение регулятора переменного напряжения.

На фиг. 3 показана одна ячейка, собранная на двухвходовых логических элементах «И, где 48, 49 - двухвходовые логические схемы «И, выполненные на транзисторах. К одним из входов 50 подключены обмотки синхронизированного автогенератора 25, вторыми входами 51 являются эмиттер-базовые переходы транзисторов 7. Выходные зажимы 52 транзисторов объединены и через отсекающий диод подключены к управляющему электроду, например, тиристора 3 (фиг. 1). Управляющие электроды остальных тиристоров первичной цепи соединены с выходом синхронизированного автогенератора через аналогичные ячейки.

На фиг. 4 показана ячейка, собранная на трехвходовых логических схемах «И 53, 54 и выполненная на базе последовательно соединенных транзисторов 55, 56. Цифрами 57, 58, 59 обозначены каждый из входов элемента, а выход 60 является общим и через отсекающий диод подключен к управляющему электроду одного из тиристоров вторичной цепи трансформатора 1.

Указанные на фиг. 3 и 4 логические ячейки могут выполняться и на серийно выпускаемых интегральных микросхемах с последующим включением усилителей.

Работу регулятора рассмотрим для наиболе общего случая активно-индуктивной нагрузки, когда напряжение сети 30 (фиг. 2) опережает ток наг)узки 31 на некоторый угол и,,. При включении питания задающий генератор 27 (фиг. 1), который может быть выполнен на основе как трансформаторов-синхронизаторов при соединении вторичных обмоток трансформаторов в зигзаг, так и на основе синхронизированных с сетью автогенераторов

Роэра, начинает формировать импульсы 32 с заданной частотой (в описании рассматривается вариант, когда задающий и синхронизированный автогенераторы выполнены на основе автогенераторов Роэра). Следует отметить,

что синхронизации задаюп-1,его генератора с сетью может и не быть, для устойчивой работы регулятора достаточно синхронизировать автогенератор 25 и фазосдвигающие устройства 28, 29 с задающим генератором. Импульсы

32 поступают на вход устройства задержки 26 на выходе которого действуют узкпе импульсы длительностью у (фиг. 2), равной времени восстановления запирающих свойств тиристора. В качестве устройства задержки может

быть использован, например, ждущий блокинг-генератор, запускаемый фронтамн нмнульсов 32. Импульсы устройства задержки длительпостью Y и являются синхронизирующими для синхронизированного автогенератора 25, на выходе которого формируются импульсы 33, задержанные относительно импульсов задающего генератора, на строго фиксированное время Y- Этп импульсы 33 поступают на вход логических схем 23, работу которых

поясним на примере конкретной схемы, изображенной на фиг. 3.

Выходные обмотки синхронизированного автогенератора 25 нодключены ко входам 50, причем к эмиттеру транзистора схемы 48 подключено начало обмотки, а к эмиттеру транзистора схемы 49 - конец. На входы 51 подаются сигналы с датчика напряжения 20 (фиг. 1) с полярностью, указанной на фиг. 3. При положительной полуволне напряжения сети 30 полярность на входах 51 логических элементов соответствует полярности, указанной на фиг. 3 без скобок. Это предполагает, при наличии напряжения питания транзисторов схем 48, 49, в качестве которого служат импульсы 33 (фиг. 2), открытое состояние транзистора схемы 48 и закрытое состояние транзистора схемы 49. Однако импульсы на выходе 52 будут ноявляться лигпь при положительной полярности импульсов 33, действующих на

входе 50. При отрицательной нолуволне напряжения сети 30 (полярность на входах 51 указана на фиг. 3 в скобках) транзистор схемы 48 закрывается, а транзистор схемы 49 открывается, поэтому на выходе 52 будут действовать отрицательные полуволны импульсов 33.

Так формпруются импульсы 34. Импульсы 35 формпруются аналогичной ячейкой, у которой начала обмоток, подключенных ко входам 50. включены наоборот. Указанные импульсы 34 и 35 подаются на управляющие электроды тиристоров 2, 3 и 4, 5 соответственно. Тирнсторьт 2, 3, 4, 5 переключаются с иовышепной частотой согласно импульсам 34, 35, причем в иптервалах времени ав и а,, в проводящем состоянии попеременно будут находиться тиристоры 3 и 4, а в интервалах и a,,i - тиристоры 2 и 5. Диаграммы проводящего и закрытого состояния тиристоров в указанных интервалах в точности соответствуют длительности импульсов 34 и 35 (открытое состояние тиристоров 3, 5 и 2, 4 соответственно) и длительности пауз между нмпульсами (закрытое состояние этих тиристоров). Такое переключение тиристоров подключает первичные полуобмотки трансформатора 1 к одноименному зажиму сети либо началом либо конном, а при переходе напряжения сети через ноль остается подключенной к одноименному зажиму сети тот конец или начало полуобмоток, которые были последними подключены в предыдущем полупериоде напряжения сети. Это позволяет сформировать во вторичной обмотке трансформатора 1 высокочастотное напряжение 36 с синусной огибающей и, кроме того, позволяет изменить полярность этого напряжения 36 ирн изменении полярности напряжения сети 30.

Каждый из тиристоров 7 и 8 включается на весь полупериод напряжения сети и вместе с дросселем 9 служит для сброса реактивной энергии.

Выпрямление и регулирование высокочастотного напряжения 36 осуществляет демодулятор на тиристорах 10-17 во вторичной цепи трансформатора, на управление которыми через трехвходовые логические схемы «И 24 подают импульсы 32 задающего генератора, импульсы 33 синхронизированного автогенератора, а также сдвинутые по фазе на угол регулирования Or, и f5n импульсы 37, 38. Сдвиг этих импульсов осуществляют фазосдвигающие устройства 28, 29 с регулируемыми угламгг задержки Ор и опережения рл, на вход которых поступают импульсы 32 задающего генератора.

Принцип формирования логическими элементами требуемых последовательностей импульсов рассмотрим на примере работы логической ячейки, изображенной на фиг. 4.

На входы 58 этой ячейки подаются сигналы, например, с датчика напряжения, а на входы 59 - с датчика тока с полярностью, указанной на фиг. 4, причем полярность, указанная без скобок, соответствует положительным полуволнам напряжения и тока (интервал времени an на фиг. 2). На входы 57 Логических схем 53 и 54 подключены выходные обмотки сннхронизированного автогенератора 25 и фазосдвигающего устройства 29 соответственно. В указанном интервале ав в проводящем состоянии находятся транзисторы схем 53 при

положительной нолярности напряжения 33. В момент перехода напряжения сети 30 через ноль (интервал ац) полярность на входах 58 меняется на обратную (на фиг. 4 эта полярность указана в скобках), транзистор 55 логической схемы 53 закрывается, но открывается одноименный транзистор схемы «И 54, поскольку и транзистор 56 этой схемы возбужден, то на выходе 60 теперь будут действовать отрицательные импульсы 38. При изменении направления током 31 транзисторы 56 обеих логических схем 53, 54 закрываются и на выходе 60 управляющие импульсы не появятся до следующей смены направления тока 31. Таким образом, формируются импульсы 39.

Для формировання импульсов 40 необходимо включать обмотки, соединенные со входами 57 обратно тому обозначению, что указано

на фиг. 4, а для формирования импульсов 41, 42 также в противофазах подключаются обмотки фазосдвигающего устройства 28, на выходе которого действуют импульсы 37, и задающего генератора 27. На фиг. 2 чередованне работы логических схем 53 и 54 для наглядности показано импульсами разной амплитуды (интервалы времени а и оси).

Таким образом, импульсы 39, 40, 41, 42 подаются на управляющие электроды тиристоров 10, 11, 12, 13 соответственно.

Работу демодулятора рассмотртпт на прт1мере одного мостового выпрямителя 10, 11, 12, 13. который работает при положительной полуволне тока 31 (интервалы времени апиа„),

процессы, происходящие при работе встречнопараллельно включенного моста 14, 15, 16, 17. работающего при отртщательной полуволне тока (интервалы -ani, -ai,i), соверигенн- аналогичны.

В момент времени, когда ток 31 переходит через нулевое значение и становится положительным, в работу включается с выпрямителг)ного режима мост 10, 11, 12, 13. Напряжение 36 вторичной обмоткт высокочастотного трансформатора I в этот момент времени положительно и полярность его соответствует полярности, указанной на фиг. 1 без скобок. Логические схемы 24 при этом пропускают управляющие импульсы только на два тпрнстора

11. 13, которые открываются, и ток нагрузки нротекает по пепи; (+) вторичной обмотки трансформатора 1, тиристор 11, фттльтр 18, нагрузка 19, датчик 21, фильтр 18, тиристор 13, (-) вторичной обмотки. Временные днаграммы 43. 44, 45, 46 проводящего (защтрихованные илощадки) и непроводящего (незащтрихованные площадкн) состояний тиристоров показывают, что в интервале времени ti - tz в проводящем состоянии находятся тиристоры

И, 13. В момент времени 4 высокочастотное напряжение 36 меняет свою полярность на обратную (на фиг. 1 показана в скобках), создавая условия для включения тиристоров 10, 12, однако в отличие от (прототипа) управляющий импульс 40 поступает только на тиристор 12,который, вклгочаясь, коммутирует тиристор II и закорачивает иагрззку 19, создавая цеиь для протекания реактивного тока нагрузки но цени: нагрузка 19, датчик 22, фильтр 18, тиристор 13, тнрнстор 12, фильтр 18, нагрузка 19. Поскольку в интервале временн /2-ts включены тиристоры 12, 13, а тиристоры 10, 11 закрыты, то модулятор с высокочастотным трансформатором переходит в режим холостого хода на указанное время При достижении угла регулирования Ор на тнристор 10 ноступает унравляюндий нмпульс 42, тиристор включается, коммутируя тиристор 13, и обмотка трансформатора 1 снова подключается к нагрузке 19, ток в этом интервале гз-4 протекает по ценн: (+) вторичной обмотки трансформатора, тиристор 12, фильтр 18, нагрузка 19, датчик тока 22, фильтр 18, тиристор 10, (-) обмотки трансформатора. В момент времени /4 напряженна вторичной обмотки трансформатора снова меняет свою полярность, создавая условия для включения тиристоров 11, 13,однако включается ио управляющему импульсу 39 только тиристор 11, коммутируя тиристор 12, нагрузка снова закорачивается, а регулятор переходит в режим холостого хода. При достижении угла регулирования ар включается тиристор 13 и нагрузка подключается ко вторичной обмотке трансформатора 1. Далее описанные процессы повторяются до тех пор, пока напряжение сети 30 не нзменнт свою полярность, с этого момента выпрямительный мост 10-13 переходит в инверториый режнм. Его работу здобио рассмотреть с предыдущего нолунериода иаиряження высокой частоты, когда мост еще работал в выпрямительном режиме. Управляющие импульсы 40, 42 поступали на тиристоры 12, 10, и ток нагрузкн протекал но описанной выще цепн для случая, когда полярность нанряження вторичной обмотки трансформатора соответствовала полярности, указанной на фиг. 1 в скобках (интервал времени При переходе напряжения сети через ноль напряжение вторичной обмотки трансформатора меняет свою полярность, создавая тем самым условия для включения тиристоров 11, 13. Однако управляющие импульсы 40, 42, благодаря логнческим элементам «И (см. фиг. 2) постунают на те тиристоры, которые были включены в предыдущем полупериоде нанряжения высокой частоты, т. е. на тиристоры 10, 12. По этой причине ток, определяемый активно-индуктивным характером нагрузки, будет протекать по-ирежнему по указанной цепи, но теперь навстречу нанряжению вторичной обмотки трансформатора, так как полярность этого напряження изменилась (показана на фиг. 1 без скобок). При дости}кении опережаюихего угла регулирования РР логическая ячейка пропускает импульс 39 на тиристор И, который, включаясь, коммутирует тиристор 12 и закорачивает нагрузку-напряжение на нагрузке равно ну510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 лю. В момент времени ty управляющий имиульс 41 с обмотки задающего генератора поступает на тиристор 13, который включаясь, коммутирует тиристор 10 и нереводит мост в выпрямительный режим. Спустя время у полярность вторичной обмоткн трансформатора 1 меняется на обратную (на фиг. 1 в скобках), и мост автоматически переходит в инверторный режим. Далее описанные процессы повторяются до тех нор, пока ток не изменит своего нанравления. С этого момента в работу включается биполярно включенный мост 14-17 с вынрямнтельного режима, так как на входах 59 описанных логических ячеек (фиг. 4) полярность становится запирающей для обоих транзисторов 56 н управляющие имнульсы в течение интервалов а,1 и OB на мост 10-13 поступать не будут. У другой грунны аналогичных ячеек, подключенных к управляющим электродам тиристоров 14-17, нолярность на указанных входах 59 будет отпирающей, и они будут таким же образом управлять этим мостом. Таким образом, на выходе регулятора действует напряжение 47, регулирование которого осуществляется сдвигом по фазе управляющих импульсов. Соверщенно очевидно при рассмотрении диаграмм переключения тиристоров, что увеличение углов регулирования ар и РР приводит к увеличению нулевой полочки tz-tz, а следовательно, к уменьщению выходного напряжения. Изменяя углы Ор и рр от О до 180°, можно регулировать выходное напряженне от нуля до макснмального значения. Формула изобретения Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащий тиристориый модулятор, нагруженный на иервичную обмотку высокочастотного трансформатора, ко вторичной обмотке которого подключен вход тиристорного демодулятора, систему управления с задающим генератором и двумя управляемыми фазосдвигаемыми блоками, а также датчики входного и выходного иапряжений и датчик выходного тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и улучщения энергетических показателей, в качестве модулятора применен обратимый параллельный инвертор напряжения, в качестве демодулятора - непосредственный преобразователь частоты, а блок управления снабжен автогенератором, связанным через блок задержки с упомянутым задающим генератором и подключенным своими выходами через двухвходовые логические схемы «И к управляющим входам тиристоров модулятора, причем выход датчика входного напряжения соединен со входами упомянутых двухвходовых схем «И и с задающим генератором, выходы датчиков выходных напрялсения и тока соединены через трехвходовые логические схемы «И с ти9ристорами демодулятора, а остальные входы этих схем «И нодключены к задающему ге10нератору непосредственно н через указанные фазосдвнгающие блокн.

Т Lrw

(j

ef

TTr

И

i I I J L-j UJ