Способ управления регулятором переменного напряжения со звеном высокой частоты Советский патент 1977 года по МПК H02P13/16 H02M5/22 

жим постоянного тока противоположной полярности, подают третью импульсную последовательность, фазу которой изменяют на 180° при каждом переходе входного напряжения через нулевое значение.

Это позволяет уменьшить массу регуляторов, управляемых по указанному способу, повысить устойчивость их работы и качество как потребляемой энергии, так и выходного напряжения.

На фиг. 1 ноказана схема регулятора переменного напря кения со звеном высокой частоты.

Регулятор содержит модулятор 1 на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный трансформатор 2, демодулятор, образованный двумя встречно-параллельно включенными мостами 3 и 4 на тиристорах 5-8 и 9-12 соответственно. В одну из диагоналей демодулятора включена обмотка высокочастотного трансформатора, а в другую - нагрузка 13.

На фиг. 2 - представлены временные диаграммы, поясняющие способ управления, где 14 - напряжение сети; 15 - ток нагрузки, 16- напряжение вторичной обмотки трансформатора; 17, 18 - управляющие импульсы, оперел ающие опорную последовательность импульсов (моменты смены полярности напряжения 16) на фиксированный угол Y 19, 20 - управляющие импульсы с регулируемым углом задержки ар; 21, 22 - управляющие импульсы с регулируемым углом оперел ения рр; 23-26 - комбинация импульсов, действующих на управляющих входах ключей 6, 5, 8, 7 демодулятора, 27 - выходное напряжение рег лятора; 28 - его среднее значение; 29 - импульсная последовательность с онережающим углом у, фазу которой изменяют на 180° при каждом переходе выходного напряжения через нулевое значение; 30, 31-управляющие импульсы этой же последовательности; 32 - выходное напряжение регулятора.

Работу регулятора и сущность способа управления рассмотрим для наиболее общего случая активно-индуктивного характера нагрузки, когда напряжение сети 14 опережает ток нагрузки 15 на некоторый угол Y (фиг. 2).

Модулятор 1 преобразует напряжение сети в напряжение 16 высокой частоты, для чего на управляющие входы ключей модулятора добавляют опорную последовательность импульсов высокой частоты, фаза которых совпадает с моментами смены полярности напряжения высокой частоты.

Процессы, отражающие управление регулятором, рассмотрим для положительной полуволны тока .нагрузки 15, т. е. для случая, когда операции выпрямления и регулирования напряжения 16 осуществляет мост 3 (фиг. 1). При этом часть полупериода тока нагрузки указанный мост работает в выпрямительном режиме (интервал ссв), а часть - в инверторном (интервал ссц) в силу активно-индуктивнпго характера нагрузки. По предложенному

способу управления упомянутые последовательности, отстающую по фазе на угол схр (на фиг. 2). Эта импульсная последовательность представлена в виде двух однополярных последовательностей 19, 20) и опережающую на угол РР (на фиг. 2 - последовательности 21, 22) поочередно подают на смежные тиристоры указанных мостов 3 и 4 демодулятора, образующих зажимы постоянного тока, например, на тиристоры 8, 7 (6, 5) моста 3 и тиристоры 10, 9 (12, 11) моста 4 соответственно (фиг. 1) формируют третью импульсную последовательность (соответственно 17, 18 по фиг. 1), опережающую по фазе моменты смены полярности высокочастотного напряжения на фиксированный угол Y равный времени восстановления запирающих свойств тиристора и подают на другие смежные тиристоры 6, 5 (8, 7) моста 3 и тиристоры 12, И (10, 9) моста 4. Причем импульсную последовательность 19, 20 подают на тиристоры 8,

7и 10, 9 только в выпрямительном режиме (интервал ав - интервал совпадения полярности тока 15 и напряжения 14), а в интервалах несовпадения Ки полярностей тока и напряжения указанную последовательность прерывают. Импульсную же последовательность 21, 22 подают на тиристоры 6, 5 и 12, И, наоборот, в интервалы несовпадения «и полярностей тока и напряжения, а в интервалах осв совпадения полярностей ее прерывают, а в интервалах прерывания этих последовательностей на указанные тиристоры смежных плеч подают третью импульспую последовательность 17, 18. При этом в рассматриваемом интервале ав, Си работы моста 3 па его тиристоры поступают импульсные последовательности 23-26.

Таким образом, подавая упомянутые импульсные последовательности (на фиг. 2 изображены сплошной линией) или прерывая их (на фиг. 2 изображены пунктирной линией) осуществляют перевод мостов из выпрямительного режима в инверторный и наоборот. Мост 3 включается в работу с выпрямительного режима в момент времени так как полярность высокочастотного напряжения 16 в этот момент соответствует полярности указанной на фиг. I в скобках, и на управляющие электроды тиристоров 6 и 8 поданы импульсы последовательностей 23, 25 соответственно. Ток нагрузки в течение интервала времени начинает нарастать по цепи: «-{- обмотки трансформатора 2, тиристор 6, нагрузка 13, тиристор 8, «- обмотки трансформатора.

8момент времени t на управляющий электрод тиристора 5 подают импульс последовательности 24, но он не может включиться при указанной запирающей для него полярности. В момент времени з изменяется полярность напряжения 16 и включается тиристор 5, коммутируя при этом тиристор 6. В силу активно-индуктивного характера нагрузки ток нагрузки 15 не прервется, а будет протекать в прежнем направлении, так как включение.

тиристора 5 создается внутренний контур замыкания оеактивной энергии: нагрузка 13,тиристор 8, тиристор 5, нагрузка 13. Напряжение на нагрузке при этом равно нулю, а трансформатор 2 и модулятор 1 переходят в режим холостого хода. В момент времени t при достижении угла регулирования ар импульс последовательности 26 подают на тиристор 7, который включаясь, коммутирует тиристор 8 и подключает обмотку трансформатора к нагрузке. Ток нагрузки будет протекать по цепи: «+ обмотки трансформатора 2, тиристор 5, нагрузка 13, тиристор 7, «- обмотки трансформатора. Затем в момент времени 5 управляющий импульс подают на тиристор 6, но включается он лишь после смены напряжением 16 своей полярности, коммутируя при этом тиристор 5 и создавая с включенным попрежнему тиристором 8 внутренний контур. Далее описанные процессы повторяются до тех пор, пока напряжение на нагрузке не спадает до нуля. Последними в выпрямительном режиме включаются тиристоры 5, 7. В момент времени t напряжение 16 изменяет свою полярность и, поскольку управляющие импульсы поданы на тиристоры 5, 7, они по-прежнему остаются включенными, так как ток нагрузки 15 прерваться не может. Таким образом, мост 3 автоматически переходит в инверторный режим (ток нагрузки протекает навстречу напряжению вторичной обмотки трансформатора). При достижении угла опережения РР в момент времени ts управляющий импульс последовательности 23 подают на тиристор 6, который, включаясь, коммутирует тиристор 5, создавая тем самым внутренний контур замыкания реактивной энергии. И если теперь до того, как снова сменится полярность напряжения 16 не включить тиристор 8, то произойдет срыв инверторного режима, так как после смены полярности напряжением 16 осуществить естественную коммутацию тиристора 8 будет невозможно до следующего полупериода напряжения высокой частоты. Для предотвращения срыва инверторного режима и подают на смежные тиристоры 7, 8 импульсную последовательность 17, 18, опережающую по фазе мОлМенты смены полярности напряжения 16. В момент времени tg импульс последовательности 25 подают на тиристор 8, который включается, коммутирует тиристор 7 и кратковременно (на время у} переводит мост в выпрямительный режим. За это время выключенный тиристор 7 успевает восстановить свои запирающие свойства. Поскольку угол регулирования в инверторном режиме принципиально не может быть меньще у, то срыва инвертирования произойти не может, за счет чего повышается устойчивость работы. В момент времени ю полярность напряжения 16 меняется на обратную и мост 3 снова переходит в инверторный режим. Далее описанные процессы повторяются до тех пор, пока ток нагрузки не спадет до нуля, после чего в работу включится мост 4 выпрямительного режима

и т. д. На нагрузке при таком управлении формируется напряжение 27 со средним значением 28.

Приведенная на фиг. 2 комбинация и.мпульсов 23, 24, 25, 26 показывает, что в разных режимах (выпрямительный и инверторный) регулируемые по фазе импульсы 19, 20, 21, 22 и импульсы с фиксированной фазой 17, 18 необходимо при управлении подавать на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующие разнополярные зажимы постоянного тока. Другое отличие состоит в том, что указанные отстающую и опережающзю последовательности всегда подают на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующие однополярный зажим постоянного тока (напри.мер, отрицательный), а на другие смежные тиристоры, образующие зажим постоянного тока противоположной полярности подают третью импульсную последовательность, фазу которой изменяют на 180° при каждом переходе выходного напряжения через нулевое значение.

На фиг. 3 приведены диаграммы напряжений, где кривыми 14 и 16 показаны напряжение сети и высокочастотное напряжение соответственно. Импульсная последовательность 17, 18, опережающая по фазе моменты смены полярности высокочастотного напряжения на угол Y, для наглядности приведена на фиг. 3 на одной временной оси. Изменение фазы импульсов 17, 18 на 180° при переходе выходного напряжения через нуль позволяет получить импульсную последовательность 29, импульсы 30 и 31 которой подают в обоих режимах на смежные плечи (например, на тиристоры 6, 5 моста 3 и тиристоры 12, 11 моста 4) каждого моста демодулятора, а на другие смежные плечи (например, на тиристоры 8, 7 моста 3 и тиристоры 10, 9 моста 4) подают импульсную последовательность, сдвинутую относительно высокочастотного напряжения на угол задержки (кр - в выпрямительном режиме) и угол опережения (Рр - в инверторном режиме). Процессы, происходящие в регуляторе, совершенно аналогичны ранее рассмотренным, о чем говорит и форма кривой выходного напряжения 32.

Использование предлагаемого способа управления регулятором переменного иапрялсения со звеном высокой частоты обеспечивает устранение паразитной циркуляции реактивной мощности и уменьшение потерь в элементах регулятора, улучшение формы кривой выходного напряжения и уменьшение содержания высших гармоник, повышение устойчивости работы регулятора при изменении величины и характера нагрузки.

Способ может быть также применен при управлении трехфазными рег чяторами переменного напряжения со звеном высокой частоты, а также в однофазных и трехфазных регуляторах-стабилизаторах с высокочастотными вольтодобавочными трансформаторами.

Формула изобретения

1. Способ управления регулятором переменного напряжения со звеном высокой частоты, содержащим модулятор и демодулятор на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, высокочастотный тран-сформатор, первичная обмотка которого соединена с модулятором, а вторичная включена в одну из диагоналей мостов демодулятора, причем управляюш,ие ключи демодулятора выполнены на тиристорах и образуют собой два встречнопараллельно включенных моста, заключающийся в подаче на управляющие входы ключей модулятора опорной последовательности импульсов высокой частоты и в подаче на управляющие входы ключей демодулятора регулируемых в сторону отставания и в сторону опережения относительно опорной последовательности импульсов двух других последовательностей, отличающийся тем, что, с целью улучщения технико-энергетических показателей, упомянутые отстающую и опережаютдую последовательности импульсов поочередно подают на смежные тиристоры указанных мостов демодулятора, образующих зажимы постоянного тока, формируют третью импульсную последовательность, опережающую опорную последовательность на фиксированный угол, и подают ее на другие смежные тиристоры мостов демодулятора, причем на интервалах совпадения полярности входного напряжения и выходного тока регулятора подают отстающую последовательность, а на интервалах несовпадения полярности этих величин- опережающую и третью импульсные последовательности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые отстающую и опережающую последовательности импульсов подают на смежные тиристоры мостов демодулятора, образующие однополярный вывод постоянного тока, а на другие смежные тиристоры, образующие вывод постоянного тока противоположной полярности, подают третью импульсную последовательность, фазу которой изменяют на 180° при каждом переходе входного напряжения через нулевое значение.

ipuii.l

t, t

3

Ч//.

iPuz.z