Регулятор переменного напряжения со звеном высокой частоты Советский патент 1978 года по МПК H02P13/14 H02M5/22 

(54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СО ЗВЕНОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ На фиг. 1 представлена в структурном виде схема регулятора переменного напряжения; на фиг 2 -представлены временные диаграммы, поясняющие работу регулятора; на фиг. 3 приведены сравнительные характеристик известного регулятора и предлагаемого. Рогупятор переменного напряжения со .звеном высокой частоты содержит модулятор .1 и демодулятор 2, выполненные в виде однофазных мостовых инверторов на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, 3,4,5,6 и 7,8,9ДО соответственно, причем диагональ модулятора 1 образует входные зажимы, подключаемые к сети, диагональ демодулятора 2 включена в рассечку между входным и вы- г.одиым зажимом, а в другие диагонали модулятора 1 и демодулятора 2 включены обмотки высокочастотного трансформатора 11, а также схему управления 12 с задающим генератором 13, один выход которого связан с управляющими входами клю. чей 3,4,5,6 модулятора 1, а другой через фазос двигающий блок 14 с управляемым углом задержки связан с управляющими входами пары смежных ключей, например клю. чей 7 и 8, демодулятора и второй фазосдви гаюшвй блок 15 с управляекл.1м углом опережения, один вход которого соединен с выходом упомянутого задающего генератора 13, выход связан с управляющими входами другой пары смежных ключей, например ключей 9 и 1О, демодулятора 2, а другие управляющие входы обоих фазосдвигающих блоков о единены. На фиг. 2 приведены эпюры : импульсов вьоходного напряжения (поз. 1б) задающего генератора (здесь и далее на фиг. 2 для с кращения графических построений, импульсы иоступаюшие на соответствующие пары ключей, изображаются на одной временной оси в виде положительных и отрицательных импульсов), напряжения сети (поз. 17), напряжения (поз. 18) вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, импульсов (поз. 19) фазос двигающего блока с регулируемым углом задержки , импульсов (поз. 20) фазос двигающего блока с регулируемым -углом опережения уЗ , ш 1ходного напряжения (поз. 21, 24) демодулятора, напряжения (поз. 22, 23, 25) на нагрузке при различных углах регулирования. Работает регулятор следующим образом. При включении напряжения питающей сети и подачи импульсов (поз. 16 на фиг. 2) на управляющие входы ключей образующих противоположные плечи модулятора 1 (напрймер, на ключи 3.6 и 4,5), указанные ко мутаторы переключаются с частотой задак щего генератора, при этом первичная обмотка вольгодобавочного трансформатора 11 попеременно подключается к одноименному зажиму сети или началом или контюм. Напряжение сети (поз. 17), таким образом, преобразуется высокочастотное напряжение (поз. 18) с синусной огибающей и прикладывается к диагонали демодулятора 2. Одновременно импульсы задающего генератора поступают на входы фазосдвигающих блоков 14 и 15. Выходные импульсь (поз. 19, 20 на фиг. 2) фазосдвигающих блоков, сдвинутые на регулируемый угол задержки сбр и регулируемый угол опережения /Ь-р , поступают на управляющие входы ключей демодулятора. Причем, согласно предполагаемому изобретению, соединение выходов фазосдвигающих блоков с парами клвэчей 7, 8 и 9, 10 смежных плеч определяют и последовательность переключения этих пар ключей согласно импульсным последовательностям (поз. 19, 20). В частности положительные импульсы последовательности (поз. 19 ) ветствуют включенному состоянию ключа 7, отрицательные - включенному COCTOSIнию ключа 8, а положительные и отрвцательные импульсы последовательности (поз. 20)- включенному состоянию ключей 10, 9 других смежных плеч, соответственно. При этом обеспечиваются все необходимые режимы работы регулятора: мйксимальная вольтодобавка, регулируемая вольтодобавка, неискаженная передача на нагрузку напряжения сети, регулируемая вольтоотба&ч ка, максимальная вольтоотбавка. Объединение управляющих входов фазосдвигающих блоков 14 и 15 обеспечивает равенство углов задержки оС- и отг режения ft в процессе регулирования, очень важно при построении стабилизаторов напряжения на базе регулятора переменного напряжения, обеспечивает регулирование углор oip и А от О до 18О каждого приоднозначном изменении управляющего сигнала J (см. фиг. l) в заданных пределах. Режим максимальной вольтодобавлси определяется максимальным входным сигналом у, когда О, при этом ключи демодулятора переключаются по циклу 7,1О-8,9, где рядом сто5пцие цифры обозна-. чают одновременное замкнутое состояние соответствующих им ключей. В этом случае напряжение 18 вторичной обметки вольтодобавочного трансформатора 11 все время включается согласно с напряжением сети и на нагрузке действует неискаженное напр ение, равное сумме напряжения вторичной обмотки трансформатора и напряжения сети.

Режим регули зуемой вольтодобавки обеспечивается таким изменением входного сипнала И у от максимального значения и ниже когда углы регулирования ofp и ft-o. (см. фиг. 2.) изменяются в предел х от О до четверти периода напряжения высокой чаототы. Ключи демодулятора 2 переключаются в этом режиме по циклу 8,10-10,77,9-9,8, на выходе которых формируется регулируемое напряжение 21, фаза которог соответствует фазе напряжения.сети 17, а

на нагрузке - напряжение 22.

Режим наискаженной передачи на нагруэку напряжения сети обеспечивается при уплах прегулирования /Ьр (см. фиг. 2) равных четверти периода напряжения :высо«кой частоты, тем самым достигается цикл 8,10-7,9. Больтодобавочный трансформатор 11 в этом режиме работает на холостом ходу, так как его вторичная обмотка все время разомкнута, напряжение на выходе демодулятора равно нулю, а на нагрузке действует неискаженное напряжение (поз5 23), равное напряжению сети (поз. 17). Таким образом, устраняется самый неблагопоиятный режим работы известного регулжи тора

Дальнейшее уменьшение входного СИ1. нал а и у обеспечивает режим регулируемой вольтоогбавки, так как углы регулирования oVi ftf} становятся больше четверти периода напряжения высокой частоты и ключи демодулятора- переключаются по циклу 10,8-8,9-9,7-7,10. На выходе демодулятора формируется напряжение (поз. 24), фаза которого противоположна фазе напряжения сети (поз. 17), а на нагрузке - напряжение (поз. 25.)

При входном сигнале TJy; равном неко горому минимальному значению, углы регулирования оГр и /3-р равны 18О , ключи демодулятора переключаются по циклу 9,87,10 и напряжение вторичной обмотки вольтодоба вечного трансформатора все время включаются встречно с напряжением сети, а на нагрузке действует напряжение, равное разности напряжения сети и напряжения вторичной обмотки вольтодобавочиого трансформатора.

Таким образом, регулятор обеспечивает синусоидальную кривую выходного напряжения в режимах максимальной вольтодобавки, неиска кеиной передачи на нагрузку напрэжения сети, максимальной вольтоотбавки, а в промежуточных режимах процесс регули-. рования, в отличии от известного регулятора, основан на чередовании внутри полуперио да напряжения высокой частоты режимов передачи неискаженного напряжения -сети с вольтодобавкой (в режиме регулируемой

вольтодобавки) либос вольтоотбавкой ( в режиме регулируемойвольтоотбавки). Друглми словами, регулятор реализует частичную оцнополярную реве}х:ивную модуляцию выходного напряжения.

Таким образом, снабжение регулятоуш фазосдг.игаюшим блоком с регулируемым углом опережения, соединение его входа с задающим генератором, а выхода - с парой смежных ключей демодулятора и объединения управляющих входов фазосдвигаюших блоков позволило ппысить КПД регулятора. Это объясняется тем, что в процессе регулирования, в отличии от известного регулятора, изменяется от О до максимума как среднее значение выходного напряжения и потребляемого тока, так и их эффективное значение . В режимах регулируемой вольтодобавки и регулируемой вольтоотбавки размах пульсаций выходного напряжения в предложенном варианте равен амплитуде напр жения вторичной обмотки трансформатора (д/2 на фиг. 2), что по сравнению с известным регулятором в два раза меньше. Это

5 позволяет уменьшить коэффициент гармоник и снизить вес регулятора за счет резкого снижения веса и габаритов входных и выходных фильтров, составляюших в такт регуляторах от 10 до 20% общего веса. Умень0шение искажений потребляемого из сети тока приводит также к поБышёнкю коэффициента мощности. Сравнительная количественная оценка повышения энергетических показателей иллюстрируется приведенными

5 на фиг. 3 зависимостякги коэффициента мощности - кривые К и и К .. , коэффициента

I/

, и X,

К

и КПД - кригармоник - кривые

иые и в функции напряжения на наг рузке при диапазоне регулирования t 2О%. Анализ приведенных на фиг. 3

кривых показывает, 4i-o энергетические показатели сравниваемых регуляторов равны лишь в предельных режимах, а. в промежуточных в аредлагаемом регуляторю резко повышаются, особенно при напряжении на нагрузке, блио. ком к напряжению сети. В частности коэффициент мошности повышается на 7-8%, а КПД - на 3-4%. Особенно важным являет ся то, что коэффициент гармоник уменьша0ется в 44,5% до 9-1О% (го есть почти в 5 раз). Это позволяет резко снизить вес и габариты фильтрующих устройств при заданном коэффициенте нелинейных искажений, что в совокупности с двукратным уменьшением амплитуды пульсаций напряжения на нагрузке приводит к снижению веса и габаритов фильтров в 2-4 раза. Таким образом, предлагаемый регулятор позволяет сокра- тигь вес и габариты тяжелых и громоздких

фильтров, а в ряде случаев и вообше избавиться от них и, следовательно, снизить вес рвгуля чэра на этой основе на .

о р м у л а

зобретени

Регулятор переменного напряжения со эйЬном высокой частоты, содержащий моду лятор и демодулятор, выполненные в виде однофазных мостовых л верторов на полное-. тью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, причем диагональ моду лятора обрадует входные зажимы, подключаемые к сети, диагональ демодулятора включена в рассечку между юодным и выходным зажимами, а в другие диагонали модулято ра и демодулятора включены обмотки высокочастотного трана| орматора, а также схв« му .управления с задающим генератором, один выход которого связан с управляющими

входами ключей модулятора, а другой чере фааосдвигающий блок с управляемым углом (задержки связан с управляющими входами пары смежных ключей демодулятора, отличающийся тем, что, с целью улучщения энергетических показателей и уменьшения массы, он снабжен вторым фазсдвигающим блоком с управляемым углом опережения, один вход которого соединен с выходом упомянутого задающего генератора аыход связан с управляющими входами другой пары смежных ключей демодулятора, а другие управл5пощие входы обоих фазосдви гающих блоков объединены.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 318137, кл. Н 02 р 13/14, 1973.

„2. Патент США № 3596172, кл. 323-45, 1974.

I

j3

У/ r- П П r-1 r

OioijTircrc

n:::rirrr-rtin r. «-J U U U

j-T rLnrLri r-i U U

Кг KM,

0,2