Регулятор переменного напряжения Советский патент 1979 года по МПК G05F1/16 H02P13/16 

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении сетевых стабилизаторов аппаратуры радиоэлектроники и средств связи, регуляторов-стабилизаторов напряжения электротехнических установок и распределительных электрических сетей.

Известен регулятор переменного напряжения с вольтодобавочными трансформаторами и широтно-импульсной модуляцией напряжения вольтодобавки. Однако трансформатор, который должен быть рассчитан на напряжение вольтодобавки и частоту сети, не позволяет получить хорошие массо-габаритные показатели.

Известен также регулятор переменного напряжения с промежуточным звеном повышенной частоты. По технической сущности этот регулятор является наиболее близким к предложенному решению. Он содержит высокочастотный вольтодобавочный трансформатор, мостовой модулятор на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью в его первичной цепи, мОСтовой демодулятор на полностью управляемых ключах в его вторичной цепи, блок управления модулятором и демодулятором с задаюш.им генератором и двумя фазосдвигающими узлами.

2

Принципиально такой регулятор может реализовать все необходимые режимы работы (подключение нагрузки к сети, регулирование выходного напряжения, онеративное отключение нагрузки, в том числе и при аварийных ситуациях перегрузки и короткого замыкания и т. д.). Однако в практических случаях приходится существенным образом ограничивать эти функциональные возможности, так как для их реализации потребовалось бы установить ключи второго коммутатора в расчете на полный ток нагрузки и на полное напряжение сети. Такой вариант экономически не

выгоден, так как требует включения большого числа высоковольтных транзисторов, и технически не целесообразен, так как во всех рабочих режимах регулирования напряжения на ключах комм}татора не прсвышает напряжения на вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, что в сетевых стабилизаторах составляет не более 15% напряжеиия сети. Коммутатор, рассчитанный на такой режим работы, имеет малую установленную мощность, компактен, обеспечивает стабилизатору высокие удельно-экономические показатели, однако при этом неизбежно ограничиваются функциональные возможности и снижается

надежность работы, особенно при возникновении аварийных режимов перегрузки н короткого замыкания.

Предложенный регулятор отличается от известного тем, что он енабжен вепомогательным тиристорным мостом, блоком коммутации тиристоров этого моста и дополнительным блоком управления, включающим в себя узел формирова-ния управляющих импульсов тиристорами вспомогательного моста, связанный с датчиком тока нагрузки, и узел формирования управляющих импульсов тиристорами блока коммутации, связанный с датчиком тока нагрузки через -пороговый элемент, причем уномянутый демодулятор выполнен на ключах с односторонней проводимостью и своими входными выводами подключен к выводам постоянного тока вспомогательного тиристорного моста, выводы переменного тока котооого включены последовательно в цепь нагрузки. Регулятор также отличается тем, что блок коммутации выполнен в виде распределительного тиристорного моста, между выводами постоянного тока которого включен копденсатор, выводы переменного гока этого моста соединены с выводами переменного тока вспомогательного тиристорного моста, а параллельно диагонально расположенным тиристорам включены зарядные цепочки из последовательно еоединениых диода и резистора.

Это позволяет увеличить надежность регулятора и расширить его функциональные возможности при сохранении всех полож:ительных свойств регуляторов с вольтодобавочным высокочастотным трансформатором.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема регулятора; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжеПИЙ, действующих в цепях регулятора.

Регулятор содержит высокочастотный вольтодобавочный трансформатор 1, модулятор, выполненный по мостовой схеме на н-олностью управляемых ключах 2-5 с двусторонней проводимостью, одна диагональ этого коммутатора подключена к сети, а во вторую диагональ подключена первичная обмотка Wi трансформатора 1, вторичная обмотка W которого включена в диагопаль переменного тока мостового демодулятора на транзисторах 6-9 и диодах 10- 13, включенных последовательно с транзисторами. Указанный демодулятор включен в диагональ постоянного тока моста на тиристорах 14-17, в диагональ переменного тока которого включена нагрузка 18; блок принудительной коммутации 19, фильтр, состоящий из дросселя 20 и конденсатора 21.

С управляющими цепями ключей 2-5 модулятора соединен задающий генератор 22, к выходу которого подключены фазосдвигающие узлы с регулируемым углом опережения 23 и с регулируемым углом

задержки 24, соединенные с управляющими цепями смежных транзисторов соответственно 8, 9 и G, 7 демодулятора. Датчик тока нагрузки 25 соединен с формирователем 26, выходы которого подключены к тиристорам 14, 17 и 15, 16.

К датчику тока 25 подключены пороговый э.чемент 27 и формировате.П; У11ра):1Яющих 1 М 1ульсов 28, который связан с -/правляющими цепями блока нринудительной коммутации 19.

Блок принудительной коммутации 19 содержит распределительный тиристорный мост (тиристоры 29, 30, 31, 32), в диагональ постоянного тока которого включен конденсатор 33, а диагональ переменного тока юдключена к зажимам переменного тока управляемого моста на тиристорах 14-17. Параллельно паре тиристоров 29 и 32 подключены зарядные цепочки, состоящие из последовательно включенных диодов 34, 35 и резисторов 36, 37.

Па фиг. 2 показаны напряжение сети 38, ток нагрузки 39, напряжение 40 вто)ичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, напряжение 41 задающего генератора (здесь и далее на фиг. 2 для сокращения графических построений, импульсы, поступающие на унравляющие цепи соответствующих пар ключей изображаются в виде положительных и отрицательных импульсов), напряжение фазосдвигающсго узла с углом задержки ccpi 42, напряжение фазосдвигающего устройства с УГЛОМ опережения рр 43, импульсы 44 управления вспомогательным тиристорным .мостом, поступающие с датчика тока 25 через формирователь 26, напряжение 45 на нагрузке, соответствующее при углах регулирования «,1 и |3р| вольтодобазке, напряжение 46 фазосдвигающего узла с углом задержки ар2, напряжение 47 фазосдвигающего узла с углом опережения рр2, напряжение 48 на нагрузке, соответствующее при углах регулирования ар2 и Рр2 вольтоотбавке.

Для определенности принято, что положительные импульсы последовательностей соответствуют включенному состоянию одних ключей, отрицательные - других. ( + ) последовательности 41 соответствует включению ключей 2-5, (-) последовательности 41 -включению ключей 3, 4, (+) последовательности 42 (46) -включению транзистора 7, (-) последовательности 42 (46)-включению транзистора 6, (-|-) последовательности 43 (47) - включению транзистора 8, (-) последовательности 43 (47) - включение транзистора 9, ( + ) последовательности 44 - включению тиристоров 15, 16, (-) последовательности 44- включению тиристоров 14-17.

Работает регулятор следующим образом.

При подключении к сети на ключи мод}лятора 2-5 подают импульсную последовательность 41 (фиг. 2), а на диоды демодулятора 10, II и 12, 13 подают импульсные последовательности 42 и 43 соответственно. Регулятор работает на холостом ходу.

При подаче управляющих импульсов (последовательность 44) на тиристоры 14, 15, 16, 17 происходит подключение нагрузки и на ней формируется напряжение 45 или 48 в зависимости от углов регулирования сср и Рр, которые определяются задающим напряжением С/у на входе фазосдвигаюпшх узлов.

В зявисимости от углов регулирования а,, и рр, которые определяются величиной задсмощего напряжения f/y на входе фазосдвигающих узлов 23, 24, возможны следующие режимы работы регулятора.

Режим неискаженной максимальной вольтодобавки C/y t/ymax. Ключи демодулятора замыкают по циклу

5,8; 6, 9. На нагрузке выделяется неискаженное синусоидальное напряжение, равное сумме напряжений сети и вторичной обмотки трансформатора.

Режим регулируемой вольтодобавки ;ар р)1,; - (угол отсчитывается относительно периода напряжения высокой частоты) V2f ymax f/y f/ymax. КлЮЧИ Замыкают по циклу 6, 8; 8, 7; 7, 9; 9, 6. В таком цикле замкнутое состояние ключей

6,8 и 7, 9 соответствует напряжению на нагрузке, равному напряжению сети, а замкнутое состояние транзисторов 8, 7 и 9, 6 напряжению на нагрузке, равному сумме напряжений сети и вольтодобавки. Изменяя напряжение t/y, а значит, и углы регулирования ар н Рр, можно менять длительность промежутка времени, когда к нагрузке приложено суммаииое напряже1 пе сети и вольтодобавки. Напряжение на нагрузке, соответствующее углам регулирования ccpi иррь представлено на ф.иг. 2 кривой 45. В иоедельном случае, когда

и, и,

у тнт 1

ЧТО соответствует

регулятор перейдет в режим неискаженной передачи напряжения сети.

Режим неискаженной передачи напряжения сети

«р - р -у J - J maitКлючи замыкаются по циклу 6, 8: 7, 9, вторичная обмотка тра-нсформатора все время отключена от нагрузки, на которой действует только напряжение сети, трансформатор работает на холостом ходу.

6

Режим регулируемой вольтодобавки

уЦ.пт у ушах;

i s- p -Ключи замыкаются по циклу 8, 6; 6, 9; 9,7; 7, 8. В промежутки времени, соответствующие замкнутому состоянию ключей 8, 6 или 9, 7, на нагрузке действует только напряжение сети, а когда замкнуты транзнCTOipbT 6, 9 или 7, 8 на нагрузке действует напряжение, равное разности напряжения сети и вторичной обмотки. Меняя соотнонюиие времени включенного состояния

тпанзИСтороп 8, в (или 9, 7) и 6, 9 (или 7 tS) изменением углов регулирования на нагрузке, можно получать различные напряжения. Такое напряжение при углах регулирования ар2 и Рр2 представлено на фиг. 2

(кривая 48). В предельном случае, когда , ар рр.-т, на нагрузке действует неискаженное .напряжение сети за вычетом напряжения вольтоотбавки.

Режим неискаженной максимальной

вольтоотбавки f/y 0, ар рр л. Ключ.и замыкаются но циклу 6, 9; 7, 8; на нагрузке формируется напряжение, равное разности напряжения сети и вольтоотбавки. При коротком замыкании нагрузки ток

нагрузки увеличивается, скорость его роста ограничивается дросселем 20 фильт ра, и когда его величина достигнет величины хставки, срабатывает пороговый э,пемент 27 и формирователь импульсов 28 включает тиристооы блока принудительной коммутации 19. причем, если были включены тиристоры 15, 16, то на их коммутацию включают тиристоры 29, 32, а если были включены рабочие тиристоры 14, 17, то

включают тиристоры 30, 31.

Допустим, что ток нагрузки протекал через тиристоры 15, 16, тогда формирователь импульсов (при перегрузке) вк,тючает тиристоры 29, 32. Напряжение конденсатора

33, который до этого за:ряди,тся от сети через диоды 34, 35 и резисторы 36, 37, прикладывается в обратном нап1равлении к тиристорам 15, 16, ток в них под действием напряжения конденсатора 33 спадает до

иуля, и они выключаются, конденсатор 33 колебательно перезаряжается через сеть и дроссель 20. Тиристоры 29 и 32 выключаются при переходе тока нагрузки через «иуль. Таким образом, происходит отключение регулятора от нагрузки при коротком замыкании последней. При устранении короткого замыкания регулятор вновь может быть подключен к сети. Возможна установка системы автоматического повторного включения.

Таким образом, обеспечена высокая, надежность работы регулятора и реа,тизуются его функциональные возмож:ности высоких удельно-экономических показателях.

7 Формула изо б 1 е т е н м я

1. Регулятор переменного нанряжения, содержащий высокочастотный вольтодобавочный т:ра сформатор, мостовой модулятор на полностью управляемых к„тгоиах с двустороННей 11|роводимостыо в eio нервитной цепи, мостовой демодулятор пи полностью управляемых ключах в его вторичной цепи, блок управления модулятором и демодулятором с задающим геператором и двумя фазосдвигающими узлами, отличающийся тем, что, с целью расши()епия функциональных возможносте регулятора, ОН сцабжеп вспомогательным тирнсторпым

МЮСТОМ, блоком коммутации ТИрИСТОПОВ

этого моста и дополнительным блоком управления, включаюЩИМ в себя узел формирования управляющих импульсов тиристорами вспомогательного моста, связанный с датчиком тока нагрузки, п узел формирования управляющих импульсов тиристорами блока комм тации. связанный с датчиком тока нагрузки через пороговый элемент, п|)ичсм демодулятор выполнен на ключах г одностор(;ннсй 11)оводимостью и ходиымн выводами подключен к выводам постоянного тока всиомогатель}10го тиристориого моста, ;ыводы неремеииого тока KOTOpoio включены последовательно в цепг, .

2. Регулятор по п. 1, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что блок П1ри1 удитслр)иой коммутацией выполнен в виде расиред.елител)ного тиристориого моста, между выводами постояпного тока которого включен конденсатор, выводы ьеремениогО тока этого моста соедипеиы с выводами переменного тока вспомогательного тиристорного моста, а нарал.аельпо диагонально расположенным тиристорам включены зарядные цеиочки из ьосдедовательно соединенных диода и резистора.

Л

Фиг. г