Регулятор -фазного переменного на-пРяжЕНия C пРОМЕжуТОчНыМ ВыСОКОчАСТОТ-НыМ пРЕОбРАзОВАНиЕМ Советский патент 1981 года по МПК H02M5/12 G05F1/14 H02P13/16 

(54) РЕГУЛЯТОР т-ФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике регулирования и стабилизации переменных напряжений, колеблющихся вверх и вниз от своего номинального значения , и может найти применение в качестве мощных регулируемых(стабилизируемых) источников электропита ния для электротехнических установок в тех случаях, где требуется высокое качество электроэнергии при большом диапазоне регулирования. Известен 3-фазный регулятор переменного напряжения с трансформато ром, работаквдим на частоте сети, а также имеющим первичные полуобмотки и полност.ыо управляемые ключи переме ного тока в первичной цепи трансфор матора l. Указанный регулятор осуществляет двухполярную модуляцию и поэтому им ет повышенные пульсации выходного напряжения и входного тока. Например , амплитуда пульсаций по напряжению равна удвоенной амплитуде выходного напряжения, что приводит к необходимости установки громоздки выходных фильтров Известен З-фазный регулятор пере менного напряжения, содержагдай высо кочастотный трансформатор, полностью управляемыеключи переменного тока в его первичной цепи и встречно включенные тиристорные мосты с естественной коммутацией во вторичной цепи трансформатора f2. Однако данный регулятор также реализует, двухполярную модуляцию и имеет низкие показатели при глубоком регулировании. Известен также регулятор т-фазного напряжения, содержащий вйсоковольтный трансформатор с двумя первичными и двумя вторичными полуобмотками и полностью управляемые ключи в первичной и вторичной цепях трансформатора, реализующий однополярную модуляцию и имеющий в два раза меньше пульсаций выходного напряжения и входного тока 3J. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регулятор т-фазного переменного напряжения, содержащий т-фазный высокочастотный трансформатор с первичной и вторичной т-фазными обмотками, выполненными со средними точками, образующими, соответственно, входные и выходные выводы регулятора, причем разноименные концы этих обмоток подключены ко входам m-фазных вентильных мостов с: полностью управ ляемыми ключами на их выходах, задающий генератор и блок управления, выполненный из последовательно соед ненных модуляторов ширины импульсов, логического узла и .узла развязки и усиления, соединяющего выхо ды модулятора ширины импульсов и ло гического узла с управляющими цепями упомянутых ключей . Однако в известных регуляторах пульсации напряжения при глубоком регулировании равны амплитуде выход ного напряжения , что ухудшает технико-энергетические показатели регу лятора и не позволяет применять е.го в качестве глубоко регулируемого источника. Кроме того, известные ре гуляторы имеют сложную схему. Цель изобретения - повышение тех нико-энергетических показателей пут уменьшения искажений входного тока и выходного напряжения при глубоком регулировании, а также упрощение сх мы регулятора. Поставленная цель достигается тем, что каждая из вторичных т-фазных обмоток снабжена п отпайками, подключенными ко входам дополнитель введенных вентильных мостов с полностью управляег4лми ключами на их выходах, причем п пар ключей вентильных мостов, подключенных к отпайкам, симметрично расположенным относительно выходных выводов регулятора, снабжены п дополнительными блоками управления, выходы логических узлов каждого из которых соединены со входами узла развязки и усиления -через один Ио входов допол нительно введеных в каждый блок упр ления двух двухвходовых логических элементов И, другие входы которых подключены к шлходам модулятора Ыирины импульсов смежного блока управ ления, а управляющие входы модуляторов ширины импульсов блоков управ ления через введенные пороговые эле менты подключены к управляющему вхо .ду регулятора. Кроме того, модулятор ширины импульсов каждого блока управления выполнены в виде компаратора и гене ратора пилообразного йапряжения, по кдюченного к одному из входов компа , другой вход которого соединен с сбответствунмцим из упомянутых пороговых элементов. Логический узел выполнен в виде . триггера, двух основных двухвходовых логических элементов И, логического элемента НЕ, вход которого подключен к выходу модулятора ширина импульсов, а выход соединен с од ним из входов основных логических элементов И, другие входы которых соединены fc прямым и инверсным выходами триггера, подключенного к выходу задающего генератора. На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой части регуятора; на фиг. 2 - блок-схема систеы управления ключами силовой часи, на фиг. 3 и 4 - диаграммы, поясняющие работу регулятора. Регулятор т-фазного переменного напряжения содержит 3-фазный трансформатор 1 с двумя первичными полуобмотками 2 и 3 и двумя вторичныи полуобмотками 4 и 5, основные т-фазные вентильные мосты с полностью управляемыми на выхода ключами 6 , 2 ИИ / дополнительные вентильные мосты с полностью управляемыми на их выходах ключами 7 , 7 1 , г I 7у, , 7, . Причем разноименные концы первичных полуобмоток 2 и 3 соединены между собой и образуют входные выводы А, В и С регулятора, а другие разноименные концы подключены к вентильным мостам с ключами бJ и 6 Рзноименные концы вторичных полуобмоток 4 и 5 объединены и образуют выходные выводы а, Ь, и с регулятора. Параллельно выходным выводам а, Ь и с включен основной вентильный мост с ключом бо t а два других основных вентильных моста с ключами бу, и б,. подключены к свободным концам вторичных полуобмоток 4 и 5. Каждая из вторичных полуобмоток 4 и 5 выполнены с п отпайками, симметрично расположенными относительно выходных выводов регулятора, причем первая отпайка содержит W и витков, вторая - i WJi. . . , n-я - ,, . Отводы отпаек .W , W.J , W , W ,. . , 2 . W, Wy, подключены, соответственно, к дополнительным вентильным мостам с ключами 7 , 7 , 7, 74,..., 7ц , 7и. Все управляемые ключи 6 , 6/, 6о , 7 , 7J , 72., , бц.регул |тора подключены к схеме управления. Схема управления содержит задающий генератор 8, (п +1) блоков 9 , 9, г 9h 9|ц. , управления, каждый из которых состоит из последовательно соединенных модулятора 10 ширины импульсов, логического узла 11 и узла 12, - 12,4. развязки и усиления. Модулятор 10 ширины импульсов содержит генератор 13 С азвертывающего напряжения и компаратор 14, синхронизирующий вход которого соединен с генератором 13 развертывающего напряжения. Логический узел 11 содержит логический элемент 15 НЕ, триггер 16, два двухвходовых логических элемента 17 и 18 И. Причем логи ческие узлы п блоков управления кроме блока 9y,;j имеют дополнительно два двухвходовых логических элемента 19 и 20 И. Логические элементы 15 НЕ и триггеры 16 соединены с задающим генератором 8. Выход ло гического элемента 15 соединен с одними, из входов логических элементов 1.7 и 18, другие входы которых соединены, соответственно, с прямым и инверсным выходами триггера 16. Выходы логических элементов 17 и 18 блока 9, управления соединены с одними из входов логических элементов 19 и 20 соответственно, а другие входы логических элементов 19 и,20 объединены и связаны с выходом модулятора 10 шири ны импульсов смежного блока 9 уп;равления со старшим Номером. Блок 9«+-f управления не содержит логических элементов 19 и 20 И, а вы ходы логических- элементов 17 и 18 со динейы с развязывающими усилителями 21 узла 12,1,. развязки и усиления. У блоков 9/J - 9ц управления выходы логических элементов 19 и 20 соединены с развязыват-вдими усилителяг-ет 21 соот ветствукяцих узлов 12 - 12 развязки и усиления. Выходы триггера 16 (одного из бло ков управления) подключены через ра вязывающие усилители 21 узла 12 к управляемым ключам 6 и 6 регулятора. Выходы всех развязывающих усили телей 21 всех узлов 12 - 12h4 развя .ки и усиления подключены к соответст вующим управляег-им ключам 7 , 7j , li 7,....., 6n+.xf , бу,ц.. Выход модулятора 10 ширины импульсов блока 9 уп равления через развязывающий усилитель 21 узла 12 развязки и усиления подключен к управляющему ключу 6о, шунтирующему выход регулятора. Управляющие входы модуляторов 10 ширины импульсов блока 9, - управления соединены с управлдкяцим вхо дом регулятора U-jnp через соответству щие пороговые элементы 22 - 22 4- Регулятор работает следугадим образом. Трехфазное напряжение 23 сети, (фиг. 3) подается на входные выводы А, В и С регулятора. Триггеры 16 работают в режиме деления частоты задающего генератора 8. В такте с ;; триггером 16 переключаются ключи 6 и 62 первичной обмотки трансФорматора, образуя поочередное соеди нение звездой то полуобмоток 2, то 3 и преобразуя таким образом входное напряжение 23 сети в напряжение 24 повышенной частоты. На управлятлций вход регулятора подается управляквдев напряжение ,p 25. Напряжение пороговых элементов выбраны следующимОбразом. Uy,. UH ии-1 ... U2 Ui О При изменении в пределах от Q до Uj наблюдается (п +1) зон регулирования 1 ) О Uono S U 2) U U2. ) UM--, n + 1) Uy, 3 исходном состоянии, когда U О, на выходе модуляторов 10 ширины импульсов всех блоков 9 - управления существует постоянное напряжение (скважность равна 1), величина которого соответствует сигналу . логической единицы. При изменении сигнала управления в пределах О $ Щ скважность выходного сигнала модулятора 10 ширины импульсов блока 9 управления изменяется от 1 ,до оо (сяэ соответствует сигналу логи ческого нуля) . , При изменении сигнала управления в пределах и Uyjjp Uj. напряжение на выходе модулятора 10 ширины импульсов блока 9/1 управления соответст- , вует логическому нулю (скважность равна со )J а скважность напряжения на выходе модулятора 10 ширины импульсов блока 92 управления изменяется при этом от единицы (уровень логической единицы) до 5 (уровень логического - нуля). На выходе модуляторов 10 ширины импульсов остальных блоков 9- - 9 управления скважность равна единице и не изменяется до тех пор, пока сигнал управления не войдет в зону, соответствующую номеру блока управления. ,И, наконец, при + скважность напряжения на модуляторов 10 ширины импульсов всех блоков управления (9 - Эу,, ) равна« (уровень, логического нуля) и не изменяется. Таким образом, при изменении сигнала 25 управления в пределах О и на выходе модулятора 10 ширины импульсов .блока 9 управления получают сигнал 26, который через узел 12 развязки и усиления поступает на ключ 6 о (наличие импульса соответствует включенному состоянию ключа). Зыход модулятора 10 ширины импульсов соединен с логическим элементом 15 НЕ. Выходной сигнал 27 с логического элемента 15 поступает на входы двух двухвходовых логических элементов 17 и 18 И, другие входы которых соединены, соответственно/ с прямым и инверсным входами триггера 16. Выходы логических элементов 17 и 18, в свою очередь, соединены со входами двухвходовых логических элементов 19 и 20 И, соответственно, другие входы которых объединены и соединены с выходом модулятора 10 ширины импульсов блока Эд управления. Сигнал на выхох е модулятора 10 ширины импульсов блока Эз управления соответствует логической единице (скважность равна единице), сигналы 28 и 29 с выхода элементов 17 и 18 через логические элементы 19 и 20 и, узел 12 развязки и усиления поступают на управляющие цепи ключей 7 и 7 . Полностью управляемые ключи вторичной обмотки работают поочередно с алгоритмом 7 -6о - 7-/ - 6о 7 6о - . .. , преобразуя напря;:сение 24 повышенной частоты в на пряжение 30 частоты сети. Регулируя длительность паузы путем изменения напряжения О U (25), можно регулировать выходное напряжение регулятора от О до напряжения перво отпайки Ui При изменении управляющего напря /хения в пределах . скважiuocTb сигнала на выходе модулятора 10 ширины импульсов блока 9 управления равна бесконечности (сигнал л гического куля) и не изменяется в процессе регулирования. Управляющее напряжение на ключах 7 и 7 определяется состоянием триггера 16 и уровнем сигнала с модулятора 10 ширины импульсов блока 9-г управления. Ключ б о не включает ся, а ключи вторичных полуобмоток замыкаются в последовательности 1 . 72- 7 и т, д, , реа лизуя на нагрузке напряжение 31 с регулированием паузы. При 1)2 п за исчезает и на нагрузке выделяется неискаже.нное напряжение, равное по амплитуде сумме напряжений двух отпаек Uxj,/ . Uv. При изменении напряжения управле ния в i и зоне работают ключи 7 - - 7/ - 1- и на нагрузке выделяется напряхсение с неискаженньш уровнем, равным сумме.напряжений (i - 1) отпайки и регулируемой доба кой, равной по амплитуде напрякению i й-отпайки, Для улучшения симметрии выходного напряжения предлагается генерато 13. развертывающего напряжения выпол нять в виде генератора сШГметричног ТЕгеугольного напряжения. Работа схе Mtft регулятора происходит при этом аналогичным образом. Диаграмма иапр «ений изображены на фиг, 4, где 32 - выходное напряжение задающе го генератора 8/ 33-34- выходные сигналы прямого и инверсного выходов триггера 1 35 - выходной сигнал генератора 13 треугольного напряжения/ 36-37- выходное напряжение регулятора при разных величинах управляющего напряжения LL.p для одной фазы. С целью упрощения блоков 9 ц+-1 управления входы логических элементов 17, соединенные с триггерами 16 всех блоков управления, объединены между собой и подключены к прямому выходу одного триггера 16, Объединены также входы логических элементов 18 всех блоков управления, соединенные с инверсными выходами триггеров 16, и подключены к инверсному выходу того же триггера 16, к которому подключены объединенные входы логических элементов 17. .Таким образом, предлагаемая.схема силовой части регулирования и его схема управления позволяют существенно повысить технико-энергетические показатели за счетуменьшения искажений входного тока и выходного напряжения при глубоком регулировании, поскольку широтно-импульсное регулирование осуществляется поочередно в пределах напряжения одной отпайки. Искажения входного-тока и выходного напряжения определяются количеством зон регулирования и тем меньше, чем больше количество зон. За счет уменьшения искажений входного тока и выходногонапряжения установленная мощность входных и выходных фильтров уменьшается, что позволяет одновременно увеличить быстродействие регулирования. Кроме того, масса и габариты силового трансформатора определяются предельной частотой переключения силовых ключей и могут быть существенно уменьшены по сравнению с трансформатором на частоте сети. Формула изобретения 1, Регулятор (п-фазного переменного напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, содержащий га-фазный высокочастотный трансформатор с первичной и вторичной т-фазными обмотками, выполненнЕЛми со средними точками, образующими, соответственно, входные и выходные выводы регулятора, причем разноименные концы этих обмоток подключены ко входам т-фазных вентильных мостов с полностью управляемыми ключами на их выходах, задающий генератор и блок управления, выполненный из последовательно соединенных модуляторов ширины импульсов, логического узла и узла развязки и усиления, соединяющего выходы модулятора ширины импульсов и логического узла с управляющии цепями упомянутых ключей, о т л иающийся тем, что, с целью овьашения технико-энергетических поазателей за счет уменьшения искажеИИ входного тока и выходного напряения при глубоком регулировании, с1ждая из вторичных т-фазных обмоток

снабжена n отпайками, подключенными ко входам дополнительно введенных вентильных мостов с полностью управляемыми ключами на их выходах, причем n пар ключей вентильных мостов, подключенных к отпайкам, симметрично расположенным относительно выходных выводов регулятора, снабжены п дополнительными блоками управления, шлходы логических узлов каждого из которых соединены со входами узла развязки и усиления через один из эходов дополнительно введенных в каждый блок управления двух двухвходовы логических элементов И, другие входы которых подключены к выходам модулятора ширины импульсов смежного блока управления, а управляющие входы модуляторЬв ширины импульсов блоков управления через введенные пороговые элементы подключены к управляющему входу регулятора.

0 а выход соединен с одним из входов основных логических элементов И, друг гие входа которых соединены с прямым и инверсным выходами триггера подключенного к илходу задающего генера5тора.

Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе

0

5 кл. 58 Н 1, 1965.