Регулятор напряжения с непрерывным регулированием Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к электротехнике. Известен регулятор напряжения с непрерывным регулированием, трансфор матор обмотки которого через выпрямительный мост соединен последовател но с .транзисторные регулятором непре рывного действия 1 . Недостатками этого регулятора являются низкий КПД, увеличенные вес,, габариты и динамическая нестабильность Наиболее близким к предлагаемому является регулятор напряжения с непр рывным регулированием, содержащий вольтовычитающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены по следовательно с обмотками силового трансформатора, а вторичные сбмотки подключены к диагонали переменного тока выпрямительного моста, к диагонали постоянного тока которого подкл чен выход транзисторного регулятора. При этом, поскольку в контур регу лирования выходного напряжения входит только индуктивность рассеяния одного регулировочного трансформатора, составляющая 5-10% от индуктивности силового трансформатора, то в это.м устройстве существенно повышено быстродействие контура регулирования т. е. уменьшена динамическая нестабильность. Особенно она мала при питании схемы (фиг. 5) от высокочастотного инвертора 2J. Недостатком известного регулятора является низкий КПД, вызванный тем, что весь диапазон изменения входного напряжения (с учетом коэффициента трансформации вольтовычитаюшего трансформатора) приложен к транзисторному регулятору, работающему в линейном режиме. Цель изобретения - повышение КПД устройства. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе напряжения с непрерывным регулированием, содержащем силовой трансформатор, вольтовычитающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены последовательно с. обмотками силового трансформатора, а вторичные обмотки подключены к диагонали переменного тока выпрямительного моста, к диагонали постоянног о тока которого подключен выход транзисторного регулятора, обмотки силового трансформатора выполнены с N отпайками и дополнительно введены N вольтовычитающих трансформаторов, первичная обмотка каждого из которых подсоединена к соответствующей отпайке силового трансформатора и к выходному выводу регулятора, при этом вторичная обмотка включена в диагональ переменного тока одного из соответствующих N дополнительно введенных выпрямительных мостов, последовательно с диодами катодной группы каждого из которых включены управляемые ключи, при этом к каждому из управляемых электродов последних подключена цепь из последовательно соединенных диода, дополнительной обмотки силового трансформатора и резистора, причем в диагонешь постоянного тока каждого из дополнительно вйбденных выпрямительных мостов включен выход соответствующего дополнительного транзисторного регулятора, вход каждого из-которых соединен с соответствующим выходом устройства переключения.

На фиг. 1 показан пример выполнения предлагаемого регулятора; на фиг. 2-4 - диа1раммы его работы; на фиг. 5 вариант схемы в однофазном исполнении.

Регулятор содержит трехфазный силовой трансформатор {или три однофазных) с первичными 1, вторичными 2 и дополнительными 3 обмотками, выходной выпрямитель 4, трехфазный мостовой выпрямитель 5, трехфазные мостовые запираемые выпрямители 6 и 7 с ключами (тиристорами) в катодной группе вентилей, выходы выпрямителей 5,6 и 7 шунтированы транзисторными регуляторами 8, 9 и 10, трехфазный основной вольтовычитающий трансформатор (или три однофазных) с первичными 11 и вторичными 12 обмотками, два дополнительных вольтовычитаювдих трансформатора с собмотками 13, 14 и 15, 16. Перечисленные узлы составляют силовую часть стабилизатора. Остальные узлы составляют схему управления. Блок 17 для управления выходом подключен к устройству 18 переключения. Диоды 19, резисторы 20-22 составляют цепи управления тиристорами выпрямителей 6 и 7.

Транзисторные регуляторы могут быть выполнены на основе составного транзистора, причем входящие транзисторь. могут быть одного или разных типов проводимости. Блок 17 обычно состоит из источника опорного напряжения, делителя напряжения, схемы сравнения и усилителя постоянного тока. Устройство 18 переключенияЕ в простейшем виде может состоять из диодов, резисторов и источника напряжения. На фиг. 5 использован только один дополнительный контур регулирования (узлы 13, 14, 6, 9), а в качестве ключей использованы транзисторы.

Предлагаемый стабилизатор работает следующим образом.

Трехфазное переменное напряжение через трансформатор с обмотками 1, 2

и выпрямитель 4 подается на выход. Регулирование этого напряжения осуществляется узлами 5-16. Напряжение между отпайками каждой из обмоток 2 составляет 5-10% от напряжения на всей обмотке. На фиг. 2, 3 и 4 большая синусоида соответствует линейному напряжению между концами обмоток 2, средняя - на первых отпайках, меншая - на вторых отпайках. Для упрощения на фиг. 2-4 показана только одна фаза.

При максимальном напряжении пропускают силовой ток и осуществляют регулирование обмотки 15 и 16, выпрямитель 7 и регулятор 10. При этом на обмотках 15 остается вершина синусо.иды, заштрихованная на фиг. 2. При увеличении по какой-либо причине выходного напряжения увеличивается выходной ток блока 17, в связи с чем уменьшается ток базы регулятора 10, напряжение на нем увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на обмотках 16 и 15 и к уменьшению выходного напряжения до исходного значения.. Через управляющие электроды тиристоров выпрямителей 6 и 7 протекает ток управления по цепям 3, 19, 21, 22 и 20 через ка)1сдый в течение своей трети периода, в связи с чем тиристоры в это время могут начать проводить ток.

Напряжения на выходах выпрямителей 6 и 5 определяются вершинами дву других синусоид (фиг. 2), срезанными до уровня Ug,. С учетом коэффициента трансформации обмоток 11, 12 и 13, 14 это напряжение величиной 40-60 В приложено к регуляторам 8 и 9, которые при этом закрыты запирающим (на схеме положительным) смещением на базах, образованным падениями напряжений на -диодах переключателя 18.

При монотонном уменьшении входного напряжения В 1ачале приближается к насыщению регулятор 10. Потом амплитуда малой синусоиды опускается ниже уровня UBI,,, выходное напряжение стабилизатора уменьшается в пределах заданной нестабильности, уменьшается ток на выходе блока 17, переключатель 18 через средний резистор начинает пропускать ток базы регулятора 9, который открывается и обеспечивает регулирование в этом диапазоне входного напряжения (фиг. 3) . Регулятор 10 продолжает оставаться открытым, однако тока не пропускает, тс-.к как заперт выпрямитель 7. Для пояснения этого точками на фиг. 1 обозначены электрические начала обмоток, относящихся к одной фазе. В период времени среза вершины синусоиды регулятором 9 (фиг. 3) на электрических началах обмоток 2, 13 и 14 относительно кондов имеется полбжительный потенциал, на началах обмоток 11 и 12 он еще более положителен, а на началах обмоток 15 и 16 он отрицателен в связи с чем нарушено совпадение во времени открытого состояния тиристора и положительного напряжения на ег аноле. При Дсшьуейшем уменьшении входного напряжения {фиг. 4) ток блока 17 еще более уменьшается, открывается регулятор 8, выпрямитель б запирается опрокидывания фазы напряжения на обмотках 14. Изменением величины сопротивлений можно несколько подстраивать время проводяйего состояния тиристора от 1/3 периода при близких нулю сопротивлениях -резисторов 21 и 22 до 1/2 периода при равном нулю сопротивлени резистора 20. Ейли выбранный тип тиристора допускает обратное напряжени на нем при протекании тока управлени то диоды последовательно с тиристора ми могут не устанавливаться. Ширина полосы пропускания частот блока 17 может быть сделана уже уста новкой конденсаторов и, если при это еще на выходе стабилизатора установлена большая емкость, то в каждом ди пазоне входного напряжения работает только один регулятор. Если же блок 17 быстродействующий, то при максима ном входном напряжении работают все три регулятбра в течение каждой части периода питающего напряжения. В предлагаемом устройстве потери мощности на регулирование уменьшены по сравнению с известным в несколько раз, поскольку лишь часть диапазона изменения входного напряжения (с учетом коэффициента трансформации) приложена к очередному регулятору. Потери мощности в диодах и тиристора выпрямителей 5-7 малы, так как через них проходит ток примерно в 50 раз меньше, чем на выходе стабилизатора, Потери мощности в пропускающем ток регулировочном трансформаторе не более 1-1,5% от выходной МО1Ч.НОСТИ стабилизатора.. Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с известным значительно повышен КПД, величина которого приближается к КПД нерегулируемого выпрямителя. Радиатор регуляторов, занимающий в известном устройстве около половины всего объема, здесь уменьшен в несколько раз, что приводит к уменьшению веса и габаритов всего стабилизатора. Формула изобретения Регулятор напряжения с непрерывным регулированием, содержащий силовой трансформатор, вольтовычитающий трансформатор, первичные обмотки которого соединены последовательно с обмотками силового трансформатора, а вторичные обмотки подключены к диагонали переменного тока выпрямительного моста, к диагонали постоянного тока которого подключен выход транзисторного регулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, обмотки силового трансформатора выполнены с N отпайками и дополнительно введены N вольтовычитающих трансформаторов, первичная каждого из которых подсоединена к соответствующей отпайке силового трансформатора и к выходному выводу регулятора, при этом его вторичная обмотка включена в диагональ переменного тока одного из соответствугадих N дополнительно введенных выпрямительных мостов, последовательно с диодами катодной группы каждого из которых включены управляемые ключи, к каждому из управляемых электродов последних подключена дополнительно введенная цепь из последовательно соединенных диода, дополнительной обмотки силового трансформатора и резистора, причем в диагональ постоянного тока каждого из дополнительно введенных выпрямительных мостов включен выход соответствующего дополнительно транзисторного регулятора, вход каждого из котоpijx соединен с соответствующим выходом дополнительно введенного устройства переключения. Источники информации, Принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 645145, кл. G 05 F 1/56, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 383022, кл. G 05 F 1/30, 1970. В)(од 220 S г.2 Фиг.3 Фиг.

фиг. 5

in

П