Стабилизатор переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/44 

I

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам регулирования электрических величин (напряжения) и мо.хет быть использовано в электротехнических устройствах и цепях электропитания, предъявляющих повышенные требования к весогабаритным характеристикам аппаратуры и к форме стабилизированного напряжения, например в источниках питания систем автоматики,

Известен стабилизатор переменного напряжения, содержащий регулятор, состоящий из N трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены последовательно между собой и с нагрузкой, и N ключей, управляющие входы которых подключены к выходу блока управления 1 .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является стабилизатор, содержащий выпрямитель, входом через трансформатор.соединенный с входными клеммами, а выходом

включенный в цепь питания транзисторного инвертора, управляющие цепи которого соединены с выходом широтноимпульсного -модулятора 2..

Недостатком известного стабилизатора является то, что он не обеспечивает требуемой формы стабилизированного напряжения во всем диапазоне входных напряжений. Такой стабилизатор обеспечивает кривую выходного напряжения синусоидальной формы при минимальном, номинальном и максимальном значениях входного напряжения, отличающуюся от синусоиды при промежуточных значениях входного напряжения.

Общим недостатком известных стаби лизаторов являются их значительные весогабаритные характеристики, что обусловлено наличием в схемах стабилизаторов нескольких силовых трансформаторов, работающих на частоте стабилизируемого напряжения. Цель изобретения - улучшение фор мы выходного напряжения, уменьшение коэффициента нелинейных искэчений, веса и габаритов стабилизатора. Поставленная цель достигается те что в стабилизатор переменного напряжения введены узел запуска, генератор эталонного синхронизированного с входным напряжением, узел срав нения, низкочастотный и высокочастотный LC-фильтры и рекуперационные тиристоры, причем клеммы питания транзисторного инвертора соединены через низкочастотный LC-фильтр с вы ходом выпрямителя, встречно-парал.лельно диодам которого включены рекуперационные тиристоры, управляю™ щие электроды которых подключены к выходам устройства запуска, входы которого подключены к входным клеммам, куда также подключен вход генератора эталонного синхронизированного с входным напряжением, выход которого подключен к одному из входов узла сравнения, другой вход которого соединен с выходной клеммой, а выход подключен ко входу широтно-импульсного модулятора, при этом выход тран зисторного инвертора через высокочас тотный LC-фильтр подключен к выходным клеммам. Кроме того, генератор эталонного синхронизированного с входным напряжением выполнен на последовательно соединенных фильтре ниж них частот, управляемом аттенюаторе дополнительном выпрямителе и интеграторе, выход которого подключен к одному лз входов дополнительного узла сравнения, другой вход которого соединен с клеммой для подключения источника опорного напряжения, а выход подключен к управляемому аттенюатору. На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизатора переменного напряжений;.на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу стабилизатора; на фиг. 3 вариант генератора эталонного синхронизированного с выходным напряжением. Стабилизатор переменного напряжения содержит выпрямитель 1, к диодам 2 и 3 которого встречно параллельно подключены рекуперациоиные тиристоры и 5. Управляющие электроды тиристоров подключены к выходам узла запуска 6, вход которого соединен со входами клеммами, с которыми также соединен и генератор 7 эталонного 70л сиь1хронизированного с входным напря-жением. Выход генератора 7 подключен к одному из входов узла сравнения 8. Другой вход узла сравнения связан с выходной клеммоч стабилизатора, а вход - со входом широтно-импульсного модулятора 9. Выходы узла 9 подключены к управляющим цепям транзисторного инвертора 10, который по цепи питания через низкочастотный LCфильтр 11, 12 связан с выпрямителем 1 , а выход инвертора через высокочастотный LC-фильтр 13, 1 подключен к нагрузке. Генератор 7 эталонного синхронизованного с входным напряжением выполнен на последовательно вкпюченных, фильтре низких частот 15, управляемом аттенюаторе 1б, выпрямителе 17 и интеграторе 18, к выходу которого подключен узел сравнения 19, связанный с источником опорного напряжения (не показан) и с управляемым аттенюатором 1б. Стабилизатор переменного напряжения работает следующим образом. Если входное напряжениеи фиг. 2а) меньше требуемого выходного напряжения, то схема стабилизатора ра ботает в режиме вольтодобавки, выпрямленное отфильтрованное напряжение на конденсаторе 11 имеет вид, представленный на фиг, 26. Диоды 2 и 3 выпрямителя 1 поочередно (каждый в свой полупериод) проводят ток(фиг.-2в) и подзаряжают конденсатор 11, напряжение с которого поступает на вход транзисторного инвертора 10. На выходе инвертора 10 создается переменное высокочастотное напряжение, скважность которого отражает величину отклонения выходного напряжения стабилизатора от эталонного. Управление транзисторным инвертором 10 осуществляет устройство широтно-импульсной модуляции 9, на которое с узла сравнения поступает сигнал рассогласования выходных напряжений стабилизатора и генератора 7 эталонного синхронизированного с входным напряжением. Выходное напряжение инвертора 10 поступает на высокочастотный LC-фильтр. Напряжение на выходе высокочастотного LC-фильтра 13, 1 (фиг. 2 г) в каждый момент времени представляет собой разность мгновенных значений входного и выходного напряжения стабилизатора. Это напряжение добавляется к входному напряжению и выходное напряжение представ ляет собой синусоидальное напряжение (фиг. 2д). Если входное напряжение Ug,; (фиг, 2 е) превыТЬает выходное, то схема стабилизатора работает в режиме вольтовычитания. При этом происходит подзаряд конденсатора 11 с выхода стабилизатора через инвертор. Величина этого напряжения может превысить амплитуду напряжения вторичной обмотки трансформатора (фиг.2 ж) Для того, чтобы не происходило постоянного накопления энергии на конденсаторе, параллельно диодам 2 и 3 и встречно к ним включены рекуперационные транзисторы 4 и 5 . Запус кающие импульсы на их управляющие электроды поступают с узла запуска 6 в моменты времени, предшествующие середине каждого полупериода. Когда должен работать диод 2 импульс запуска поступает на тиристор k , а в полупериод, когда должен работать диод 3 на тиристор 5 . Если при этом напряжение на конденсаторе 11 превышает амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, то соответствующий диод оказывается запертым, тиристор отпирается и энергия рекуперирует в сеть через трансформатор. Напряжение, выделяющееся на конденсаторе 1 высокочастотного 1С-ф;.льтра 13 и tl (фиг, 2 и) вычитается из напряжения сети и выходное напряжение стабилизатора имеет синусоидальную форму (фиг. 2 к). Частота выходного напряжения инвертора выбирается значительно больше частоты входного напряжения стабилизатора, что позволяет осуществить практически мгновенную компенсацию отклонения напряжения сети от эталонного. Работа генератора эталонного синх ронизированного напряжения по предлагаемому варианту выполнения происходит следующим образом. Входное напряжение поступает на фильтр 15, где происходит выделение первой гармонии входного напряжения Сигнал с выхода фильтра 15 поступает на управляемый аттенюатор 16, где происходит изменение коэффициента передачи напряжения первой гармоники Выходной сигнал аттенюатора 16 выпрямляют и интегрируют, в результате чего с выхода интегратора 18 постоян ное напряжение, пропорциональное амп 9 литуде выходного сигнала аттенюатора, поступает на узел сравнения 19, куда поступает и опорное напряжение.Си|- нал, соответствующий разности этих напряжений, поступает на управляемый аттенюатор 16, что позволяет стабилизировать выходное напряжение генератора и обеспечить его синхронизацию с сетью. Таким образом, применение предлагаемого стабилизатора позволяет .. уменьшить коэффициент нелинейных искажений, УЛУЧШИТЬ форму выходного напряжения, а также уменьшить вес и габариты устройства в целом. Формула изобретения 1. Стабилизатор переменного напряжения, содержащий выпрямитель,входом через трансформатор соединенный с входными клеммами, а выходом включенный в цепь питания транзисторно-, ГО инвертора, управляющие цепи которого соединены с выходом широтно-импульсного модулятора, отличающийся тем, что, с целью улучшения формы выходного напряжения,умеиьшения коэффициента нелинейных искажений, веса и габаритов, с него введены узел запуска, генератор эталон- ного синхронизированного с входным напряжением, узел сравнения, низкочастотный и высокочастотный LC-фильтры и рекуперационные тиристоры,причем клеммы питания транзисторного инвертора соединены через низкочастотный LC-фильтр с выходом выпрямителя, встречно-параллельно диодам включены рекуперационные тиристоры, управляющие электроды которых подключены к выходам устройства запуска, входы которого подключены к входным клеммам, куда такжеподключен вход генератора эталонного синхронизированного с входным напряжением, выход которого подключен к одному из входов узла сравнения, другой вход которого соединен с выходной клеммой, а выход подключен ко входу широтно-импульсного модулятора, при этом выход транзисторного инвертора через высокочастотный LC-фильтр .подключен к выходным клеммам. 2. Стабилизатор по п. 1, о т л и чающийся тем, что генератор эталонного синхронизированного с

входным напряжением выполнен на последовательно соединенных фильтре нижних частот, управляемом, аттенюаторе, дополнительном выпрямителе и интеграторе, выход которого подключен к одному из входов дополнительного узла сравнения, другой вход которого соединен с клеммой для подключения источника опорного

002708

напряжения, а выход подключен к управляемому аттенюатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе $

1.Авторское свидетельство СССР N , кл. G 05 F 1/Н, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР -W 301696, кл. G 05 F 1/10, 19б9.

Ъ

Фиг. 2 r r, 7