Регулятор напряжения Советский патент 1982 года по МПК H02P13/16 G05F1/16 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к технике регугмрования и стабилизации переменных и постоянных напряжений, колеблющихся вверх и вниз от своего номинального значения, и может найти применение в качестве источников электропитания для аппаратурь средств связи, радиоэлектроники, электротехнических установок в тех случаях, JQ где важны высокие энергетические и минимальные массо-габаритные характеристики. .

Известны регуляторы переменного 5 напряжения, выполненные по так называемой схеме с промежуточным звеном повышенной частоты р1 и f2 J.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий высо- 20 кочастотный вольтодобавочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, регулируемый и нерегулируемый коммутаторы на полностью управляемых ключах, каждый из которых выполнен по одной из инверторных схем и подключен к одной из обмоток вольтодобавочного трансформатора, а также блок управления с задающим генератором, который своими выходами связан с управляющими входами ключей нерегулируемого коммутатора и через два фазосдвигающих узла с трансформаторными выходами - с управляющими входами,ключей регулируемого коммутатора 1,2.

Однако известный регулятор имеет неоправданно пониженный КПД, особенно при питании от низковольтного источника, и повышенное количество управляемых ключей, так как коммутаторы выполнены по мостовой схеме ив цепи протекания тока нагрузки всегда включено два ключа. Выполнение коммутаторов по нулевой схеме не позволяет получить однополярную реверсивную модуляцию выходного напряжения, так как известные силовые . цепи схемы управления не обеспечивают требуемого алгоритма управлени и плавного перехода из режима вольт добавки в режим вольтоотбавки через неискаженную передачу. Цель-изобретения - повышение тех нико-энергетических показателей регулятора. Поставленная цель достигается тем что в известном регуляторе напряженкя коммутаторы выполнены по инверторной схеме с нулевым выводом, регулируемый коммутатор снабжен нулевым ключом, управляющий вход которого через дополнительно введенный Выпрямительный мост связан со встре но включенными выходными обмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов, а согласно включенные обмотки этих трансформаторов связаны с управ ляющими входами ключей регулируемого коммутатора. При этом регулируемый коммутатор подключен ко вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а упомянутый нулевой ключ подсоединен параллельно выходным его выводам, образованным средней точкой вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения ключей коммутатора. Кроме того, регулируемый кдммутатор подключен к первичной обмотке вольтодобавечного трансформатора, а нулевой ключ включен между концами этой обмотки-. С целью уменьшения установленной мощности вольтодобавочного транс.форматора, последний выполнен по автотрансформаторной схеме. В целях между управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, его нулевого ключа и соответствующим образом включенными выходными обмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов установлены дополнительно введенные согласующие трансформаторы. На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора, при включении регулируемого коммутатора во вторичную цепь вольтодобавочного трансформатора; на фиг. 2 - то же, при включении регулируемого коммутатора в первичную цепь вольтодобавочного трансформатора; на фиг. 3 то же, при выполнении трансформатора по автотрансформаторной схеме со средней точкой; на фиг. и временные диаграммы работы регулятора по фи г. 1. Регулятор напряжения содержит высокочастотный вольтодобавочный трансформатор 1 (автотрансформатор в схеме по фиг. 3), регулируемый 2 и нерегулируемый 3 коммутаторы, на полностью управляемых ключах -7, блок 8управления с задающим генератором 9и двумя фазосдвигающими узлами 10и 11 с трансформаторными выходами, два согласующих трансформатора 12 и 13 блока управления, один из которых через выпрямитель 1k соединен с управляющим входом нулевого ключа 15 регулируемого коммутатора 2, противотактные ключи 6 и 7 которого соединены с выходом второго трансформатора 13 блока управления. К выходным выводам.регулятора подключена нагрузка 16. В схемах на фиг. 2 и 3 соединения выходов блока управления с ключами 4-7 и 15 ничем не отличаются от соединений, показанных на фиг. 1. Взаимное переключение регулируемого и нерегулируемого коммутаторов из первичной цепи трансформатора во вторичную также возможно и в схеме на фиг. 3. На фиг. 4 представлены временные диаграммы, поясняющи.е работу устройства на примере регулирования постоянного напряжения, где обозначено: 17 напряжение задающего генератора 9; 18 и 19 выходные напряжения фазосдвигающих устройств 10 и 11; .20 - напряжение на выходе трансформатора 13; 21 - напряжение на выходе трансформатора 12; 22 - выходное напряжение выпрямителя И; 2} - напряжение на нагрузке в режиме вольтодобавки; 24-27 соответствующие напряжения в режиме вольтодобавки; 28 и 29 напряжения трансформатора в ртежиме вольтодобавки и вольтоотбавки в схемах на фиг. 2 и 3Качественно процесс регулирования переменного напряжения йичем не отличается от регулирования постоянного напряжения. Естественно, что ключи при этом должны выполняться с двухсторонней проводимостью.: Регулятор напряжения (на фиг. 1) работает следующим образом. При включении питания задающий генератор формирует импульсы 17(фиг.4), которые в противотакте поступают на управление ключами 4 и 5 нерегулируемого коммутатора 3. Ключи 4 и 5, по очередно замыкаясь, преобразуют постоянное напряжение источника питания в напряжение с частотой задающего генератора. Одновременно импуль сы 17 совместно с сигналом и(фиг.1) управляют работой фазосдвигающих узлов 10 и 11, на выходе которых формируются импульсные последовательности 18 и 19 с регулируемыми углами задержки «tp и опережения рр . При некоторых углах oLp и Рр (фиг. } в первичной обмотке трансформатора 13, подключенной к согласно включенным обмоткам фазосдвигающих узлов 10 и 11, формируется напряжение 20, которое через трансформатор 13 поступает на управление противотактных ключей 6 и 7 регулируемого коммутатора 2. В то же время в первичной обмотке трансформатора 12 формируется напряжение 21 встречно включённых обмоток выходных трансформаторов фазосдвигающих узлов, которые через трансформатор12 и выпрямитель 14 в виде последовательности 22 поступает на управление нулевым ключом 15. На фиг. А видно, что при наг личйи сдвига И ключи 6, 7 и 15 коммутатора 2 замыкаются по циклу , обеспечивая ежим регулируемой вольтодобавки. Напряжение на нагрузке при этом представлено эпюрой 23 на фиг. Ц. Очевидно, ЧТО при О и Рр О напряжение на выходе выпрямителя Ц равно нулю, поэтому ключ 15 всегда разомкнут, а ключи 6 и 7 замыкаются на вре мя, равное полупериоду напряжения 17, обеспечивая режим максимальной вольтодобавки. При otp и р, равным четверти периода, напряжение на трансформаторе 15 равно нулю, а на выходе выпрямителя 14 действует постоянное напряжение, обеспечивая замкнутое состояние ключа 15 - так достигается режим неискаженной перег дачи. Дальнейшее увеличение углов регулирования, например, до значений орг Рр;. позволяет получить на выходах трансформаторов 12 И 13. импульсные последовательности 25 и 24, соответственно, а на выходе выпрямителя 14 - последовательность 26. Этим обеспечивается обратный цикл 7 15-6-15... переключения.ключей регулируемого кбммутатора 2 и перевод регулятора в режим вольто976 отбавки. Напряжение ни нагрузке 16 имеет вид, показанный на фиг. k эпи рой 27. И, наконец, при углах of. и 180 напряжение на выходе моста 14 становится равным нулю, ключ 15 все время разомкнут, а поочередное замыкание .противотактных ключей по циклу обеспечивает режим максимальной вольтоотбавки. Так реализуется нулевой двухтакт ной схемой на фиг. 1 однополярная реверсивная модуляция требуемой части напряжения источника питания. В схеме на фиг. 2 и 3 функцию регулирования напряжения выполняет регулируемый коммутатор, включенный в первичную цепь вольтодобавочного трансформатора (автотрансформатора). Алгоритмы работы ключей 6, 7 и 15 регулируемого коммутатора ничем не отличаются от рассмотренных выше (фиг. 4). Образование регулируемой паузы и режима неискаженной передачи осуществляется в схемах на фиг. 2 и 3 путем закорачивания нулевым к/вочом 15 обмотки трансформатора (автотрансформатора) 1, при этом форма напряжения на его обмотках а режиме вольтодобавки (при и ) обозначена на фиг. k эпюрой 28, а в режиме вольтоотбавки (при /Ц) эпюрой 29. Выпрямление этого напряжения осуществляет нерегулируемый коммутатор 3 ключи которого замыДаются в противотакте согласно управлякщим импульсам 17 задающего генератора 9. Таким образом, регулятор напряжения позволяет, повысить КПД за счет исключения из цепи протекания тока нагрузки ключевого элемента, уменьшить их число, а в схеме на фиг. 5 дополнительно снизить вес трансформаг торного оборудования на 10-20% путем замены трансформатора на автотрансформатор. На основе предложенных структур легко строятся глубокорегулируемые системы с многозонной модуляцией, причем здесь повышение КПД и уменьшение числа ключей становится наибо лее ои(утимым. Легко строятся также преобразователи частоты, реверсивные преобразовётели приводов постоянного тока с повышенным диапазоном регулирования, усилители низкой частоты, анодные модуляторы. При необходимости согласования напряжения источника пи тания или напряжения нагрузки с допустимым напряжением ключей нерегулируемый коммутатор может выполняться и по мостовой схеме.

формула изобретения

1. Регулятор напряжения, содержащий высокочастотный вольтодобавочный трансформатор с первичной и вторичной обмотками, регулируемый и нерегулируемый коммутаторы на полностью I управляемых ключах, каждый из которых выполнен по одной из инверторных схеМ и подключен к одной из обмоток вольтодобавочного трансформатора, а также блок управления с задающим генератором, который своими выходами связан с управляющими входами ключей нерегулируемого коммутатора и через два фазосдвигающих узла с трансформаторными выходами - с управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, отличающийся тем что, с целью повышения технико-энергетических показателей, коммутаторы выполнены по ц 1верториой схеме с нулевым выводом, регулируемый коммутатор снабжен нулевым ключом, управляющий вход которого через дополнительно введенный выпpямитeJf ный мост связан с встречно включенными выходными обмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов, а согласно включенные обмотки этих трансформаторов связаны с управляющими входами ключей 1регулируемого коммутатора.

2,Регулятор по п, 1, о т л и чающийся тем, что регулируемый коммутатор подключен ко вторичной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а упомянутый нулевой ключ подсоединен параллельно выходным его выводам, образованным средней точкой вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения ключей коммутатора

3.Регулятор по п. 1, о т л и чающийся тем, что регулируемый коммутатор подключен к перви ной обмотке вольтодобавочного трансформатора, а нулевой ключ включен между концами этой обмотки.

Л Регулятор по пп. 1-3, о т лишающийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности вольтодобавочного трансформатора, последний выполнен по автотрансформаторной схеме.

5- Регулятор попп. 1-, отличающийся тем, что в цепях между управляющими входами ключей регулируемого коммутатора, его нулевого ключа и соответствующим образом включенными выходными обмотками трансформаторов фазосдвигающих узлов установлены дополнительно введенные согласующие трансформаторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3517300, .кл. 321-60/Н02 5(16) 1970. .

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2136692, 17-03.76.

i III i

фуг, I

iini

-/

Фг/г. 3