Источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

() ИСТОЧНИК РЕГУЛИРУЕМОГО СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразо вательной технике и может быть использовано для регулирования и стабилизации выпрямленного напряжения многофазной сети. Известны схемы регуляторов (стабилизаторов), содержащие трёхфазную мостовую схему выпрямления и управля емый ключ, включенный между выпрямителем и нагрузкой, параллельно которой включен разрядный диод, и работающий на повышенной частоте 1 3.Недостатками этого устройства являются наличие низкочастотных пульс ций в выходном напряжении, значител ные габариты и сравнительно узкий диапазон стабилизируемого напряжения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения, содержа щи-й выполненный по мостовой схеме и подключенный к выполненной с нулевым выводом трехфазный вторичной обмотке трансформатора выпрямитель, положительный полюс которого через управляемый ключ соединен с одним из выводов для подключения нагрузки-, два вентиля, соединенных последовательно, образуя цепочку, включенную параллельно выходным выводам, причем катод одного из вентилей соединен с управляемым ключом, а общая точка соединения вентилей подключена к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, и широтно-импульсный модулятор. В такой схеме при включенном упг равляемом ключе к нагрузке прикладывается выпрямленное линейное напряжение трехфазной сети, а при выключенном управляемом ключе и нагрузке через одни из вентилей прикладывается выпрямленное фазное напряжение трехфазной сети. В результате на нагрузке формируется напряжение с частичной модуляцией Е2. . Недостатком такого построения схе мы является то, что выпрямленное фаз ное напряжение имеет в два раза мень шую частоту пульсаций, чем выпрямлен ное линейное напряжение, а коэффициент пульсации значительно больше(со ответственно 25 и 6). Хотя в таких источниках управляемый ключ работает на частоте, значительно большей частоты пульсаций выпрямленного напряжения, в выходном напряжении при регулировании коэффициента заполнения импульсов управляемого ключа будут содержаться низкочастотные пульсации с частотами выгтрямленногонапряжения , Это приводит к увеличению габаритов сглаживающего фильтра, а в случае работы регулятора в режиме стабилизации - уменьшению диапазона стабилизируемого напря жения. Кроме того, в таких схемах средне значение положительной и отрицательной полуволны тока во втооичных обмотках трансформатора не будут равны в результате чего возникает подмагни чивание сердечника трансформатора, что приводит к необходимости увеличения его габаритов. Целью изобретения является уменьшение низкочастотной пyльcaц ви выход ного напряжения и улучшение весогабаритных показателей за счет уменьше ния подмагничивания сердечника транс форматора . Указанная цель достигается тем, что в источник регулируемого стабили зированного постоянного напряжения, содержащий выполненный по мостовой схеме и подключенный к выполненной с нулевым выводом трехфазный вторичной обмотке трансформатора выпрямитель, положительный полюс которого через управляемыйКЛЮЧ соединен с одним из выводов для подключения нагрузки, два вентиля,- соединенных последовательно, образуя цепочку, включенную параллельно выходным выводам, причем катод одного из вентилей соедине н с управляемым ключом, а общая точка соединения вентилей подключена к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, и широтно-импульсный модулятор, введены дополнительный управляемый ключ, два датчика напряжения и система управления, причем дополнительный управляемый ключ включен между отрицательным полюсом выпря мителя и другим выходным выводом, каждый из датчиков напряжения, выходом соединенный с одним из входов системы управления, включен между нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора и соответствующим полюсом выпрямителя, тр.етий вход системы управления соединен с выходом широтноимрульсного модулятора, а первый и второй выходы системы управления подключены соответственно к управляющим входам управляемых ключей. Кроме того, система управления состоит из компаратора, входы которого являются первыми двумя входами , системы управления, а выход соединен с входом схемы ИЛИ, другой вход которой соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, выход схемы ИЛИ подключен к входу первого формирователя, выход которого является первым выходом cиcteмы управления, второго формирователя, выход которого является вторым выходом системы а вход соединен с выхоуправлениядом второй схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к выходу широтноимпульсного модулятора,. а другой соединен с выходом схемы ИЛИ-НЕ, вход которой подключен к выходу компаратора. . Кроме того, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения снабжен сдвоеннымпереключателем, подключающим выходы компаратора и схемы ИЛИ-НЕ к входу первой либо второй схемы ИЛИ. При этом с целью обеспечения регулирования среднего значения выходного напряжения до нуля, он снабжен двумя схемами И, и вторым сдвоенным переключателем, причем входы схем И подключены параллельно входам схем ИЛИ, а указанный сдвоенный пepeкJ lючатель обеспечивает подключение входа первого и второго формирователей к выходу соответствующей схемы ИЛИ либо И.. На фиг. 1 представлена схема источника регулируемого стабилизированного постоянного напряжения; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу источника напряжения. Источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения содержит выпрямитель, выполненный по мостовой схеме выпрямления 1, подключенный к вторичным обмоткам трехч фазного трансформатора с нулевым выводом 2, управляемые ключи 3 и 4, включенные между положительным и отрицательным полюсом .выпрямителя 1 и нагрузкой 5 вентили 6 и 7. включенные между нулевым выводом трансформатора 2 и противоположными концами нагрузки 5 датчики 8 и 9 напря жения, выполненные в виде делителей напряжения и подключенные между нулевым выводом трансформатора 2 и пол жительным и отрицательным полюсом выпрямителя 1, систему 10 управления первые два входа которой подсоединены к выходам датчиков 8 и 9 напряже.ния, а третий вход подсоединен к вых :ду. щиротно-импульсного модулятора (ШИМ) 11, причем первый выход системы . 10 управления подключен к управ ляющему бходу ключа, а второй выход системы управления подключен к управ ляющему входу ключа 3. Система10 управления состоит из компаратора 12, входы которого яв-ляюгся первыми двумя входами системы управления,а выход подключен квходу схемы ИЛИ:13. другой вход которой подключен к выходу ШИМ 11, а выход соединен с бхйдом формирователя Н, выход которого является первым выходом системы управления, второго формирователя 15 еыход KOTopo.ro являет ся вторым выходом системы управления а вход подключен к выходу второй схемы ИЛИ 16, один из входов которой подключен к вЫх1эду ШИМ 11 , а другойк выходу схемы ИЛИ-НЕ 17, вход которой подключен к выходу компаратора 1 Для расширения диапазона регулирования в систему управления 10 вве.ден сдвоенный переключатель 18,. который может подключать :выход компара тора 12 и схемы ИЛИ-НЕ 17 к входу либо первой 13, либо второй 1б схем ИЛИ. Для осуществления .регулирования выходного напряжения до нуля в сист муЮ управления введены две схемы И 19 и 20 и второй сдвоенный, переключатель 21, причем входы схемы И 19 подключены параллельно входам схе мы ИЛИ 13, -а входы схемы И 20 включе ны параллельно входам схемы ИЛИ 1б, а сдвоенный переключатель 21 может подключать к входу формироВйтеля 14 выход либо схемы ИЛИ 13, либо И 19, а к входу формирователя 15 выход либо схемы-ИЛИ 16, либо И 20. i Для работы схемы в режиме регу- лирования с частичной модуляцией . питающего напряжения контакты переключателей 18 и 21 должны находиться в верхнем по схеме положении. Если ключи 3 и 4 находятся в замкнутом состоянии, то к нагрузке 5 прикладывается выпрямленное линейное напряжение Уд (фиг. 26). Если ключ 3 замкнут, а ключ 4 разомкнут, то к нагрузке прикладывается выпрямленное катодной группой вентилей выпрямителя 1 и вентилем 7 Фазное напряжение иф,. Если ключ3 разомкнут, а ключ 4 замкнут, к нагрузке прикладывается выпрямленное вентилем 6 и анодной группой вентилей выпрямителя 1 фазное напряжение U ctКак видно из фиг. 25 напряжения ифк -фа рзвны по величине, но сдвинуты относительно друг друга на полпериода. Если в моменты времени t;,, t-., t.-j, и т. д., когда мгновенные, значения напряжений ифк и ифа равны между собой, включать соответственно ключи 4, 3, 4 и т. д., то при разомкнутом другом .ключе на нагрузке будет {формироваться напряжение равное огибающей максимальных значений .напряжений Уфц и ифс(. Это напряжение, как и выпрямленное линейное напряление ид будет для трехфазной питающей сети иметь кратность пульсаций m 6 и коэффициент пульсаций 6. Кдоме того, это н апряжение будет сдвинуто относительно напряже.ния Цдна полпе-риода. Если же на интервале t./.. при включенном ключе 4 периодически включать и выключать ключ 3 с настотой ШИМ сигнала (фиг. 2 ), то на нагрузке будет формироваться напряжение с частичной модуляцией (фиг. 26) При этом в выходном напряжении, при регулировании коэффициента заполнения ШИМ сигнала -у , будет содержаться низкочастотная пульсация с частотой, в 6 раз-большей частоты сетевого напряжения. При этом коэффициент пульсаций низкочастотной составляющей будет максимальным при т О и ТР 1. Его велмцина будет о%. При других значениях jp этот коэффициент пульсаций будет:уменьшат ь ся, достигая при 2Г своего минимального значения ;i1,4. В предлагаемой системе управления датчики 8 и 9 формируют напряжения, пропорциональные 1ф и J. Эти напряжения сравниваются на компараторе 12, который в моменты равенства этих напряжений переключается из одного состояния в противоположное (фиг. 2в). Это напряжение и напряжение с выхода ШИМ (фиг. 2г) поступает, на входы схемы ИЛИ 13, выход ное напряжение которой показано на фиг. . Это напряжение после усиления формирователем 1A поступает для управления ключом k. Аналогично формируется напряжение управления ключом 3. Отлр.чие заключается в том, что на вход схемы ИЛИ 16 поступает проинвертированное схемой ИЛИ-НЕ 17 напряжение с выхода компаратора 12. Напряжение ма выходе схемы ИЛИ 16 показано на фиг. 2е. . При рассмотренном законе управления на нагрузке формируется напряжение с частичной модуляцией, показанное на Фиг. 25. Возможный диапазон регулирования такого напргжения будет равен d Для расширения диапазона регулирования сдвоенный переключатель 18 необходимо перевести в нижнее (ЛолоПри этомв моменты времени t жение. будут включаться упt равляемые ключи 3 3 и т, д., В этом случае, при разомкнутом другом, ключе на на грузке будет формировать /ся напряжение, равное огибающей мини мальных значений напряжений иф (на фиг. 25, штриховая линия). Если на интервале 1... включенном ключе 3 включать и выключать ключ с частотой ШИМ-сигнала, на нагрузке будет формироваться широтно-модулиро ванное напряжение с частичной модуля цией, диапазон регу.оирования которог ,1n/ JcЗmax ° Р выходном напряжении во всем диапазоне регулирования будет присутствовать низ кочастотная пульсация с частотой, в 6 раз большей Частоты.сети. В этом случае напряжения управления ключами формируемые схемами 13 и 16 показаны соответственно на фиг. 2сЛиЭ. Если и такой диапазон регулирования оказы вается недостаточным, можно перейти к режиму регулирования с полной модуляцией питающего напряжения. Для этого переключатель 21 необходимо перевести в нижнее положение. При ЭТОМ сигналы управления ключами будут сниматься с выхода схем И 19 и 20. Эти сигналы управления Для случая,когда ключ 18 находится в верхнем положении, показаны соответственно на фиг. 2з и и . Форма напряжения на нагрузке в этом случае представлена на фиг. 2. В данном режиме, несмотря на то, что регулирование осуществляется с полной модуляцией питающего напряжения, для получения того же среднего значения напряжения на нагрузке U-,, что и при полной модуляции выпрямленного линейного напряжения Уд, необходимо работать при больших значениях коэффициента заполнения у . При этом высокочастотная составляющая пульсации выходного напряжения будет меньше. Таким образом, предлагаемый источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения позволяет, в зависимости от необходимости, получить различные диапазоны регулирования среднего значения выходного напряжения, причем во всех диапазонах исключена низкочастотная пульсация с частотой выпрямленного фазного напряжения. Это позволяет значительно уменьшить габариты сглаживающих фильтров, а в .случае работы источника в режиме стабилизации напряжения, увеличить диапазон допустимого изменения входного напряжения. Кроме того, во всех диапазонах регулирования выходного напряжения практически будет отсутствовать вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора вследствие симметричного закона работы управляемых ключей. В предлагаемой схеме к обеим управляемым ключам в закрытом состоянии прикладывается максимальное напряжение, равное амплитуде фазного напряжения, в то время .как на нагрузке амплитуда напряжения достигает амплитуды линейного напряжения, т.е. правляемые ключи выбираются на пониенные рабочие напряжения.. Это позволяет использовать предлагаемую схе- у в качестве регулятора (стабилизаора) напряжения в источниках питания с бестрансформаторным входом. Формула изобретения 1. Источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения, содержащий выполненныйno мостовой Схеме и подключенный к выполненной с нулевым выводом трехфазной вторичной обмотке трансформатора выпрямитель, положительный полюс которого . через управляемый ключ соединен с од ним из выводов для подключения нагру ки, два вентиля, .соединенных последовательно, образуя цепочку, включенную параллельно выходным выводам, причем катод одного из вентилей соединен с управляемым ключом, а общая точка соединения вентилей подключена к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, и широтно-импульсный модулятор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения низкочастотной пульсации выходного напряжения и улучшения весогабаритных показателей за счет уменьшения подмагн чивания сердечника трансформатора, введены дополнительный управляемый ключ, два датчика напряжения и систе ма управления, причем дополнительный управляемый ключ включен между отрицательным полюсом выпрямителя и другим выходным выводом, каждый из датчиков напряжения, выходом соединенн.ь1Й с одним из входов системы управления, включен между нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора и соответствующим полюсом выпрямителя, третий вход системы управления соеди нен с выходом широтно-импульсного модулятора, а первый и второй выходы системы управления подключены соответственно к управляющим входам управляемых ключей, 2, Источник напряжения по п. 1, отличающийся тем, что его система управления состоит из ком паратора, входы которого являются пер выми двумя входами системы управлени а выход соединен с входом схемы ИЛИ,другой вход которой соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, выход схемы ИЛИ подключен к входу первого формирователя, выход которого является первым выходом системы управления, второго формирователя, выход которого является вторым выходом системы управления, а вход соединен с выходом второй схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а другой - соединен с выходом схемы ИЛИ-НЕ, вход которой подключен к выходу компаратора. 3. Источник напряжения по п. 2, отличающийся тем, что, с целью расширения диaпaзoнa регулирования выходного напряжения, он снабжен сдвоенным переключателем, подключающим выходы компаратора и схемы ИЛИ-НЕ к входу первой либо второй схемы ИЛИ. . Источник напряжения.по пп. 2 и 3 отл и ча ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения регулирования среднего значения выходного напряжения до нуля, он снабжен двумя схемами И, и вторым сдвоенным переключателем, причем входы схем И подключены параллельно входам схем ИЛИ, а указанный сдвоенный переключатель обеспечивает подключение входа первого и второго формирователей к выходу соответствующей схемы ИЛИ либо И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Электронная техника и автоматика. Сб. статей под ред. Ю.И. Конева, вып. 6, М. , Советское радио, , с. 58, рис. 1. 2.Авторское свидетельство СССР № 561950, кл. G 05 F1/56, 1976. N/ -V1-VI Ь-С . , x X ; I V/ i, Щ % I,