Импульсный регулятор переменного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/16 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобра.зовательной технике и может быть использовано в качестве импульсного регулятора переменного напряжения.

Известны регуляторы переменного напряжения, содержащие в первичной или вторичной цепях силового трансформатора дополнительные секции обмоток с различными числами витков, коммутируемые по определенног- у закону . Выходное напряжение приэтом соответствует выбранной комбинации секций обмоток 1.3и 2.

Основным недостатком таких регуляторов является ступенчатое изменение регулируемого напряжения, что обусловлено отсутствием устройства плавного регулирования напряжения между ступенями. Диапазон регулирования таких регуляторов определяется числом коммутируемых секций.

Известен также регулятор напряжения, содержащий силовой трансформатор, первичные обмотки которого через мостовой выпрямитель коммутируются с повьоиенной частотой и с переменным коэффициентом заполнения кoм Iyтиpyющим транзистором, включенным в выходную диагональ мостового выпрямителя 3 .

Основным недостатком такого регулятора является высокочастотная пуль сация выходного напряжения, что обусловлено тем, что цепь первичной обмотки силового трансформатора обрывается на время запирания KOMTiyTHpyющего транзистора. Поэтому форма выходного напряжения значительно отличается от синусоидальной и -возникают

10 су11ественные сетевые и электромагнитные помехи. Кроме этого, напряжение коллектор-эмиттер коммутирующего транзистора велико - равно выпрямленному сетевому. Все это делает невозможным 5 использование этого устройства для регулирования переменного напряжения ,в широком диапазоне.,

Наиболее близким к изобретению является импульсный регулятор пере20менного напряжения, содержащий основ-: ной силовой трансформатор с добавочной обмоткой, включенной в каждой фазе последовательно с основной первичной обмоткой, два мостовых выпря25мителя, первый из которых входной диагональю подключен к точкам.соединения основной и добавочной обмоток, а второй входной диагональю включен , последовательно с добавочной обмот30кой, два коммутирующих транзистора,

включеншх в выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей, и блок высокочастотной коммутации, выходы которого подключены к управляющим электродам коммутирующих транзисторов 4 J,

Недостатком этого устройства яв ляется узкий диапазон регулирования выходного напряжения и наличие значительных высокочастотных пульсаций выходного напряжения.

Цель изобретания - расширение диапазона регулирования и уменьшение высокочастотных пульсаций выходного напряжения при сохранении линейности регулировочной характеристики.

Эта цель достигается тем, что в импульсный регулятор напряжения, содержащий основной силовой трансформатор с добавочной обмоткой, включенной в каждой фазе последовательно с основной первичной обмоткой, два мостовых выпрямителя, первый из которых входной диагональю подключен к точкам соединения основной и добавочной обмоток, а второй входной диагональю включен последовательно с добавочной обмоткой, двй ко 1мутирующих транзистора, включенных в выходные диагонали соответствующих местовых выпрямителей, и блок высокочастотной коммутации, выходы которого подключены к управляюгцим электродам коммутирующих транзисторов, введены подключенный к выходу основного силового трансформатора дополнительный силовой трансформатор, первичная обмотка которого в каждой фазе разделена на m последовательно соединенных секций, m дополнительных мостовых выпрямителей, (т-1) из которых входными диагоналями подключены к точкам соединения двух смежных секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, а один входной диагональю подключен последовательно с т-ой секцией первичной обмотки, га дополнительных коммутирующих транзистоЕЮв, включенных в выходные диагонали соответствующих дополнительныхмостовых выпрямителей, блок ступенчатой коммутации, выхЬдами подключенный к управляющим электродам дополнитёльншс коммутирующих транзисторот, блок формирования управления, вхол которого соединён с выводом для подключения управляющего напряжения, а выходы соединены соответственно с входом блока высокочастотной коммутации и входом блока ступенчатой коммутации.

На фиг. 1 приведена структурная трехфазная схема импульсного регулятора переменного напряжения (число секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора m 3)J на фиг. 2 - формы выходных напряжений

Импульсный регулятор переменного напряжения содержит основной силовой трансформатор 1, в каждой которого последовательно с основной первичной обмоткой 2, с числом витков W включена добавочная обмотка 3 с .чис лом витков V/g,, два мостовых выпрямителя 4 и 5 коммутации основной и добавочной первичных обмоток, первый, из которых входной диагональю подключен к точкам соединения основной и добавочной обмоток, а второй входной диагонэлыо включен последовательно с добавочной обмоткой, два ко1-.1мутирующих транзистора б и 7, включенных в выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей,, управляющие электроды коммутирующих транзисторов 6 и 7 соединены с выхода ми блока 8 высокочастотной ко№лутации. К вторичным обмоткам 9 основного силового трансформатора с числом витков Vif/j подключен дополнительный силовой трансформатор 10, содержащий в каждой фазе три последовательно соединенные секции 11-13 первичной обметь ки с числами витков Щ , Щу , W-j, Три дополнительных мостовых выпрямителя 14-16 коммутации секций первичной обмотки дополнительного силовог трансформатора, два из которых входной диагональю подключены к точкам соединения секций 11-13 первичной обмотки, а третий - входной диагональю включен последовательно с секцией 13, с тремя дополнительныг- и коммутирующими транзисторами 17-19, включенными в выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей. Управляющие электроды дополнительных коммутирующих транзисторов 17-19 соединены с выходами блока 20 ступенчатой коммутации (БСК). Вход блока 8 высокочастотной коммутации и вход блока 20 ступенчатой коммутации соединены с выходами блока 21 формирования команд управления, входом которого является входной вывод для подключения управляющего напряжения. Выходом устройства являются вторичные обмотки 22 дополнительного силового трансформатора с числом витков №

Импульсный регулятор работает следующим образом.

Управляющее напряжение U поступает на вход блока 21 формирования команд управления (БФКУ), который, в зависимости от величины управляющего напряжения, внрабатывг1ет команду управления, поступающую на вхо блока 8 высокочастотной кo мyтaции (БВЧК) и определяющую коэффициент заполнения высокочастотных сигналов управления коммутирующими транзистораг-и б и 7, и команду управления, поступающую на вход блока 20 ступенчатой коммутации (БСК) и определяющую номера открытого и запертных дополнительных коммутирующих транзисторов из группы 17-19. БВЧК 8 формирует дв взаимоинверсгалх высокочастотных сигнала управления, изменяющихся по шиТЕ отно-импульсному закону в зависимос ти от величины управляющего напряжения и поступаю цих на управляющие электроды коммутирующих транзисторов 6 и 7. БСК 20 формирует сигнал управ ления, открывающий, в зависимости от величины управляющего напряжения, один из дополнительных коммутирующих транзисторов 17-19 при закрытых остальных. Коммутирующие транзисторы 6 и 7 через мостовые выпрямители 4 и 5 строго поочередно замыкают основ ную первичную обмотку 2 и добавочную обмотку 3 с высокой частотой. Дополнительные коммутирующие транзисторы 17-19 через дополнительные мостовые выпрямители 14-16 замыкают одну из секций 11-13 первичной обмотки дополнительного силового трансформато ра. Отношение чисел витков секций 11-13 W,, ., W выбирается по определенном - з акону так, чтобы обеспе чить линейность регулировочной характеристики во всем диапазЪне регулирования. Таким образом, при совместной работе основного 1 и дополнительного 10 силоЕьтк трансформаторов обеспечивается сочетание двух способов управления - ступенчатого изменения напряжения на. дополнительном силовом трансформаторе 10 и плав ного (высокочастотного) регулирования напряжения между ступенями на основном силовом трансформаторе. С вторичных обмоток 22 дополнительного силового трансформатора снимает ся выходное напряжение, пропорционал ное управляющеь напряжении. Рассмотрим работу имщ;-льсного регулятора переменного напряжения, например, при увеличении управляющего напряжения. Минимальное значение выходного напряжения, соответствующее минималь ной величине управляющего напряжения 41 и . ВЬ1Х,- () 0) где Ug|,,y - среднее значение фазного напряжения/ 0 - фазное напряжение сети. Это напряйсение имеет место при открытых коммутирующих транзисторах 7 и 19 и запертых остальных коммутирующих транзисторах (6, 17 и 18). При таком peKHJvie, задаваемом БВЧК 8 и БСК 20 по командам с БФКУ 21 форма выходного напряжения синусоидальна с амплитудой 11,, (фиг. 2.1). При увеличении управляющего напряжения (1Ц Uv) ) начинается плавное регулирование выходного напряжения. Это осуществляется поочередным открыванием и закрыванием коммутирующих транзисторов б к 7 с высокой частотой по-сигналам, поступающим с БВЧК 8, при открытом транзисторе 19. При этом коэффициент заполнения ш-адульсов If изменяется пропорционально yпpaвляюнle 1y напряжению и выходное напряжение имеет форму, изображенную на фиг. 2.2 и 2.3. Среднее значение выходного напряжения на этом этапе регулкров ания U - (1 2. бЫЧ с Uvi 0%,+W,,5., где Ил- - коэффициент добавочной обмотки. При достижении управляющим напряжением определенной величины Uya. / соответствующей значению -у 1, выходное напряжение вновь делается синусоидальнъп-1, но с амплитудой U, (фиг. 2,4} и его среднее значение 11 -г, . х/4 . bbfX4 c ч« ) С дальнейшим увеличением управляющего напряжения (U / Uy.) начинается второй этап регулирования, при котором по ко 1андам управления с блока 21 формирования команд управлений открывается дополнительный коммутируЛ01ЦИЙ транзистор 18 (17 и 19 закрыты) блоком 20 ступенчатой коммутации и устанавливается значение У Q в БВЧК 8, При этом выходное напряжение останется синусоидальныг.1 и его среднее значение вых с ) () Для выполнения условия непрерывности регулирования напряжения между числами витков секций 11-13 первичной ойротки дополнительного силового трансформатора должно выполняться определенное соотношение, которое можно получить, приравняв правые части последних двух равенств: ) Дсшее на этом втором этапевыполняется плавное регулирование выходного напряжения за счет увеличения величины Y Форма кривой напряжения показана на фиг, 2.5, а его среднее значение щг. йп (. В конце этого этапа при Uv, U, величина q 1, кривая выходного напряжения- синусоидальна с амплитудой и (фкг. 2.6) и , .у . - .-. шх4,-/с л СмС-м- г Трётийэтап регулирования начинается по командам с БФКЬ 21 открытием коммутирующих транзисторов 7 и 17 (18 и 19 и б закрыты). При этом устана ливается напряжение NX/а. W4U&blX6 CO 4-NW(j) VVT,/ Из последних двух равенств следу соотношение мелоду числами витков: Далее аналогично предыдущим этап выполняется плавное регулирование (фиг. 2.7) до наибольшего значения -п . SbiXg C Vix, N, Аналогично осуществляется регули рование выходного напряжения в стор ну его уменьшения, В общем случае число секций m пе вичной обмотки дополнительного тран форматора определяется из требуемо го диапазона регулирования при постоянном коэффициенте высокочастотных пульсаций, или из минимально до пустимых высокочастотных пульсаций, либо из максимально допустимых коллекторных напряжений на коммутирующ транзисторах основного силового трансформатора при определенном диапазоне регулирования по следующей формуле: у JabOc.max --(UH), ЬЫЧ,П11И где Пл- определяется из минимально допустимых высокочастотных пульсаций или из максимально допустимых напряжений коллектор-эмИттер на коммутирующих транзисторах б и 7, которые определяются по фоомулам: аи с A-vvKj. ) Waivnax- UcMg. Коэффициент трансформации основного силового трансформатора выбирается из условия получения допусти мых коллекторных напряжений на дополнительных коммутирующих транзисторах 17-19 дополнительного силового трансформатора. Числа витков сек ций первичной обмотки дополнитель.кого силового трансформатора опреде ляются из условия непрерывности регулирования выходного напряжения по следующей формуле: Vr,--W.%()) Достоинствами предлагаемого импульсного регулятора переменного Iнапряжения являются широкий диапазо регулирования напряжения, определяемый по формуле j№a2L-. .. efcix.Win линейность регулировочной характеристики, обеспечиваемая совместной работой двух силовых трансформаторо и подбором чисел витков секций пер вичной обмотки дополнительного силового трансформатора; относительно небольшая величина высокочастотных пульсаций выходного напряжения, определяемая коэффициентом добавочной обмотки п, что снижает сетевые и электромагнитные помехи, создаваемые регулятором и дает возможность получить форму выходного напряжения сколь -угодно близкую к синусоидальной; практическая безынерционность регулятора, обеспечиваемая импульсным высокочастотным управлением; пониженные напряжения на комглутирующих транзисторах, что уменьшает потери в них и расширяет диапазон используемых сетевых напряжений. Кроме того, регулятор может быть .использован при любой фазности питающего напряжения и с выходным выпрямителам как регулятор постоянного напряжения. Формула изобретения Импульсный регулятор переменного напряжения, содержащий основной силовой трансформатор с добавочной обмоткой, включенной в каждой фазе последовательно с основной первичной обмоткой, два мостовых выпрямителя, первый из которых входной диагональю подключен к точкам соединения основной и добавочной обмоток, а второй входной диагональю включен последовательно с .добавочной обмоткой, два коммутирующих транзистора, включенных в выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей, и блок высокочастотной коммутации, выходы которого подключены к управляющим электродам коммутирующих транзисторов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования и уменьшения амплитуды высокочастотных пульсаций выходного напряжения, введены подключенный к выходу основного силового трансформатора дополнительный силовой трансформатор, первичная обмотка которого в каждой фазе разделена на m последовательно соединенных секций, m дополнительных мостовых выпрямителей, (m-l) из которых входными диагоналями подключены к точкам соединения двух смежных секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, а один входной диагональю подключен последовательно с т-ой секцией первичной обмотки, m дополнительных коммутирующих транзисторов, включенных в выходные диагонали соответствующих дополнительных мостовых выпрямителей, блок ступенчатой коммутации, выходами подключенный к упавляющим электродам дополнительных pммyтиpyющиx транзисторов, блок формирования команд управления, вход которого соединен с выводом ; для подключения управляющего напряжения, а выходы соединены соответственно с входом блока высокочастотной коммутации -и входом блока ступенчатой коммутации,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.ywx.

л

-rvv4.

w.

н

//

TJ

-О

18

20

фаг. 1 вых фиг. 2 If