RU2155365C2 - Способ регулирования переменного напряжения - Google Patents
Способ регулирования переменного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2155365C2 RU2155365C2 RU96118810A RU96118810A RU2155365C2 RU 2155365 C2 RU2155365 C2 RU 2155365C2 RU 96118810 A RU96118810 A RU 96118810A RU 96118810 A RU96118810 A RU 96118810A RU 2155365 C2 RU2155365 C2 RU 2155365C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- intervals
- keys
- time
- duration
- bridge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения в однофазных и трехфазных электросетях и электроустановках. Технический результат изобретения заключается в повышении энергетических показателей и упрощении преобразования напряжения. Технический результат достигается за счет того, что способ основан на высокочастотном чередовании режима шунтирования вольтодобавочного трансформатора с режимом вольтоприбавления или вольтовычитания и изменения скважности в процессе смешанной коммутации ключей. Дополнительные операции способа позволяют повысить частоту модуляции вольтодобавки без изменения частоты коммутации ключей и предотвратить через ключи кратковременные замыкания сети без развития дроссельного режима трансформатора. 2 ил.
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования или стабилизации переменного напряжения в однофазных и трехфазных электросетях и электроустановках.
Известны способы регулирования переменного напряжения без сдвига фазы первой гармоники выходного напряжения [1, 2]. Способы основаны на формировании двух последовательностей тактовых интервалов с частотой не ниже удвоенной частоты сети и создании в каждом тактовом интервале двух временных интервалов со взаимно изменяющимися длительностями, на которых при помощи полностью управляемых ключей моста с двухсторонней проводимостью шунтируют первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора и подключают к сети (или нагрузке), обеспечивая при этом согласное или встречное включение обмоток трансформатора.
К недостаткам способов следует отнести низкие энергетические показатели из-за высокой частоты переключения ключей с кратковременными замыканиями входных зажимов в моменты коммутации, а также сложность и большая стоимость силовой полупроводниковой части регулятора, выполненной на полностью управляемых ключах с большим запасом по мощности.
Наиболее близким является способ регулирования переменного напряжения, который позволяет в 2 раза снизить коммутационные потери за счет уменьшения частоты переключения ключей без изменения частоты модуляции [3].
Суть способа состоит в изменении относительно времени шунтирования и подключения к сети (или нагрузке) первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно на цепь между входными и выходными выводами, за счет изменения длительности включенного состояния соответствующих ключей моста, в диагональ которого включена первичная обмотка, для чего формируют две последовательности тактовых интервалов с одинаковой частотой, которая не меньше удвоенной частоты сети, располагают последовательности друг относительно друга со сдвигом на половину длительности тактовых интервалов и внутри каждого тактового интервала образуют два временных интервала со взаимно изменяющимися длительностями, которыми без учета инерционности ключей на включение и выключение задают длительность включенного состояния ключей моста и порядок их переключения, причем первым и вторым временными интервалами первой последовательности задают длительность включенного состояния двух ключей моста, которыми переключают начало первичной обмотки трансформатора с фазы сети (или нагрузки) на нулевой провод, а первым и вторым временными интервалами второй последовательности задают длительность включенного состояния двух других ключей моста, которыми переключают конец первичной обмотки трансформатора с фазы сети (или нагрузки) на нулевой провод, при этом временными интервалами одинаковой длительности первой и второй последовательностей задают длительность включенного состояния ключей противоположных плеч моста.
Однако и при этом способе регулирования переменного напряжения будут больше коммутационные потери из-за того, что в его операциях не учтена инерционность ключей при их включениях и выключениях, а также требуется большая установленная мощность коммутатора. К недостаткам следует также отнести необходимость выполнения коммутатора исключительно на полностью управляемых ключах, что усложняет преобразователь и увеличивает его стоимость.
Задача изобретения - повышение энергетических показателей и упрощение преобразования напряжения. Ее результат - снижение потерь и установленной мощности коммутатора, а также замена половины полностью управляемых ключей симисторами.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в начале первого и второго временных интервалов одной из последовательностей, которыми задают время включенного состояния полностью управляемых ключей моста, формируют первый и второй интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы этой же последовательности, а в начале первого и второго временных интервалов другой последовательности, которыми задают время включения состояния ключей моста с естественной коммутацией, формируют третий и четвертый интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы как одной, так и другой последовательностей, причем длительности первого и второго интервалов прерывания равны разности между временем выключения предыдущего полностью управляемого ключа и временем включения последующего полностью управляемого ключа, а длительности третьего и четвертого интервалов прерывания равны разности между суммарным временем выключения двух предыдущих ключей, один из которых с естественной коммутацией и временем включения последующего ключа с естественной коммутацией.
На фиг. 1 приведены временные диаграммы, поясняющие алгоритм управления ключами и принцип регулирования переменного напряжения, а на фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализующего способ.
На фиг. 1 введены следующие обозначения:
U1 и U2 - напряжения сети и нагрузки;
U2 (+) = U1(1+kT) - напряжение нагрузки в режиме вольтодобавки;
U2 (-) = U1(1-kT) - напряжение нагрузки в режиме вольтовычета;
kT - коэффициент транформации;
UОП1 и UОП2 - опорные напряжения;
Uу - напряжение управления;
Tk1 = Tk2 = Tk - тактовые интервалы первой и второй последовательностей, которые сдвинуты относительно друг друга на половину периода коммутации Tk;
α1 = α2 = α - первые временные интервалы первой и второй последовательностей;
β1 = β2 = β - вторые временные интервалы первой и второй последовательностей;
γ1 и γ2 - интервалы прерывания тактовых интервалов первой и второй последовательностей.
U1 и U2 - напряжения сети и нагрузки;
U2 (+) = U1(1+kT) - напряжение нагрузки в режиме вольтодобавки;
U2 (-) = U1(1-kT) - напряжение нагрузки в режиме вольтовычета;
kT - коэффициент транформации;
UОП1 и UОП2 - опорные напряжения;
Uу - напряжение управления;
Tk1 = Tk2 = Tk - тактовые интервалы первой и второй последовательностей, которые сдвинуты относительно друг друга на половину периода коммутации Tk;
α1 = α2 = α - первые временные интервалы первой и второй последовательностей;
β1 = β2 = β - вторые временные интервалы первой и второй последовательностей;
γ1 и γ2 - интервалы прерывания тактовых интервалов первой и второй последовательностей.
На фиг. 2 совмещены силовая часть и система управления одного из вариантов устройства, работающего по предложенному способу. Силовая часть содержит мост на ключах 1 - 4 с двухсторонней проводимостью, причем в одной ветви моста ключи 1 и 2 с естественной коммутацией, например симисторы, а в другой - полностью управляемые ключи 3 и 4, каждый из которых представляет собой, например, диодный выпрямитель, шунтированный транзистором или запираемым тиристором. К диагонали моста подключена первичная обмотка трансформатора 5, вторичная обмотка которого включена между входными и выходными зажимами, предназначенными для подключения соответственно к сети и нагрузке. Система управления 6 содержит следующие известные функциональные элементы. Задающий генератор 7, в качестве которого для построения синхронной системы управления используется генератор синхроимпульсов 8 с умножителем частоты 9 и генератором меандра 10, а для построения высокочастотной асинхронной системы управления используется симметричный мультивибратор. Кроме этого, система управления 6 (фиг. 2) содержит инвертор 11, два генератора треугольного напряжения 12, 13, два компаратора 14, 15, два повторителя 16, 17, два дополнительных инвертора 18, 19 четыре одновибратора 20 - 23, логический формирователь 24, два выходных каскада 29, 30 для отпирающих импульсов ключей 1 и 2 с естественной коммутацией, а также два выходных каскада 31, 32 для отпирающих импульсов и два выходных каскада 33, 34 для запирающих импульсов полностью управляемых ключей 3 и 4.
Способ осуществляется следующим образом.
При пересечении первого временного интервала одной из последовательностей со вторым временным интервалом другой последовательности в работе находятся ключи смежных плеч моста, при помощи которых закорачивается первичная обмотка трансформатора. Так, в пересечения α1 и β2 (фиг. 1) в работе находятся ключи 1 и 4, а в пересечении α2 и β1 - ключи 2 и 3.
При пересечении первых или вторых временных интервалов двух последовательностей в работу вступают ключи противоположных плеч моста, подключающие первичную обмотку трансформатора к сети (или нагрузке) с согласным или встречным включением ее со вторичной обмоткой. Так, в пересечении α1 и α2 ключами 1 и 3 обеспечивается режим вольтовычета, а в пересечении β1 и β2 ключами 2 и 4 - режим вольтодобавки.
При переключении полностью управляемых ключей, включенных в одну из ветвей моста, например во вторую с ключами 3 и 4 (фиг. 1), в начала как первого, так и второго временных интервалов α2 и β2, относящихся соответственно ко второй последовательности, вводятся интервалы прерывания γ2 на время, необходимое для восстановления запирающих свойств этих полностью управляемых ключей с учетом их инерционности при включении. В тоже время, при переключении ключей с естественной коммутацией, включенных в другую ветвь моста, а именно ключей 1 и 2, в начале первого и второго временных интервалов соответственно α1 и β1 первой последовательности, а также в тактовые интервалы второй последовательности вводятся интервалы прерывания γ1 на время восстановления запирающих свойств двух поочередно выключаемых ключей, один из которых полностью управляемый, начинающий процесс выключения, а другой с естественной коммутацией, завершающей этот процесс, с учетом инерционности включения последующего ключа с естественной коммутацией. Так, процесс переключения начала первичной обмотки с фазы сети (или нагрузки) на нулевой провод при помощи ключей 1 и 2 в режиме вольтодобавки (фиг. 1а) начинается с выключения полностью управляемого ключа 4 с последующим прерыванием тока в цепи с ключами 4 и 1 для выключения ключа 1 и завершается включением ключа 2. С учетом этого интервал прерывания γ1, который вводится в интервалы β1 и β2, равен сумматору времени выключения ключей 4 и 1 за вычетом времени включения ключа 2. Аналогично производится управление процессом переключения ключей и в режиме вольтовычета (фиг. 1б).
Режим работы устройства (фиг. 2) задается величиной и знаком сигнала управления Uу. В случае Uу > 0 и соответственно α < β на фиг. 1а пересекается интервалы β1 и β2, обеспечивая замыкание ключей 2 и 4 для формирования вольтодобавки, а в случае Uу < 0 и соответственно α > β на фиг. 1б пересекаются интервалы α1 и α2, обеспечивая замыкание ключей 1 и 3 для формирования вольтовычета.
Переход от режима регулируемой вольтодобавки к режиму регулируемого вольтовычета происходит при когда Uу = 0.
В соответствии с уравнением
регулирование напряжения нагрузки производится в диапазоне от U1(1+kT) до U1(1-kT) при изменении α от 0 до Tk за счет изменения сигнала управления Uу от максимального положительного до максимального отрицательного значения треугольного напряжения.
регулирование напряжения нагрузки производится в диапазоне от U1(1+kT) до U1(1-kT) при изменении α от 0 до Tk за счет изменения сигнала управления Uу от максимального положительного до максимального отрицательного значения треугольного напряжения.
Один из возможных вариантов устройства (фиг. 2) в соответствии с предложенным способом работает следующим образом.
При синхронном управлении в моменты перехода напряжения сети U1 через ноль на выходе генератора синхроимпульсов 8 формируются короткие импульсы, увеличение частоты которых производится умножителем 9, а увеличение длительности - генератором меандра 10. При асинхронном высокочастотном управлении эту же функцию может выполнить симметричный мультивибратор, используемый в качестве задающего генератора 7. С выхода синхронного или асинхронного с сетью задающего генератора 7 импульсы поступают на вход первого генератора 12 треугольного напряжения, а их инверсия, образованная инвертором 11, - на вход второго генератора 13 треугольного напряжения. С выходов генераторов 12 и 13 снимаются опорные напряжения UОП1 и UОП2, которые на фиг. 1 изображены соответственно сплошными и пунктирными линиями. Эти опорные напряжения подаются на входы компараторов 14 и 15, где, сравниваясь с напряжением управления Uу, формируют двуполярные импульсы. Длительности положительных импульсов на выходе компараторов 14 и 15 соответственно равны α1 и α2, а отрицательных - β1 и β2 (фиг. 1), которые, являясь временными интервалами первой и второй последовательностей, задают алгоритм управления ключами 1 - 4 моста в соответствии с основными операциями способа. Дополнительные операции способа возлагаются на повторители 16, 17, инверторы 18, 19, одновибраторы 20 - 23 и логический формирователь 24 (фиг. 2)
Импульсы положительной полярности, снимаемые с выходов компараторов 14 и 15, проходя через повторители 16 и 17 соответственно, создают нормированные положительные импульсы с длительностями α1 и α2, а импульсы отрицательной полярности компараторов 14 и 15, проходя через инверторы 18 и 19 соответственно, создают также положительные нормированные импульсы с длительностями β1 и β2. Эти четыре положительных импульса поступают на инверсные входы четырех элементов 26 логики ЗАПРЕТ и одновременно на входы элементов задержки, например, одновибраторов 20 - 23. При этом импульсы с выходов повторителя 16 и инвертора 18 поступают на одновибраторы 20 и 22, которые формируют короткие импульсы с длительностью, равной интервалу прерывания γ1 первой последовательности, а импульсы с выходов повторителя 17 и инвертора 19 соответственно поступают на одновибраторы 21 и 23, которые формируют короткие импульсы с длительностью, равной интервалу прерывания γ2 второй последовательсти.
Импульсы положительной полярности, снимаемые с выходов компараторов 14 и 15, проходя через повторители 16 и 17 соответственно, создают нормированные положительные импульсы с длительностями α1 и α2, а импульсы отрицательной полярности компараторов 14 и 15, проходя через инверторы 18 и 19 соответственно, создают также положительные нормированные импульсы с длительностями β1 и β2. Эти четыре положительных импульса поступают на инверсные входы четырех элементов 26 логики ЗАПРЕТ и одновременно на входы элементов задержки, например, одновибраторов 20 - 23. При этом импульсы с выходов повторителя 16 и инвертора 18 поступают на одновибраторы 20 и 22, которые формируют короткие импульсы с длительностью, равной интервалу прерывания γ1 первой последовательности, а импульсы с выходов повторителя 17 и инвертора 19 соответственно поступают на одновибраторы 21 и 23, которые формируют короткие импульсы с длительностью, равной интервалу прерывания γ2 второй последовательсти.
Выходы всех одновибраторов подключены к входам сумматора 25, в качестве которого может быть использована диодная сборка или логический элемент ИЛИ. Одновременно с этим, выходы одновибраторов 20 и 22 подключены к инверсным входам первых элементов ЗАПРЕТ, а выход сумматора 25 - к инверсным входам двух других элементов ЗАПРЕТ. В результате этого на выходах первых двух элементов ЗАПРЕТ формируются импульсы с длительностями α1 и β1, расположенные в полном соответствии с первым и вторым временными интервалами первой последовательности (фиг. 1), в начало которых введены интервалы прерывания γ1, а на выходах двух других элементов ЗАПРЕТ формируются импульсы с длительностями α2 и β2, расположенные в соответствии с временными интервалами второй последовательности, в тактовые интервалы которой введены два интервала прерывания с длительностями γ1 и два интервала прерывания с длительностями γ2 (фиг. 1). Окончательно сформированные отпирающие импульсы подаются на ключи 1 - 4 после предварительного высокочастотного заполнения модулятором 28 и элементом 27 логики 4И усиления каскадами 29 - 32, в состав которых кроме усилителей входят также элементы гальванической развязки. Запирающие импульсы для полностью управляемых ключей 3 и 4 формируются в выходных каскадах 33 и 34, которые соответственно подключены к выходам одновибраторов 23 и 21. В состав выходных каскадов 33 и 34 запирающих импульсов входят элементы гальванической развязки и формирователи коротких мощных импульсов, если в качестве полностью управляемых ключей используются запираемые тиристоры или маломощные формирователи коротких импульсов, если применяются транзисторные ключи 3 и 4.
Следует отметить, что представленный вариант выполнения логического формирователя 24, как впрочем и всей системы управления, является не единственным, и возможны другие варианты реализации предложенного способа.
Источники информации
1. Жарский Б. К. , Голубев В.В. Импульсное регулирование переменного напряжения. ИЭД АН УССР, Препринт - 96, К., 1975.
1. Жарский Б. К. , Голубев В.В. Импульсное регулирование переменного напряжения. ИЭД АН УССР, Препринт - 96, К., 1975.
2. Авторское свидетельство СССР N 589683, H 02 P 13/16, G 05 F 1/24.
3. Патент России N 2042176 от 20.08.95 г., G 05 F 1/24, H 02 P 13/16.
Claims (1)
- Способ регулирования переменного напряжения путем изменения относительного времени шунтирования и подключения к сети или нагрузке первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого включена последовательно в цепь между входными и выходными выводами, за счет изменения длительности включенного состояния соответствующих ключей моста, в диагональ которого включена первичная обмотка, для чего формируют две последовательности тактовых интервалов с одинаковой частотой, которая не меньше удвоенной частоты сети, располагают последовательности друг относительно друга со сдвигом на половину длительности тактовых интервалов и внутри каждого тактового интервала образуют два временных интервала со взаимно изменяющимися длительностями, которыми без учета инерционности ключей на включение и выключение задают длительность включенного состояния ключей моста и порядок их переключения, причем первым и вторым временными интервалами первой последовательности задают длительность включенного состояния двух ключей моста, которыми переключают начало первичной обмотки трансформатора соответственно с фазы сети или нагрузки на нулевой провод, а первым и вторым временными интервалами второй последовательности задают длительность включенного состояния двух других ключей моста, которыми переключают конец первичной обмотки трансформатора с фазы сети или нагрузки на нулевой провод, при этом временными интервалами одинаковой длительности первой и второй последовательностей задают длительность включенного состояния ключей противоположных плеч моста, отличающийся тем, что в начале первого и второго временных интервалов одной из последовательностей, которыми задают время включенного состояния полностью управляемых ключей моста, формируют первый и второй интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы этой же последовательности, а в начале первого и второго временных интервалов другой последовательности, которыми задают время включенного состояния ключей моста с естественной коммутацией, формируют третий и четвертый интервалы прерывания и вводят их в тактовые интервалы как одной, так другой последовательностей, причем длительности первого и второго интервалов прерывания равны разности между временем выключения предыдущего полностью управляемого ключа и временем включения последующего полностью управляемого ключа, а длительности третьего и четвертого интервалов прерывания равны разности между суммарным временем выключения двух предыдущих ключей, один из которых с естественной коммутацией, и временем включения последующего ключа с естественной коммутацией.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96118810A RU2155365C2 (ru) | 1996-09-23 | 1996-09-23 | Способ регулирования переменного напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96118810A RU2155365C2 (ru) | 1996-09-23 | 1996-09-23 | Способ регулирования переменного напряжения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96118810A RU96118810A (ru) | 1999-01-20 |
RU2155365C2 true RU2155365C2 (ru) | 2000-08-27 |
Family
ID=20185661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96118810A RU2155365C2 (ru) | 1996-09-23 | 1996-09-23 | Способ регулирования переменного напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2155365C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461875C1 (ru) * | 2011-07-12 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Многозонный частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения |
-
1996
- 1996-09-23 RU RU96118810A patent/RU2155365C2/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461875C1 (ru) * | 2011-07-12 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Многозонный частотно-широтно-импульсный регулятор переменного напряжения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4357655A (en) | Three-phase inverter | |
RU2422975C1 (ru) | Устройство формирования и регулирования напряжения матричного непосредственного преобразователя частоты с высокочастотной синусоидальной шим | |
EP0012648B1 (en) | Single-pole commutation circuit | |
RU2428783C1 (ru) | Способ формирования и регулирования высокого напряжения матричного непосредственного преобразователя частоты каскадного типа с высокочастотной синусоидальной шим | |
RU2155365C2 (ru) | Способ регулирования переменного напряжения | |
RU195700U1 (ru) | Полупроводниковый преобразователь | |
RU2204880C2 (ru) | Многоуровневый автономный инвертор фазных напряжений | |
RU2094840C1 (ru) | Способ управления узкодиапазонным регулятором переменного напряжения | |
RU2042176C1 (ru) | Способ управления коммутатором вольтодобавочного трансформатора для изменения напряжения | |
RU2269860C2 (ru) | Способ преобразования частоты | |
RU2703984C2 (ru) | Способ двухканального выпрямления | |
RU2366068C1 (ru) | Способ преобразования постоянного напряжения в переменное | |
SU771824A1 (ru) | Преобразователь посто нного напр жени в многофазное | |
SU997204A1 (ru) | Преобразователь посто нного напр жени в однофазное переменное с амплитудно-импульсной модул цией | |
RU2017318C1 (ru) | Способ формирования трехфазного напряжения, подводимого к асинхронному электродвигателю при питании его от однофазной сети | |
SU1279041A1 (ru) | Устройство дл управлени машиной переменного тока | |
SU862337A1 (ru) | Преобразователь переменного напр жени в посто нное | |
SU1078578A1 (ru) | Способ квазичастотного регулировани напр жени переменного тока | |
SU785935A1 (ru) | Преобразователь посто нного напр жени в трехфазное с промежуточным звеном высокой частоты | |
SU813632A1 (ru) | Параллельный инвертор | |
SU997208A1 (ru) | Преобразователь посто нного напр жени в переменное синусоидальное напр жение | |
SU951628A1 (ru) | Устройство дл управлени тиристорным преобразователем | |
SU942237A1 (ru) | Регул тор напр жени | |
SU649115A1 (ru) | Частотно-регулируемый электропривод со статическим преобразователем частоты | |
RU2147785C1 (ru) | Полупроводниковый преобразователь постоянного напряжения в переменное с заданной функциональной зависимостью от времени |