SU589681A1 - Регул тор переменного напр жени со звеном высокой частоты - Google Patents

Description

(54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ СО ЗВЕНОМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ На фиг. 1 представлена в структурном виде схема регул тора переменного напр жени ; на фиг 2 -представлены временные диаграммы, по сн ющие работу регул тора; на фиг. 3 приведены сравнительные характеристик известного регул тора и предлагаемого . Рогуп тор переменного напр жени  со .звеном высокой частоты содержит модул тор .1 и демодул тор 2, выполненные в виде однофазных мостовых инверторов на полностью управл емых ключах с двусторонней проводимостью, 3,4,5,6 и 7,8,9ДО соответственно, причем диагональ модул тора 1 образует входные зажимы, подключаемые к сети, диагональ демодул тора 2 включена в рассечку между входным и вы- г.одиым зажимом, а в другие диагонали модул тора 1 и демодул тора 2 включены обмотки высокочастотного трансформатора 11, а также схему управлени  12 с задающим генератором 13, один выход которого св зан с управл ющими входами клю. чей 3,4,5,6 модул тора 1, а другой через фазос двигающий блок 14 с управл емым углом задержки св зан с управл ющими входами пары смежных ключей, например клю. чей 7 и 8, демодул тора и второй фазосдви гаюшвй блок 15 с управл екл.1м углом опережени , один вход которого соединен с выходом упом нутого задающего генератора 13, выход св зан с управл ющими входами другой пары смежных ключей, например ключей 9 и 1О, демодул тора 2, а другие управл ющие входы обоих фазосдвигающих блоков о единены. На фиг. 2 приведены эпюры : импульсов вьоходного напр жени  (поз. 1б) задающего генератора (здесь и далее на фиг. 2 дл  с кращени  графических построений, импульсы иоступаюшие на соответствующие пары ключей , изображаютс  на одной временной оси в виде положительных и отрицательных импульсов), напр жени  сети (поз. 17), напр жени  (поз. 18) вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, импульсов (поз. 19) фазос двигающего блока с регулируемым углом задержки , импульсов (поз. 20) фазос двигающего блока с регулируемым -углом опережени  уЗ , ш 1ходного напр жени  (поз. 21, 24) демодул тора , напр жени  (поз. 22, 23, 25) на нагрузке при различных углах регулировани . Работает регул тор следующим образом. При включении напр жени  питающей сети и подачи импульсов (поз. 16 на фиг. 2) на управл ющие входы ключей образующих противоположные плечи модул тора 1 (напрймер , на ключи 3.6 и 4,5), указанные ко мутаторы переключаютс  с частотой задак щего генератора, при этом первична  обмотка вольгодобавочного трансформатора 11 попеременно подключаетс  к одноименному зажиму сети или началом или контюм. Напр жение сети (поз. 17), таким образом, преобразуетс  высокочастотное напр жение (поз. 18) с синусной огибающей и прикладываетс  к диагонали демодул тора 2. Одновременно импульсы задающего генератора поступают на входы фазосдвигающих блоков 14 и 15. Выходные импульсь (поз. 19, 20 на фиг. 2) фазосдвигающих блоков, сдвинутые на регулируемый угол задержки сбр и регулируемый угол опережени  /Ь-р , поступают на управл ющие входы ключей демодул тора . Причем, согласно предполагаемому изобретению, соединение выходов фазосдвигающих блоков с парами клвэчей 7, 8 и 9, 10 смежных плеч определ ют и последовательность переключени  этих пар ключей согласно импульсным последовательност м (поз. 19, 20). В частности положительные импульсы последовательности (поз. 19 ) ветствуют включенному состо нию ключа 7, отрицательные - включенному COCTOSIнию ключа 8, а положительные и отрвцательные импульсы последовательности (поз. 20)- включенному состо нию ключей 10, 9 других смежных плеч, соответственно . При этом обеспечиваютс  все необходимые режимы работы регул тора: мйксимальна  вольтодобавка, регулируема  вольтодобавка , неискаженна  передача на нагрузку напр жени  сети, регулируема  вольтоотба&ч ка, максимальна  вольтоотбавка. Объединение управл ющих входов фазосдвигающих блоков 14 и 15 обеспечивает равенство углов задержки оС- и отг режени  ft в процессе регулировани , очень важно при построении стабилизаторов напр жени  на базе регул тора переменного напр жени , обеспечивает регулирование углор oip и А от О до 18О каждого приоднозначном изменении управл ющего сигнала J (см. фиг. l) в заданных пределах. Режим максимальной вольтодобавлси определ етс  максимальным входным сигналом у, когда О, при этом ключи демодул тора переключаютс  по циклу 7,1О-8,9, где р дом сто5пцие цифры обозна-. чают одновременное замкнутое состо ние соответствующих им ключей. В этом случае напр жение 18 вторичной обметки вольтодобавочного трансформатора 11 все врем  включаетс  согласно с напр жением сети и на нагрузке действует неискаженное напр ение , равное сумме напр жени  вторичной обмотки трансформатора и напр жени  сети.

Режим регули зуемой вольтодобавки обеспечиваетс  таким изменением входного сипнала И у от максимального значени  и ниже когда углы регулировани  ofp и ft-o. (см. фиг. 2.) измен ютс  в предел х от О до четверти периода напр жени  высокой чаототы . Ключи демодул тора 2 переключаютс  в этом режиме по циклу 8,10-10,77 ,9-9,8, на выходе которых формируетс  регулируемое напр жение 21, фаза которог соответствует фазе напр жени .сети 17, а

на нагрузке - напр жение 22.

Режим наискаженной передачи на нагруэку напр жени  сети обеспечиваетс  при уплах прегулировани  /Ьр (см. фиг. 2) равных четверти периода напр жени  :высо«кой частоты, тем самым достигаетс  цикл 8,10-7,9. Больтодобавочный трансформатор 11 в этом режиме работает на холостом ходу, так как его вторична  обмотка все врем  разомкнута, напр жение на выходе демодул тора равно нулю, а на нагрузке действует неискаженное напр жение (поз5 23), равное напр жению сети (поз. 17). Таким образом, устран етс  самый неблагопои тный режим работы известного регулжи тора

Дальнейшее уменьшение входного СИ1. нал а и у обеспечивает режим регулируемой вольтоогбавки, так как углы регулировани  oVi ftf} станов тс  больше четверти периода напр жени  высокой частоты и ключи демодул тора- переключаютс  по циклу 10,8-8,9-9,7-7,10. На выходе демодул тора формируетс  напр жение (поз. 24), фаза которого противоположна фазе напр жени  сети (поз. 17), а на нагрузке - напр жение (поз. 25.)

При входном сигнале TJy; равном неко горому минимальному значению, углы регулировани  оГр и /3-р равны 18О , ключи демодул тора переключаютс  по циклу 9,87 ,10 и напр жение вторичной обмотки вольтодоба вечного трансформатора все врем  включаютс  встречно с напр жением сети, а на нагрузке действует напр жение, равное разности напр жени  сети и напр жени  вторичной обмотки вольтодобавочиого трансформатора .

Таким образом, регул тор обеспечивает синусоидальную кривую выходного напр жени  в режимах максимальной вольтодобавки, неиска кеиной передачи на нагрузку напрэжени  сети, максимальной вольтоотбавки, а в промежуточных режимах процесс регули-. ровани , в отличии от известного регул тора , основан на чередовании внутри полуперио да напр жени  высокой частоты режимов передачи неискаженного напр жени  -сети с вольтодобавкой (в режиме регулируемой

вольтодобавки) либос вольтоотбавкой ( в режиме регулируемойвольтоотбавки). Друглми словами, регул тор реализует частичную оцнопол рную реве}х:ивную модул цию выходного напр жени .

Таким образом, снабжение регул тоуш фазосдг.игаюшим блоком с регулируемым углом опережени , соединение его входа с задающим генератором, а выхода - с парой смежных ключей демодул тора и объединени  управл ющих входов фазосдвигаюших блоков позволило ппысить КПД регул тора. Это объ сн етс  тем, что в процессе регулировани , в отличии от известного регул тора , измен етс  от О до максимума как среднее значение выходного напр жени  и потребл емого тока, так и их эффективное значение . В режимах регулируемой вольтодобавки и регулируемой вольтоотбавки размах пульсаций выходного напр жени  в предложенном варианте равен амплитуде напр жени  вторичной обмотки трансформатора (д/2 на фиг. 2), что по сравнению с известным регул тором в два раза меньше. Это

5 позвол ет уменьшить коэффициент гармоник и снизить вес регул тора за счет резкого снижени  веса и габаритов входных и выходных фильтров, составл юших в такт регул торах от 10 до 20% общего веса. Умень0 шение искажений потребл емого из сети тока приводит также к поБышёнкю коэффициента мощности. Сравнительна  количественна  оценка повышени  энергетических показателей иллюстрируетс  приведенными

5 на фиг. 3 зависимост кги коэффициента мощности - кривые К и и К .. , коэффициента

I/

, и X,

К

и КПД - кригармоник - кривые

иые и в функции напр жени  на наг рузке при диапазоне регулировани  t 2О%. Анализ приведенных на фиг. 3

кривых показывает , 4i-o энергетические показатели сравниваемых регул торов равны лишь в предельных режимах, а. в промежуточных в аредлагаемом регул торю резко повышаютс , особенно при напр жении на нагрузке, блио. ком к напр жению сети. В частности коэффициент мошности повышаетс  на 7-8%, а КПД - на 3-4%. Особенно важным  вл ет с  то, что коэффициент гармоник уменьша0 етс  в 44,5% до 9-1О% (го есть почти в 5 раз). Это позвол ет резко снизить вес и габариты фильтрующих устройств при заданном коэффициенте нелинейных искажений, что в совокупности с двукратным уменьшением амплитуды пульсаций напр жени  на нагрузке приводит к снижению веса и габаритов фильтров в 2-4 раза. Таким образом, предлагаемый регул тор позвол ет сокра- тигь вес и габариты т желых и громоздких

фильтров, а в р де случаев и вообше избавитьс  от них и, следовательно, снизить вес рвгул  чэра на этой основе на .

о р м у л а

зобретени

Регул тор переменного напр жени  со эйЬном высокой частоты, содержащий моду л тор и демодул тор, выполненные в виде однофазных мостовых л верторов на полное-. тью управл емых ключах с двусторонней проводимостью, причем диагональ моду л тора обрадует входные зажимы, подключаемые к сети, диагональ демодул тора включена в рассечку между юодным и выходным зажимами, а в другие диагонали модул то ра и демодул тора включены обмотки высокочастотного трана| орматора, а также схв« му .управлени  с задающим генератором, один выход которого св зан с управл ющими

входами ключей модул тора, а другой чере фааосдвигающий блок с управл емым углом (задержки св зан с управл ющими входами пары смежных ключей демодул тора, отличающийс  тем, что, с целью улучщени  энергетических показателей и уменьшени  массы, он снабжен вторым фазсдвигающим блоком с управл емым углом опережени , один вход которого соединен с выходом упом нутого задающего генератора аыход св зан с управл ющими входами другой пары смежных ключей демодул тора, а другие управл5пощие входы обоих фазосдви гающих блоков объединены.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 318137, кл. Н 02 р 13/14, 1973.

„2. Патент США № 3596172, кл. 323-45, 1974.

I

j3

У/ r- П П r-1 r

OioijTircrc

n:::rirrr-rtin r. «-J U U U

j-T rLnrLri r-i U U

Кг KM,

0,2