SU890379A1

SU890379A1 - Ac voltage stabilizer

Info

Publication number: SU890379A1
Application number: SU792774591A
Authority: SU
Inventors: Николай Моисеевич Тимченко
Original assignee: Предприятие П/Я В-8835
Priority date: 1979-06-04
Filing date: 1979-06-04
Publication date: 1981-12-15

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания для аппаратуры связи и автоматики.The invention relates to electrical engineering and can be used as a power source for communication equipment and automation.

Известны устройства стабилизации переменного напряжения. Наибольшее распространение имеют феррорезонансные и тиристорные стабилизаторы [1] и [21.Known devices for stabilizing AC voltage. The most widespread are ferroresonance and thyristor stabilizers [1] and [21.

Однако феррорезонансные стабилиза- ¹торы громоздки, имеют низкий КПД и сильно искажают форму выходного напряжения. Тиристорные стабилизаторы переменного напряжения имеют удовлетворительные характеристики по КПД и ’ массо-габаритным параметрам, но форма выходного напряжения у них значительно отличается от синусоидальной.However, ferroresonant stabilizers ¹ are bulky, have low efficiency and greatly distort the shape of the output voltage. Thyristor AC voltage stabilizers have satisfactory characteristics in terms of efficiency and mass-dimensional parameters, but the shape of the output voltage in them is significantly different from the sinusoidal one.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор переменного напряжения, содержащий сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой, ключевой регулирующий элемент и ин2 тегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе [3] ·Closest to the proposed one is an AC voltage stabilizer containing a mains transformer with a boost winding, a key control element and an integrating filter with a recuperating device at the input [3] ·

Недостатком этого стабилизатора является то, что интегрирующий фильтр подключен к сети через вторичную обмотку дополнительного трансформатора. Такое подключение имеет несколько отрицательных качеств за счет того, что последовательно с цепью нагрузки включена вторичная обмотка дополнительного трансформатора, обладающая активным и реактивным сопротивлением, величина выходного напряжения в значительной степени зависит от изменения сопротивления нагрузки, в результате чего стабилизатор в принципе не может работать в режиме холостого хода или близким к нему. Кроме того, дополнительный трансформатор такого стабилизатора должен удовлетворить противоречивым требованиям: с одной стороны, он должен быть низкочастотным, так как через его вторичную вбмотку проходит полный ток нагрузки, а с дру890379 гой стороны, он должен быть высокочастотным, так как частота вольтодобавочных импульсов, поступающих на первичную обмотку, вб0-80 раз превышает частоту сети. Так как низкочастотный , трансформатор запитывается по первичной обмотке от высокочастотного вольтодобавочного напряжения, то это приводит к значительным потерям на перемагничивание ухудшает КПД стабилиза- ι тора.The disadvantage of this stabilizer is that the integrating filter is connected to the network through the secondary winding of an additional transformer. Such a connection has several negative qualities due to the fact that the secondary winding of the additional transformer, which has an active and reactive resistance, is connected in series with the load circuit, the magnitude of the output voltage largely depends on the change in the load resistance, as a result of which the stabilizer can in principle not operate in the mode idling or close to it. In addition, the additional transformer of such a stabilizer must satisfy conflicting requirements: on the one hand, it must be low-frequency, since the full load current passes through its secondary winding, and on the other hand, it must be high-frequency, since the frequency of the voltage boost pulses arriving on the primary winding, wb0-80 times the network frequency. Since the low-frequency transformer is fed through the primary winding from the high-frequency boost voltage, this leads to significant magnetization reversal losses, worsens the efficiency of the stabilizer.

Цевью изобретения является повышение КПД стабилизатора.The scope of the invention is to increase the efficiency of the stabilizer.

Поставленная цель достигается тем, что в стабилизаторе переменного на- t пряжения, содержащем сетевой трансформатор с вольтодобавочной обмоткой, ключевой регулирующий элемент и интегрирующий фильтр с рекуперирующим устройством на входе, выходные выводы для подключения нагрузки соединены с частью витков первичной обмотки сетевого трансформатора через диагональ переменного тока дополнительно введенных тиристорного моста и схемы его синхронизации, а в диагональ постоянного тока упомянутого моста включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных диода и дросселя, при этом вольтодобавочная обмотка сетевого трансформатора •зашунтирована конденсатором и через выпрямительный мост и ключевой регулирующий элемент подключена к упомянутому диоду в обратной полярности относительно его электродов.This goal is achieved by the fact that in an AC voltage stabilizer containing a mains transformer with a boost coil, a key control element and an integrating filter with a recuperating device at the input, the output terminals for connecting the load are connected to a part of the turns of the primary winding of the main transformer via an AC diagonal additionally introduced thyristor bridge and its synchronization circuit, and a chain consisting of connected to the diode and the inductor, while the boost voltage winding of the network transformer is • shunted by the capacitor and connected through the rectifier bridge and the key control element to the diode in the opposite polarity with respect to its electrodes.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.The drawing shows a diagram of the proposed device.

Стабилизатор состоит из сетевого трансформатора 1, к части витков первичной обмотки которого через диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста, состоящего из тиристоров 2-5_? подключена нагрузка 6, зашунтированная конденсатором 7. Параллельно вольтодобавочной обмотке сетевого трансформатора подключены конденсатор 8 и выпрямительный мост 9, диагональ постоянного тока которого через транзистор 10 в обратной полярности подключена к рекуперирующему диоду 11, который, в свою очередь, через дроссель 12 подключен к диаген· напи постоянного тока дополнительного тиристорного моста, управляющие входы которого подключены к выходу схемы синхронизации 13. Режим работы силового транзистора определяется схемой управления 14.The stabilizer consists of a network transformer 1, to the part of the turns of the primary winding of which through the diagonal of the alternating current of the additional thyristor bridge, consisting of 2-5 thyristors _? connected load 6, shunted by capacitor 7. In parallel with the boost winding of the network transformer, a capacitor 8 and a rectifier bridge 9 are connected, the DC diagonal of which is connected through a transistor 10 in reverse polarity to a recovery diode 11, which, in turn, is connected to the diagen through the inductor 12 napi of a direct current of an additional thyristor bridge, the control inputs of which are connected to the output of the synchronization circuit 13. The operation mode of the power transistor is determined by the control circuit 14.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

‘При подключении стабилизатора к питающей сети напряжение на нагрузку 6 поступает через диагональ переменного тока дополнительного тиристорного моста, содержащего тиристоры‘When the stabilizer is connected to the mains voltage to the load 6 is supplied through the diagonal of the alternating current of an additional thyristor bridge containing thyristors

2-5. В диагональ постоянного тока этого моста включена цепочка, состоящая из последовательного соединения рекуперирующего диода 11 и дросселя 12 Допустим, что в данный- момент времени полярность сетевого напряжения соответствует обозначенной на чертеже без скобок. В этом случае схема синхронизации 13 открывает тиристоры 2 и 5 и напряжение на нагрузку поступает через тиристор 2, дроссель 12, диод 11, тиристор 5 и часть витков первичной обмотки сетевого трансформатор а.;..1.,. В первый момент времени после включения, силовой транзистор закрыт, и величина напряжения на нагрузке несколько ниже, чем напряжение питающей сети за счет использования автотрансформаторной отпайки сетевого трансформатора.2-5. A circuit consisting of a series connection of a recovery diode 11 and a choke 12 is included in the DC diagonal of this bridge. Suppose that at the given moment the polarity of the mains voltage corresponds to that indicated in the drawing without brackets. In this case, the synchronization circuit 13 opens the thyristors 2 and 5 and the voltage to the load is supplied through the thyristor 2, the inductor 12, the diode 11, the thyristor 5 and part of the turns of the primary winding of the network transformer A.; .. 1.,. At the first moment of time after switching on, the power transistor is closed, and the voltage value at the load is slightly lower than the voltage of the mains due to the use of autotransformer soldering of the network transformer.

Схема управления 14, представляющая собой широтно-импульсный модулятор, частота следования импульсов которого неизменна, а скважность может изменяться в широких пределах, начинает вырабатывать управляющие импульсы, поступающие на базу силового транзистора 10, и он открывается. При открывании транзистора 10 напряжение, снимаемое с вольтодобавочной обмотки трансформатора 1 через выпрямительный мост 9 прикладывается к рекуперирующему диоду 11 в обратной полярности относительно его электродов, и он закрывается. В этом случае на нагрузку поступает напряжение, равное сумме напряжения сети и напряжения вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, и напряжение на нагрузке возрастает. Форма напряжения, поступающего на вход интегрирующего фильтра, состоящего и$ последовательного соединения ’ дросселя 12 и конденсатора 7, параллельно которому установлена нагрузка 6, представляет собой синусоидальное напряжение сети, уменьшенное на определенную величину за счет использования автотрансформаторной отпайки, на которое наложены импульсы напряжения, величина которых соответствует напряжению вольтодобавочной обмотки трансформатора 1, зашунтированной кон ίThe control circuit 14, which is a pulse-width modulator, the pulse repetition rate of which is constant, and the duty cycle can vary widely, begins to generate control pulses that arrive at the base of the power transistor 10, and it opens. When the transistor 10 is opened, the voltage removed from the boost winding of the transformer 1 through the rectifier bridge 9 is applied to the recovery diode 11 in the opposite polarity with respect to its electrodes, and it closes. In this case, the load receives a voltage equal to the sum of the mains voltage and the voltage of the boost winding of the transformer 1, and the voltage at the load increases. The form of voltage supplied to the input of the integrating filter, consisting of a $ series connection of the inductor 12 and the capacitor 7, in parallel with which the load 6 is installed, is a sinusoidal mains voltage, reduced by a certain amount due to the use of autotransformer soldering, on which voltage pulses are superimposed, the magnitude which corresponds to the voltage of the boost winding of the transformer 1, shunted con

денсатором 8, а длительность определяется схемой управления 14.the denser 8, and the duration is determined by the control circuit 14.

Интегрирующий фильтр предназначен для сглаживания высокочастотной составляющей выходного напряжения, обусловленной ключевой работой силового транзистора 10. Когда силовой транзистор 10 закрывается, рекуперация накопленной в электромагнитном поле дросселя за время импульса энергии осуществляется через диод 11, открытые в этот момент времени тиристоры дополнительного моста, внутреннее сопротивление сети и нагрузку. Частота ' работы широтно-импульсного модулятора схемы управления 14 превышает частоту сети в 60-80 раз, следовательно/для сглаживания высокочастотной составляющей выходного напряжения необходима незначительная установленная мощность элементов интегрирующего фильтра.The integrating filter is designed to smooth the high-frequency component of the output voltage, due to the key operation of the power transistor 10. When the power transistor 10 is closed, the energy accumulated in the electromagnetic field of the inductor during the pulse of energy is carried out through the diode 11, the thyristors of the additional bridge open at this time, the internal resistance of the network and load. The frequency of operation of the pulse-width modulator of the control circuit 14 exceeds the network frequency by 60-80 times, therefore / to smooth the high-frequency component of the output voltage, a small installed power of the elements of the integrating filter is required.

При уменьшении сетевого напряжения или увеличения тока нагрузки схема управления укорачивает длительность паузы силового ключа и увеличивает длительность токового импульса через него. Транзистор 10 более длительное время за период коммутации остается открытым и напряжение на нагрузке возрастает. С увеличением сетевого напряжения длительность импульса через транзистор укорачивается, и напряжение на нагрузке падает. Таким образом можно регулировать выходное напряжение стабилизатора в широких пределах или поддерживать его постоянным. При изменении полярности сетевого напряжения (показано в скобках), схема синхронизации 13 открывает тиристоры 3 и 4, а тиристоры 2 и 5 •закрываются. Стабилизатор работает аналогично описанному, но на нагрузке в это время формируется другая полуволна ί сетевого напряжения. Конденсатор 8 установлен для подавления ЭДС самоиндукции вольтодобавочной обмотки трансформатора ί, возникающей при работе силового транзистора 10 в высокочастотном ключевом режиме.When the mains voltage decreases or the load current increases, the control circuit shortens the pause time of the power switch and increases the duration of the current pulse through it. The transistor 10 for a longer time during the switching period remains open and the voltage at the load increases. As the mains voltage increases, the pulse duration through the transistor shortens, and the voltage across the load drops. Thus, it is possible to regulate the output voltage of the stabilizer over a wide range or to keep it constant. When the polarity of the mains voltage changes (shown in brackets), the synchronization circuit 13 opens thyristors 3 and 4, and thyristors 2 and 5 • close. The stabilizer works similarly to that described, but another half-wave ί of the mains voltage forms at the load at this time. The capacitor 8 is installed to suppress the EMF of self-induction of the boost winding of the transformer ί, which occurs when the power transistor 10 is operating in the high-frequency key mode.

Таким образом, повышение КПД стабилизатора достигается за счет того, что силовой ключ работает на постоянном (по направлению) напряжении, а рекуперация накопленной в дросселе энергии осуществляется автоматически через рекуперирующий диод 11 при закрывании ключевого транзистора. Применение дополнительного моста, выполненного на тиристорах 2-5, исклюj чает зависимость работы рекуператора от сдвига фаз между током и напряжением в сети или нагрузке, а также зависимость величины выходного напряжения от нагрузки. Кроме того, даже te при случайном одновременном открывании двух тиристоров 2 и 4 или 3 и 5 в цепи вольтодобавочной обмотки трансформатора 1 короткого замыкания не возникает, так как последовательно с тиристорами и вторичной обмоткой включен дроссель интегрирующего фильтра 12, который ограничивает во время импульса ток через силовой транзистор до безопасной величины.Thus, an increase in the efficiency of the stabilizer is achieved due to the fact that the power switch operates at a constant (in the direction) voltage, and the energy stored in the inductor is recovered automatically through the recovery diode 11 when the key transistor is closed. The use of an additional bridge made on thyristors 2-5 excludes the dependence of the recuperator operation on the phase shift between current and voltage in the network or load, as well as the dependence of the output voltage on the load. In addition, even te, when two thyristors 2 and 4 or 3 and 5 are accidentally opened simultaneously in the boost circuit of the transformer 1, a short circuit does not occur, since the inductor of the integrating filter 12 is connected in series with the thyristors and the secondary winding, which limits the current through the pulse power transistor to a safe value.

Claims

The invention relates to electrical engineering and can be used as a power source for communications equipment and automation. AC voltage stabilization devices are known. Ferroresonance and thyristor stabilizers 1 and 21 are the most common. However, ferroresonant stabilizers are cumbersome, have low efficiency and strongly distort the shape of the output voltage. Thyristor AC voltage regulators have satisfactory performance in terms of efficiency and mass-dimensional parameters, but the shape of the output voltage in them is significantly different from sinusoidal. Closest to the proposed is a variable voltage regulator, which contains a mains transformer with a booster winding, a key regulating element and an integrating filter with a recuperating device at input 3. The disadvantage of this stabilizer is that the integrating filter is connected to the network through the secondary winding of the additional transformer. Such a connection has several negative qualities due to the fact that the secondary winding of an additional transformer, which has active and reactive resistances, is connected in series with the load circuit, the magnitude of the output voltage largely depends on the change in load resistance, as a result of which the stabilizer cannot function in principle. idle mode or close to it. In addition, an additional transformer of such a stabilizer must satisfy contradictory requirements: on the one hand, it must be low-frequency, since the full load current passes through its secondary ®Winding, and on the other hand, it must be high-frequency, The current impulses entering the primary winding are 60-80 times higher than the mains frequency. Since the low-frequency transformer is powered by the primary winding from the high-frequency booster voltage, this leads to a significant loss in the magnetization reversal, which degrades the efficiency of the stabilizer, the purpose of the invention is to increase the efficiency of the stabilizer. The goal is achieved by the fact that in an AC voltage regulator containing a mains transformer with booster winding, a key regulating element and an integrating filter with a recuperating device at the input, output terminals for connecting the load are connected to the part of the primary windings of the mains transformer through the diagonal of alternating current additionally entered a thyristor bridge and its synchronization circuit, and the diagonal of the direct current of the said bridge includes a chain consisting of ovally connected diodes and droplets, while the add-on winding of the mains transformer is shunted by a capacitor and through a rectifying motor and a key regulating element connected to said diode in reverse polarity relative to its electrodes. The drawing shows a diagram of the proposed device. The stabilizer consists of a mains transformer 1, to the part of the primary windings of which through a diagonal of alternating current an additional thyristor bridge, consisting of thyristors 2-5, a load 6 is connected, bridged by a capacitor 7. In parallel with the booster winding of the network transformer, a capacitor 8 and a rectifying bridge 9 are connected the diagonal of the direct current is through the transistor 10 in reverse polarity connected to the recovery diode 11, which, in turn, through the inductor 12 is connected to the diagonal DC of the additional thyristor bridge, the control inputs of which are connected to the output of the synchronization circuit 55 13. The operation mode of the power transistor is determined by the control circuit 1. 9 The device operates as follows. When the stabilizer is connected to the mains, the voltage to the load 6 is supplied through the diagonal of the alternating current of the additional thyristor bridge containing thyristors 2-5. The diagonal of the direct current of this bridge includes a chain consisting of a series connection of the recovery diode 11 and throttles 12. Suppose that at a given moment in time the polarity of the mains voltage corresponds to that indicated in the drawing without brackets. In this case, the synchronization circuit 13 opens the thyristors 2 and 5 and the voltage to the load flows through the thyristor 2, choke 12, diode 11, thyristor 5 and part of the turns of the primary winding of the network transformer.;, 1 .... At the first moment of time after switching on the power transistor is closed, and the voltage at the load is slightly lower than the supply voltage due to the use of an autotransformer tap of the network transformer. The control circuit 1, which is a pulse-width modulator, whose pulse frequency is constant, and the duty cycle can vary widely, begins to produce control pulses arriving at the base of the power transistor 10, and it opens. When the transistor 10 is opened, the voltage removed from the booster winding of the transformer 1 via the rectifying bridge 9 is applied to the recuperating diode 11 in the reverse polarity relative to its electrodes, and it is closed. In this case, the load receives a voltage equal to the sum of the network voltage and the voltage of the booster winding of the transformer 1, and the voltage across the load increases. The form of the voltage supplied to the input of the integrating filter, consisting of a series connection of the throttles 12 and the capacitor 7, in parallel with which the load 6 is installed, is a sinusoidal network voltage, reduced by a certain amount due to the use of an autotransformer tap. on which voltage pulses are superimposed, the magnitude of which corresponds to the voltage of the booster winding of the transformer 1, capacitor-bounded by capacitor, and the duration is determined by the control circuit 14. The integrating filter is designed to smooth the high-frequency component of the output voltage of the power transistor 10. When the power the transistor 10 is closed, the energy accumulated in the electromagnetic field of the drossel during the pulse is recovered through the diode 11, opened in this the time of the thyristors of the additional bridge, the internal resistance of the network and the load. The frequency of operation of the pulse-width modulator of the control circuit 14 exceeds the network frequency by 60-80 times, therefore, for smoothing the high-frequency component of the output voltage, an insignificant installed power of the elements of the integrating filter is necessary. If the mains voltage decreases or the load current increases, the control circuit shortens the pause time of the power switch and increases the duration of the current pulse through it. The transistor 10 for a longer time during the switching period remains open and the voltage across the load increases. As the mains voltage increases, the pulse duration across the transistor shortens and the voltage across the load drops. Thus, it is possible to regulate the output voltage; 1 of the stabilizer over a wide range or to keep it constant. When the polarity of the mains voltage changes (shown in parentheses), the synchronization circuit 13 opens thyristors 3 and 4, and thyristors 2 and 5 close. The stabilizer works in the same way as described, but at the time a different half-wave of the mains voltage is formed on the load. The capacitor 8 is installed to suppress the EMF of self-induction of the booster winding of the transformer 1 that occurs when the power transistor 10 is operated in the high-frequency key mode. Thus, an increase in the efficiency of the stabilizer is achieved due to the fact that the power switch operates at a constant (direction) voltage, and the energy accumulated in the inductor is recovered automatically through the recovery diode 11 when the key transistor is closed. The use of an additional bridge made on thyristors 2–5 excludes the dependence of the operation of the heat exchanger on the phase shift between current and voltage in the network or load, as well as the dependence of the output voltage on the load. In addition, even if two thyristors 2 and 4 or 3 and 5 are simultaneously simultaneously opened in the booster winding circuit of the transformer 1, a short circuit does not occur, because the choke of the integrating filter 12 is in series with the thyristors and the secondary winding, which limits the current through the power pulse during the pulse transistor to a safe value. Claims An alternating voltage stabilizer containing a mains transformer with booster winding a key regulating element and an integrating filter with a recuperating device at the input, characterized in that, in order to increase efficiency, the output terminals for connecting the load are connected to the part of the turns of the primary transformer of the transformer through a diagonal an alternating current additionally introduced by the thyristor bridge, and its synchronization schemes, and the diagonal of the direct current of the said bridge includes a point consisting of a series-connected diode and a drossel, while the booster winding of the mains transformer is bridged by a capacitor and connected through the rectifying bridge and the key regulating element to the said diode in reverse polarity with respect to its electrodes. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate number 165197, cl. G 05 F 1/10, 19632. USSR author's certificate No. 302696, cl. G 05 F 1/10, 19b7. 3. USSR author's certificate number 449338, cl. G 05 F 1/40, 1972.