Устройство для регулирования напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения - снижение массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателей. Регулирование напряжения осуществляется изменением состояния четьфех ключей и двух однотактных силовых ячеек. В результате этого осуществляется режим прямой передачи напряжения с входа на выход, режим вольтодобавки и режим вольтоотбавки. Выходной фильтр подключается к входному фильтру в каждом из рабочих тактов через силовую обмотку и ключи одной из однотактных силовых ячеек. Одновременно высокочастотный трансформатор другой однотактной силовой ячейки находится в режиме размагничивания . При размагничивании высокочастотного трансформатора энергия размагничивания возвращается в сеть, за счет чего достигается поставленная цель. 5 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН (51)4 Н 02 М 5 257

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4245840/24-07 (22) 15.05.87 (46) 07.12.88. Бюл. 11 45 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) А.В.Кобзев, В.С.Мишуров, Н.М.Музыченко,и В.Д,Семенов (53) 628.3!4 ° 2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1101988, кл. Н 02 М 3/335, Н 02 М 3/257, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1372539, кл. Н 02 М 5/257, 10.02.87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НА. ПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Цель изобретения — снижение массы и габаритов при

„„Я0„„1443096 А1 сохранении высоких технико-экономических показателей ° Регулирование напряжения осуществляется изменением состояния четырех ключей и двух однотактных силовых ячеек. В результате этого осуществляется режим прямой передачи напряжения с входа на выход, режим вольтодобавки и режим вольтоотбавки.

Выходной фильтр подключается к входному фильтру в каждом из рабочих тактов через силовую обмотку и ключи одной из однотактных силовых ячеек. Одновременно высокочастотный трансформатор другой однотактной силовой ячейки находится в режиме размагничивания, При размагничивании высокочаФ стоTHoro трансформатора энергия размагничивания возвращается в сеть, за счет чего достигается поставленная цель, 5 ил.

1443096

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к технике регулирования и стабилизации переменного напряжения, величина которого изменяется н большую или меньшую сторону от номинального значения, и может найти применение при построении систем электропитания с бестрансформаторным йсодом в тех слу-;

10 чаях, когда требуется получение напряжения с минимальными пульсациями, при высокой скорости отработки управляющего сигнала, минимальных массе и габаритах. 15

Цель изобретения — снижение массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; 20 на фиг. 2 — пример выполнения распределителя импульсов; на фиг. 3 — пример выполнения датчика полярности ныходного напряжения; на фиг. 4 и 5 временные диаграммы, поясняющие рабо- 25 ту устройства.

Устройство {фиг. 1) содержит входной 1 и выходной 2 фильтры, имеющие общую точку, две однотактные силоные ячейки 3 и 4, блок 5 управления ключа-30 ми, два распределителя 6 и 7 импульсов и датчик 8 полярности выходного напряжения.

Каждая однотактная силовая ячейка

3, 4 имеет высокочастотный трансформатор 9, cHJI0BGH обмотка которого В61полнена с промежуточными выводами 10 и 11, вывод 12 которой через ключ 13 соединен с общей точкой входного 1 и выходного 2 фильтров, а вывод 14 и 40 промежуточный вывод 10 через ключ 15 и третий ключ 16 подключены к входному фильтру 1. Промежуточный вывод

11 соединен с выхрдным фильтром 2.

Обмотка 17 размагничивания высокочастотного трансформатора 9 через ключ

18 подключена между выводом 14. силовой обмотки и общей точкой соединения входного 1 и выходного 2 фильтров.

Блок 5 содеряит задающий генератор

19, выход 20 которого соединен с Ттриггером 21, распределители 22-24 управляющих импульсов, генератор 25 пилообразного напряжения, амплитудный детектор 26, вычитатель 27, выполнен55 ный, например, на операционном усилителе, компараторы 28 и 29 и логический элемент 2И-НЕ 30, Выход задающего генератора 20 соединен с входами Ттриггера 21 и генератора 25, к выходу которого подключены первые входы компараторов 28 и 29 и вход амплитудного детектора 27, Выход амплитудного детектора 26 соединен с инвертирующим входом вычитателя 27, прямой вход которого объединен с вторым входом компаратора 28 и образует управляющий вход 31 устройства. Выход вычитателя 27 связан с вторым входом компаратора 29, выход которого соединен с информационным входом 32 распределителя 23 управляющих импульсов и одним из входов логического элемента 2И-НЕ

30, другой вход которого подключен к выходу компаратора 28, связанному с информационным входом 32 распределителя 22 управляющих импульсов. Выход элемента 2И-НЕ 30 соединен с информационным входом 32 третьего распределителя 24 управляющих импульсов. Синхронизирующие входы 33 распределителей 22, 23 и 25 управляющих импульсов подключены к прямому выходу Ттриггера 21, а их синхрониэирующие входы 34 — к инверсному входу Т-триггера 21.

Управляющие входы ключей 13 однотактных силовых ячеек 3 и 4 подключены к парафазным выходам 35 и 36 соответственно распределителя 24 управляющих импульсов, а управляющие входы ключей 15 и 16 однотактных силовых ячеек 3 и 4 соединены с парафазными выходами 35 и 36 распределителей 22 и

24 управляющих импульсов.

Управляющие входы 37 и 38 ключа

18 однотактной силовой ячейки 3 соединены с соответствующими выходами 35 и 36 распределителя 6 импульсов, а входы 37 и 38 ключа 18 однотактной силовой ячейки 4 — с выходами 35 н 36 соответственно распределителя 7 импульсов ° Информационный вход 32 распределителя б импульсов подключен к дополнительному выводу 39 блока 5, образованному иннерсным выходом Ттриггера 21; а информационный вход

32 распределителя 7 импульсов соединен с дополнительным выходом 40 блока

5, образованным прямым ньжодом Т-триггера 21. Синхрониэирующие входы 33 распределителей б и 7 импульсов подключены к выходу датчика 8, а входы

34 распределителей 6 и 7 импульсов— к его второму выходу.

Каждый иэ распределителей 6, 7 импульсов и распределителей 22-24 управляющих импульсов (фиг. 2) содержит два элемента 2И 41 и 42. Одни из входов элементов 2И 41 и 42 объединены и образуют информационный вход 32, второй вход элемента 2И 41 образует

5 первый синхрониэирующий вход 33, а второй вход элемента 2И 42 — второй синхронизирующий вход 34. При этом выходы элементов 41 и 42 являются выходами 35 и 36, Датчик 8 (фиг. 3) выполнен, например, на компараторе 43, к входу которого подключена вторичная обмотка согласующего трансформатора 44, пер- 15 вичной обмоткой соединенного с выходным фильтром 2, а выход компаратора

43 образует первый выход датчика 8, Второй выход датчика 8 образован выходом инвертора 45, вход которого 20 соединен с выходом компаратора 43.

На диаграммах (фиг. 4) обозначены пилообразное напряжение 46, напряжение 47 управления на управляюгем входе 31, напряжение 48 на выходе вычи- 25 тателя 27, импульсная последовательность 49 на выходе компаратора 28, импульсная последовательность 50 на выходе KoMEIBpGTopB 29, импульсная последовательность 51 на выходе эле- 30 мента 2И-НЕ 30, напряжения 52 и 53 на выходах T-триггера 21, напряжения

54 и 55 на выходах датчика 8, напряжения 56-58 на управляющих входах ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 3, напряжения 59 и 60 на управляюших входах ключа 18 однотактной силовой ячейки 3.

На диаграммах (фиг. 5) обозначены напряжения 61-63 на управляющих вхо- 40 дах ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 4, напряжения 64 и 65 на управляющих входах 36 и 35 ключа

18 однотактной силовой ячейки 4, напряжение 66 питающей сети, напряже- 45 ние 67 на обмотках высокочастотного трансформатора 9 однотактной силовой ячейки 3, напряжение 68 на обмотках высокочастотного трансформатора 9 однотактной силовой ячейки 4, напряжение 69 на входе выходного фильтра 2 и напряжение 70 на нагрузке, Устройство работает следующим образом.

Блок 5 осуществляет управление ключами однотактных силовых ячеек

3 и 4. Последовательность импульсов с выхода 20 задающего генератора поступает на входы T-триггера 21 и reнератора 25, осуществляя их синхронную работу. Напряжение. 47 (фиг, 4), поступающее с управляющего входа 31, сравнивается на компараторе 28 с пилообразным напряжением 46, Если напряжение 47 ниже пилообразного напряжения 46 по уровню, то на выходе компаратора 28 формируется напряжение импульсной последовательности 49, равное логическому нулю и наоборот, если напряжение 47 выше пилообразного напряжения 46, на выходе компаратора 28 сигнал импульсной последовательности 49, равный логической единице. Одновременно напряжение 47 поступает на прямой вход вычитателя

27, на инвертирующий вход которого поступает с выхода амплитудного детектора 26 постоянное напряжение, уровень которого равен амплитуде пилообразного напряжения 46 . Напряжение 48 с выхода вычитателя 27 поступает на вход компаратора 29 и сравнивается с линейно-изменяющимся пилообразным напряжением 46. Причем, если уровень напряжения 48 ниже пилообразного напряжения 46, на выходе компаратора 29.формируется сигнал

50, равный логической единице, а если уровень сигнала 48 вьппе пилообразного напряжения 46, сигнал 50 равен логическому нулю. С выхода первого компаратора 28 сигнал 49 подается на информационный вход 52 первого распределителя 22 и на один из входов логического элемента 2И-НЕ 30, на другой вход которого приходит с выхода второго компаратора 29 сигнал импульсной последовательности 50, поступающий одновременно на информационньп вход

32 распределителя управляющих импульсов 23. Сформированный на выходе элемента 2И-НЕ 30 сигнал импульсной no" следовательности 51 подается на информационный вход 32 распределителя

24 управляющих импульсов. Распредели-. тели 22-24 управляющих импульсов осуществляют передачу сигналов, поступающих на их информационные входы 32, на управляющие входы ключей 13, 15 и

16 однотактных силовых ячеек 3 и 4, в соответствии с поступающими на синхронизирующие входы 33, 34, напряжениями 52 и 3 с выходов Т-триггера

2l . При этом импульсные последовательности 56-58 парафаэных выходов 35 распределителей управляющих импульсов 22-24 поступают на управляющие

1443096

5 входы ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 3, а с парафаэных выходов 36 напряжения 61-63 — на управляющие входы ключей 15, 16 и 13 однотактной силовой ячейки 4. Таким образом, напряжения с выходов компараторов 28 и 29 и элемента 2И-НЕ 30 передаются через распределители 22-24 управляющих импульсов на одном такте задающего генератора 19 на управляющие входы ключей 15 16 и 13 одной однотактной силовой ячейки 3, а на другом такте — на управляющие входы ключей 15, 16 и 13 другой однотактной 1 силовой ячейки 4.

Напряжения 54 и 55 частоты питающей сети с выхода датчика 8 поступают на синхронизирующие входы 33 и 34 распределителей 6 и 7 импульсов. На информационный вход 32 распределителя 6 импульсов подается напряжение

53 с инверсного выхода Т-триггера 21, а на информационный вход 32 распределителя 7 импульсов — напряжение 52 с прямого выхода Т-триггера 21. Рас, пределители 6 и 7 импульсов осуществляют передачу сигна)тов, поступающих на информационные входы 32, на входы

37 и 38 ключей 18 однотактных силовых 30 ячеек 3 и 4 в соответствии с поступающими на синхронизирующие входы 33 и 34 напряжениями 54 и 55.

В момент времени t„ в соответствии с напряжениями 57 и 58 замкнуты ключи

16 и 13 однотактной силовой ячейки 3 и напряжение бб питающей сети приложено к силовой обмотке высокочастотного трансформатора 9. Напряжение 69 промежуточного вывода 11 поступает на выходной фильтр 2. На интервале времени t -1 ключи 1.3, 15 и 16 од3 нотактной силовой ячейки 3 разомкну,ты, а ключ 18 замкнут в соответствии с поступающим на его управляющий вход

45 напряжением 59.

В этом такте высокой частоты на интервале времени tz-1 высокочастотный трансформатор 9 однотактной силовой ячейки 3 размагничивается током, протекающим по цепи: общая точка филь- тров, диод, включенный с ним последовательно ключ 18 в соответствии с действующим на его управляющем входе напряжением 59, обмотка 17 размагничивания, вывод 14 силовой обмотки, промежуточный вывод 11 выходной фильтр 2. В момент времени tg замкнуты ключи 16 и !5 однотактной сило1 ной ячейки 4 в соответствии с напряжениями 61 и 72 на их управляющих входах. Высокочастотный трансформатор

9 однотактной силовой ячейки 4 закорочен ° Напряжение питающей сети 66 поступает без изменений на выходной фильтр 2. На интервале t> выключается ключ 15, а включается ключ 13 одкотактной силовой ячейки 4. К выходному фильтру 2 приложено напряжение 69, снимаемое с промежуточного вывода 11, В следующем такте работает однотактная силовая ячейка 3, а высокочастотный трансформатор 9 однотактной силовой ячейки 4 размагничивается. Напряжение 70, приложенное к нагрузке, в этом случае выше напряжения 66 питающей сети, Так осуществляется режим регулирования напряжения вверх от напряжения питающей сети, т.е. режим вольтодобавки.

На интервале времени t одновременно включены ключи 15 и 13 однотактной силовой ячейки 3. В этом случае напряжение, приложенное к выходному фильтру 2, ниже напряжения 66 питающей сети и осуществляется режим вольтоотбавки.

Формула н з о б р е т е н и я

Устройство для регулирования напряжения, содержащее входной и выходной фильтры с общей точкой, две однотактные силовые ячейки, каждая из которых содержит четыре ключа, высокочастотный трансформатор с силовой обмоткой и обмоткой размагничивания, при этом первый вывод силовой обмот" ки подключен через первый ключ к общей точке фильтров, и блок управления ключами, включающий триггер, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов при сохранении высоких технико-экономических показателей, введены два распределителя импульсов, датчик полярности выходного напряжения, силовая обмотка каждого иэ высокочастотных трансформаторов содержит два промежуточных вывода, при этом второй вывод и первый промежуточный вывод силовой обмотки подключены через второй и третий ключи к входному фильтру, второй промежуточный вывод силовой обмотки подключен к выходному фильтру, а обмотка размагничивания через чет1443096 вертый ключ подключена между вторым выводом силовой обмотки и общей точкой входного и выходного фильтров, причем управляющие входы четвертого

5 ключа каждой силовой ячейки соединены с выходами соответствующего распределителя импульсов, синхронизирующие входы которого подключены к парафазным выходам датчика полярности выходного напряжения, информационный вход каждого распределителя импульсов соединен с одним из дополнительных выводов блока управления, образованных выходами триггера.

i !, ; 3()<)(j

1 . о„- " - а а » ав

144 3096

Составитель В.Руденский

Редактор О.Головач Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга

Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6392/51

Производственно-полиграфическое предприятие, г.. Ужгород, ул. Проектная, 4