Импульсный регулятор переменного напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (uj983671 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 16. 06. 80(21) 2941379/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано 2312Я2 ° Бюллетень Ио 47

Дата опубликования описания 23. 12.82

Р М К з

G 05 F 1/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

t$3) УДК 621 ° 316 °

° 722(088.8) N. Е. Куцко, В. Н. Груздев, В, И, .Орехов, О А. ТомиГас, В. И. Голубев и В. М. Тутаринов

l t (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (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 определенному закону. Выходное напряжение при.этом соответствует выбранной комбинации секций обмоток 1.7и f 2j .

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 повышенной частотой и с переменным коэффициентом заполнения коммутирующим транзистором, включенным в выходную диагональ мостового выпрямителя (3 7.

Основным недостатком такого регулятора является высокочастотная пульсация выходного напряжения, что обусловлено тем, что цепь первичной обмотки силового трансформатора обрывается на время запирания коммутирующего транзистора. Поэтому форма выходного напряжения значительно отличается от синусоидальной и .возникают существенные сетевые и электромагнитные помехи. Кроме этого, напряжение коллектор-эмиттер коммутирующего транзистора велико — равно выпрямленному сетевому. Все это делает невозможным использование этого устройства для регулирования переменного напряжения в широком диапазоне..

Наиболее близким к изобретению

20 является импульсный регулятор переменного напряжения, содержащий. основ-. ной 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, 98.3671 включенных и выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей, и блок высокочастотной коммутации, выходы которого подключены к управляющим электродам коммутирующих транзисторов (4), Недостатком этого устройства является 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 н импульсный регулятор напряжения, содержащий основной силовой трансформатор с добавочной обмоткой, нключенной в каждой фазе последовательно с основной первичной обмоткой, два мостовых выпрямителя, первый из которых входной диагональю подключен к точкам соединения оснонной и добавочной обмоток, а второй нходной ди- 25 агональю включен последовательно с добавочной обмоткой, два коммутирующих транзистора, включенных в выходные диагонали соответствующих мосто-. вых выпрямителей, и блок высокочастотной коммутации, выходы которого подключены к управляющим электродам коммутирующих транзисторов, введены подключенный к выходу основного силоного тра.нсформатора дополнительный силовой трансформатор, первичная обмотка которого в каждой фазе разделена на m последовательно соединенных

350

На фиг. 1 приведена структурная трехфазная схема импульсного регулятора переменного напряжения (число секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора rn = 3), на фиг. 2 — формы выходных напряжений.Я секций, m дополнительных мостовых выпрямителей, (m-1) из которых входны-,щ ми диагоналями подключены к точкам соединения двух смежных секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, а один нходной диагональю подключен последонательно с m-ой секцией первичной обмотки, m дополнительных коммутирующих транзисторов, включенных в ныходные диагонали соответствующих дополнительных мостовых выпрямителей, блок ступенча-, той коммутации, выходами подключен50 ный к управляющим электродам дополнительнйх коммутирующих 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 коимутации.

Импульсный регулятор переменного напряжения содержит оснонной силовой трансформатор 1, и каждой фазе которого последовательно с основной перри 3НОй ОбмОткОй 2 с числом sHTKos _#_< включена добавочная обмотка 3 с .числом витков 31g. дна мостовых выпряглителя 4 и 5 коммутации основной и добавочной первичных обмоток, первый из которых входной диагональю подключен к точкам соединения оснонной и добавочной обмоток, а второй входной диагональю включен последовательно с добавоч;Ой обмоткой, дна коммутирующих транзистора 6 и 7, включенных н выходные диагонали соответствующих мостовых выпрямителей, управляющие электроды коммутирующих траг1зисторов

6 и 7 соединены с ныходагли блока 8 высокочастотной коюлутации. К вторичным обмоткам 9 основного силового трансформатора с числом витков К,3 подкл3ачен дополнительный силовой трансформатор 10, содержащий н каждой фазе три последовательно соединенные секции 11-13 первичной обмот3=, ки с числами витков Х9л, 1,, И э.

Три дополнлтельных MocToBHz выпряглителя 14-16 коммутации секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, дна иэ которых входной диагональ1а подключены к точкам соединения секций 11-13 первичной обмотки, а третий — входной диагональю нгслючегс последовательно с секцией 13, с тремя дополнительными коммутирующими тран зисторами 17-19, нклгаченными н выходные - соответствующих мостоных выпРямителей.

Управляющие электроды дополнительных коммутирующих транзисторов 17-19 соединены с выходами блока 20 ступенчатой ком мутации (БСК) . Бход блока 8 высокочастотной когжутации и вход блока 20 ступенчатой 1сомлутации соединены с выходами блока 21 формирования команд управления, входом коTopoT Î являет я вхОднОй Выт3од цля подклю ления управляющего напряжения.

Быходом устройства янляются вторичные обмотк и 2 2 до полнит ел ь н ого силового трансформатора с числом витков W .

Импульсный регулятор работает следугащим образом, управляющее напряжение Ц, поступает на вход блока 21 формирования команд управления (БФКУ), который, в зависимости от величины управляющего напряжения, вырабатывает команду управления, поступающую íà вход блока 8 вьгсокочастотной коммутации (БВЧК) и Определяющую коэффициент заполнения высокочастотных сигналов управления коммутирующими транзисторами 6 и 7, и команду управления, поступающую на нход блока 20 ступенчатой коммутации (БСК) и определяющую номера открытого и запертных допол983б71 нительных коммутирующих транзисторов из группы 17-19. БВЧК 8 формирует два взаимоинверсных высокочастотных сигнала управления, изменяющихся по щи >отно-импульсному закону в зависимости от величины управляющего напряжения и поступающих на управляющие электроды коммутирующих транзисторов б и 7. БСК 20 формирует сигнал управления, открывающий, в зависимости от величины управляющего напряжения, 10 один из дополнительных коммутирующих транзисторов 17-19 при закрытых остальных. Коммутирующие транзисторы б и 7 через мостовые выпрямители 4 и 5 строго поочередно замыкают основ- 15 ную первичную обмотку 2 и добавочную обмотку 3 с высокой частотой. Дополнительные коммутирующие транзисторы

17-19 через дополнительные мостовые выпрямители 14-1б замыкают одну из секций 11-13 первичной обмотки дополнительного силового трансформатора. От юшение чисел витков секций

11-13 N „N u N выбирается по определенйому закону так, чтобы обеспе- 5 чить линейность регулировочнай характеристики во всем диапазоне регулирования. Та сим образом, при совместной работе основного 1 и дополнительного 10 силовых трансформаторов обеспечивается сочетание двух способов управления — ступенчатого изменения напряжения на. дополнительном силовом трансформаторе 10 и плавного (высокочастотного) регулирования напряжения между ступенями на основном силовом трансформаторе.

С вторичных обмоток 22 дополнительного силового трансформатора снимается выходное напряжение, пропорциональное управляющему напряжению. рассмотрим работу импульсного регулятора переменного напряжения, например, при увеличении управляющего напряжения.

Минимальное значение выходного 45 напряжения, соответствующее минимальной величине управляющего напряжения

U равно ц Жа 4< 5а выл,, (ц+д у „+ а др ) где U — среднее значение фазного

8ИМ напряжения; П вЂ” фазное напряжение сети.

Это напряжение имеет место при открытых коммутирующих транзисторах

7 и 19 и запертых остальных коммутирующих транзисторах (б, 17 и 18).

При таком режиме, задаваемом БВЧК 8 и БСК 20 по командам с БФКу 21 форма выходного напряжения синусоидальна с амплитудой П,„„ (фиг. 2.1).

При увеличении управляющего напряжения (П УЧ„) начинается плавЧ ное регулирование выходного напряже- 65 ния. Это осуществляется поочередным открыванием и закрыванием коммутирующих транзисторов б и 7 с высокой частотой по сигналам, поступающим с БВЧК 8, при открытом транзисторе

19. При этом коэффициент заполнения импульсов 3 изменяется пропорцкокаЛЬно управляющему напряжению и выходное напряжение имеет форму, изображенную на фиг. 2.2 и 2.3. Среднее значение выходного напряжения на этом этапе регулирования Ва 1 И т N*

able 9. 4 Ч Ь м Фъ+мчзд В а. где И- = - — коэффициент добавочной обмотки".

При достижении управляющим напряжением определенной величины Uyz, соответствующей значению р = 1, выходное напряжение вновь делается синусоидальжю, но с амплитудой U> (фиг. 2.4) и его среднее значение 4

ete4 с @ („+ и дц 1

С дальнейыим увеличением управляющего капряжения (U > >r ПЧ ) начинается второй этап регулирования, при котором по командам управления с блока 71 формирования команд управления открывается дополнительный коммутиру,ющий транзистор 18 (17 и 19 закрыты) блоком 20 тупенчатой коммутации и устанавливается значение 3 = 0 и БВЧК 8. При этом выходное напряжение останется синусоидальным и его среднее значение

Для выполнения условия непрерывности регулирования напряжения между числами витков секций 11-13 первичной обмотки дополнительного силового трансформатора должно выполняться определенное соотноюение, которое можно получить, приравняв правые части последних двух равенств: úú (ъ 3х)

Далее на этом втором этапе выполняется плавное регулирование выходного напряжения за счет увеличения величины, форма кривой напряжения показана на фиг. 2.5, а его среднее значение ,U =0

ablx5. С%4 1+и% (%1494)

В конце этого этапа при U = УЧ9 величина у = 1, кривая выходного напряжения синусоидальна с амплитудой

П (фиг. 2.б) и

%jan. Vl 4

U =О

ВЪ1Х, с < (% > >I

Третий этап регулирования начинается по командам с БФКу 21 открытием коммутирующих транзисторов 7 и 17 (18

9В3671 и 19 и 6 закрыты), При этом устанав ливается напряжение @ М

ЬЫХб С (9,>+ЮГ ) Ф >»

Иэ последних двух равенств следует соотношение между числами витков: м f0

20

Формула изобретения

Импульсный регулятор переменного х напря>кения, содержащий основной силовой трансформатор с добавочной обмоткой, включенной в каждой фазе последовательно с основной первичной

30 обмоткой, два мостовых выпрямителя, первый из которых входной диагональю подключен к точкам соединения основной и добавочной обмоток, а второй входной диагональю включен последова 5 тельно 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-1) из которых входными диагоналями подключены к точкам соединения двух смежных секций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора, а один входной диагональю подключен последовательно c m-ой секцией первичной обмотки, m дополнительных коммутирующих транзисторов, 60 включенных в выходные диагонали соответствующих дополнительных мостовых .выпрямителей, блок ступенчатой коммутации, выходами подключенный к управляющим электродам дополнительных

65,Коммутирующих транзисторов, блок фордалее аналогично предыдущим этапа выполняется плавное регулирование (фиг. 2.7) до наибольшего значения (фиг. 2,8):

9l а. Х 4

eblX = С Ъ а Л

Аналогично осуществляется регулирование выходного напряжения в сторо ну el"о уменьшения.

В общем случае число секций m nep вичной обмотки дополнительного транс форматора определяется иэ требуемого диапазона регулирования при постоянном коэффициенте высокочастотных пульсаций; или из минимально допустимых высокочастотных пульсаций, либо иэ максимально допустимых коллекторных напряжений на коммутирующи транзисторах основного силового трансформатора при определенном диапазоне регулирования по следующей формуле: ) выл.»>ак . = о+и ), Выл,п> 1 >> где и определяется из минимально допустимых высокочастотных пульсаций или из максимально допустимых напряжений коллектор-эмиттер на коммутирующих транзисторах б и 7, которые определяются по формулам: Ю биЧОХ с НИ9 Ê 31»l à Х = ()С Я

Коэффициент трансформации основного силового трансформатора выбирается из условия получения допустимых коллекторных напряжений на дополнительных коммутирующих транзисторах 17-19 дополнительного силового трансформатора. Числа витков сек= ций первичной обмотки дополнительного силового трансформатора определяются из условия непрерывности регулирования выходного напряжения по следующей формуле:

>>- <

ЩЪи1 Фlмису (+И 9) Достоинствами предлагаемого импульсного регулятора переменного напряжения являются широкий диапазон регулирования напряжения, определяемый по формуле

- "Ь " —" = 3h

"ььнлми линейность регулировочной характеристики, обеспечиваемая совместной работой двух силовых трансформаторов и подбором чисел витков секций первичной 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 коммутирующих транзисторах, что уменьшает потери в них и расширяет диапазон используемых сетевых напря>кений. Кроме того, регулятор может быть использован при любой фазности питающего напряжения и с выходным выпрямителем как регулятор постоянного напряжения.

983671

10 мирования команд управления, вход которого соединен с выводом для подключения управляюцего напряжения, а выходы соединены соответственно с входом блока высокочастотной коммутации и входом блока ступенчатой 5 коммутации, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 628475, кл. G 05 F 1/20, 1978.

2, Авторское свидетельство СССР

9 638928, кл. G 05 F 1/20, 1978.

3. Полупроводниковые приборы в технике электросвязи. Сборник. Под ред. И. Ф. Николаевского. М., "Связь", 1974,. с. 26-36.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 817677, кл. G 05 F 1/56, 1978.

983671

Составитель Л. Устинкина

Редактор A. Козориз Техред M.Ãåðãeëü. КорректорН. Буряк ч

Заказ 9922/57 Тираж 914 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4