Регулятор переменного напряжения с высокочастотным широтно- импульсным регулированием

 

РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ , содержащий первый трансформатор , вторичная обмотка которого соединена последовательно с нагрузкой, первичная подключена к выходным зажимам первого коммутатора, выполквнного на полностью yпpaвляe Jыx ключах с двусторонней проводимостью, а входные зажимы последнего соединены с зажимами сети, причем управляющие цепи полностью управляемых ключей первого коммутатора соединены через устройство усиления и гальванической развяз1си с выходом модулятора ширины импульсов, управляющий вход которого образует управляющий вход регулятора, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей за счет увеличения частоты искажающих гармоншс и уменьшения величины регулируемого вольтодобавочного напряжения, он снабжен дополнительно N трансформаторами, вторичные обмотки KOToja ix соединены последовател1гно между собой и вторичной обмоткой первого трансформатора, а первые подключены к выходным зажимам N дополнительных коммутаторов, входные зажимы пох:ледних объединены и соединень с выходными зажимами первого коммутатора, СО дополнительными устройствами усиления и гальванической развязки, N дополнис: тельными модуляторами ширинь импульсов и распределителем импульсов, вход которого соединен с ш 1ходрм задающего генератора, а (N +1) выходы соединены с синхронизирующими входами первого и М дополнитепьнь1х модуляторов tsD ширины импульсов, при этом управляющие Од входы последних объединены и соедине 9 ны с управляющим входом первого моду лятора ширины импульсов. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

g I) Н 02 P 13/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

OО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 33591 45/24-07 (22) 26.11.81 (46) 30.06.83. Бюл. Мв 24 (72) В. Д. Семенов (71) Научно-исследовательский институт автоматики и эпектромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэпектроники (53) 621.316,722.1 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

% 589681, кп. Н 02 P 13/14, 1978.

2. Патент США % 3596172, кп. 323-45, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Л 589683, кп, Н 02 P 13/16, 1978. (54) (57) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ С ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ

ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВА-

НИЕМ, содержащий первый трансформа». тор, вторичная обмотка которого соеди» иена последовательно с нагрузкой, первичная подкпючена к выходным зажимам первого коммутатора, выполненного на попностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, а входные зажимы последнего соединены с зажимами сети, причем управляющие цепи полностью управпяемых ключей первого коммутатора соединены через устройство усиления и

„„SU„„1026278 A гальванической развязки с выходом модупятора ширины импупьсов, управпяющий вход которого образует управляющий вход регулятора, о т п и ч а ю шийся тем, что, с цепью улучшения энергети« ческих показатепей за счет увепичения частоты искажающих гармоник и уменьшения величины регулируемого вопьтодобавочного напряжения, он сиабжен допопнитепьио н трансформаторами, вторичные обмотки которых соединены поспедоватепьно между собой и вторичной обмоткой первого трансформатора, а первые подкпючены к выходным зажимам Н допопнитель ных коммутаторов, входные зажимы последних объединены и соединены с выходными зажимами первого коммутатора, допопнитепьными устройствами усиления и гальванической развязки, Й допопнительными модупяторами ширины импульсов и распределитепем . импупьсов, вход которого соединен с выходом задающе» го генератора, а (Я+1) выходы соединены с синхрониэирующими входами первого и hf дополнитепьных модупяторов ширины импульсов, при этом управляющие входы последних объединены и соединены с управпяющим входом первого модупятора ширийы импульсов.

1 1026278 2

Изобретение относится к эпектротехни- сети, причем управляющие цепи полностью ке, в частности к регуляторам переменно- управляемых ключей, коммутатора сое

ro напряжения, и может найти применение .динены через устройство усиления и гальв мощных регуляторах и стабилизаторах ванической развязки с выходом модупятосетевого переменного напряжения, изме- 5 ра ширины импульсов, управляющий вход няющегося в широком циапазоне вверх и которого образует управляющий вход ревниз от номинального а также там, где гупятора переменного напряжения $3) . требуется практически неискаженная фор- Однако известный регулятор обладает ма выходного напряжения, высокое быст- низкими энергетическими показателями родействие регулирования и стабипиэа- 10 из-эа низкой частоты искажающих гармоции, высокие энергетические показатели. ник, в.выходном напряжении и выходном

Известны регуляторы переменного на токе и большой величины регулируемой пряжения с высокочастотным широтно-им- час и вопьтодобавочного напряжения, копупьсным регулированием, содержащие торая определяется диапазоном регупиротрансформатор промежуточной частоты, 15 вания дпя регулятора и диапазоном измекоммутаторы первичной и вторичной. об- нения входного напряжения дпя стабипиза» моток трансформатора, выполненные на, тора. Увеличение частоты коммутации полностью управляемых кшочах с двусто- приводит к снижению коэффициента полез ронней нроводимостью, схему управце- кого действия регуляторе из-за несоотния (1) . ветствия проектной частоты трансформаНедостатком данного регулятора явля- тора (он рассчитывается на частоту сеется сложность реализации полностью ти) и частоты коммутации. Реально часуправпяемых ключей вторичного комму тоту удается повысить лишь в 3-8 раз,, татора в мощных системах регупирования а этого нецостаточно, потому что фипьтИ стабилизации, так как ключи вторичного у5 ры, рассчитанные на сглаживание пульсакоммутатора должны быть рассчитаны на ций соответственно 150 - 400 Гц, бу ток нагрузки. дут существенно ухудшать удепьномассоИзвестен также регупятор переменно- вые и энергетические показатели регупяго напряжения с высокочастотным широт- тора в целом. но-импульсным регупированием, содержа- З0 Цепь изобретения - улучшение энергещий трансформатор, вторичная обмотка тических показателей-за счет увепичения которого включена последовательно с на- частотъ искажающих гармоник и умень груэкой, а первичная. подключена к комму кения величины. регулируемой части воп татору на полностью управляемых кп очах тодобавочного напряжения, с двусторонней проводимостью, схему Указанная цепь достигается тем, что управления с задающим генератором и

35 известный регулятор переменного напрямодупятором ширины импульсов Г2). жения, содержащий первый трансформатор, Однако такой регулятор имеет большую вторичная обмотка которого соединена амплитуду пульсаций вопьтоцобавочного поспедоватепьно с нагрузкой, первичная напряжения, равную диапазону регупиро- подкшочена к выходным зажимам первого

40 вания выходного напряжения, и низкий коммутатора, выполненного на попностм8 коэффициент полезного действия из-за упРавпяемых кшочах с двусторонней прокоммутации, трансформатора с частотой, водимостью, а входные зажимы поспеднемного большей частоты сети, в то вре- го соединены с зажимами сети, причем мя как его проектная частота равна час- управляющие цепи попностью управляемых тоте сети (потери в контурах коммута- . ключей коммутатора соединены через уст45 ции пропорциональны вепичинепаразитной ройство усипения и гальванической развязинцуктивности рассеяния, которая в свою ки с выходом модулятора ширины импупьочерець, обратно пропорциональна проект- сов, управпяющий вход которого образу ной частоте трансформатора). ет управляющий вхоц регулятора, снабжен

Наиболее близким по технической сущ- дополнительно И трансформаторами, втэ50 ности к предлагаемому является регупя- . ричные обмотки которых соединены после» тор, содержащий трансформатор, вторич- доватепьно между собой и вторичной обная обмотка которого соединена поспедо-, моткой первого трансформатора, а первичватепьно с нагрузкой, первичная подкпю- ные подключены к выходным зажимам Й чена к выходу коммутатора, выполненного 55 дополнительных коммутаторов, входные на полностью управляемых ключах с дву- зажимы поспедни объединены и соеди« сторонней проводимостью, а входные за- HeBbI с входными зажимами первого комжимы последнего соединены с зажимами мутатора, Я допоцнитепьными устройст3 102 вами усиления и гальванической развязки, М цопопнитепьными моцупяторами ширины импупьсов и распредепителем импульсов, вход которого соединен с выхоцо эадаюшего генератора, а (Я +1) выходы соединены с синхронизируюшими входами первого и Й дополнитепьныx модуляторов ! ширины импупьсов, при этом управпяюшие входы последних объединены и соединены с управпяюшим входом первого модулятора ширины импульсов.

На фиг. 1 представлена структурная схема регулятора переменного напряжения с высокочасготиым широтно-импупьс ным регулированием; на фиг. 2 и 3— временные циаграммы, поясняюшие работу предлагаемого рогупятора.

Регулятор переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием содержит первый траноформатор 1, вторичная обмотка 2 которого вкпючена последовательно с нагрузкой

3. Первичная обмотка 4 трансформатора

1 подкпючена к выходным зажимам 5 и

6 коммутатора 7, выполненного на попностью управляемых кпючах 8 - 11 с двусторонней проводимостью. При этом выходные зажимы 5 и 6 коммутатора 7 образованы обшими точками полностью управляемых ключей 8,9 и 10,11 соответсгвенчо, а выходные зажимы 12 и 13 первого коммутатора 7 образованы общими точками ключей 8, 10 и 9,11 соответственно и соединены с зажимами сети 14 и 15. Управпяюшие цепи попностью управпяемых ключей 8 - 11 соединены с выходами 16 и 17 устройства

18 усиления и гальванической развязки, которое состоит из двух усилителей 19 и 20 мощности, имеющих ганьваническую развязку входных и выходных цепей.

Входы усипителей 1-9 и 20 мошности

l являюшиеся одновременно входами устройства 18 усипения и гальванической развязки, соединены с выхоцами 21 и

22 модупятора 23 ширины импульсов с синхронизируюшим 24 и управляюшим

25 входами. При этом модулятор 23 ширины импупьсов выполнен также двухканальным. Каждый канал состоит из генератора 26,27 развертываюшего напряжения и компаратора 28,29 соответственно. Причем синхронизируюшие вхоцы генераторов 26 и. 27 развертывающих напряжений объединены и образуют синхронизируюший вход 24 моцупятора

23 ширины импульсов, а выхоцы этих генераторов 26 и 27 подключены к первым входам компа рато ров 2 8 и 2 9, 6278 1 другие входы которых объецинены и образуют управляюший вход 25 моаупятора 23 ширины импульсов, который, в свою очередь, образует управпяюший вход регулятора в цепом 5g . Синхрониэируюший вход 24 модупятора 23 ширины импульсов через распредепитепь ЗО импупт сов поцключен к задаюшему генератору 31. Кроме того, регулятор переменного напряжения с высокочастотю м широтно импульсным регупированием соцержит допопнитепьных трансформаторов (на фиг.1

Й дпя примера принято равным двум)

32 и 33, вторичные обмотки которых 34 и 35 соединены последовательно между собой и поспецоватепьно со вторичной об- моткой 2 первого трансформатора 1. Первичные обмотки 36 и 37 допопнитепьных трансформаторов 32 и 33 подключены к выходным зажимам 38, 39 и 40,41 И допопнитепьных коммутаторов 42 и 43 соответственно. Входные зажимы 44,45 и 46,47 дополнитепьных коммутаторов

42 и 43 объединены соответственно 44, 46 и 45, 47 и подключены к зажимам

14 и 15 сети.

Допопнитепьные коммутаторы 42 и 43 выпопнены аналогично первому коммутатору 7 на попностью управляемых кпю-. чах с двусторонней проводимостью упраеляюшие цепи которых соответственно через Й допопнитепьных устройств 48 и

49 усипения и гальванической развязки, выполненных анапогично 18, подключены к Й допопнительным модупяторам 50 и

51 ширины импупьсов с синхронизируюшими 52 и 53 и управпяюшими 54 и 55 входами. Управпяюшие входы 54 и 55 дополнитепьных моцупяторов 50 и 51 ширины импульсов объединены и цодклю чены к управляющему входу 25 первого модупятора 23 ширины импупьсов. Сивхронизируюшие входь| 52 и 53 допопнитепьных модупяторов ширины импульсов

4S подкпючены к дополнительным выходам

56 и 57 распределитепя ЭО импуцьсов, основной выход 58 которого подключен к синхрониэируюшему входу 24 первого модупятора 23 ширины импульсов.

На фиг. 2 и 3 приведены временные

50 диаграммы: 59 - напряжение сети; 60импуцьсы на выхоце эацаюшего генератора 31, 61 - 63 - импупьсы,: посту паюшие на синхронизируюшие входы 24, .

52 и 53 модуляторов 23, 50 и 51 шири+ ны импульсов с выходов 58,56 и 57 распределителя 30 импуньсов; 64 — напряжение управления 0, подаваемое на управляюшие входы 25, 54 и 55 модупя% 10262 торов 23,50 и 51 ширины импупьсов;

65,66 и 67 — линейно нарастающее напряжение генераторов 26 развертывающего напряжения первого канала, модупяторов

23,50 и 51 ширины импупьсов соответственно; 68, 69, 70 — линейно падающее напряжение генераторов 27 развертывающего напряжения второго канана модуляторов 23,50 и 51 ширины импупьсов со ответственно; 71 — 76 - импульсы управ-16 пения на выходе модупяторов 23,50 и 51 ширины импупьсов соответственно; 7779 - выходное напряжение на вторичных обмотках 2, 34 и 35 трансформаторов 1, 32 и 33 соответственно; 80 - суммар- 15 ное выходное напряжение на вторичных обмотках 2, 34 и 35 трансформаторов 1, 32 и 33; 81 - 83 - кривые выходных напряжений на вторичных обмотках 2, 34 и 35 трансформаторов 1, 32 и 33 2î соответственно при другом напряжении управпения; 84-87. — суммарные напряжения на оомотках 2, 34 .и 35 трансформаторов 1, 32 и 33 при различных напряжениях управления. 25

Регулятор работает спедующим образом.

Напряжение сети (фиг. 2, диаграмма

59) подается на входные зажимы регулятора 14 и 15. На управляющие входы 5п полностью управляемых кпючей 8-1 1 коммутатора 7 подаются импульсы 71 и

72 управления. Причем попожитепьное значение импульсов 71 управпения соответствует включенному состоянию кпюча

9 и выкпюченному состоянию ключа 8 и наоборот, а попожитепьное значение импульсов 72 управления соответствует вкпюченному состоянию кпюча 10 и выкнюченному состоянию ключа 11 и наоборот, При таком управлении ключами коммутатора 7 реапизуется следующий алгоритм работы кпючей 9,11-11, 8-8, 10 (рядом стоящие пифры обозначают одновременное замкнутое состояние соответствующих им ключей). Такой апгоритм работы кпючей коммутатора 7 обеспечи» вает на вторичной обмотке 2 трансформатора 1 напряжение 77. При этом одновременно замкнутое состояние кпючей

9, 1 1 и 8, 10 соответствует закорачиванию первичной обмотки 4 трансформатора 1, а одновременное замкнутое состояние кпючей 11, 8 соответствует вопьтодобавке. Таким образом на вторичной обмотке 2 трансформатора 1 формируется напряжение 77.

Анапогично работают попностью управпяемые кпючи дополнительных коммута78 4 торов 42 и 43, на управпение которыми подаются управпяющие импульсы 73, 74 и 75,76. Напряжение на вторичных обмотках 34 и 35 трансформаторов 32 и 33 приведены на фиг. 2 (диаграммы

78 и 79). При этом формы напряжений

78 и 79 на обмотках 34 и 35 трансформаторов 32 и 33 отпичаются от формы напряжения 77 обмотки 2 трансформатора 1 и друг от друга ввиду того, что синхронизирующие входы 24, 52 и

53 первого модулятора 23 ширины импупьсов и дополнительных 50 и 51 подкпючены к задающему генератору 31 через распредепитепь 30 импупьсов; так что тактовые интервалы модуляторов ширины импульсов 23, 50 и 51 сдвинуты по фазе на угоп 23/И +1, где 1Ч вЂ” чиспо донопнитепьчых коммутаторов, а угол отсчитывается отйоситепьно частоты тактовых интервапов.

В пределах тактовых интервалов каждого модулятора 23, 50 и 51 ширины импульсов работают генераторы 26 и 27 развертывающих напряжений, причем эти генераторы представляют собой генераторы линейно падающего и пинейно нарастающего напряжений 66 и 65 соответственно. Анапогично,в допопнитепьных модуляторах 50 и 51 генераторами развертывающих напряжений вырабатываются пилообразные (пинеяно падающие и линейно н нарастающие) напряжения 68,67 и 70,69 соответственно. Указанные пилообразные напряжения 65-70 сравниваются на компараторах 28 и 29 модупятора 23 ширины импупьсов (анапогично и в других модуляторах 50 и 51) с напряжением 64 управпения, и на выходе модуляторов 23, 50 и 51 формируются импульсы 71-76 управпения, которые через устройства 18

48 и 49 усипения и гапьванической развязки подаются на полностью управляемые кпючи 8-11 коммутатора 7 и допопнительных коммутаторов 42 и 43 аналогично описанному выше, Изменяя напряжение 64 управления, изменяют импупьсы 71-76 управления, а значит и выходное напряжение 80.

Суммарное напряжение вторичных обмоток 2,34 и 35 трансформаторов 1,32 и 33 равно сумме напряжений 77-79 и приведено на фиг. 3 (диаграмма 80), При уменьшении напряжения 64 управпе ния по амппитуде пауза в выходном напряжении каждого трансформатора 1,32 и 33 будет увеличиваться как показано

7 1 026278 8 на фиг. 3 (диаграммы 81-83), Это при- 1 Таким образом, предлагаемый регуля- ведет к уменьшению суммарного напря- тор переменного напряжения с широтноженйя на всех трех обмотках (диаграм- импульсным регулированием позволяет в . мы 84 и 85). Дальнейшее уменьшение (Ю +1) раз повысить частоту искажаюнапряжения 64 управления приведет к щих гармоник и в (y+1) раз уменьшить дальнейшему уменьшению суммарного их амплитуду за счет уменьшения величинапряжения как показано на диаграмме ны регулируемой части вольтодобавочн ого

86 (фиг. 3). Если величина напряжения напряжения,без уменьшения диапазона ре64 управления равна половине амплитуды гулирования выходного напряжения.При пилообразного напряжения (65 - 70), то 1е этом уменьшается коэффициент гармоник, суммарное напряжение на обмотках 2, . позволяется возможность фильтровать вы34 и 35 будет равно нулю. При дальней ходноенапряжениефильтрами,имеюшимимасшем уменьшении это напряжение сменит- суи габариты в (+1) раз меньше, чему прото-. ся по знаку (диаграмма 87) и начнет типа.Всеэтоприводиткулучшениюэнергетивозрастать по амплитуде. 1$ ческих показателей регулятора в делом.

1026278

1026278

ВНИИПИ Заказ 4573/47 Тираж 687 Подписное

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