Способ управления регулятором напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования. Для регулятора напряжения, содержащего инвертор с двумя ветвями и демодулятор на ключах переменного тока, включенных первый параллельно нагрузке, второй последовательно с первым, задают две опорные последовательности импульсов и две основные регулируемые последовательности импульсов высокой частоты, подают опорные последовательности на пары диагональных ключей демодулятора, изменяя фазу регулируемых последовательностей, и подавая их на два ключа первой ветви инвертора, а также осуществляя широтно-импульсную модуляцию опорных последовательностей импульсов и формируя две дополнительные последовательности импульсов с изменяемой относительно основных фазой, которые подают на ключи второй ветви инвертора, обеспечивают регулирование выходного напряжения в широком диапазоне. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

a!i 4 Н 02 11 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4295523/24-07 (22) 2.08. 87 (46) 07. 10. 89. Бюл. !"- 37 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при

Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) B.M. Лебедев, A. В. 11алеев, В. С. Мишуров, B. Д. Семенов и Л.В. Чумазов (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 942237, кл. Н 02 P 13/16, 1982.

Авторское свидетельство СССР

11 1001371, кл. Н 02 11 5/12, 1983. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРО11

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения.

Цель изобретения — расширение диапаИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регуляторах переменного напряжения.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для реализации способа управления регулятором напряжения; на фиг. 2 — пример выполнения распределителя импульсов; на фиг. 3 приме. «ыполнения широтно †импульсно моду.;:ят:. г а", = B. фиг. 4 — пример выполне-.-:;.:-... „„.":.осдвигающего устройства; на

„„Я0„„3513586 д1 зона регулирования. Для регулятора напряжения, ссдержащего инвертор с двумя ветвями и демодулятор на ключах переменного тока, включенных первый параллельно нагрузке, второй последовательно с первым, задают две опорные последовательности импульсов и две основные регулируемые последовательности импульсов высокой частоты, подают опорные по следо в ател ьно сти на пары диагональных ключей демодулятора, изменяя фазу регулируемых последовательностей и подавая их на два ключа первой петви инвертора, а также осуществляя широтно-импульсную модуляцию опорных последовательностей импульсов и формируя две дополнительные последовательности импульсов с изменяемой относительно основных фазой, которые подают на ключи второй ветви инвертора, обеспечивают регулирование вьжодноro напряжения в широком диапазоне, 5 ил. фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие работу регулятора напряжения.

Регулятор напряжения содержит входной 1 и выходной 2 фильтры с об— щей тачкой 3, мостовые инвертор 4 и демодулятор 5, выполненные на ключах

6 — 13 переменного тока. Первичная обмотка высокочастотного вольтдобавочного трансформатора !4 подключена к выходными. зажимам 15 и 16 инвертора

4, входными зажимами 17 и 18 подключенного параллельно выходному фильт— ру 2. Вторичная обмотка трансйормато3 1513586 ра 14 подключена к зажимам 19 и 20 демодулятора 5, включенно го зажимами

21 и 22 между входным 1 и выходным 2 фильтрами. Блок 23 управления ключами 6 — 13 содержит задающий генератор 24, к выходу которого подключены первый вход распределителя 25 импульсов, синхронизирующий вход 26 широтно-импульсного модулятора 27 и уп- )Q равляющие входы 28 фазосдвигающих устройств 29 - 32. Выход широтно-импульсного модулятора 27 соединен с вторым входом распределителя 25 импульсов. Управляющие входы 33 фазо- 15 сдвигающих устройств 29 — 32 объединены с управляющим входом 34 широтноимпульсного модулятора 27 и подключены к управляющему входу 35 регулятора. Управляющие входы ключей 6 — 9 20 демодулятора 5 попарно соединены с выходами 36 и 37 распределителя 25 импульсов, причем управляющие входы несмежных противоположных ключей 6 и 9 мостового демодулятора 5 подключены к выходу 36 раслределителя 25 импульсов, а управляющие входы ключей 7 и 8 — к выходу 37. Управляющие входы ключей 10 — 13 инвертора 4 подключены к выходам фазосдвигающих уст- 30 ройств 29 — 32 соответственно.

Распределитель 25 импульсов содержит, например, два элемента 2И 38 и 39, одни из входов которых обьеди— иены и образуют первый вход распреде- 35 лителя 25 импульсов, и инвертор 40, к выходу которого подключен второй вход одного из элементов 2И 38. Вход инвертора 40 соединен с вторым входом элемента 2И 39 и образует второй вход 40 распределителя 25 импульсов, а выходы элементов 2И 38 и 39 образуют выходы 36 и 37.

Широтно-импульсный модулятор 27 может быть выполнен следующим образом. Генератор 41 пилообразного напряжения, вход которого образует синхронизирующий вход 26 широтно-импульсного модулятора 27, выход подключен .к первому входу компаратора

42, один вход которого соединен с выходом усилителя 43, один вход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а другой вход образует информационный вход 34 широтно-импульсного модулятора 27.

Каждый из фазосдвигающих блоков

29 - 32 содержит генератор 44 пилообразного напряжения и два компаратора

45 и 46. Первые входы которых псдключены к выходу генератора 44 пилообразного напряжения, а вторые входы соединены с выходами усилителей 47 и 48 соответственно. Выход каждого компаратора 45 и 46 соединен с одним из входов элемента 2И-НЕ 49, выходом подключенного к одному из входов элемента ИСКПЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ 50, второй вход которого соединен с синхронизипующим входом 28 фазосдвигающего блока 29, На фиг ° 5 обозначены напряжение

51 на выходе задающего генератора 24, напряжение 52 на выходе генератора пилообразного напряжения, напряжение

53 на управляющем входе 35, на выходе усилителей 47 фазосдвигающих блоков 29 и ЗС и на выходе усилителя 48 фазосдвигающего блока 30, напряжение

54 на выходе усилителя 47 фазосдви" гающих блоков 31 и 32 и на выходе усилителя 48 фазосдвигающего блока -.

31, напряжение 55 на выходе усилителя 43 и на выходе усилителя 48 фаэосцвигающего блока 29, 32, напряжение

56 на выходе компаратора 45 фазосдвигающих,блоков 29, 30 и компаратора

46, напряжение 57 на выходе компаратора 45 фазосдвигающих блоков 3!, 32, и компаратора 46 фазосдвигающего блока 31, напряжение 58 на выходе компаратора 42 и компаратора 46 фазосдвигающих блоков 29, 32, напряжение 59 на выходе 36, напряжение 60 на выходе 37, напряжения 6)-64 на выходах фазосдвигающих блоков 29 — 32„ напряжение 65 питающей сети и напряжение

66 на выходе выходного фильтра 2.

° Peгулятор напряжения работает следующим образом.

Последовательнс сть импульсов напряжение 51 с выхода задающего генератора 24 поступает на первый вход распределителя 25 импульсов и синхронизирующие входы 28 фазосдвигающих блоков 29 — 32 и широтно-импульсного модулятора 27. При этом на выходах генераторов пилообразного напряжения формируется линейно-изменяющееся напряжение 52, поступающее на вход компараторов. Одновременно на управляющий вход 34 широтно-импульсного модулятора 27 и управляющие входы 33 фазосдвигающих блоков 29 — 32 поступает с управляющего входа 35 регулятора напряжения 53. Усилители 47 фазосдвигающих; блоков 29„ 30.и усилитель 48 фазосдвигающего блока 30 ра5 151 ботает в режиме повторителя и на их входах формируется аналогичное напряжение 53. Усилители 47 фаэосдвигающих блоков 31, 32 и усилители 48 фазосдвигающих блоков 29, 31 и 32, а также усилитель 43 широтно-импульсного модулятора 27 работают в режиме вычитателя, на один из входов которых поступает напряжение 53 а на другой вход — постоянное напряжение смещения, равное амплитуде пилообразного напряжения 52. При этом на выходах усилителей 47 фазосдвигающих блоков

31, 32 и усилителя 48 фазосдвигающего блока 31 формируется напряжение

54, а на выходе усилителя 43 и усилителей 48 фазосдвигающих блоков 29, 32 формируется напряжение 55. В результате сравнения пилообразного напряжения 52 и напряжения 53 на выходе компараторов 45 фазосдвигающих блоков

29, 30 и компаратора 46 фазосдвигающего блока 30 формируется напряжение

56. На компараторах 45 фазосдвигаю— щих блоков 31, 32 и компараторе 46 фазосдвигающего блока 31 сравниваются пилообразное напряжение 52 и напряжение 54, и на их выходах формируется напряжение 57. Напряжение 58 получается в результате сравнения пилообразного напряжения 52 и напряжения 55 на компараторе 42 и компараторах 46 фазосдвигающих блоков 29 и 32.

Распределитель 25 импульсов распределяет импульсы 58 на управляющие входы ключей 6 — 9 демодулятора 5 в соответствии с напряжением 51 на его первом входе, так, что на одном такте частоты преобразования включаются ключи 6 и 9, а на другой такте — ключи 7 и 8. С выхода 36 распределителя

25 импульсов на управляющие входы ключей 6 и 9 поступает напряжение 59, а с выхода 37 на управляющие входы ключей 7 и 8 — напряжение 60.

Напряжение 61, сформированное на выходе фазосдвигающего блока 29, поступает на управляющий вход ключа 10 инвертора 4, со о тветственно напряжение 62 — 64 — на управляющие входы ключей 11 — 13;

На интервале времени t -t в соответствии с напряжениями 62, 63, 59 замкнуты ключи 11 и 12 инвертора 4 и ключи 6 и 9 демодулятора 5. Первичная обмотка вольтдобавочного трансформатора 14 эакорочена ключами 11 и 12 инвертора 4 и напряжение питающей сети

3586 6 через замкнутые ключи 6 и 9 поступает на нагрузку в неискаженном виде.

На интервале времени 1 -t< замкнуты ключи 10, 12 и ключи 6, 9 в соответ5 ствии с напряжениями 61 63,.59 на их управляющих входах. Ключи демодулятора 5 подключают вторичную обмотку

1 вольтдобавочного трансформатора таким образом, что напряжение на ней суммируется с напряжением 65 питающей сети и сумма этих напряжений прикладывается к выходному фильтру 2 °

Изменение интервалов времени t< -й и .

-с < обеспечивает в этом случае регулирование напряжения, приложенного к нагрузке, вверх от номинального значения напряжения питающей сети.

При этом реализуется режим регулируе2О мой вольтдобавки.

На интервале времени t -t замкнуэ ты ключи 11, 13 и ключи 6, 9 в соответствии с напряжениями 62, 64, 59 на их управляющих входах. Напряжение вторичной обмотки вольтдобавочного трансформатора 14 вычитается из напряжения 65 питающей сети и их разница прикладывается к выходному фильтру 2. На интервале t t осуществляется режим неискаженной передачи напряжения сети на выходной фильтр 2, так как первичная обмотка вольтдобавочного трансформатора 14 эакорочена включенными ключами 10 и 13, а ключи демодулятора 5 замыкаются по алгорит35 му 6,9 — 7,8 (цифры, стоящие через запятую, означают одновременно включенное состояние ключей). Относительное изменение длительности интервалов

4О времени tg г-э и t g t позволяет осу ществлять регулирование среднего значения напряженчя на нагрузке вниз от номинального напряжения сети до максимальной вольтдобавки.

На интервале -t< ключи демодулятора разомкнуты, а ключи 10 и 11 включены в соответствии с напряжениями 61, 62 на их управляющих входах.

При этом питающая сеть оказывается

5О отключенной от нагрузки и напряжение

66 на выходе выходного фильтра равно нулю, включенные ключи 10, 11 замыкают реактивный ток нагрузки. На интервале te- . включены клю и 6, 9 и ключи 11, 13 в соответствии с напря55 жениями 59, 62, 64 и к выходному фильтру прикладывается разность напряжений 65 и напряжения на вторичной обмотке вольтдобавочного трансформа1513586

40 д5 тора 14. При чередовании таких интервалов осуществляется широтно-импульсное регулирование выходного напряжения в диапазоне от максимальной ,вольтдобавки до нуля. При изменении напряжения 53 на управляющем входе 35 в пределах от нуля до напряжения, равного амплитуде пилообразного напряжения изменяется от нуля до радиан в сторону отставания фаза регулируе мых по следо вательно стей импульсов 61, 62, подаваемых на управляющие входы ключей 10 и 11, и от нуля до и радиан в сторону опережения фаза регулируемых последовательностей импульсов 63 и 64, подаваемых на yn— равляющие входы ключей 12 и 13. Опорны е по с лед о в ат ельно с ти импул ь со в 59 и 60, сформированные на выходах 36 и 37, подаются на управляющие входы ключей 6 — 9. Реализуемый при этом алгоритм переключения ключей инвертора 4 и демодулятора 5, определяемый опорными и регулируемыми последовательностями импульсов, подаваемыми на их управляющие входы, позволяет реализовать регулирование выходного напряжения за счет вольтдобавочного трансформатора 14, т.е. регулирование выходного напряжения осуществляется за счет изменения среднего значения напряжения вторичной обмотки трансформатора 14, суммируемого или вычитаемого из напряжения сети. При этом реализуются следующие режимы работь : режим максимальной вольтдобавки, режим неискаженной передачи напряжения питающей сети на нагрузку, режим регулируемой вольтдобавки и режим максимальной вольтдобавки.

Дальнейшее увеличение напряжения на управляющем входе 35 обеспечивает широтно-импульсное регулирование опорных последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 6 — 9, и синхронное изменение фазы регулируемых последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 10 и 13, при этом фаза посяедовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 11 и 12, остается фиксированной.

На интервале времени -t< все ключи демодулятора 5 выключены, сеть отключена от нагрузки и напряжение бб на выходе выходного фильтра 2 равно нулю. Ключи 10 и 11 в этом время замкнуты и обеспечивают протекание реактивного тока нагрузки и дросселя выходного фильтра 2 ° На интервале времени t11-t сеть подключена к нагрузке ключами демодулятора 5, и к выходному фильтру 2 приложена разность напряжения сети и вторичной обмотки трансформатора !4.

Таким образом осуществляется регулирование выходного напряжения в 30» не от режима максимальной вольтдобавки до нуля. Регулирование в этой зоне возможно и при подаче регулируемых последовотельностей импульсов, фаза которых изменяется синхронно с широтно-импульсной модуляцией опорных последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 11 и 12, при одновременной фиксации фазы последовательностей импульсов, подаваемых на управляющие входы ключей 10 и 13.

Таким образом, применение предложенного способа управления регулятором напряжения позволяет регулировать выходное напряжение от нуля до режима максимальной вольтдобавки, что расширяет диапазон регулирования выходного напряжения при сохранении высоких технико †энергетическ показателей.

Формулаизобретения

Способ упр авления ре гуля тором напряжения, содержащим инвертор с двумя ветвями и демодулятор на ключах переменного тока, включенных первый параллельно нагруз ке, второй — по следовательно с параллельно включенными нагрузкой и инвертором, заключающийся в том, что задают сигнал регулирования, задают две опорные последовательности импульсов и две основные регулируемые последовательности импульсов высокой частоты, подают опорные последовательности импульсов на соответствующие пары диагональных ключей демодуляторов, изменяют фазу регулируемых последовательностей импульсов в диапазоне -и...+ Т радиан относительно опорных последовательностей импульсов пропорционально сигналу регулирования, подают основные регулируемые последовательности импульсов на два соответствующих ключа первой ветви инвертора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, 151 3586

1О осуществляют ииро тно-импульсную модуляцию опорных последовательностей импульсов пропорционально сигналу ре гулйрования, формируют две дополнительные регулируемые последовательности импульсов, фазу которых меняют относительно основных регулируемых последовательностей импульсов пропорционально сигналу регулирования, пода5 ют дополнительные регулируемые последовательности импульсов на соответствующие ключи второй ветви инвертора.

l 51 3586

Составитель С. Луз анов

Редактор И.Шмакова Техред Л.ОЛийнык Корректор M.Васйльева

Заказ 6096/55 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101