Устройство для регулирования переменного напряжения

 

<1428366

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

СО4иьлистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 18.05.70 (21) 1440564/24-7 с присоединением заявки %в (32) Приоритет—

Опубликовано 15.05.74. Бюллетень хе 18

Дата опубликования описания 23.04.75 (51) Ч. Кл. 6 05f 1/14

Государственный комитет

Совета Министрое СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК 621.316.722 (088 8) (72) Авторы изобретения

1(. A. Липковский, В. Е. Тонкаль, А. Д. Музычеико и А. А. Озерянский

Институт электродинамики (71) 3 аявптель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Известны устройства для,регулирования переменного напряжения, содержащие в качестве регулирующего элемента трансформатор с IV отпайками .и коммутирующие элементы, соединенные с отпайками. Однако для повышения точности стабилизации напряжения при возможных колебаниях питающего напряжения .в широких пределах в схемы таких устройств необходимо ввести большое число ключевых элементов, имеющих высокую установленную мощность и сложную систему управления.

В предлагаемом устройстве комсмутирующие элементы объединены в k группы и подключены к отпайкам как .в перви гиО, так и во,вторичной обмотках трансформатора, причем в процессе регулирования коммутируют одновременно по одному ключу .в каждой группе.

Такое выполнение устройства позволяет упростить сго схему и повысить эффективность процесса регулирования.

Для максимального использования ключевых элементов одна из групп ооъединяет (У вЂ” 3 (/г — 1)) ключей, а остальные — по трп ключа, при этом общее число k групп выИ+1 бирают равным целой части отношения

На чертеже показан один из .вариантов выполнения описываемого устройства с двумя группами ключей, одна из которых расположена на первичной, а другая на нагрузочной обмотке трансформатора.

Первичная обмотка трансформатора имеет и отпаек в точка. аь а ... а» и, соответственно,и ключей К;, К, К ..., К,,, а вторичная обмотка †отпаек в точках Ь„ b2,...

b», и т ключей К, К, R7 ... К,",,. Каждой из и ситуаций в первичной цепи соответствует т положений вторичной цепи, пли наоборот, каждой пз m ситуаций .во вторичной пепи соответствует и положений перви шой цспп, т. е. при общем количестве ключей Н = ит+и возможное число переключений, определяющее точность стабилизации, равно p=m. и.

В режиме стаоилизацпп устройство работает следующим образом.

Если допустимые отклонения выходного напряжения и уменьшения его от номинального значения U>» одинаковы, 4U» U» макс (/ен Ua» U» и»> (1) то переключение отпаек должно осуществляться в следующем алгоритме..Прп минпмальI т) ном входном напряжении Ь, „„,-, — u, включены ключи К; и К,,. При .возрастании напряжения U, до величины ГI соответствующей достижению выходным напряжением верхнего допустимого предела (Ге» + Л(/ ), происходит переключение лишь на вторичной стороне — ключ К,",, размыкается, ключ К",„

428366 замыкается, а выходное напряжение снова становится минимальным (U2, — AU2). Даль.нейшее возрастание напряжения U! до величины U"„ïðè которои вновь U, = U2„+AU2, приводит к тому, что ключ К „,, размыкается, а ключ К, „ замыкается, возвращая напряжение U, к уровню (U2M — ЛУ2). При некотором значении входного напряжения U1 = U", происходит последнее переключение во .вторИЧНОй ЦЕПИ вЂ” КЛЮЧ К га раЗМЫКаЕтСя, а ключ К," замыкается, чем завершается первый цикл переключений отпаек на,вторичной стороне.

При U = Um+ в первичной цепи ключ

К! размыкается, а ключ К, замыкается, во вторичной цепи ключ .К размыкается, а ключ К замыкается. Увеличение напряжеНИя U! дО ВСЛИЧИНЫ U)2m Прн тОМ же ПОЛОженин ключа Кг означает повторение цикла переключений отпаек во вторичной цепи. Такое же повторение цикла переключений отпаек происходит при замкнутом положении каждого из и ключей на первичной стороне.

Последнее переключение осу(цествляется при U = U

В соответствии с данным алгоритмом можно составить и систем уравнений, каждая из которых содержит 2 т уравнений.

U, ЬU.

U! — U1 U,,„Л U

10 (/ т (4) ((/2Н 2)

Wb,(,т (U2Ä + Л (./2)

bob m

U, =

U,"=

1-я система

U" = (U2„— Ь U2) .

W„.„„, Wb,b, 1 (2н 2) 40 где Л(/, — допустимое отклонение входного напряжения от заданного номинального (/! „ в сторону максимального (/! „„, и минимального U „„„значений, и ввести понятие нор45 мированных отклонений га, и

Wb„

W„„„„, К,(т (/а!+1 — (U U ) U 2-=(С/2„+- aU,).

2-я система

U"," = ((./гн — Ь(/2) .

1 (,(, //гт+1 ((/ 4U) "Оа"

1 2н 2 W

U (n !) (а!+!) (U д U ) 0 а

@ а,а у 55 (о1 а (/("- 1) (т -2) — (U 1 5 U ) о а

W„„„„

1 (,(а

50 то выражения (4) и (5) можно представить в следующем, виде (4 ) система

UmM —.-((/ $U)

Вгb,b,, U","" = (t. „, —, Ыг) .

W,, @ ь,.ь, В системе уравнений (2) имеется 2т и уравнений и (тп — 1+ т + и) неизвестных.

Определив уровни входного напряжения, при которых, должно производиться переключение

5 отпаек, ((/ Q(та -1

Um, U 2. 2 можно найти числа витков первичной и вто-! ричной обмоток, на которых необходимо сделать отпайки.

25 у АЦ m(1. 1)

Зо 5 Д,, = " 1 а а! (5) г где!=1, 2... т:

i=1, 2...n.

Если предположить, что и для первичного напряжения

Л(/1 = U, — (/!н = U,H — U! (6) ЬЦ",= — — ; 5U;;=—

Ь(/, „ЛЦ,, фi (+ 2) W

U,„1 — 4 U; (1+- a U„ " где Wb,b) определяется максимальным выходным напряжением U2MRMc U2M+ AU2> а также геометрией и магнитными характеристиками сердечника трансформатора.

Из выражений (2) может быть получено

428366

N=5 h,:. (10) 1+ 1 Цт

1 1

Q U (8) 1-1- У;

1 — ЬU — 1 мальна:

à 3 (k — 1)

3 1

Ьъ

При этом

25 (8 ) (9) и основное соотноше»»ие. связывающее диапазон изменения напряжения питания и допустимое отклонение напряжения на нагрузке. откуда с учетом и = N — m

Минимизируя это вь»ражение по и при

N = const и ЛУ»"" —— const, находят, что наилучшей стабилизации соответствует равенство числа отпаек по первичной и вторичным стоN ронам трансформатора, т. е. когда m=n=—

Полученные соотношения показывают, что допустимые диапазоны изменения .входного и выходного, напряжений в рассматриваемой схеме значительно выше, чем в известной, причем это преимущество наиболее существенно при реальных числах .ключевых элементов

6 N 20, а число ключевых элементов для обеспечения тех же ЛУ1 »» ЛУ," меньше и возрастает с увеличением ЛУ, " и уменьшением AU, При уменьшении числа ключевых элементов, требуемого для получения данных

Л(/ и ЛУ,.", существенно умейьшается их установленная мощность.

При наличии не двух, а нескольких групп ключевых элементов, если эти группы содержат, соответственно, h», Й2 ... h; ... hg ключей, число р возможных уровней выходного напряжения при неизменной величине входного напряжения определяется произведением чисел ключей в группах. а общее число ключей — их суммой

Для получения максимально возможной эффективности процесса регулирования:при наля пш Л ключей в каждой пз (k — 1) групп должно оыть по три ключа, а в k-й группе— два, три или чстыре ключа (в общем случае

N — 3 (k — !)), т. с. число ключей (отпаек) необходимо выбирать равным целой части отноN 1 шения,, при этом величина р макси15 р„„,-, =- 3" - > N — 3 (k — 1) (11) т. е..каждая отпайка (ключ) обеспечивает получение в выходном напряжении уровней, отличающихся друг от друга,на некоторую величину ЛУ,.

Если в соответстви»» с выражением (11) построить график р = f(N), то кривая пройдет значительно круче, чем в случае деления ключей (отпаек) на две группы, и несравненно выше, чем при использовании регуляторов с одной группой отпаек по первичной илч вторичной стороне трансформатора.

Предмет изобретения

1. Устройство для регулирования переменного, напряжения, содержащее в качестве ре4О гулирующего элемента трансформатор с N отпайками и .коммутирующие элементы, соединенные с отпайками, отличающееся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения эффективности (процесса регулирования, ком45 мутирующие элементы объединены,в К группы и подключены к отпайкам как в первичной, так и вторичной оомотках трансформатора, причем в процессе регулирования коммутируют одновременно по одному ключу в каждой группе.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью максимального использования ключевых элементов, одна из групп объединяет (У вЂ” 3 (k — 1)),ключей», а остальные — по три ключа, при этом общее число k групп выN+1 бирают равным целой части отношения

428366

Составитель В. Круглова

Техред Т. Курилко

Редактор А. Пейсоченко

Корректор И. Симкина

Ткп. Харьк. фил. пред. «Патент>

Заказ 82/404 Изд. № 1594 Тираж 760 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5