Регулятор переменного напряжения дискретного действия

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬГЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1111 506835

Юо1ов советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.02.73 (21) 1881679/24-7 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.03,76. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 25.05.76 (51) М. Кл. G 05F 1/14

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.316.722 (088.8) по делам изобретении и открытий (72) Авторы изобретения

В, А. Сучков, К. Б. Набирков и С. В. Теплов

Горьковский политехнический институт им. А. А. Жданова (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при соз.. дании регуляторов переменного тока с широким диапазоном регулирования выходного напряжения.

Известны регуляторы переменного напряжения, содержащие силовой трансформатор, вторичные обмотки которого коммутируются полупроводниковыми ключами и выполнены при этом по зако1ну двоичного ряда: Е; 2Е;

E n+ I

Недостатками таких регуляторов является то, что регулировочные обмотки трансформатора выполнены электрически развязанными, что приводит к увеличенному числу выводов на трансформаторе и усложняет его конструкцию. Все полупроводниковые ключи в таких регуляторах выбираются на полный ток нагрузки, а число ключей, одновременно обтекаемых пол ным током нагрузки, велико, что, естественно, приводит к увеличению потерь и дополнительному усложнению схемы управления регулятором, кроме того, подобные схемы не позволяют использовать регулировочные обмотки для питания различных вспомогательных устройств (вольтодобавочных трансформаторов).

Для уменьшения числа одновременно обтекаемых током полупроводниковых ключей и уменьшения числа отводов трансформатора, в предлагаемом регуляторе ряд напряжений, соответствующий числам 1, 2, 4, 8, посредством деления витков двух регулировочных обмоток преобразуется в ряд 1, 1, 1, 4, 4, 4, причем регулировочные обмотки включены последовательно и от каждого соединения этих обмоток выполнены отводы. Этп отводы с помощью полупроводниковых ключей соединены с выходными зажимами следующим образом: средний от10 BOJ, c 110%10IIIBIO Дв -;- пол;-пРоволн11ковых K 710 чей присоединен к общим выходным зажимам, все отводы, лежащие по другую сторону,—

KO BTOpO113 в111ходпом заж11м . PPI 3,111ровочные отводы с помощью полупроводниковых

K. 10 1ей мог1 т Ilpl! Оедllllяться к выходным зажимам трансформатора, и тем самым производится ступенчатое регулирование напряжения. При указанном соотношении между витками регулировочных обмоток трансформатора такая схема обеспечивает 16 ступеней выходного напряжения и при том же количестве ключей, что и в известных устройствах, позволяет сократить количество отводов на трансформаторе и вместе с тем уменьшить

25 число одновременно обтекаемых током нагрузки полупроводниковых ключей.

Для сокращения числа силовых полупроводниковых ключей при заданном числе уровней выходного напряжения в схеме использу30 ется вольтодобавочный трансформатор, вто506835

Таблица 1

4Е 5Е 6Е 7Е 8Е 9Е 10Е 11Е

2Е ЗЕ

12Е 1ЗЕ

14Е 15Е

Напряжение

11

12

12

13

13

11

13

11

13

12

11

Работающие ключи

Таблица 2

11Е1 I 12E

3Е1 4Е1 бЕ, 9Е

10Е1

На пряжение

14Е, О

2Е1

5Е

7Е, 8Е, 1ЗЕ1

15E) Е, 20

19

18

21

ЗО

19

ЗО

18

ЗО

21

19

21

18

21

Работающие

- ключи

19

18

31 ричная обмотка которого включена последовательно с нагрузкой, а первичная при по;i Jщи вспомогательных маломощных полупроводниковых ключей подключена к отводам регулируемого трансформатора.

К каждому из отводов подключены два ключа, причем один присоединен к одному концу первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора, а другой — ко второму конЦу.

Указанное включение позволяет получить на его обмотке напряжение любой ступени и любой полярности, что, в свою очередь, позволяет разбить диапазон одной ступени главного. трансформатора на 2п — 1 уровней.

Таким образом, полное число N синусоидальных уровней выходного напряжения равно

N =- (и — 1) (2п — 1) + (п — 1) =- 2п (и — 1), где п — число уровней, получаемых путем переключения отводов обмотки регулируемого трансформатора.

Схема предлагаемого регулятора показана на чертеже. Регулятор состоит из регулируемого трансформатора 1, первичная обмотка 2 которого присоединена к сети. Вторичная обмотка трансформатора имеет отводы 3 — 9, подключаемые силовыми полупроводниковыми ключами 10 — 17 к выходным зажимам.

Регулирование напряжения в пределах каждой ступени выполняется при помощи вольтодобавочного трансформатора. Первичная его обмотка ключами 18 — 31 может подключаться на любое напряжение регулируемого трансформатора. Поэтому,к напряжению любой ступени главного трансформатора можно добавить или вычесть из него 15 разВ таблице 2 показан порядок работы ключей при использовании вольтодобавочного трансформатора в режиме добавления напряжения, в таблице 3 — при работе его в режиме вычитания.

Следовательно, схема предлагаемого регулятора позволяет получить 480 уровпей синуНапряжения между отводами определяются следующими равенствами: где E — напряжение единичной ступени регулируемого трансформатора.

К этим же отводам через маломощные полупроводниковые ключи 18 — 31 присоединена первичная обмотка вольтодобавочного транс10 форматора 32, а вторичная его обмотка 33 включена последовательно с нагрузкой 34.

Схема управления 35 и датчик 36 обеспечивают переключение полупроводниковых ключей в моменты времени, исключающие

15 возникновение коротких замыканий.

Регулятор работает следующим образом..

При любом из 16 возможных напряжений включены только два ключа: один из группы 10 — 13 и другой из группы 14 — 17. Нуле20 вое напряжение получается при замкнутых ключах 13 и 14. Напряжение следующих трех ступеней получается замыканием одного из ключей 12, 11 или 10 вместо ключа 13. Следующие четыре ступени получают поочередным

25 включением ключей 13 — 10 при замкнутом ключе 15 вместо ключа 14. Включая вместо ключа 15 поочередно ключи 16 и 17, получают следующие две серии по четыре уровня в каждой.

ЗО Сочетание работающих силовых ключей на каждом уровне приведено в таблице 1. личных напряжений, что позволяет разбить диапазон одной ступени на 30 уровней. Комбинации работающих ключей вольтодобавочного трансформатора, соответствующие каждому уровню одной ступени приведены в таблицах 2 и 3, где Е1 — единичная .ступень, получаемая при помощи вольтодобавочного тр ансфор матора.

40 соидального выходного напряжения прип=16.

При необходимости, число уровней может быть уменьшено за счет последовательного сокращения числа регулируемых обмоток с числом витков, соответствующих, крайним правым числам ряда, и соответственно сокращения числа полупроводниковых ключей.

506835

Таблица 3 — 2Š— 9Š— 6Š— 5Š— 4Š— 3E — 1E — 13Š— 8Š— 7E

Напряжение — 15Š— 12Š— 11Š— 10Š— 14E

21

22

21

22

23

22

24

24

24

23

23

23

Работающие ключи

24

28

27

c)6

ЗЗ

Формула изобретения

1. Регулятор переменного напряжения дискретного действия, содержащий трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, у которой число витков каждой секции выбрало в соответствии с двоичным числовым рядом, а отводы связаны ic полупроводниковыми ключами, и вольтдобавочный трансформатор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения числа одновременно обтекаемых током полупроводниковых ключей и уменьшения числа отводов трансформатора, названный двоичный ряд образован числами 1,1,1,4, 4, 4, причем средний отвод через два из упомянутых ключей присоединен к обоим выходным зажимам, все отводы, лежащие по одну сторону от него, присоединены через соответ5 ствующие ключи к одному из выходных зажимов, а все отводы, лежащие по другую сторсну — к другому зажиму.

2. Регулятор по п. 1, отлич ающийся

10 тем, что первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора связана с секциями вторичной обмотки трансформатора через вспомогательные маломощные управляемые ключи.