Источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Соцкалистккескик

Республик

G 05 F 1/56 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)За" влево 31. 03. 81 (21) 3268076/24-07 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 07 . 10 . 82 . Бюллетень Ле 37

Государственный комитет

СССР па делам изобретений н открытий (53) УДК 621.316. .722.1(088.8)

Дата опубликования описания 07 . 1 0 .82 (72) Авторы изобретения

В. Я. Жуйков и B. Я. Ромашко

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической

- революции (7I ) Заявитель (54) ИСТОЧНИК РЕГУЛИРУЕМОГО СТАБИЛИЗИРОВАННОГО

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для регулирования и стабилизации выпрямленного напряжения многофазной сети.

Известны схемы регуляторов (ста5 билизаторов), содержащие трехфазную мостовую схему выпрямления и управляемый ключ, включенный между выпрямителем и нагрузкой, параллельно кото- „, рой включен разрядный диод, и работающий на повышенной частоте (1 j..

Недостатками этого устроиства являются наличие низкочастотных пульсаций в выходном напряжении, значитель-15 ные габариты и сравнительно узкий диапазон стабилизируемого напряжения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ис- 2о точник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения, содержащий выполненный по мостовой схеме и подключенный к выполненной с ну-

2 левым выводом трехфазный вторичной обмотке трансформатора выпрямитель, положительный полюс которого через управляемый ключ соединен с одним из выводов для подключения нагрузки; два вентиля, соединенных последовательно, образуя цепочку, включенную параллельно выходным выводам, причем катод одного из вентилей соединен с управляемым ключом, а общая точка соединения вентилей подключена к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, и широтно-импульсный модулятор.

В такой схеме при включенном уп".

° равляемом ключе к нагрузке прикладывается выпрямленное линейное напряжение трехфазной сети, а при выключенном управляемом ключе и нагрузке через одни из вентилей прикладывается выпрямленное фазное напряжение трехфазной сети. В результате на нагрузке формируется напряжение с частичной модуляцией (2 ).

964603

Z0

Недостатком такого построения схемы является то, что выпрямленное фазное напряжение имеет в два раза меньшую частоту пульсаций, чем выпрямленное линейное напряжение, а коэффициент пульсации значительно больше(соответственно 25 и 63).

Хотя в таких источниках управляемый ключ работает на частоте, значительно большей частоты пульсаций выпрямленного напряжения, в выходном напряжении при регулировании коэффициента заполнения импульсов управляемого ключа будут содержаться низкочастотные пульсации с частотами выпрямленного напряжения. Это приводит к увеличению габаритов сглаживающего фильтра, а в случае работы регулятора в режиме стабилизации — уменьшению диапазона стабилизируемого напряжения.

Кроме того, в таких схемах среднее значение положительной и отрицательной полуволны тока во вторичных обмотках трансформатора не будут равны, в результате чего возникает подмагничивание сердечника трансформатора, что приводит к необходимости увеличения его габаритов.

Целью изобретения является уменьшение низкочастотной пульсацим выходного напряжения и улучшение весогабаритных показателей за счет уменьшения подмагничивания сердечника трансформатора. указанная цель достигается тем, что в источник регулируемого стабили зированного постоянного напряжения, содержащий выполненный по мостовой схеме и подключенный к выполненной с нулевым выводом трехфазный вторичной обмотке трансформатора выпрямитель, положительный полюс которого через управляемый ключ соединен с одним из выводов для подключения нагрузки, два вентиля, соединенных последовательно, образуя цепочку, включенную параллельно выходным выводам, причем катод одного из вентилей соединен с управляемым ключом, а общая точка соединения вентилей подключена к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, и широтно-импульсный модулятор, введены дополнительный управляемый ключ, два датчика напряжения и система управления, причем дополнительный управляемый ключ включен между отрицательным полюсом выпря мителя и другим выходным выводом, каждый иэ датчиков напряжения, выходом соединенный с одним из входов системы управления, включен между нулевым выводом вторичной обмотки трансформатора и соответствующим полюсом выпрямителя, третий вход системы управления соединен с выходом широтноимпульсного модулятора, а первый и второй выходы системы управления подключены соответственно к управляющим входам управляемых ключей.

Кроме того, система управления состоит из компаратора, входы которого являются первыми двумя входами системы управления, а выход соединен с входом схемы ИЛИ, другой вход которой соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, выход схемы

ИЛИ подключен к входу первого формирователя, выход которого является первым выходом системы управления, второго формирователя, выход которого является вторым выходом системы д управления, а вход соединен с выходом второй схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к выходу широтноимпульсного модулятора, а другой соединен с выходом схемы ИЛИ-НЕ, вход которой подключен к выходу компаратора.

Кроме того, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, источник регулируемого

35 стабилизированного постоянного напряжения снабжен сдвоенным переключателем, подключающим выходы компаратора и схемы ИЛИ-НЕ к входу первой либо второй схемы ИЛИ.

При этом с целью обеспечения регулирования среднего значения выходного напряжения до нуля, он снабжен двумя схемами И, и вторым сдвоенным переключателем, причем входы схем И подключены параллельно входам схем

ИЛИ, а указанный сдвоенный переключатель обеспечивает подключение входа первого и второго формирователей к выходу соответствующей схемы ИЛИ либо И.

На фиг. l представлена схема источника регулируемого стабилизированного постоянного напряжения; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу источника напряжения.

Источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения содержит выпрямитель, выполненный по мостовой схеме выпрямления 1, под5 964603 ключенный к вторичным обмоткам трех-; фазного тра ф

Для работы схемы в режиме регу- . во 2 ого трансформатора с нулевым вы- лирования с. частичной модуляцией водом, управляемые ключи 3 и 4, питающего напряжения контакты пе" включенные между положительным и реключателей 18 и 21 должны нахоотрицательным полюсом, выпрямителя 1 г

3 диться в верхнем по схеме положении. и нагрузкои 5, вентили 6 и 7, вклю- Если ключи 3 и 4 находятся в замкченные между нулевым выводом транс- нутом состоянии, то к нагрузке 5 прйформатора 2 и противоположными кон- кладывается выпрямленное линейное цами нагрузки 5, датчики 8 и 9 напря- напряжение U> (фиг. 25). Если ключ 3 жения, выполненные в виде делителей 10 замкн т а к 4 напряжения замкнут, а ключ 4 разомкнут, то к апряжения и подключенные между н левым выводом трансформатора 2 и полоду у- нагрузке прикладывается выпрямленное катодной группой. вентилей выпрямитежительным и Отрицательным полюсом Ля 1 и вентилем ля и Вентилем 7 фазное напряжение сис ем ф„. 3 разомкнут, а ключ 4 систему управления, U . Если ключ 3 входа которои подсоедине- 5 ны к выходам датчиков 8 и 9 нап яжед д е 5 замкнут, к нагрузке прикладывается

Р е- выпрямленное вентилем 6 и анодной . ния, а третий вход подсоединен к выхо- г и ой группой вентилей выпрямителя 1 фазное .ду широтно-импульсного модулятора напряжение Uy .

), причем первый выход системы Как ви но ф, 25

10 управления подключен к управляю — 20 U и 0 авны по ак видно из иг, 25 напряжения щему входу ключ 4 лю а, а второй выход

20 ф„и 0ф равны по величине, но сдвид . нуты относительно друг друга на полсистемы управления подключен к управ- пе ио а. Ес периода. Если в моменты времени и, ляющему входу ключа 3. й2 С.З и т д ° когда мгновенные зна истема управления состоит из чения напряжений U к и U равны

Омпара Ора 12, входы котОРОго Явля 25 между собой, включать соответственно ются первыми двумя входами системы ключи 4, 3, 4 и т. д., то при разомуправления, а выход подключен .к вхо ду кнутом другом, ключе на нагрузке будет схемы ИЛИ 13, другой вход кото ой д Ро" формироваться напряжение равное огиподключен к выходу ШИМт 11, а выхо а выход . баащей максимальных значений напрясоединен с входом формирователя 14 ,ф Р Р еля 14, зв жении Ц „ и U Зто напряжение, как выход которого является пе вым выхо-. ервым выхо- и выпрямленное линейное напряжение дом системы управления, второго фор- 1 „ будет для трехфазной питающей семирователя 5, выход которого являет- ти иметь кратность пульсаций m = 6 ся вторым выходом системы управления, и коэффициент уль мц и . Kpove схемы, один из входов которой того, это напряжение будет сдвинуто относительно напряжейия U на полпе". подключен к выходу ШИМ 11, а другойр.иода . к выходу схемы ИЛИ-НЕ 17, вход кото.\ рои подключен к выходу компаратора:12. Если же на интервале t 1...t при

Для расширения диапазона регули- включенном ключе 4 периодическй рования в систему управления 10 вве- включать и выключать ключ 3 с часто.ден сдвоенный переключатель 18, ко- той ШИМ сигнала (фиг. 2 ), то на торый может подключать выход компара-, нагрузке будет формироваться напрятора 12 и схемы ИЛИ-НЕ 17 к входу жение с частичной модуляцией (фиг. 25) либо пе Вой 13 б 6

ИЛИ р 3, либо второй 16 схем При этом в выходном напряжении пр и и регулировании коэффициента заполнеДля осуществления регулирования ния ШИМ сигнала у, будет содержать.выходного напряжения до нуля в систе- ся низкочастотная пульсация с часто" му 10 управления введены две схемы той, в 6 раз.большей частоты сетевоИ 19 и 20

9 и второй сдвоенныи пере" го напряжения. При этом коэффициент

v ключатель 21; причем входы схемы И пульсаций низкочастотной составляю1 с)

9 подключены параллельно входам-схе- щей будет максимальным при = 0 и мы ИДй 13,:а входи схемы И 20 включе- т. = 1. Его величина будет g бе. Пеи ны параллельно входам схемы ИЛИ 16, других значениях ф этот коэффициент а сдвоенный переключатель 21 может пульсаций будет уменьшаться, достиподключать к входу формирователя 14 гая при у = 0,5 своего минимального . выход либо схемы ИЛИ 13, либо И 19, значения 1,43. а к входу формирователя 15 - выход 8. предлагаемой системе управления либо схемы .ИЛИ 16, либо И 20. ; .датчики 8 и 9 формируют напряжения, 964603 пропорциональные ф„ и 0 . Зти напряжения сравниваются на компараторе 12, который в моменты равенства этих напряжений переключается из одного состояния в противоположное (фиг. 2B). Это напряжение и напряжение с выхода ШИИ и (фиг. 21.) поступает.на входы схемы ИЛИ 13, выходное напряжение которой показано на фиг. 23. Это напряжение после усиле- 1о ния формирователем 14 поступает для управления ключом 4. Аналогично формируется напряжение управления ключом 3. Отличие заключается в том, что на вход схемы ИЛИ 16 поступает »5 проинвертированное схемой ИЛИ-НЕ 17 напряжение с выхода компаратора 12.

Напряжение на выходе схемы ИЛИ 16 показано на фиг. 2В.

При рассмотренном законе управле- 2О ния на нагрузке формируется напряжение с частичной модуляцией, показанное на фиг. 2 6..Возможный диапазон регулирования такого напргжения будет равен 2Ы

Для расширения диапазона регулирования сдвоенный переключатель 18 необходимо перевести в нижнее В»оложение. При этом в моменты времени

t и т. д. будут включаться уп- ; равляемые ключи 3, 4, 3 и т. д. В этом случае, при разомкнутом другом.

35 ключе на нагрузке, будет формироваться напряжение, равное огибающей минимальных значений напряжений 0ф„ и 0Ф,» (на фиг, 25, штриховая линия). Если на интервале t ...С при включенном ключе 3 включать и выключать ключ 4 с частотой ШИИ-сигнала, на нагрузке будет формироваться широтно-модулированное напряжение с частичной модуляцией, диапазон регулирования которого

0 . /Ц 0,42. При этом в выходно л йапряжении во всем диапазоне регулирования будет присутствовать низкочастотная пульсация с частотой, в

6 раэ большей частоты. сети. В этом .50 случае напряжения управления ключами, формируемые схемами 13. и 1б показаны соответственно на фиг. 2с» и 8 . Если и такой диапазон регулирования оказывается недостаточным, можно перейти к режиму регулирования с полной

55 модуляцией питающего напряжения.

Для этого переключатель 21 необходимо перевести в нижнее положение.

При этом сигналы управления ключами будут сниматься с выхода схем

И 19 и 20. Зти сигналы управления для случая, когда ключ 18 находится в верхнем положении, показаны соответственно на фиг. 2э и и . Форма напряжения на нагрузке в этом случае представлена на фиг; 2 . В данном режиме, несмотря на то, что регулирование осуществляется с полной модуляцией питающего напряжения, для получения того же среднего значения напряжения на нагрузке U что и при полной модуляции выпрямленного линейного напряжения О,, необходимо работать при больших значениях коэффициента заполнения " . При этом высокочастотная составляющая пульсации выходного напряжения будет меньше.

Таким образом, предлагаемый источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения позволяет, в зависимости от необходимости, получить различные диапазоны регулирования среднего значения выходного напряжения, причем во всех диапазонах исключена низкочастотная пульсация с частотой выпрямленного фазного напряжения. Это позволяет значительно уменьшить габариты сглаживающих фильтров, а в.случае работы источника в режиме стабилизации напряжения, увеличить диапазон допустимого изменения входного напряжения.

Кроме того, во всех диапазонах регулирования выходного напряжения прак-: тически будет отсутствовать вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора вследствие симметричного закона работы управляемых ключей.

В предлагаемой схеме к обеим управляемым ключам в закрытом состоянии прикладывается максимальное напряжение, равное амплитуде фазного напряжения, в то время,,как на нагрузке амплитуда напряжения достигает амплитуды линейного напряжения, т.е. управляемые ключи выбираются на пониженные рабочие напряжения. Зто позволяет использовать предлагаемую схему в качестве регулятора (стабилизатора) напряжения в источниках питания с бестрансформаторным входом.

Формула изобретения

1. Источник регулируемого стабилизированного постоянного напряжения, 964603 содержащий выполненный по мостовой схеме и подключенный к выполненной с нулевым выводом трехфззной вторичной обмотке трансформатора выпрямитель, положительный полюс которого .

5 через управляемый ключ соединен с одним из выводов для подключения нагрузки, два вентиля, .соединенных последовательно, образуя цепочку, включенную параллельно выходным выводам, причем катод одного из вентилей соединен с управляемым ключом, а общая точка соединения вентилей подключена к нулевому выводу вторичной обмотки трансформатора, и широтно-импульсный модулятор, отличающийся тем, что, с целью yMeHbll|eH! R низкочастотной пульсации выходного напряжения и улучшения весогабаритных показателей за счет уменьшения подмагни. 2О чивания сердечника трансформатора, введены дополнительный управляемый ключ, два датчика напряжения и система управления, причем дополнительный управляемый ключ включен между отриг5 цательным полюсом выпрямителя и другим выходным выводом, каждый из датчиков напряжения, выходом соединенный с одним из входов системы управления, включен между нулевым выводом

39 вторичнои обмотки трансформатора и соответствующим полюсом выпрямителя, третий вход системы управления соединен с выходом широтно-импульсного модулятора, а первый и второй выходы системы управления подключены соот- 35 ветственно к управляющим входам управляемых ключей.

2. Источник напряжения flo и. 1, отличающийся тем, что его система управления состоит из ком.

40 паратора, входы которого являются первыми двумя входами системы управления

-! а выход соединен с входом схемы ИЛИ, другой вход которой соединен с выхо-. дом широтно-импульсного модулятора, выход схемы ИЛИ подключен к входу первого формирователя, выход которого является первым выходом системы управления, второго формирователя, выход которого является вторым выходом системы управления, а вход соединен с выходом второй схемы ИЛИ, один из входов которой подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, а другой - соединен с выходом. схемы

ИЛИ-НЕ, вход которой подключен к выходу компаратора.

3. Источник напряжения по и. 2, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, он снабжен сдвоенным переключателем, подключающим выходы компаратора и схемы

ИЛИ-НЕ к входу первой либо второй схемы ИЛИ.

4. Источник напряжения по пп. 2 и

3, отличающийся тем, что, с целью обеспечения регулирования среднего значения выходного напряжения до нуля, он снабжен двумя схемами И, и вторым сдвоенным переключателем, причем входы схем И подключены параллельно входам схем ИЛИ, а указанный сдвоенный переключатель обеспечивает подключение входа первого и второго формирователей к выходу соответствующей схемы ИЛИ либо И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электронная техника и автоматика. Сб. статей под ред. Ю.И. Конева, вып. 6. М., "Советское радио", 1974, с. 58, рис. 1.

2. Авторское свидетельство СССР

9 561950, кл. G 05 F 1/56, 1976.

96ч603 72

ga (016) ирб (gg)

ВНИИПИ Заказ 7628/27 Тираж 914 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уп, Проектная, 4