РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности, в точных, быстродействующих стабилизаторах переменного напряжения.
Известно устройство для регулирования переменного напряжения включающее входной и выходной выводы, общую точку, первый трансформатор, имеющий основную обмотку, подключенную между входным выводом устройства и общей точкой и секционированную обмотку, отпайки которой подключены к соответствующим входам управляемого коммутатора, второй трансформатор, вторичная обмотка которого включена между входным и выходным выводами устройства, управляемый фазовращатель, через который первичная обмотка второго трансформатора подключена к выходу управляемого коммутатора, посредством первого входа фазовращателя, и к общей точке, посредством второго входа фазовращателя, первый трансформатор выполнен повышающим напряжение не менее чем в 2 раза величины диапазона регулирования напряжения, а второй трансформаторы выполнен понижающим напряжение соответственно (см. RU 2245600, С1, МПК Н 02 М 5/12, опубл. 27.01.2005 г., бюлл. №3). Известное устройство позволяет осуществлять ступенчатое регулирование переменного напряжения с шагом, определяемым напряжением между отпайками обмотки первого трансформатора. Причем как повышение требуемой точности регулирования, так и расширение диапазона регулирования требуют увеличения количества отпаек и, соответствующих, ключей коммутатора.
Недостатком известного устройства является наличие жесткой зависимости между требованиями к точности и диапазону регулирования и массогабаритными параметрами регулятора.
Задачей изобретения является уменьшение зависимости между требованиями к точности и диапазону регулирования и массогабаритными показателями.
Техническим результатом является обеспечение повышения точности регулирования без увеличения количества секций обмотки трансформатора и соответствующих им ключей регулятора переменного напряжения.
Указанный результат достигается тем, что в регулятор переменного напряжения, вариант 1, содержащий входной и выходной выводы, общую точку, ключи, управляемый фазовращатель, введены второй управляемый фазовращатель, сигнальный вход которого
через инвертор соединен с сигнальным входом первого фазовращателя, сигнальный вход которого через элемент задержки π/2 соединен с выходом задающего генератора, первый, второй, третий и четвертый ключи, соединены по схеме моста, одной диагональю включенного к выходам перемножителя, а второй диагональю включенного между входным и выходным выводами регулятора, первый вход перемножителя соединен с входным выводом регулятора, а второй вход перемножителя подключен к выходу задающего генератора, входы управления первого и второго ключей, а также входы управления третьего и четвертого ключей попарно объединены и подключены к выходам первого и второго управляемых фазовращателей, соответственно, входы управления которых объединены и являются входом управления регулятора.
Кроме того, управляемые фазовращатели выполнены с взаимнообратными характеристиками управления фазой выходного сигнала.
Известно устройство для регулирования переменного напряжения включающее входной и выходной выводы, общую точку, первый трансформатор, имеющий основную обмотку, подключенную между входным выводом устройства и общей точкой и секционированную обмотку, отпайки которой подключены к соответствующим входам управляемого коммутатора, второй трансформатор, вторичная обмотка которого включена между входным и выходным выводами устройства, управляемый фазовращатель, через который первичная обмотка второго трансформатора подключена к выходу управляемого коммутатора, посредством первого входа фазовращателя, и к общей точке, посредством второго входа фазовращателя, первый трансформатор выполнен повышающим напряжение не менее чем в 2 раза величины диапазона регулирования напряжения, а второй трансформаторы выполнен понижающим напряжение соответственно (см. RU 2245600, С1, МПК Н 02 М 5/12, опубл. 27.01.2005 г., бюлл. №3). Известное устройство позволяет осуществлять осуществлять ступенчатое регулирование переменного напряжения с шагом, определяемым напряжением между отпайками первого трансформатора. Причем как повышение требуемой точности регулирования, так и расширение диапазона регулирования требуют увеличения количества отпаек и, соответственно, ключей коммутатора.
Недостатком известного устройства является наличие жесткой зависимости между требованиями к точности и диапазону регулирования и массогабаритными параметрами регулятора.
Задачей изобретения является уменьшение зависимости между требованиями к точности и диапазону регулирования и массогабаритными показателями.
Техническим результатом является обеспечение повышения точности регулирования без увеличения количества секций обмотки трансформатора и соответствующих им ключей регулятора переменного напряжения.
Указанный результат достигается тем, что в регулятор переменного напряжения, вариант 2, содержащий входные и выходные выводы, один вход и один выход из которых являются общими, трансформатор, ключи, управляемый фазовращатель, введены задающий генератор, второй управляемый фазовращатель, сигнальный вход которого подключен к третьему выходу задающего генератора второй выход которого соединен с сигнальным входом первого управляемого фазовращателя, а его первый выход подключен ко входам управления первого и второго ключей, и через инвертор к входам управления третьего и четвертого ключей, при этом первый, второй, третий и четвертый ключи соединены по схеме моста, одной диагональю включенного между входными выводами, а другой диагональю подключенного к выводам первичной обмотки трансформатора, выводы вторичной обмотки которого соединены с одной диагональю второго моста, состоящего из пятого, шестого, седьмого и восьмого ключей, другой диагональю включенного между соответствующими входным и выходным выводами регулятора, входы управления пятого и шестого ключей объединены и соединены с выходом первого управляемого фазовращателя, входы управления седьмого и восьмого ключей объединены и соединены с выходом второго управляемого фазовращателя, входы управления управляемых фазовращателей объединены и подключены к входу управления регулятора.
Кроме того, - задающий генератор снабжен элементами задержки π/2 и 3/4 π включенными между первым-вторым и первым-третьим выходами соответственно,
- управляемые фазовращатели выполнены с взаимнообратными характеристиками управления фазой выходного сигнала.
Полезная модель поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1 показана структурная схема регулятора переменного напряжения, вариант 1, на Фиг.2 - структурная схема регулятора переменного напряжения, вариант 2, на Фиг.3 - эпюры напряжений, поясняющие работу импульсного модулятора.
Регулятор переменного напряжения, вариант 1, содержит входной 1 и выходной 2 выводы, общую 3 точку, первый 4, второй 5, третий 6, и четвертый 7 ключи, первый 8 и второй 9 управляемые фазовращатели, при этом сигнальный вход второго управляемого фазовращателя через инвертор 10 соединен с сигнальным входом первого фазовращателя, который своим сигнальным входом через элемент 11 задержки π/2 соединен с выходом задающего генератора 12. Первый, второй, третий и четвертый ключи, соединены по схеме моста, одной диагональю соединенного к выходам перемножителя 13, а второй диагональю включенного между входным и выходным выводами. Первый вход перемножителя соединен с входным выводом регулятора, а второй вход перемножителя подключен к выходу задающего генератора. Входы управления первого и второго ключей, а также входы управления третьего и четвертого ключей попарно объединены и подключены к выходам первого и второго управляемых фазовращателей, соответственно, входы управления первого и второго управляемых фазовращателей объединены и являются входом 14 управления регулятора.
Управляемые фазовращатели выполнены с взаимнообратными характеристиками управления фазой выходного сигнала.
Регулятор переменного напряжения, вариант 1, работает следующим образом.
у
T
Входное переменное напряжение прикладывается между входным 1 и общим 3 выводами регулятора, при этом управляющее напряжение подается на вход управления фазовращателей импульсного модулятора. Входное регулируемое напряжение преобразуется в перемножителе в напряжение более высокой частоты. Входное напряжение перемножается на импульсный сигнал - меандр с выхода задающего генератора U, определяющего значение частоты преобразования. На выходе перемножителя формируется напряжение U.
мод
фв1
фв2
p
p
Мост, состоящий из четырех ключей обеспечивает полупериодное выпрямление напряжения, и суммирование его с входным напряжением. При отсутствии входного напряжения форма выходного напряжения имеет вид эпюры U. Напряжение на нагрузке будет зависеть от фазы импульсного сигнала с выходов управляемых фазовращателей U и U. Так, например, режим максимальной добавки напряжения осуществляется при максимальном входном сигнале управления, когда разность фаз между импульсным сигналом задающего генератора и сигналов на выходах управляемых фазовращателей α=0 и β=0. При этом ключи моста замыкаются по циклу 1,4-2,3, а напряжение с выходов перемножителя все время включается согласно с входным напряжением, обеспечивая на нагрузке неискаженное напряжение
T
1
2
где: k=ω/ω - коэффициент передачи перемножителя.
Ω - частота регулируемого напряжения,
m
U - амплитуда регулируемого напряжения.
p1
p1
Режим регулируемой добавки обеспечивается таким изменением управляющего сигнала от максимального значения и ниже, когда углы регулирования α и β изменяются в пределах от 0 до четверти периода импульсного сигнала задающего генератора. В этом режиме ключи замыкаются по циклу 2,4-4,1-1,3-3,2-2,4, а на нагрузке формируется напряжение
где n=ω/ Ω - кратность преобразования частоты.
p2
p2
н2
Режим неискаженной (прямой) передачи входного регулируемого напряжения обеспечивается при углах регулирования α и β, равных четверти периода напряжения частоты преобразования, при этом ключи моста замыкаются по циклу 2,4-1,3-2,4. На нагрузке действует неискаженное напряжение u, равное входному напряжению:
m
u=Usin Ωt.
p3
p3
Дальнейшее уменьшение управляющего сигнала обеспечивает режим регулируемого уменьшения напряжения, углы регулирования α и β становятся больше четверти периода напряжения частоты преобразования, а ключи моста замыкаются по циклу 4,2-2,3-3,1-1,4-4,2. На нагрузке при этом формируется напряжение.
где n=ω/ Ω - кратность преобразования частоты.
p
р
При управляющем сигнале, имеющем некоторое минимальное значение, углы регулирования α и β равны 180° ключи моста замыкаются по циклу 3,2-1,4 и на нагрузке действует напряжение, равное их разности:
Таким образом, регулятор переменного напряжения обеспечивает две зоны регулирования, причем полный цикл регулирования в каждой зоне и переход из зоны в зону осуществляются плавно, без каких-либо логических операций, а однозначным изменением сигнала управления. Регулятор может быть использован в качестве ячейки для построения сложных структур.
Все узлы и элементы регулятора переменного напряжения могут быть выполнены на стандартных элементах с использованием ИМС различных серий.
Таким образом, предлагаемый регулятор переменного напряжения, вариант 1, имеет меньшую зависимость между требованиями к точности и диапазону регулирования и массогабаритными показателями. Предлагаемый регулятор переменного напряжения обеспечивает более высокую точность регулирования без увеличения количества секций обмотки трансформатора и соответствующих им ключей регулятора переменного напряжения то есть без ухудшения массогабаритных параметров регулятора переменного напряжения.
Регулятор переменного напряжения, вариант 2, содержит входные 1 и выходные 2 выводы, один вход и один выход из которых являются общими 3, трансформатор 4, восемь ключей, задающий генератор 5, первый 6 и второй 7 управляемый фазовращатели, сигнальные входы которых подключен к второму и третьему выходам задающего генератора, соответственно. Первый выход задающего генератора подключен ко входам управления первого 8 и второго 9 ключей, и через инвертор 10 к входам управления третьего 11 и четвертого 12 ключей, при этом первый, второй, третий и четвертый ключи соединены по схеме моста, одной диагональю включенного между входными 1 выводами, а другой диагональю - к выводам первичной обмотки трансформатора 4, выводы вторичной обмотки которого соединены с диагональю второго моста, состоящего из пятого 13, шестого 14, седьмого 15 и восьмого 16 ключей. Другая диагональ второго моста включена между соответствующими входным 1 и выходным 2 выводами регулятора. Входы управления пятого и шестого ключей соединены с выходом первого управляемого фазовращателя, входы управления седьмого и восьмого ключей соединены с выходом второго управляемого фазовращателя. Входы управления управляемых фазовращателей объединены и подключены к входу управления регулятора переменного напряжения.
Задающий генератор снабжен элементами задержки π/2 и 3/4 π включенными между первым-вторым и первым-третьим выходами соответственно, так, что сигналы на втором и третьем выходах по форме идентичны сигналу на первом выходе и имеют соответствующую задержку.
Регулятор переменного напряжения, вариант 2, работает следующим образом.
Входное переменное напряжение прикладывается между входными 1 выводами регулятора, а управляющее напряжение прикладывается к входам управления фазовращателей импульсного модулятора.
у
c
T
Входное регулируемое напряжение преобразуется в напряжение более высокой частоты с помощью первого, второго, третьего и четвертого ключей, включенных по схеме моста и выполняющих функцию перемножителя, при этом входное напряжение перемножается на импульсный сигнал с выхода задающего генератора U, определяющего значение частоты преобразования. Импульсный сигнал - меандр с выхода задающего генератора поступает на управление ключей первого моста и определяет цикл их замыкания. Цикл замыкания ключей повторяется на любом периоде повышенной частоты преобразования и может быть условно представлен через порядковые номера соответствующих ключей следующим образом: 2,3-1,4. Первый, второй, третий и четвертый ключи попеременно соединяют с входными выводами первичную обмотку трансформатора в прямом и обратном направлении, преобразуя тем самым входное напряжение U в напряжение повышенной частоты U.
мод
фв1
фв2
p
p
Второй мост, состоящий из пятого, шестого, седьмого и восьмого ключей обеспечивает полупериодное выпрямление напряжения, и суммирование его с входным напряжением. При отсутствии входного напряжения форма выходного напряжения имеет вид эпюры U. Напряжение на нагрузке будет зависеть от фазы импульсного сигнала с выходов управляемых фазовращателей U и U. Так, например, режим максимальной добавки напряжения осуществляется при максимальном входном сигнале управления, когда разность фаз между импульсным сигналом задающего генератора и сигналов на выходах управляемых фазовращателей α=0 и β=0. При этом ключи второго моста замыкаются по циклу 5,8-6,7, а напряжение вторичной обмотки трансформатора все время включается согласно с напряжением сети, обеспечивая на нагрузке неискаженное напряжение
T
1
2
где: k=ω/ω - коэффициент трансформации трансформатора 4.
Ω - частота регулируемого напряжения,
m
U - амплитуда регулируемого напряжения.
p1
p1
Режим регулируемой добавки обеспечивается таким изменением управляющего сигнала от максимального значения и ниже, когда углы регулирования α и β изменяются в пределах от 0 до четверти периода импульсного сигнала задающего генератора. В этом режиме ключи замыкаются по циклу 6,8-8,5-5,7-7,6-6,8, а на нагрузке формируется напряжение
где n=ω/ Ω - кратность преобразования частоты.
p2
p2
н2
Режим неискаженной (прямой) передачи входного регулируемого напряжения обеспечивается при углах регулирования α и β, равных четверти периода напряжения частоты преобразования, при этом ключи второго моста замыкаются по циклу 6,8-5,7-6,8. Трансформатор в этом режиме работает на холостом ходу, так как его вторичная обмотка все время разомкнута, на нагрузке действует неискаженное напряжение u, равное напряжению с выхода трансформторно-ключевого регулирующего органа:
m
u=Usin Ωt.
p3
p3
Дальнейшее уменьшение управляющего сигнала обеспечивает режим регулируемого уменьшения напряжения, углы регулирования α и β становятся больше четверти периода напряжения частоты преобразования, а ключи второго моста замыкаются по циклу 8,6-6,7-7,5-5,8-8,6. На нагрузке при этом формируется напряжение.
где n=ω/ Ω - кратность преобразования частоты.
p
р
При управляющем сигнале, имеющем некоторое минимальное значение, углы регулирования α и β равны 180°, ключи второго моста замыкаются по циклу 7,6-5,8 и напряжение вторичной обмотки трансформатора все время включается встречно с напряжением сети, а на нагрузке действует напряжение, равное их разности:
Таким образом, регулятор переменного напряжения обеспечивает две зоны регулирования, причем полный цикл регулирования в каждой зоне и переход из зоны в зону осуществляются плавно, без каких-либо логических операций, а однозначным изменением сигнала управления. Регулятор может быть использован в качестве ячейки для построения сложных структур.
Все узлы и элементы регулятора переменного напряжения могут быть выполнены на стандартной элементной базе с использованием ИМС различных серий.
Таким образом, предлагаемый регулятор переменного напряжения, вариант 2, имеет меньшую зависимость между требованиями к точности и диапазону регулирования и
массогабаритными показателями. Предлагаемый регулятор переменного напряжения обеспечивает более высокую точность регулирования без увеличения количества секций обмотки трансформатора и соответствующих им ключей регулятора переменного напряжения, то есть без ухудшения массогабаритных параметров регулятора переменного напряжения.