М-ФАЗНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
M-PHASE VARIABLE VOLTAGE REGULATOR

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине переменное напряжение, и может быть использовано для регулирования и стабилизации переменного напряжения на нагрузке в бортовых системах электроснабжения автономных объектов, а также в устройствах плавного пуска двигателей переменного напряжения.
Известен m-фазный регулятор переменного напряжения, состоящий из однофазных регуляторов переменного напряжения, построенных на базе мостовых схем с полностью управляемыми ключами переменного тока, в состав которого также входят высокочастотный трансформатор и нагрузка (Модуляционные источники питания РЭА / Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. - Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. 336 стр. 39).
Недостатком такого регулятора является большое количество полностью управляемых ключей переменного тока на первичной и вторичной стороне трансформатора.
Известен m-фазный регулятор переменного напряжения, состоящий из однофазных регуляторов переменного напряжения (Модуляционные источники питания РЭА / Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. - Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. - 336 стр. 61), являющийся прототипом. Рассмотрим структуру такого m-фазного регулятора переменного напряжения на примере одной фазы. К первичной стороне трансформатора со средней точкой к верхнему и нижнему выводам подключены по два параллельных полностью управляемых ключа переменного тока и встречно-параллельный диод, к средней точке подключен источник входного напряжения, к вторичной стороне трансформатора к верхнему и нижнему выводам подключены полностью управляемые ключи переменного тока.
Недостатком такого регулятора является большое количество полностью управляемых ключей переменного тока на первичной стороне трансформатора m-фазного регулятора переменного напряжения, что усложняет схему.
Задачей предлагаемого изобретения является создание более простого m-фазного регулятора переменного напряжения.
Поставленная задача достигается тем, что в m-фазном регуляторе переменного напряжения, содержащем m высокочастотных трансформаторов со средней точкой, к вторичной стороне которых подключены полностью управляемые ключи переменного тока, на первичной стороне трансформатора дополнительно введены два диодных m-фазных моста с двумя дополнительными транзисторами в каждом мосту, при этом выводы одних половинок первичных обмоток трансформатора подключены к входам одного диодного m-фазного моста, а выходы соответствующих вторых половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам второго диодного m-фазного моста, к выходам мостов подключены по два последовательных транзистора, средние точки которых соединены с общей точкой источника питания.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого m-фазного регулятора переменного напряжения на примере трехфазного регулятора переменного напряжения, на фиг.2 представлены диаграммы переменного напряжения на нагрузке Un и тока In одной из фаз регулятора, приведенные в относительных единицах. На фиг.3 представлены диаграммы переменного напряжения Еа и тока Iа на входе одной из фаз регулятора.
М-фазный регулятор переменного напряжения (фиг.1) содержит высокочастотные трансформаторы 1, 2, 3, имеющие первичную и вторичную обмотки со средними точками, к выводам одних половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам трехфазного диодного моста ДМ 4, содержащего диоды 5-10, к выходам которого подключены два последовательных транзистора 11-12, средние точки которых соединяются с общей точкой источника питания; выходы соответствующих вторых половинок первичных обмоток трансформаторов подключены к входам второго трехфазного диодного моста ДМ 13, содержащего диоды 14-19 соответственно, к выходам которого подключены два последовательных транзистора 20-21, средние точки которых соединяются с общей точкой источника питания. К средним точкам первичных обмоток трансформатора подключается источник трехфазного входного напряжения ИВН 22, содержащий в себе три фазы 23, 24, 25. К концам вторичных обмоток трансформатора подключены полностью управляемые ключи переменного тока 26-27, 28-29, 30-31. Активно-индуктивная нагрузка Н32 - последовательное соединение активного сопротивления 33, 34, 35 и индуктивного сопротивления 36, 37, 38 в каждой фазе соответственно.
М-фазный регулятор переменного напряжения работает следующим образом. В случае, когда входное напряжение Еа в относительных единицах равняется единице, то оно полностью повторится и в нагрузке, когда напряжение ШИМ вольтодобавки равняется нулю (фиг.2). Рассмотрим случай, когда входное напряжение Еа меньше требуемого напряжения (фиг.3). В этом случае, на ключи переменного тока подаются управляющие прямоугольные импульсы широтно-импульсного регулирования, и напряжение на выходе Un будет являться суммой двух векторов - входного напряжения и напряжения вольтодобавки (фиг.2). Для протекания тока во вторичной обмотке трансформатора, на ключи переменного тока 13-14, 16-17, 19-20 подаются управляющие импульсы так, что для создания нулевой паузы в напряжении в каждой фазе управляющие импульсы перекрывают друг друга на требуемое время, тем самым создавая эффект нулевого вентиля, в результате чего входной ток Iа будет иметь импульсную составляющую. Для улучшения качества входного тока, очевидно, потребуется наличие соответствующего L-C фильтра на выходе каждой фазы источника напряжения (на фиг.1. не показан).
Таким образом, общее число управляемых транзисторов на первичной стороне трансформаторов предлагаемого регулятора переменного напряжения равно 4, независимо от числа фаз, т.е. он получается проще. В схеме регулятора прототипа общее число ключей переменного тока существенно больше, так как каждый ключ переменного тока содержит по два транзистора, а общее число ключей переменного тока на первичных обмотках трансформаторов равно 2 m, где m - число фаз, т.е. больше на 2, 8, 14, 20 при числе фаз 3, 6, 9, 12 соответственно.
Дополнительно, в рассмотренной системе регулирования напряжения обеспечивается повышенное напряжение на его выходе по сравнению с напряжением на входе, что используется для регулирования и стабилизации напряжения на нагрузке при снижении входного напряжения ниже номинального.