ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 1994 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования постоянного напряжения на нагрузке при питании от трехфазной сети переменного тока.

Известно устройство (1)/ представляющее собой мостовой выпрямитель с тремя силовыми управляемыми вентильными элементами - тиристорами/ обеспечивающее широкий диапазон регулирования выходного напряжения/ но имеющее для каждого тиристора свой блок импульсно-фазового регулирования/ из-за чего такое устройство сложно.

Известен также простой трехфазный управляемый вентиль (2)/ выбранный за прототип/ с тремя силовыми тиристорами и одним блоком импульсно-фазового регулирования. Недостатком этого устройства является малый диапазон регулирования выходного напряжения от 25% до 100% максимального значения.

Задачей/ решаемой предлагаемым устройством/ является регулирование напряжения на выходе в широких пределах при сохранении одного блока регулирования трех тиристоров/ т.е. при сохранении простоты его выполнения. Решение поставленной задачи обеспечивается тем/ что в преобразователе переменного напряжения в постоянное/ содержащем трехфазный вентильный выпрямитель/ вход переменного тока которого соединен с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающей сети/ а выход постоянного тока соединен с выходными выводами для подключения нагрузки/ причем в качестве вентилей катодной группы выпрямителя использованы тиристоры/ а также систему управления тиристорами/ система управления указанными тиристорами выпрямителя выполнена в виде трех отдельных простых блоков управления/ каждый из которых имеет два входа и один выход/ соединенный с управляющим электродом соответствующего тиристора/ причем первый вход первого блока управления соединен с третьим входным выводом/ первый вход второго блока управления соединен с первым входным выводом/ первый вход третьего блока управления соединен со вторым входным выводом/ а вторые входы блоков управления объединены и соединены с общим выводом катодов тиристоров.

Техническим результатом решения поставленной задачи является простой трехфазный выпрямитель с тремя силовыми тиристорами и одним блоком регулирования выходного напряжения/ обеспечивающий на нагрузке широкий диапазон изменения напряжения от близкого к нулю до почти максимального возможного в мостовых выпрямителях.

Подобный технический результат достигается и устройством (3)/ в котором также используются три блока управления и один блок регулирования для трех тиристоров. По сравнению с ним предлагаемое устройство имеет меньшее число управляемых силовых элементов/ более простые блоки управления с меньшим числом связей и больший диапазон регулирования выходного напряжения.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на элементах схемы и нагрузке.

Преобразователь переменного напряжения в постоянное фиг.1 содержит трехфазный мостовой выпрямитель из тиристоров катодной группы 1/ 2 и 3 и диодов анодной группы 4/ 5 и 6/ входные выводы переменного тока 7/ 8 и 9 которого предназначены для подключения соответствующих фаз питающей сети/ а к выходным выводам подключена нагрузка 10. Система управления тиристорами 1/ 2 и 3 выполнена в виде трех одинаковых блоков управления 11/ 12 и 13 и блока регулирования 14/ который подает отпирающие сигналы на управляющие переходы тиристоров 1/ 2 и 3 через резисторы 15/ 16 и 17 соответственно. Блок регулирования 14 подключен к входным выводам 7/ 8 и 9 через диоды 18/ 19 и 20/ соединенные в звезду/ и соединен также с общим выводом катодов тиристоров 1/ 2 и 3.

Одинаковые блоки управления 11/ 12 и 13 имеют первые входы 21/ 22 и 23/ вторые входы 24/ 25 и 26 и выходы 27/ 28 и 29 соответственно. Первый вход 21 блока 11 соединен с третьим входным выводом 9/ первый вход 22 блока 12 соединен с первым входным выводом 7/ а первый вход 23 третьего блока 13 соединен со вторым входным выводом 8. Вторые входы 24/ 25 и 26 блоков 11/ 12 и 13 объединены и соединены с общим выводом катодов тиристоров 1/ 2 и 3/ а выходы 27/ 28 и 29 блоков 11/ 12 и 13 соединены соответственно с выводами управляющих переходов тиристоров 1/ 2 и 3. Блоки управления 11/ 12 и 13 включают в себя соответственно транзисторы 30/ 31 и 32/ диоды 33/ 34 и 35/ резисторы 36/ 37 и 38 и конденсаторы 39/ 40 и 41. В блоке управления 11 последовательная цепочка из диода 33 и резистора 36 подсоединена одним выводом к базе транзистора 30/ причем свободный вывод анода диода 33 образует первый вход блока 11/ конденсатор 39 подсоединен одним выводом к катоду диода 33/ а другим выводом - к эмиттеру транзистора 39 и их общая точка образует второй вход блока 11/ а выход блока 11 образует вывод коллектора транзистора 30. Остальные блоки управления 12 и 13 содержат такие же элементы/ как и блок 11/ с аналогичными связями между ними/ показанными на фиг. 1. На фиг.2 представлен вариант выполнения блока управления 11 (блоки 11/ 12 и 13 одинаковы). Такой блок включает транзистор 42/ диод 43/ резистор 44 и индуктивность 45. Последовательная цепочка LR из индуктивности 45 и резистора 44 подает ток/ отпирающий транзистор 42/ от первого входа 21/ от обратного напряжения на базе переход база-эмиттер защищен диодом 43/ и как на фиг.1/ вывод эмиттера транзистора 42 образует второй вход 24/ а вывод коллектора - выход 27 блока 11.

На фиг.3 представлены временные диаграммы/ поясняющие работу схемы: 46 - напряжение между выводами сети 7 и 8; 47 - напряжение -"- 8 и 9; 48 - напряжение -"- 9 и 7; 49 и 50 - напряжения на нагрузке 10/ близкие к пределам регулирования: максимальному и минимальному соответственно.

Предлагаемый преобразователь отличается от прототипа введенными блоками управления 11/ 12 и 13/ которые выполнены и соединены таким образом/ что шунтируют управляющие переходы тиристоров 1/ 2 и 3/ в частности/ в тот промежуток времени/ когда напряжение на аноде предыдущего по времени работы тиристора падает к нулю.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на схему в момент времени t_o (фиг.3б) выпрямленное трехфазным мостом из диодов 18...20 и 4...6 напряжение сети подается практически целиком на блок регулирования 14. Через промежуток времени/ определяемый задатчиком выходного напряжения в блоке 14/ к резисторам 15/ 16 и 17 прикладывается в момент времени t₁ от блока 14 напряжение и отпирается тот из тиристоров 1/ 2 или 3/ на аноде которого наибольшее положительное напряжение и управляющий переход которого не зашунтирован одним из открытых транзисторов 30/ 31 или 32 (в данном случае - тиристор 1). На нагрузку 10 подается напряжение сети/ а блок регулирования 14 шунтируется открытым тиристором 1.

В случае/ когда блоком регулирования 14 задано большое значение выходного напряжения (диаграмма 49 на фиг.3б)/ пока напряжение на нагрузке равно выпрямленному напряжению сети/ напряжения на блоке регулирования нет. Начиная с момента времени t₂ на блоке регулирования появляется напряжение (на фиг.3б - заштриховано) и в момент времени t₃/ как и раньше/ от блока 14 подается напряжение на резисторы 15/ 16 и 17 и отпирается тиристор 2. Это происходит из-за того/ что напряжение на его аноде больше/ чем на катоде открытого тиристора 1/ а транзистор 31 закрыт/ так как отпирающая его цепочка от входа 22 к входу 25 блока 12 зашунтирована тем же пока открытым тиристором 1. После отпирания тиристора 2 тиристор 1 запирается обратным током/ напряжение сети снова прикладывается только к нагрузке 10 до момента времени t₄/ где опять часть напряжения сети начнет прикладываться к блоку регулирования 14 и т.д./ в результате чего на нагрузку 10 будет подаваться почти полное выпрямленное напряжение сети.

В зоне пульсирующих напряжений на нагрузке (для проводящего состояния тиристора 1/ начиная с момента времени t₅/ фиг.3в) отпирающее напряжение/ поступающее на резисторы 15/ 16 и 17/ в промежутке времени t₅...t₆ не будет открывать тиристор 2/ так как в базу шунтирующего его управляющий переход транзистора 31 втекает ток от входа 22 к входу 25 блока 12. В этом случае тиристор 1/ открываясь/ подает на нагрузку напряжение (диаграмма 50/ фиг. 3в) и шунтирует входные выводы блока 12. Включение тиристора 2 возможно сохраняющимся напряжением на резисторе 16/ но этого не произойдет/ так как конденсатор 40 разряжается на базовый переход транзистора 31/ поддерживая его в открытом состоянии. Открывание тиристора 1 уменьшает напряжение на блоке регулирования 14/ который после момента времени t₆ начнет отсчет угла задержки включения следующего тиристора 2 в момент времени t₇/ после чего откроет его и т.д.

Таким образом/ схема (фиг.1) при своей простоте может регулировать напряжение на нагрузке 10 практически от максимально возможного до нуля/ причем можно отметить/ что при выполнении блока регулирования 14 простым/ аналогично выполненному в прототипе/ небходимо не приближаться к началу и концу зоны регулирования напряжения/ так как в этих случаях условия работы блока регулирования усложняются. Предельные - практические кривые напряжения на нагрузке для такого случая примерно показаны на фиг.3б и 3в.

Блок управления/ показанный на фиг.2/ позволяет получить более близкие к нулю значения выходного напряжения и даже полностью снять напряжение с нагрузки/ так как отстающий по фазе от напряжения ток в индуктивности 45 препятствует включению последующего тиристора даже при отрицательном напряжении на предыдущем.

Предложенная схема работает также/ если из нее исключить диоды 4/ 5 и 6 и освободившийся вывод нагрузки 10 подключить к нейтрали питающей сети/ т. е. и в качестве трехфазного однополупериодного управляемого выпрямителя.

Изобретение может быть использовано в преобразовательной технике для регулирования постоянного напряжения на нагрузке при питании преобразователя от сети переменного тока. Сущность изобретения: устройство состоит из трехфазного мостового выпрямителя с тиристорами 1 - 3 катодной группы и диодами 4 - 6 анодной группы вентилей, трех блоков (по числу тиристоров) управления 11 - 13, блока регулирования 14 выходного напряжения, резисторов 15 - 17, причем каждый из блоков управления состоит из транзистора 30 (31, 32), резистора 36(27, 38), диода 33(34, 35) и конденсатора 39(40, 41). Блоки управления 11 - 13 тиристорами осуществляют препятствие отпиранию последующего по времени включения тиристора при углах проводимости предыдущего тиристора в 60 эл.град. и менее. Преобразователь обеспечивает диапазон регулирования выходного напряжения, приближающийся к максимальному, прост в исполнении. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий трехфазный вентильный выпрямитель, вход переменного тока которого соединен с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающей сети, а выход постоянного тока соединен с выходными выводами для подключения нагрузки, причем в качестве вентилей катодной группы выпрямителя использованы тиристоры, а также систему управления тиристорами и блок регулирования выходного напряжения, выход которого через соответствующие резисторы соединен с управляющими электродами указанных тиристоров, отличающийся тем, что система управления указанными тиристорами выпрямителя выполнены в виде трех отдельных блоков управления, каждый из которых имеет два входа и один выход, соединенный с управляющим электродом соответствующего тиристора, причем первый вход первого блока управления соединен с третьим входным выводом, первый вход второго блока управления соединен с первым входным выводом, первый вход третьего блока управления соединен с вторым входным выводом, а вторые входы блоков управления объединены и соединены с общим выводом катодов тиристоров. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что каждый из указанных блоков управления выполнен в виде транзистора, диода, резистора и конденсатора, причем база транзистора соединена с первым выводом резистора, свободный вывод которого соединен с первым выводом конденсатора и катодом диода, анод которого образует первый вход, второй вывод конденсатора объединен с эмиттером транзистора и образует второй вход, а вывод коллектора транзистора является выходом блока управления. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что каждый из указанных блоков управления выполнен в виде транзистора, диода, резистора и индуктивности, причем резистор и индуктивность соединены последовательно и образуют цепочку, один вывод которой соединен с базой транзистора, а свободный вывод образует первый вход блока, диод подключен параллельно переходу база - эмиттер транзистора и общая точка его катода и эмиттера образует второй вход блока, а вывод коллектора транзистора является выходом блока управления.