Управляемый трёхфазный выпрямитель с плавным регулированием выходного напряжения Российский патент 2025 года по МПК H02M7/162 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой преобразовательной технике, в которой осуществляется необратимое преобразование энергии переменного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе при помощи полупроводниковых приборов и может быть использовано для построения регулируемых источников энергии постоянного тока для осуществления электропитания электроприводов постоянного тока и иных установок, использующих энергию постоянного тока.

Известен управляемый выпрямитель, содержащий входной силовой трансформатор, вторичные обмотки которого подключены к входу вентильного блока, выполненного на неуправляемых полупроводниковых вентилях с дросселями насыщения с тремя обмотками, тиристоры и блок импульсно-фазового управления, отличающийся тем, что содержит дополнительный выпрямитель, образованный неуправляемыми полупроводниковыми вентилями, подключенными к третьим обмоткам соответствующих дросселей насыщения, первые обмотки которых включены последовательно с соответствующими неуправляемыми полупроводниковыми вентилями вентильного блока, вторые обмотки всех дросселей насыщения соединены последовательно и подключены к источнику тока смещения, третьи обмотки дросселей насыщения подключены к силовым электродам соответствующих тиристоров, управляющие электроды которых соединены с соответствующими выходами блока импульсно-фазового управления, причем выход постоянного тока дополнительного выпрямителя подключен согласно параллельно к выходу постоянного тока управляемого выпрямителя (патент RU 2172056 С1, МПК Н02М 7/17 (2000.01), Н02М 7/219 (2000.01)).

Недостатки управляемого выпрямителя заключаются в необходимости расходования значительной мощности на управление выпрямителем при помощи дросселей насыщения, а также в том, что требуется применение входного силового трансформатора, что значительно ухудшает массогабаритные характеристики устройства.

Известен трехфазный управляемый выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, содержащей в своем составе устройство согласования, отличающийся тем, что в блоке силовых вентилей в качестве ключей установлены полностью управляемые вентили - транзисторы, а в систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входному выводу формирователя импульсов управления, ко второму входному выводу которого подключен выход датчика выпрямленного напряжения, а выходной вывод формирователя импульсов управления подключен к входному выводу циклического регистра сдвига, имеющего три выходных вывода, которыми он подключен к трем из шести входных выводов схемы выбора включаемых вентилей, к остальным трем входным выводам схемы выбора включаемых вентилей подключены выходные выводы устройства сравнения фазных напряжений, которое тремя своими входными выводами подключено к фазным проводникам питающей сети, а шесть выходных выводов схемы выбора включаемых вентилей через устройство согласования соединены с управляющими выводами силовых вентилей блока силовых вентилей (патент RU 2279178 С1, МПК Н02М 7/162 (2006.01)).

Недостатки данного трехфазного управляемого выпрямителя состоят в высокой сложности примененных технических решений и наличии значительного числа составляющих устройства, что отрицательно сказывается на надежности работы устройства. Кроме того, применение входного и выходного фильтров ухудшает массогабаритные показатели устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является управляемый выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, на полностью управляемых вентилях-транзисторах, датчика напряжения, трех дросселей входного фильтра, двух конденсаторов выходного фильтра и системы управления, отличающийся тем, что введены второй - пятый датчики напряжения и первый - четвертый датчики тока, первый - третий входные зажимы соединены со средними точками первого - третьего плеч через последовательно соединенные первый - третий дроссели и первый - третий датчики тока соответственно, первый зажим первого конденсатора соединен с плюсовой шиной мостовой схемы и с плюсовым выходным зажимом через четвертый датчик тока, первый зажим второго конденсатора соединен с минусовой шиной мостовой схемы и с минусовым выходным зажимом, вторые зажимы конденсаторов подключены к общему проводу, третий - пятый датчики напряжения подключены между первым - третьим зажимами соответственно и общим проводом, первый - второй датчики напряжения подключены между первым и вторым зажимами первого и второго конденсаторов соответственно, выходы первого - пятого датчиков напряжения и первого - четвертого датчиков тока соединены с входами первого - третьего блоков системы управления, а их выходы соединены с управляющими входами первого - шестого транзисторов, причем блоки системы управления выполнены с возможностью реализации законов формирования относительной длительности импульсов для фаз А, В, С (патент RU 2634348, МПК Н02М 7/219 (2006.01)).

Недостатком данного управляемого выпрямителя является наличие прямой гальванической связи между стороной переменного тока и стороной постоянного тока через датчики напряжения переменного тока, общий провод, датчики постоянного тока и конденсаторы выходного фильтра, что отрицательно сказывается на электробезопасности и надежности эксплуатации устройства. Также данное устройство характеризуется значительным числом входящих в его состав разнотипных элементов и приборов, что негативно сказывается на надежности устройства в целом.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании управляемого трехфазного выпрямителя с плавным регулированием выходного напряжения, способного обеспечивать высокую надежность эксплуатации во всем диапазоне выходного напряжения при условии сохранения малых массогабаритных показателей за счет применения оригинальной системы управления силовыми вентилями.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в управляемом трехфазном выпрямителе с плавным регулированием выходного напряжения, содержащем блок силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме и систему управления, согласно изобретению, система управления содержит в себе устройство согласования моментов формирования сигналов управления с фазой напряжения питающей сети и устройство управления, причем устройство согласования моментов формирования сигналов управления с фазой напряжения питающей сети содержит генераторы линейного изменяющегося напряжения по числу силовых вентилей и устройство управления, вход каждого генератора линейного изменяющегося напряжения соединен через элемент гальванической развязки с клеммой управления соответствующего силового вентиля, соединенной с соответствующей фазой напряжения, а его выход соединен с соответствующей клеммой линейного изменяющегося напряжения устройства управления, управление силовыми вентилями осуществляется устройством управления на основании сигналов, получаемых от генераторов линейного изменяющегося напряжения и напряжения, которое задается регулятором, являющимся переменным резистором, кроме того, выход устройства управления соединен с клеммами управления соответствующего силового вентиля через соответствующий элемент гальванической развязки.

Высокая надежность эксплуатации во всем диапазоне выходного напряжения обусловлена применением в предлагаемом изобретении исключительно базовых электронных компонентов, простейших полупроводниковых приборов и аналоговых интегральных схем. Принципы управления, применяемые в изобретении, также основаны на использовании аналоговых электрических сигналов и имеют высокую помехоустойчивость.

Сохранение малых массогабаритных показателей обеспечивается отсутствием необходимости применения габаритных электрических приборов, таких как: разделительный силовой трансформатор, фильтр присоединения и аналогичных приборов.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображена его структурная схема (фиг. 1), схема электрическая принципиальная блока силовых вентилей (фиг. 2), схема электрическая принципиальная устройства согласования (фиг. 3), схема электрическая принципиальная устройства управления (фиг. 4).

Управляемый трехфазный выпрямитель с плавным регулированием выходного напряжения является электронным устройством, содержащим ряд функциональных блоков, а именно: блок силовых вентилей 1, устройство согласования 2, устройство управления 3, блок питания 4 (в изобретении не рассматривается).

Блок силовых вентилей 1 является электронным устройством, содержащим ряд элементов, а именно: силовые вентили 5, являющиеся тиристорами, вводные клеммы устройства 6, выходные клеммы устройства 7, вспомогательные клеммы управления 8 (используются для управления силовыми вентилями). При помощи силовых вентилей 5 происходит преобразование энергии переменного тока питающей сети в энергию постоянного тока на выходе управляемого трехфазного выпрямителя с возможностью плавного регулирования уровня выходного напряжения.

В блоке силовых вентилей 1 силовые вентили 5 соединены по трехфазной мостовой схеме (трехфазный выпрямитель «три полумоста параллельно, объединенные звездой»), причем подача переменного напряжения из питающей сети производится через вводные клеммы устройства 6 («А», «В», «С»), а снятие выходного постоянного напряжения производится через выходные клеммы устройства 7 («U+», «U-»). Управление силовыми вентилями 5 производится при помощи подачи управляющих сигналов на вспомогательные клеммы управления 8, которые подключаются к управляющему электроду и катоду каждого силового вентиля 5, являющегося тиристором. Кроме того, посредством трех вспомогательных клемм управления 8 («К1», «К3», «К5») производится подача фазных напряжений из питающей сети на устройство согласования 2.

Устройство согласования 2 является электронным устройством, содержащим ряд элементов, а именно: вспомогательные клеммы управления 8 («К1», «К3», «К5»), клеммы подачи напряжения блока питания 9, клеммы линейного изменяющегося напряжения 10, делители напряжения, построенные на базе резисторов 11 и конденсаторов 12, резисторы токоограничивающие 13, оптроны транзисторные 14, генераторы линейного изменяющегося напряжения, построенные на базе электролитических конденсаторов 15 и резисторов 16. Устройство согласования 2 обеспечивает согласование момента формирования сигналов управления с фазой напряжения питающей сети.

В устройстве согласования 2 делители напряжения, построенные на базе резисторов 11 и конденсаторов 12, соединенных последовательно соединены по схеме «звезда», причем первые выводы резисторов 11 подключены к вспомогательным клеммам управления 8 (резистор R4 к клемме «К1», резистор R5 к клемме «К3», резистор R6 к клемме «К5»), общая точка данной схемы соединения «звезда» подключена к первым обкладкам конденсаторов 12 (С4, С5, С6), при этом вторые обкладки конденсаторов 12 подключены ко вторым выводам резисторов 11 и одновременно к первым выводам резисторов токоограничивающих 13 (вторая обкладка конденсатора С4 подключена ко второму выводу резистора R4 и к первому выводу резистора R7, вторая обкладка конденсатора С5 подключена ко второму выводу резистора R5 и к первому выводу резистора R8, вторая обкладка конденсатора С6 подключена ко второму выводу резистора R6 и к первому выводу резистора R9), а также к входным выводам оптронов транзисторных 14 (вторая обкладка конденсатора С4 подключена ко второму входному выводу оптрона транзисторного U5 и первому входному выводу оптрона транзисторного U6, вторая обкладка конденсатора С5 подключена ко второму входному выводу оптрона транзисторного U1 и первому входному выводу оптрона транзисторного U2, вторая обкладка конденсатора С6 подключена ко второму входному выводу оптрона транзисторного U3 и первому входному выводу оптрона транзисторного U4). При этом резисторы токоограничивающие 13 вторым выводом подключены к входным выводам оптронов транзисторных 14 (второй вывод резистора R7 подключен к первому входному выводу оптрона транзисторного U1 и второму входному выводу оптрона транзисторного U2, второй вывод резистора R8 подключен к первому входному выводу оптрона транзисторного U3 и второму входному выводу оптрона транзисторного U4, второй вывод резистора R9 подключен к первому входному выводу оптрона транзисторного U5 и второму входному выводу оптрона транзисторного U6). Первые выходные клеммы оптронов транзисторных 14 подключены к клеммам подачи напряжения блока питания 9, а именно к клеммам подачи отрицательного полюса напряжения блока питания («Uп-») и одновременно к обкладкам отрицательного напряжения электролитических конденсаторов 15 (первая выходная клемма оптрона транзисторного U1 подключена к обкладке отрицательного напряжения конденсатора С1, первая выходная клемма оптрона транзисторного U2 подключена к обкладке отрицательного напряжения конденсатора С7, первая выходная клемма оптрона транзисторного U3 подключена к обкладке отрицательного напряжения конденсатора С2, первая выходная клемма оптрона транзисторного U4 подключена к обкладке отрицательного напряжения конденсатора С8, первая выходная клемма оптрона транзисторного U5 подключена к обкладке отрицательного напряжения конденсатора С3, первая выходная клемма оптрона транзисторного U6 подключена к обкладке отрицательного напряжения конденсатора С8). Вторые выходные клеммы оптронов транзисторных 14 подключены к клеммам линейного изменяющегося напряжения 10, а также одновременно к обкладкам положительного напряжения электролитических конденсаторов 15 и первым выводам резисторов 16 (вторая выходная клемма оптрона транзисторного U1 подключена к клемме «Uв1», к обкладке положительного напряжения конденсатора С1, к первому выводу резистора R1; вторая выходная клемма оптрона транзисторного U2 подключена к клемме «Uв2», к обкладке положительного напряжения конденсатора С7, к первому выводу резистора R10; вторая выходная клемма оптрона транзисторного U3 подключена к клемме «Uв3», к обкладке положительного напряжения конденсатора С2, к первому выводу резистора R2; вторая выходная клемма оптрона транзисторного U4 подключена к клемме «Uв4», к обкладке положительного напряжения конденсатора С8, к первому выводу резистора Rl 1; вторая выходная клемма оптрона транзисторного U5 подключена к клемме «Uв5», к обкладке положительного напряжения конденсатора С3, к первому выводу резистора R3; вторая выходная клемма оптрона транзисторного U6 подключена к клемме «Uв6», к обкладке положительного напряжения конденсатора С9, к первому выводу резистора R12). Вторые выводы резисторов 16 подключены к клеммам подачи напряжения блока питания 9, а именно к клеммам подачи положительного полюса напряжения блока питания («Uп+»).

Устройство управления 3 является электронным устройством, содержащим ряд элементов, а именно: вспомогательные клеммы управления 8, клеммы подачи напряжения блока питания 9, клеммы линейного изменяющегося напряжения 10, операционные усилители 17, регулятор 18, являющийся переменным резистором, дифференцирующие RC-цепи, построенные на базе конденсаторов 19 и резисторов 20, диоды 21, резисторы токоограничивающие 22, транзисторы 23, двухобмоточные разделительные трансформаторы, содержащие первичную 24 и вторичную 25 обмотки, диоды 26, резисторы токоограничивающие 27, светодиоды 28. Устройство управления 3 обеспечивает формирование сигналов управления и подачу их на силовые вентили 5 блока силовых вентилей 1.

В устройстве управления 3 регулятор 18, являющийся регулировочным резистором, одним выводом подключен к клемме подачи напряжения блока питания 9, а именно к клемме подачи положительного напряжения блока питания («Uп+»), вторым выводом подключен к клемме подачи отрицательного напряжения блока питания («Uп-»). Операционные усилители 17 выводами подачи электропитания подключены к клеммам подачи напряжения блока питания 9 («Uп+», «Uп-»), выводами инвертирующего входа подключены к регулировочному выводу регулятора 18, являющегося регулировочным резистором, выводом неинвертирующего входа подключены к клеммам линейного изменяющегося напряжения 10 (вывод неинвертирующего входа операционного усилителя U7 подключен к клемме «Uв1», вывод неинвертирующего входа операционного усилителя U8 подключен к клемме «Uв2», вывод неинвертирующего входа операционного усилителя U9 подключен к клемме «Uв3», вывод неинвертирующего входа операционного усилителя U10 подключен к клемме «Uв4», вывод неинвертирующего входа операционного усилителя U11 подключен к клемме «Uв5», вывод неинвертирующего входа операционного усилителя U12 подключен к клемме «Uв6»), выводом выхода подключены к первой обкладке конденсаторов 19 дифференцирующих RC-цепей (вывод выхода операционного усилителя U7 подключен к первой обкладке конденсатора С10, вывод выхода операционного усилителя U8 подключен к первой обкладке конденсатора С11, вывод выхода операционного усилителя U9 подключен к первой обкладке конденсатора С12, вывод выхода операционного усилителя U10 подключен к первой обкладке конденсатора С13, вывод выхода операционного усилителя U11 подключен к первой обкладке конденсатора С14, вывод выхода операционного усилителя U12 подключен к первой обкладке конденсатора С15). При этом вторая обкладка конденсаторов 19 дифференцирующих RC-цепей подключена к первому выводу резисторов 20 дифференцирующих RC-цепей и одновременно к катоду диодов 21 и к первому выводу резисторов токоограничивающих 22 (вторая обкладка конденсатора С10 подключена к первому выводу резистора R14, к катоду диода VD1 и к первому выводу резистора R15, вторая обкладка конденсатора С11 подключена к первому выводу резистора R17, к катоду диода VD3 и к первому выводу резистора R18, вторая обкладка конденсатора С12 подключена к первому выводу резистора R20, к катоду диода VD5 и к первому выводу резистора R21, вторая обкладка конденсатора С13 подключена к первому выводу резистора R23, к катоду диода VD7 и к первому выводу резистора R24, вторая обкладка конденсатора С14 подключена к первому выводу резистора R26, к катоду диода VD9 и к первому выводу резистора R27, вторая обкладка конденсатора С15 подключена к первому выводу резистора R29, к катоду диода VD11 и к первому выводу резистора R.30). Второй вывод резисторов 20 дифференцирующих RC-цепей и анод диодов 21 подключены к клемме подачи отрицательного напряжения блока питания («Uп-»). Второй вывод резисторов токоограничивающих 22 подключен к базе транзисторов 23 (второй вывод резистора R15 подключен к базе транзистора VT1, второй вывод резистора R18 подключен к базе транзистора VT2, второй вывод резистора R21 подключен к базе транзистора VT3, второй вывод резистора R24 подключен к базе транзистора VT4, второй вывод резистора R27 подключен к базе транзистора VT5, второй вывод резистора R30 подключен к базе транзистора VT6). Эмиттер транзисторов 23 подключен к клемме подачи отрицательного напряжения блока питания («Uп-»). Коллектор транзисторов 23 подключен к первому выводу первичной обмотки 24 двухобмоточных разделительных трансформаторов (коллектор транзистора VT1 подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора TV1, коллектор транзистора VT2 подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора TV2, коллектор транзистора VT3 подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора TV3, коллектор транзистора VT4 подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора TV4, коллектор транзистора VT5 подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора TV5, коллектор транзистора VT6 подключен к первому выводу первичной обмотки трансформатора TV6). Второй вывод первичной обмотки 24 двухобмоточных разделительных трансформаторов подключен к клемме подачи положительного напряжения блока питания («Uп+»). Вторичная обмотка 25 двухобмоточных разделительных трансформаторов подключена первым выводом к аноду диода 26, а вторым выводом к катоду светодиода 28 и одновременно к одной из вспомогательных клемм управления 8 (вторичная обмотка трансформатора TV1 подключена первым выводом к аноду диода VD2, а вторым выводом к катоду светодиода HL1 и к клемме «К1», вторичная обмотка трансформатора TV2 подключена первым выводом к аноду диода VD4, а вторым выводом к катоду светодиода HL2 и к клемме «К2», вторичная обмотка трансформатора TV3 подключена первым выводом к аноду диода VD6, а вторым выводом к катоду светодиода HL3 и к клемме «К3», вторичная обмотка трансформатора TV4 подключена первым выводом к аноду диода VD8, а вторым выводом к катоду светодиода HL4 и к клемме «К4», вторичная обмотка трансформатора TV5 подключена первым выводом к аноду диода VD10, а вторым выводом к катоду светодиода HL5 и к клемме «К5», вторичная обмотка трансформатора TV6 подключена первым выводом к аноду диода VD12, а вторым выводом к катоду светодиода HL6 и к клемме «К6»). Катод диодов 26 подключен к первому выводу резисторов токоограничивающих 27 и одновременно к одной из вспомогательных клемм управления 8 (катод диода VD2 подключен к первому выводу резистора R16 и к клемме «G1», катод диода VD4 подключен к первому выводу резистора R19 и к клемме «G2», катод диода VD6 подключен к первому выводу резистора R22 и к клемме «G3», катод диода VD8 подключен к первому выводу резистора R25 и к клемме «G4», катод диода VD10 подключен к первому выводу резистора R28 и к клемме «G5», катод диода VD12 подключен к первому выводу резистора R31 и к клемме «G6»). При этом второй вывод резисторов токоограничивающих 27 подключен к аноду светодиодов 28 (второй вывод резистора R16 подключен к аноду светодиода HL1, второй вывод резистора R19 подключен к аноду светодиода HL2, второй вывод резистора R22 подключен к аноду светодиода HL3, второй вывод резистора R25 подключен к аноду светодиода HL4, второй вывод резистора R28 подключен к аноду светодиода HL5, второй вывод резистора R31 подключен к аноду светодиода HL6).

Блок питания 4 является источником напряжения электропитания для системы управления управляемого трехфазного выпрямителя с плавным регулированием выходного напряжения, состоящей из устройства согласования 2 и устройства управления 3, и осуществляет подачу напряжения питания на клеммы подачи напряжения блока питания 9, а именно: подачу положительного напряжения питания на клемму «Uп+» и подачу отрицательного напряжения питания на клемму «Uп-». Конструкция блока питания 4 не рассматривается в настоящем изобретении по причине того, что блок питания является типовым составляющим элементов электронных устройств и не является отличительной особенностью изобретения.

Управляемый трехфазный выпрямитель с плавным регулированием выходного напряжения работает следующим образом. При подаче напряжения питающей сети на вводные клеммы устройства 6 данное напряжение через три вспомогательные клеммы управления 8 («К1», «К3», «К5») поступает на устройство согласования 2, где уровень напряжения ограничивается при помощи делителей напряжения, построенных на базе резисторов 11 и конденсаторов 12 и соединенных по схеме «звезда». Ограниченное до некоторого уровня напряжение прикладывается к цепям, состоящим из одного резистора токоограничивающего 13 и входных цепочек двух оптронов транзисторных 14 (в данные цепочки включены излучательные элементы оптрона, являющиеся светодиодами) и вызывает протекание электрического тока по данным цепям. По отношению к питающей сети упомянутые токи являются междуфазными. Оптроны транзисторные 14 в каждой из упомянутых цепей подключены встречно-параллельно таким образом, чтобы обеспечивать протекание электрического тока в каждом из оптронов только в одном направлении для получения информации на выходе оптронов транзисторных о полярности междуфазного напряжения питающей сети. Выходные цепочки оптронов транзисторных 14, содержащие фотоприемники, являющиеся фототранзисторами, подключены параллельно электролитическим конденсаторам 15, которые, в свою очередь, входят в состав генераторов линейного изменяющегося напряжения, построенных на базе резисторов 16 и электролитических конденсаторов 15, таким образом, чтобы шунтировать конденсаторы 15 при протекании электрического тока по входным цепочкам оптронов транзисторных 14. В интервалы времени, когда ток не протекает по входным цепочкам оптронов транзисторных 14, происходит генерация линейного изменяющегося напряжения путем зарядки конденсатора 15 через резистор 16, которое снимается с обкладок положительного напряжения электролитических конденсаторов 15 и подается на клеммы линейного изменяющегося напряжения 10 («Uв1»…«Uв6»). Причем конструктивно предусмотрено, что одновременное протекание тока по входным цепочкам пары оптронов транзисторных 14, подключенных встречно-параллельно, исключено. Генерация линейного изменяющегося напряжения прекращается при начале протекания электрического тока по входной цепочке соответствующего оптрона транзисторного по причине шунтирования электролитического конденсатора 15 фототранзистором оптрона транзисторного. Напряжение на клеммах линейного изменяющегося напряжения 10 в этот период равно отрицательному напряжению блока питания. По окончанию протекания электрического тока по входной цепочке соответствующего оптрона транзисторного генерация линейного изменяющегося напряжения начинается заново, при этом напряжение на соответствующей клемме линейного изменяющегося напряжения 10 линейно возрастает от значения, равного отрицательному напряжению блока питания, до значения, равного положительному напряжению блока питания. Напряжение на клеммах линейного изменяющегося напряжения подается на неинвертирующие входы операционных усилителей 17, где сравнивается с напряжением уставки («Uy»), которое задается регулятором 18, являющимся переменным резистором, посредством которого регулируется уровень выходного напряжения управляемого трехфазного выпрямителя. При превышении величины напряжений на неинвертирующем входе операционного усилителя 17 над величиной напряжения на инвертирующем входе (напряжением уставки) на выходе операционного усилителя 17 формируется напряжение, равное положительному напряжению блока питания, а на интервале времени, когда величина напряжения на неинвертирующем входе не превышает таковую на инвертирующем входе, на выходе операционного усилителя 17 формируется напряжение, равное отрицательному напряжению блока питания. При формировании на выходе операционного усилителя 17 напряжения, равного положительному напряжению источника питания, происходит протекание тока по дифференцирующей RC-цепи, построенной на базе конденсатора 19 и резистора 20, вызывающее по причине зарядки конденсатора 19 через резистор 20 импульс положительного напряжения (равного положительному напряжению блока питания) на резисторе 20, который, в свою очередь, через токоограничивающий резистор 22 подается на базу транзистора 23, вызывая его кратковременное открытие и протекание электрического тока по первичной обмотке 24 двухобмоточного разделительного трансформатора. По окончании зарядки конденсатора 19 напряжение на резисторе 20 снижается до значения, равного отрицательному напряжению блока питания, прекращается протекание тока через базу транзистора 23, что приводит к его закрытию и прекращению протекания тока через первичную обмотку 24 двухобмоточного разделительного трансформатора. Затем, при последующем формировании напряжения на выходе операционного усилителя 17, равного отрицательному напряжению блока питания, начнется процесс разряда конденсатора 19 через диод 21. Разряд конденсатора 19 через диод 21 предусмотрен для ускорения процесса разряда и обеспечения готовности дифференцирующей RC-цепи к подаче импульса открытия транзистора 23, а также для целей ограничения величины отрицательного напряжения на базе транзистора 23 по отношению к его коллектору и эмиттеру для исключения его пробоя. Протекание электрического тока через первичную обмотку 24 двухобмоточного разделительного трансформатора приводит к индуцированию электродвижущей силы во вторичной обмотке 25 данного трансформатора и, соответственно, к протеканию электрического тока во вторичной обмотке и, через диод 26, по следующим электрическим цепям: по цепи токоограничивающий резистор 27 - светодиод 28, служащей для индикации работы данного блока устройства управления 3, а также по цепи управляющий электрод - катод силового вентиля 5, являющегося тиристором, которые подключены к вспомогательным клеммы управления 8 «G1»…«G6» (управляющие электроды силовых вентилей) и «К1»…«К6» (катоды силовых вентилей). При протекании тока по цепи управляющий электрод - катод силового вентиля 5 происходит открытие силового вентиля 5 и протекание электрического тока по цепи анод - катод силового вентиля. Протекание электрического тока через силовые вентили 5 формирует напряжение постоянного тока на нагрузке, подключаемой к выходным клеммам устройства 7 («U+», «U-»). Прекращение протекания электрического тока через первичную обмотку 24 двухобмоточного разделительного трансформатора приводит к индуцированию электродвижущей силы противоположного направления во вторичной обмотке 25 данного трансформатора, однако ввиду наличия в цепи вторичной обмотки 25 диода 26 протекание электрического тока отсутствует. В рабочем режиме в соответствии с напряжением уставки (положением ручки регулятора, являющегося регулировочным резистором) происходит поочередное открытие силовых вентилей 5 путем подачи управляющего сигнала в момент превышения уровнем напряжения на неинвертирующем входе соответствующего операционного усилителя 17 уровня напряжения уставки (напряжения на инвертирующем входе операционного усилителя). Конструктивно предусмотрено ограничение регулирования угла управления силовых вентилей 5 от 60° до 180° естественной коммутации таким образом, чтобы обеспечить плавное регулирование выходного напряжения. При этом возможен режим прерывистого тока (когда угол управления превышает 120° естественной коммутации) и режим непрерывного тока, когда угол управления находится в диапазоне от 60° до 120° естественной коммутации. Протекание электрического тока через нагрузку, подключенную к выходным клеммам устройства 7, происходит только в момент, когда одновременно включено два силовых вентиля 5, один из которых катодом подключен к одной из выходных клемм устройства 7 («U+»), а второй анодом подключен ко второй выходной клемме устройства 7 («U-»). Конструкцией предусмотрено шесть возможных сочетаний одновременно включенных силовых вентилей 5 для обеспечения плавного регулирования выходного напряжения и, соответственно, отдаваемой в нагрузку мощности от 0 до 100% от номинальной. Переключение сочетаний одновременно включенных силовых вентилей 5 осуществляется циклически, причем при переходе к каждому следующему сочетанию меняется только один силовой вентиль 5 таким образом, что включаемый силовой вентиль 5 остается включенным на протяжении двух последовательных сочетаний, а затем отключается. Перечень сочетаний силовых вентилей в порядке их циклического включения: VS4 - VS1, VS6 - VS1, VS6 - VS3, VS2 - VS3, VS2-VS5, VS4-VS5.

Таким образом, применение данного управляемого трехфазного выпрямителя с плавным регулированием выходного напряжения позволит обеспечить высокую надежность эксплуатации оборудования, использующего энергию постоянного тока, подаваемую на оборудование при помощи данного выпрямителя, во всем диапазоне выходного напряжения выпрямителя, сохранив малые массогабаритные показатели за счет применения оригинальной системы управления силовыми вентилями.

В представляемом управляемом трехфазном выпрямителе с плавным регулированием выходного напряжения решены недостатки, присущие устройству, выбранному в качестве прототипа, а именно: выполнена гальваническая развязка элементов системы управления (устройства управления и части устройства согласования), отвечающих за формирование управляющих воздействий и элементов, к которым предполагается прикосновение персонала, эксплуатирующего выпрямитель (регулятор), от элементов, которые находятся под сетевым напряжением питающей сети или выходным постоянным напряжением выпрямителя. Кроме того, отсутствует прямая гальваническая связь между стороной переменного тока и стороной постоянного тока выпрямителя: соединение производится исключительно посредством включения силовых вентилей, находящихся в закрытом положении при отсутствии управляющих воздействий. Также в управляемом трехфазном выпрямителе с плавным регулированием выходного напряжения применяются исключительно базовые электронных компоненты, простейшие полупроводниковые приборы и аналоговые интегральные схемы. При помощи предложенных решений достигается высокая надежность и повышается уровень электробезопасности эксплуатации устройства.

Управляемый трехфазный выпрямитель с плавным регулированием выходного напряжения предназначен для использования в электротехнике, а именно в силовой преобразовательной технике. Управляемый выпрямитель содержит блок силовых вентилей и систему управления, содержащую в себе устройство согласования и устройство управления. Для подключения управляемого выпрямителя к питающей сети используются вводные клеммы устройства, а для подключения нагрузки используются выходные клеммы устройства. Реализована возможность работы с нагрузкой любого типа, предполагающей использование энергии постоянного тока. Управляемый выпрямитель осуществляет плавное регулирование выходного напряжения и соответственно отдаваемой в нагрузку мощности от 0 до 100% от номинальной. Обеспечена высокая надежность эксплуатации управляемого выпрямителя во всем диапазоне выходного напряжения при условии сохранения малых массогабаритных показателей за счет применения оригинальной системы управления силовыми вентилями. 4 ил.

Управляемый трехфазный выпрямитель с плавным регулированием выходного напряжения, содержащий блок силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, и систему управления, отличающийся тем, что система управления содержит устройство согласования моментов формирования сигналов управления с фазой напряжения питающей сети и устройство управления, причем устройство согласования моментов формирования сигналов управления с фазой напряжения питающей сети содержит генераторы линейного изменяющегося напряжения по числу силовых вентилей и устройство управления, вход каждого генератора линейного изменяющегося напряжения соединен через элемент гальванической развязки с клеммой управления соответствующего силового вентиля, соединенной с соответствующей фазой напряжения, а его выход соединен с соответствующей клеммой линейного изменяющегося напряжения устройства управления, управление силовыми вентилями осуществляется устройством управления на основании сигналов, получаемых от генераторов линейного изменяющегося напряжения и напряжения, которое задается регулятором, являющимся переменным резистором, кроме того, выход устройства управления соединен с клеммами управления соответствующего силового вентиля через соответствующий элемент гальванической развязки.