Преобразователь однофазного переменного напряжения в переменное Советский патент 1983 года по МПК H02M5/257 

(54). ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах промышленной электроники для стабилизации регулирования, симметрирования и комму таций переменных токов и напряжений. Известш 1 однофазные устройства для регулирования и комхтуташга переменных напряжений, содержащие схему управлени силовой вентильный ключ переменного тока, через который нагрузка подключает ся к сети питания, шунтирующий вентильный ключ переменного тока, включенный параллельно нагрузке, распределительные вентили Н коммутирующую пепочку, состояпцую из последовательно соединенных коммутирующего дросселя и коммутирующего конденсатора, которая через распределительные вентили подключается к силовым тиристорам (. Недостатком указанных устройств является завышенная установленная мошность силовых вентилей и элементов цепи коммутащт. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности преобразователь однофазного переменного напряжения в nepeMeiffloe, содержащий демфируюший дроссель, два силовых вентильных ключа из встречно-параллельно соединенных тиристоров, каждый из которых включен последовательно между соответствующим входным и выходным выводами, шунтирующий вентильный ключ, выполненный в виде диодного моста, выводы переменного тока которого соединены с выхрдными вывц- дами, а выводы постоянного тока зашунтярованы тиристором, узел коммутешии, содержащий один коммутирующий и два зарядных тиристора, коммутирующую цепочку из последовательно соединенных дросселя и конденсатора, включенную между общей точкой соединения катода первого из зарядных тиристоров и анода коммутирующего тиристора Н общей точкой диодного моста, а также выпрямительный моет 310 со сглаживаюигам , выводы переменного тока которого подключеггы к гшт-ания, а выводы постоянного тока чере сглаживающий фильтр - к аноду первого из зарядных тиристоров и обшей точке соединения катода коммутирующего TTipiic тора и катода второго зарядного тиристор анод которого соештен с общей точкой катодов диодного моста ГЗ.. В известном устройстве отключение нагрузки от сети питания производится путем принудительного гащешш силовых тиристоров, в состав двух вентильных ключей, включенных последовательно в цепь питания. При этом, с одной стороны, применение двух силовых вентильных ключей, включенных последов тельно с нагрузкой приводят к снижению КПД устройства и увеличению установлен ной мощности силовых вентилей. С друго стороны, протекание импульса тока коммутации одновременно по двум параллель ным цепям, включающим последовательно соединенные диод выпрямительного моста один из встречно-соединенных силовых тиристоров и один из диодов диодного моста, приводит к значительному завыщению установленной мощности элементо цепи коммутации. Все это ухудшает технико-экономические показатели устройства массогабариты и стоимость. Устранение указанных недостатков было бы возможно при сокращении числа последовательно включенных силовых вентильных ключей. Цель изобретения - уменьщение массргабаритных показателей и стоимости. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе однофазного переменного напряжения в переменное, содер жащем демфирующий дроссель, включенный со стороны одного из входных выводов, силовой и шунтирующие ключи, состоящие каждый из встречно-параллельно соединенных тиристоров, узел коммутаци состо5пций из двух распределительных мостов из коммутирующих тиристоров, к выходам постоянного тока которых подключена коммутирующая цепочка из последовательно соединенных дросселя и конденсатора, и блок управления тиристорами, причем другой из входных и один из выходных выводов объединены, распределительные мосты по выходу соединены встречно-параллельно, силовой и щунтирующий ключи соединены последовательно и включены один в диагональ переменного тока одного распределитель 724 кого мсх:та, а другой - в д-цпгоиаль переменного тока второго распределительного моста, и допап1штельно введены датчик тока, а таюке блоки логики и задсркки, прячем управляющие электроды тиристоров силовых и щунтируюхпих ключей соединены с выходами блока управле1шя через соответствующие блоки задержки, а управляющие электроды коммутирующих тиристоров в каждом из распределительных мостов соединены с соответствующим выходом блока управлетш через один из блоков логики, управляющие входы которых соединены с выходом датчика тока, включенного между общей точкой соединения силового и шунтирующего ключей и вторым выходным выводом. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - эпюры импульсов, действующих на выходах блока управления (Ux|,U2), датчика тока ( U), блоков логики ( , U(, ) и блоков задержки ( Uj. (J-)) ( Последовательности импульсов, формируемых на выходах блоков логики, на эпюрах помечены в скобках, указывающими номера коммутирующих тиристоров, на которые они поступают) на фиг.З эпюры напряжений питающей сети ( Uc ) и нагрузки (UH) поясняющие принцип работы преобразователя. Предлагаемое устройство содержит силовую цепь, включающую демфирующий дроссель, силовой ключ, составленный из встречно-параллельно соединенных тиристоров 2 и 3 .и включенный последовательно между одним из входных и одним из выходных выводов к которым подключается сеть питания и нагрузка соответственно, силовой ключ, составленный из встречно-параллельно соединенных тиристоров 4 и 5 и подключенньгй к выходным выводам, .узел коммутации, включающий два распределительных моста из коммутирующих тиристоров б-9и10-13, выходь переменного тока которого подключены к силовым ключам из встречно-параллельно соединенных тиристоров 2,3 и 4,5 соответственно, а выходы постоянного тока соединены встречно-параллельно, коммутирующую цепочку, состоящую из последовательно соединенных дросселя 14 и конденсатора 15 и подключенную к выходам постоянного тока распределительных мостов, и цепь управления, включающую блок 16 управления, 17 и 18 задержки, через которые управляющие электроды силовых и коммутируюигх тиристоров связаны с выЗ{о - дами блока управления, блоки 19 и 2О логики, снабженные двумя выходами и обеспечивающие дополнительную связь управляющих электродов тиристоров каждого из распределительных мостов с выходами блока управления, а также датчик .21 тока, включенный в цепь нагрузки, выходы которого подключ-ены к управ ляющим входам блоков логики, Устройство работает следующим образом. Тиристоры 2 и 3 включаются ощювременно. При их включешга нагрузка оказывается подключенной к сети питания. Одновременно включаются тиристоры 10 - 13, обеспечивая заряд конденсатора 15 через распределительный мост до полярности, показанной на фиг. 1 без ско бок. Для принудительной коммутации тирлстора 2 (или 3) к нему в обратном направлении прикладывается запирающее напряжение через коммутирующие тиристоры 6 и 9 (или 7 и 8). После комму тации цепь нагрузки щунтируется силовы ключом натиристорах 4 и 5. Одновременно с этим включаются тиристоры 6-9 обеспечивая заряд конденсатора 1 через распределительный мост до полярности, показанной на фиг. 1 в скобках. Для принудительной коммутации тиристор 4 (или 5) к нему в обратном направлении прикладывается запирающее напряжение через коммутирующие тиристоры 1О и 13 (или 11 и 12). Избирательная KOM мутацкя силовых тиристоров 2-5 обеспечивается с помощью датчика 21 тока и блоков 19 и 2О логики, которые дают разрешение на включение нужных коммутирующих тиристоров, через которые им- пульс коммутации поступает лшпь на тот силовой тиристор, который находится в проводящем состоянии. Включение тиристоров 2 и 3 так же как и тиристоров 4 и 5 происходит периодически, через равные отрезки времени, определяемые частотой коммутации. При этом момент включения силовых тиристоров сдвинут относительно момента включения шунтирующих тиристоров на регулируемый отрезок времени. Принудительная коммутация силового тиристора происходит в результате приложения к нему напирающего напряжения через соответствующие коммутирующие тиристоры следующим образом. Пусть, например, в проводящем состоянии находится тиристор 2 (или 3), тогда включаются коммутирующие тиристоры 6 и 9 (или 7 и 8). При этом протекает импульс тока ксчччмуташш по цепи, включающей конденсатор 15, предварительно заряже гаый до полярности, указанной на ({щг. 1 без скобок, тиристор О (или 7), цепь нагрузки, сеть питания, дроссель 1, тиристор 6 (или 8) и дроссель 14. Этот процесс длится время Ьц , соответствующее времени выключения тиристора, по истечении которого через блок 13 задержки включаются тиристоры 6 - 9 и шунтирующие тиристоры 4 и 5. приводит к началу послекоммутационного перезаряда конденсатора 15 до полярности, указанной в скобках на фиг. 1, по пепи: дроссель 1 - силовые тиристоры 2 и 3 - распределительный мост на тиристорах 1О - 13 - сеть питания. Очередность включения тиристоров поясняется эпюрами импульсов в управления тиристоров, которые приведены на фиг.2. При включении силового ключа нагруэка подключается к питающей сети, а при его выключении она отключается от сети и замыкается через щунтирующий ключ. В результате таких переключений, проис- . ходящих периодически, с частотой коммуташп1, а TaipKe путем регуштрования относительной длительности включенного состояния силового ключа производится регулирование переменного напряжения на выходе преобразователя. На фиг.З показаны эпюры напряжений питающей сети (Uc), поясняющие способ, регулирования, реализуемый в преобразователе. Использование изобретения позволяет в 1,4 раза уменьщить суммарную установленную мощность уала коммуташги, вдвое снигить мощность стшовых тиристоров, повысить на 2-5% КПД устройства, в 1,5-2 раза повысить максимальную рабочую частоту, и за счет этого снизить массогабаритные показатели и стоимость всего устройства. Формула изобретения Преобразователь однофазного переменного напряжения в переменное, содержагций демфирующий дроссель, включе шый со стороны одного из входных выводов, силовой и щунтируюшие ключи, состоящие каждый из встречно-параллельно соединенных тиристоров, узел коммутации, состоящий из двух распределительных мостов из ксж1мутирующюс тиристоров, к выходам постоянного тока которых подклю710чена коммутирующая цепочка из последовательно соединенных дросселя и конденсатора, и блок управления тиристорами причем другой из входных и одтш из выходных выводов объединешз,о т л и ч а к щ и и с я тем, что, с целью уменьшения массогабаритных показателей и стоимостк, указанные распределительные мосты по выходу соединены встречно-параллельно, силовой и шунтирующий ключи соеди- нены последовательно и включены один в диагональ переменного тока одного распределительного моста, а другой - в диагональ переменного тока другого распределительного моста, и дополнительно введены датчик тока, а также блоки логики и задержки, причел управляющие электроды тиристоров, силовых и шунтирующих ключей соединены с выходами блока уп728равления через соответствующие блоки задержки, а управляющие электроды коммутирующих тиристоров в каждом из распределительных мостов соединены с соответствующим выходом блока управления через один из блоков логики, управляющие вкоаы которых соецинены с выхоаом датчика тока, включенного между обшей точкой соединения силового и щунтирующего ключей и другим выходным выводом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство ССС(Р Н 334562, кл. G 05 F 1/2О, 1972, 2.АвторскЮе свидетельство СССР № 517122, кл. НО2 М 5/257, 1967. 3.Авторское свидетельство № 469962, кл.Ь О5 F 1/2О, 1975.

fpu.i

М/ /У

V/

4

б/ J

fPu.2

XT