Устройство для управления тиристорным преобразователем Советский патент 1983 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для управления статическим преобразователем для получения треб емого значения выходного параметра, выполненным на полупроводниковых приборах с управляющим электродом, k может быть использовано для измен ния и стабилизации напряжения, следовательно и мощности, пртребляемой активной или активно-индуктивной нагрузкой от источника питания переменного напряжения, а имение для управления напряжением на катушке электромагнита вйбробункера, электр нагревателях (трубчатых и дрЛ, активно-индуктивной или активной нагрузке цепи управления. Йзве.стно устройство, содержащее тиристор, подключенный через нагруз ку к источнику питания, параллельно которому подключен генератор импуль сЬв, состоящий из параллельно включенных последовательной RС-цепи и Я0:-гцепи. RD-цепь содержит гасящий резистор, переход база 2 - база 1 диодного транзистора и постоянного резистора, параллельно KOTopoiv включена цепь управления тиристора, катод которого подключен к общей точке о-урицатёльного вывода источни ка питания и выхода конденсатора Re-цепи, а общая точка последней соединена с эмиттером транзистора 1 Однако такое устройство :Имеет ограниченный диапазон применения из-за гальванической связи между источником питания и цепью управления тиристора и изменения установленного значения напряжения на нагрузке при ксйтебаниях напряжения . сети. Наиболее близким -по технической сущности к предложенному является устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее последовательно включенные первый резистор, вторую и Первую базы однопереходного транзистора и первичную обмотку импульсного трансформатора., а также второй резистор, переменный резистор и конденсатор, причем входные полюсьт первого и вто рого резисторов объединены и предназначен для подключения к положительному полюсу источника синхронизирующего напряжения, объединенные выходные полюсы конденсатора и первичной обмотки импульсного трансфор матора предназначены для подключения к отрицательному полюсу указанного источника, а вторичная обмотка импульсного трансформатора предназначена для подключения к управля ющему электроду тиристора 2J. Недостатком этого устройства яв;ляется ограниченный диапазон регули рования установленного значения напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения сети. Цель изобретения - увеличение стабильности установленного значения напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения сети. Поставленная цель достигаетвя тем, что устройство для управления тиристорным преобразователем, снабжено последовательно включенным третьим резистором, первым стабилитроном и первым диодом, последовательно включенными вторым стабилитроном, четвертым резистором и вторым диодом, а также пятым резистором, причем Катод первого диода, анод второго диода и первый полюс пятого резистора подключены к отрицательно|му полюсу указанного источника, переменный резистор включен последовательно, с первым и третьим резисторами, входной полюс конденсатора подключен к средней точке переменного резистора и эмиттеру Однопереходного транзистора, катод второго диода подключен к первой базе, а второй полюс пятого резиcTopd - к второй базе Однопереходного транзистора. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диафрагмы напряжений в выходной обмотке импульсного трансформатора, на аноде тиристора и нагрузке; на фиг. 3 - изменение однополупериодного напряжения на нагрузке при изменении напряжения сети на +10%. Устройство для управления тиристорным преобразователем содержит второй постоянный резистор 1, переменный резистор 2, третий постоянный резистор 3, первый стабилитрон 4, первый диод 5, нагрузку 6, второй стабилитрон 7, конденсатор 8.,. четвертый постоянный резистор 9, первичную обмотку импульсного трансформатора 10, вторичную обмотку импульсного трансформатора 11, однопереходный транзистор 12, второй диод 13, импульсный трансформатор 14, первый постоянный резистор 15, тиристор 16, пятый постоянный резистор 17. Устройство содержит последовательную цепь, состоящую из резисторов 1-3, стабилитрона 4 и диода 5, включенных встречно, нагрузки 6, включенной через тиристор 16 к источнику питания переменного напряжения; резистора 15, перехода база 2 база 1; транзистора 12 и диода 13, параллельно которому включена входная обмотка 10 импульсного трансформатора 14, выход которой соединен с отрицательным выводом источника выпрямленного Напряжения катодом диода 5,.илходом конденсатора 8, анодом диода 13 и выходом резистоЬа 7, вход которого соединен с баЗОЙ 2 транзистора 12; стабилитрона 7 и резистора 9, выход которого подключен к базе 1 транзистора. 12, а катод стабилитрона 7 - к общей точке резисторов 2 и 3,

Средний вывод резистора 2 соединен с входом конденсатора 8 и с . . эмиттером транзистора 12, причем входы резисторов 1 и 15 подключены к положительному выводу источника питания. выпрямленного напряжения. Выходная обмотка 11 подключена в .цепь управления тиристора 16, так что катод последнего соединен с выходом обмотки 11.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания подается через нагрузку 6 переменное напряжение 50 Гц, 220 В на переходе анод - катод тиристора 16.. Одновременно пониженное рднополупериодное выпрямленное напряжение поступает через резисторы 1 и 2 на коД(енсатОр 8; резисторы 1, 2 и 9 на ;стабилитрон7 , резисторы 1-3 на стабилитjpoн:4; резистор 15 на переход база 2 -. база 1 транзистора 12 и на резистор 17, устанавливая падение напряжения на переходе база 2 база 1 транзистора 12 и входной обмотки 10 трансформатора 14.

При неизменном сопротивлении переменного резистора 2 происходит заряд конденсатора 8 и разряд по цепи стабилитрон 7 и резистор 9 и частично по цепи резистор 3 - стабилитрон .4 и диод 5, так как сопро: тивление резистора 3 больше сопротивления резистора 9. ,

При уменьшении сопротивления переменного резистора 2 в цепи заряда конденсатора происходит уменьшение падения напряжения на резисторах 2, 3 .и 9, стабилитронах 4 и 7 и увеличениепадения напряжения на резисторе 1 и переходах эмиттер база 2.и эмиттер - база 1 транзистора 12.

Увеличение амплитуды напряжения на конденсаторе 8, следовательно, и на переходе эмиттер -. база 1 транзистора 12 происходит до амплитуды напряжения включения транзистора 12 При открытии транзистора 12 сопротивление между эмиттером и базой 1 резко уменьшается, при котором транзистор 12 открывается. При открытии

транзистора 12 происходит изменени полярности на конденсаторе 8 и разряд последнего через переход эми.ттер - база 1 транзистора 12 и входную обмотку 10 импульсного трансформатора 10, при этом уменьшается амплитуда разрядного тока через стабилитроны 4 и 7.

По мере разряда конденсатора В происходит уменьшение амплитуды разрядного тока, следовательно, и напряжения на переходе эмиттер - база 1 транзистора 12. При открытом транзисторе 12 при уменьшении амплитуды разрядного тока конденсатора 8.происходит увеличение амплитуды тока, проходящего от источника питания через резистор 1 и 2, соот: етственно увеличивается при этом суммарная амплитуда тока, проходящего через :

0 переход эмиттер - база 1 транзистора 12.

Так как суммарная амплитуда тока, проходящего через перехоп эмиттёо база 1, больше амплитуды тока выключения, транзистор 12 остается oTKpii5тым до окончания положительного пр-глупериода напряжения сети.

При открытии транзистора 12 происходит уменьшение сопротивления перехода база 2 - база 1, увеличи0вается амплитуда тока, проходящего через резистор 15, следовательно, и обмотку 10 трансформатора 14. При уменьшении в положительный полупериод амплитуды напряжения сети до .

5 минимального значения происходит закрытие транзистора 12.

В дальнейшем при неизменном .значении сопротивления переменного резистора 2 в каждый из положительных

0 полупериодов напряжения сети, процесс заряда и разряда конденсатора 8, следовательно, и коммутации транзистора 12 аналогично повторяется, причем амплитуда напряжения на кон5денсаторе 8 сдвинута по фазе по отношению к фазе амплитуды напряжения на аноде тиристора 16 на .град.

Таким образом в выходной обмотке 11 трансформатора 14 образующийся импульс с крутым передним фронтом

0 (фиг. 2а) возникает в цепи управления тиристора 16 в период перехода через нуль и.начального роСта в положительный полупериод синусоидаль- ного напряжения сети, приоткрывая

5 при этом тиристор 16 (фиг. 2б).

При протекании тока на нагрузке 6 образуется падение напряжения : (фиг. 2в) равное разности ме:жду напряжением .сети и падением напряже0ния на приоткрытом тиристоре 16.

В отрицательный полупериод напряжения сети транзистор 12, следовательно, и тиристор 16 остаются закрытыми. При изменении полярности

5 нетряжения (в положительный полупериод) при неизменном значении сопротивления переменного резистора 2 процесс коммутации транзистора 12 и тиристора 16 аналогично повторяет0ся. ;

При уменьшении сопротивления переменного резистора 2 в цепи эмиттера транзистора 12 доминимального значения происходит плавное образование, рост по амплитуде, увеличе5

ние количества и уменьшение угла задержки импульсов управления тиристора 16 до максимального значения (фиг; Зг), при этом уменьшается в положительный полупериод напряжения сети падение напряжения на перехода анод - катод тиристора 16 до минимального значения (фиг. 2п.) , .при котором происходит плавное увеличение падения напряжения на нагрузке 6 до максимального значения (фиг. 2е).

Для уменьшения заданного значения напряжения, т.е. стабилизации напряжения на нагрузке 6 при изменении напряжения сети на +10% и при неизменном значении сопротивления- переменного резистора 2, включена RD-иепь, состоящая из-резистора 3, стабилитрона 4 и диода 5. Включение диода 5 улучшает температурный режим работы стабилитрона и стабилизацию напряжения на нагрузке.

Включение RD-цешг увеличивает амплитуду напряжения на конденсаторе 8, следовательно, и на пepaxoдiax. эмиттер - база 1 и эмиттер - база 2, при котором происходит включение. транзистора/ 12, при этом уменьшается угол задержки открытия тиристора 16, т.е. увеличивается падение напряжения на нагрузке 6 от О до 5 ... 25 В в зависимости от разброса параметров транзистора 12 и тиристора 16.

Для увеличения угла задержки открытия тиристора 16, следовательно, и уменьшения падения на нагурзке 6 при неизменном максимальном значении переменного резистора 2 включена дополнительная RD-цепь, состоящая из стабилитрона 7 и резистора 9.

Включение дополнительной RD-цепи через обмотку 10 параллельно основанию RO-цепи уменьшает султариое сопротивление основной RD-цепи, следовательно, и амплитуду напряжения на конденсаторе, увеличивая при этом угол задержки открытия тиристора 6 до максимального значения. Наличие дополнительной RD-цепи улучшает стабилизацию напряжения при напряжениях на нагрузке до 30 В.

Включением резистора 17 параллельно переходу база 2 - база 1 транзистора 12 и обмотки 10 задается оптимальный режим работы транзистора 12 при изменении напряжения на конденсаторе 8 от минимального до максиального значений, улучшается стабиизация напряжения на нагрузке в ределах 80-100 В.

Стабилизация заданного значения напряжения на нагрузке 6 при неизменном сопротивлении переменного резистора 2 при изменении напряжения сети на 10% происходит следующим образом.

При уменьшении напряжения сети

на -10% происходит уменьшение на

входе генератора напряжения, следовательно, и на стабилитронах 4 и 7, при котором увеличивается сопротивление последних, при этом уменьшается ток через RO-цепь.

При уменьшении тока, проходящего через RD-цепи, происходит увеличение напряжения на конденсаторе 8, поддерживается в определенных пределах установленное значение амплитуды и угла сдвига импульсов в цепи управления тиристора.16, следовательно, и падение установленного значения напряжения на нагрузке 6. Аналогично происходит процесс отабиливации установленного значения напряжения на нагрузке 6 при неизменном сопротивлении переменного резистора 2 при увеличении напряжения сети на

при котором происходит Уменьшение сопротивления RD-цепочек, следовательно, увеличение через них тока.

Уменьшение зарядно-разрядного

тока конденсатора 8 приводит к уменьшению угла сдвига импульсов управления, увеличивая падение напряжения на тири,йдаэре котором происходи,т незначительное уменьшение падения напряжения на нагрузке 6.

На фиг. 3 показано изменение падения однополупериодного напряжения на нагрузке при изменении напряжения сети на ±10%.

Из фиг. 3 следует, что стабилизация установленного значения однопр- . лупериодного напряжения на нагрузке происходит в диапазоне 10...100 б ив зависимости от разброса параметpop тиристоров и транзисторов находится в области, изобраясенной (заштрихованной) на фиг. 3.

При двухполупериодном напряжении на нагрузке, включенной, например, через симистор ТСгЮ или через два встречно-параллельно тиристора КУ 202, стабилизация напряжения на на.грузке происходит в пределах 15... 180 в при напряжении сети 220 В +10%.

Таким образом, включение RD-цепей и дополнительного резистора 17 уменьшает изменение установленного значения на нагрузке при изменении напряжения сети на ±10%, следовательно, расширяет возможность применения предлагаемого устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, Содержащее последовательно внШченные первый резистор, вторую и первую базы однопереходного транзистора и .первичную обмотку импульсного трансформатора, а также второй резистор, переменный резистор и конденсатор, причем входные полюсы первого и второго, резисторов объединены и предназ иачены для подключения к положительнс 4у полюсу источника синхронизирующего напряжения, объединенные выходные полюсы конденсатора и первич«« г-;т;:м7,:сЬ.гх;,.:,;„, ной обмотки импульсного трансформатора предназначены для подключения к отрицательному полюсу вьоиеуказанного источника, а вторичная обмотка импульсного трансформатора предназначена для подключения к управляющему электроду тиристора, отличающееся тем, что, с целью стабилизации установленного значения напряжения на нагрузке при колебаниях напряжения сети, оно снабжено последов а уел1уио включенным третьим резистором, первым стабилитроном и первым диодом, последовательно включенным вторым стабилитроном, четвертым резистором и вторым диодом, а § также пятьЫ резистором, причем катод первого диода, анод второго ди(Л ода и первый полюс пятого резистора подключены к отрицательному полюсу указанного источника, переменный резистор включен последовательно о первым и третьим резисторгми, входной полюс конденсатора подключен.к средней точке переменного резистора и эмиттеру однопереходного транзистора, катод второго дисда подключен ю :U9 к первой базе, а второй полюс пятого резистора - к второй базе однопереходного транзистора. 3 ISD Ю

O/ffSJ