Преобразователь переменного напряжения в переменное (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК H02M5/257 

2. Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи силового тока, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четьфе отвода, а вторичная обмотка включена в цепь силового тока, и группу из четырех управляемых ключей переменного тока, отличающийся тем,что, с целью повышения качества регулирования, эффективности использования ключевых элементов, упрощения и снижения массогабаритных показателей, повьшения технологичности изготовления и повышения надежности, в него введено m дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых имеют по четьфе отвода каждая и m

дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного каждая, силовой трансформатор содержит (т + 1) группу вторичных обмоток при этом каждая из (т + 1) групп вторичных обмоток вьшолнена в виде трех изолированных секций, одни одноименные вь водыКоторых через соответствующие управляемые ключи переменного тока соединены в общую точку, соединенную через другой управляемый ключ переменного тока с одним из отводов первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора, а другие одноименные выводы секций непосредственно соединены с соответствующими выводами первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора.

1. Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с вьтодами цепи силового тока, а вторичная обмотка имеет четыре отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепь силового тока, и группу из четьфех управляемых ключей переменного тока, отлича.ющийся тем, что, с целью повьппения качества регулирова,ния, эффективности использования ключевых элементов и упрощения, в него введено m дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая и m дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой трансформатор имеет m дополнительньк вторичных обмоток, имекицих по четыре отвода каждая, причем управляемые ключи переменного тока каж5 дой из групп соединяют между собой одноименные отводы первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора и соответствующей вторичной обмотки силового трансфор- матора, а вторичные обмотки всех, (т + 1)-х вольтодобавачиых трансформаторов включены последовательно в цепь силового тока.

t .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для построения преобразователей, преимущественно регуляторов напряжения и тока в системах питания электрорадиоаппаратуры.

Известны устройства, содержащие основной трансформатор и несколько вольтодобавочных трансформаторов }

Однако в таких устройствах качество регулирования недостаточно высокое, что, в свою очередь,- определяет невысокую надежность устройства (вероятность возникновения аварийных или нерабочих режимов при сбоях в системе управления высока).

Наиболее близким к предложенному является преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи Ьилового тока, а вторичная обмотка имеет четьфе отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четьфе отвода, а вторичная обмотка включена в цепь силового токами группу из четырех управляемых ключей переменного т ка 2.

Однако в известном устройстве качество регулирования является недостаточным. С точки зрения комбинаторики число дискретньрс уровней выходного напряжения при наличии в схеме N ключей будет максимально, если одновре енно могут работать -j- (при N четнол)

(при N нечетном) любых клюиличей. На практике, однако, невозможно построить схему, в которой одновременно могут включаться три и более любых ключа. Это говорит о недостаточно )ективном использовании ключевых элементов в схеме при N :. 5 и, соответственно, S : 10 в известном устройстве оказывается невозможным добиться линейности регулирования, т.е. обеспечить, например, при N 5 десять уровней выходного напряжения

с равным шагом между ними. При проектировании устройства это приводит либо к сужению диапазона регулирования выходного напряжения при неизменной ступени регулирования, либо к

увеличению шага регулирования при неизменном диапазоне. В любом случае возможности устройства используются неполностью, и с ростом N (и, следовательно, Sj), этот недостаток

сказывается все значительнее. Так, 31 например, при N 8 теоретически воз можное число Sj 28, однако реально при расчете удается обеспечитьне более 18 уровней выходного напряжения с равным шагом между ними, при в известном устройстве значи тельно возрастают напряжения, прикла дываемые к разомкнутым ключам. Это заставляет при проектировании конкретного устройства применять в качестве ключей тиристоры высоких клас сов по напряжению,, что бывает затруднительно, а часто и невозможно. Целью изобретения является повышение эффективности исггользования K-IW чевых элементов, качества регулирова ния и упрощение. По первому варианту поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в пе ременное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи силового тока, а вторичная обмотка имеет четыре отвода, вопьтодобавочный тран форматор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепи силового тока, и группу из четырех управляемых ключей переменного тока, введено m дополнительных вольтодобавочных тран форматоров, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая и m дополнительньп: групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой- трансформатор имеет m дополнительных вторичных обмоток, имеюпц1х по 4 отвода каждая, причем управляемые ключи переменного тока каждой из групп соединяют между собой одноименные отводы первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора и соответствую щей вторичной регулировочной обмотки силового трансформатора, а вторичные обмотки всех (т + 1)-х вольтодобавочных трансформаторов включены последовательно в цепь силового тока По второму варианту, с целью сниж ния массогабаритных показателей, по вьпиения технологичности и надежности в преобразователь переменного напряж ния в переменное введено m дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых име ют по четыре отвода каждая и m допол нительных групп из четырех управляемых ключей переменноготока каждая. 764 :силовой трансформатор содержит (т+1) jгруппу втор гчных обмоток, при этом каждая из (т + 1) групп вторичных обмоток выполнена в виде трех изолированных секций, одни одноименные выводы которых через соответствующие управляемые ключи переменного тока соединены в общую точку, соединенную через другой -управляемый ключ переменного тока с одним из отводов первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора, а другие одноименные выводы секций непосредственно соединены с соответствующими выводами первичной обмотки соответствующего-вольтодобавочного трансформатора. По второму варианту общие точки соединения ключей каждого узла регулирования могут быть соединены между собой и с корпусом прибора. Таким . образом, применив в качестве управляемых ключей переменного тока симметричные тиристоры, можно установить их на общий охладитель и даже просто на корпус устройства. Это позволяет значительно упростить конструкцию и монтаж устройства, повышает его надежность при эксплуатации, и во многих случаях позволяет обойтись без использования большого числа радиаторов, изготавливаемых из. цветных металлов и сплавов с высокой теплопроводностью. В данной структурной схеме именно четырехключевые узлы регулирования являются оптимальными. Построение устройства с аналогичными пятиключевыми узлами регулирования формально повьш1ает число формируемых схемой уровней напряжения, однако при этом теряется линейность регулирования (что уменьшает реальный диапазон или ухудшает точность регулирования) и возрастают напряжения на разомкнутых ключах. Вместе с тем, при необходимости последний узел регулирования может содержать от трех до пяти ключей (и соответственное капичество отводов первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора и вторичной регулировочной обмотки основного трансформатора) . Суммарная установленная мощность вольтодобавочных трансформаторов, несмотря на увеличение их количества, в предлагаемом устройстве не превышает установленной мощности одного 51 трансформатора в известном устройстве. На фиг. 1-3 представлена функциональная схема предлаГ аемого устройства, варианты. Устройство (фиг. 1) содержит основной автотрансформатор 1 с секционированными вторичными обмотками 2 и 3, вольтодобавочный трансформатор 4 с секционированной первичной обмот кой 5, вольтодобавочный трансформатор 6 с секционированной первичной обмоткой 7 и управляемые ключи 8-15 переменного тока, причем ключи 8-11 соединяют между собой одноименные отводы 16-19 обмотки 2 основного автотрансформатора 1 и обмотки 5 вольтодобавочного трансформатора 4, а ключи 12-15 соединяют между собой одноименные отводы 20-23 обмотки 3 основного автотрансформатора и обмотки 7 вольтодобавочного трансфор матора 6. Вторичные обмотки 24 и 25 вольтодобавочных трансформаторов 4 и 6 включены последовательно в цепь силового тока между выходным зажимом 26 автотрансформатора и выходным за жимом устройства 27. На фиг. 2 приведено устройство, котором основной автотрансформатор имеет одну секционированную вторичную обмотку 2.Отличие от схемы фиг. состоит в том, что в данной схеме одноименные ключи в каждой группе соединяют одноименные отводы пер вичных обмоток вольтодобавочных транс форматоров с одним и тем же отводом регулировочной обмотки основного ав тотрансформатора. На фиг. 3 приведен пример схемы устройства по второму варианту для случая, когда необходима гальваническая развязка входа и выхода или требуется согласование уровней вход ного и выходного напряжений. Устройство (фиг. 3) содержит силовой трансформатор 28, имеющий первичную обмотку 29, подключенную ко входным зажимам устройства, осно ную вторичную обмотку 30 и секции двух-групп вторичных обмоток 31-36, вольтодобавочный трансформатор 37 с секционированной первичной обмоткой 38, вольтодобавочный трансформатор 39 с секщюнированной первичной об,моткой 40 и управляемые ключи 41-48 переменного тока, составляющие две группы по 4 ключа в каждой. Отводы 49-51 первичной обмотки 38 вольтодо .6 бавочного трансформатора соединены соответственно с концами трех вторичных регулировочных обмоток 31-33 основного силового трансформатора 28, другие концы которых и четвертый отвод 52 первичной обмотки 38 вольтодобавочного трансформатора 37 через ключи41-44 соединены в одну точку. Аналогично во втором узле регулирования отводы 53-55 первичной обмотки 40 вольтодобавочного трансформатора 39 соединены соответственно с концами трех вторичных регулировочных обмоток 34-36 силового трансформатора 28, другие концы которых и четвертый отвод 56 первичной обмотки 40 вольтодобавочного трансформатора 39 через ключи 45-48 соединены в одну точку. Вторичная обмотка 57 вольтодобавочного трансформатора 37 и вторичная обмотка 58 вольтодобавочного трансформатора 39 включены последовательно в цепь выходного тока между выводом 59 основной обмотки 30 силового трансформатора 28 и выходным зажимом 60 устройства. Принцип действия всех схем одинаков: одновременно в каждой группе из четырех ключей замкнуты любые два ключа, создавая путь току в первичной цепи соответствующего вольтодобавочного трансформатора и внося соответствующую ЭДС вконтур вторичной цепи этого вольтодобавочного трансформатора. Изменяя величины этих ЭДС мы можем требуемым образом влиять на эквивалентный коэффициент трансформации исполнительной структуры, т.е. осуществлять необходимое преобразование величины напряжения переменного тока. В качестве управляемых ключей переменного тока могут использоваться встречно-параллельно соединенные тиристоры, симисторы, транзисторы в диагонали диодных мостов и другие силовые приборы. Как и в известном устройстве, в предлагаемой схеме можно осуществить плавное регулирование напряжения за счет фазового или широтно-импульсного регулирования между двумя соседними уровнями. Повьппенное по сравнению с известным устройством число рабочих состояний при равном числе ключей и, соответственно, сниженное число нерабочих и аварийных режимов свидетельствуют о более высокой надежности предлагаемого устройства.

28

1

5

23

6,

59

60 -О

Ч f 37

38 I

/g 56 39 I

ris

40