Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике и предназначено для | использования в системах электропитания с характеристиками источника тока, и может быть использовано в электротехнологии.

Цель изобретения - обеспечение регулирования выходного напряжения при постоянстве частоты работы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема первой модификации преобразователя; на фиг. 2 - принципиальная схема второй модификации преобразователя; на фиг. 3,4 - эквивалентная схема и временные диаграммы, лояснякнцие работу преобразователя; на фир. 5 - регулировочные характеристики преобразователя первой моди- фикации; на фиг. 6 - блок-схема системы управления преобразователем.

Преобразователь (фиг. 1) включает в себя мостовой выпрямитель с двумя группами вентилей - управляемой ..1 и не управляемой 2, а также третью управляемую вентильную группу 3. Все вентильные группы подключены к входным выводам А,В,С (фазы сети).

Коммутирующий конденсатор 4 включен между общими точками групп 2 и 3. Общая точка группы 1 образует первый выходной вывод, второй выходной вывод образован объединенными одноименными выводами основных коммутирующих тиристоров 5 и 6, другие выводы которых подключены к разноименным выводам групп 2 и 3. Обратный диод 7 включен между выходными выводами. Аноды

дополнительных тиристоров 8 и 9 объединены, а их катоды присоединены к разным обкладкам конденсатора 4. Катоды дополнительных диодов 10 и 11 объединены, а их аноды подключены к общим точкам групп 2 и 3.

Ком1-1утирукяций дроссель 12 включен между катодами диодов 10 и 11 анодами тиристоров 8 и 9. Преобразователь содержит также блок управления (фиг.6) . Группа 1 содержит диоды 13, 14 и 15; группа 2 содержит тиристоры 16, 17 и 18, группа 3 содержит тиристоры 19, 20 и 21.

Преобразователь (фиг. 2) дополнительно содержит анодную группу 22 и катодную группу 23. Группа 22 выполнена на тиристорах 24, 25 и 26; группа 23 - на тиристорах 27, 28. и 29. Разобщенные электроды групп 22 и 23

5

подключены к входным выводам А,В,С, общая точка группы 22 подключена к анодам тиристоров 8 и 9, общая точка группы 23 подключена к катодам диодов 10, 11.

Па фиг. 1-6 введены обозначения: Uq - напряжение на коммутирующем конденсаторе 4; I o в коммутирующем дросселе 12; и„ - выходное напряжение преобразователя; Цц (.р - среднее значение выходного напряжения; 1( - сглаженный ток нагрузки; U линейное напряжение сети; g - коэффициент регулирования выходного напряжения; У - относительная проводимость LC контура; угол задержки между моментами подачи импульса управления на основные и дополнительные тиристоры в преобразователе первой 0 модификации.

Блок-схема системы управления, представлен ная на фиг. 6, содержит задающий генератор (ЗГ) 30, выход которого подключен ко входу распределителя 31 импульсов и входу блока 32 задержки, выходы которых подключены ко входам формирователей (Ф1-Ф4) 33-36, с выхода которых подаются им-, пульсы управления на тиристоры 5,6, 8 и 9 и тиристоры групп 2 и 3. Входы формирователей 37, 38 соединены с выходом схемы 39 сравнения и выходом распределителя 31. С выхода формирователей 37 и 38 импульсы управления подаются на тиристоры вентильных групп 22 и 23.

Работа преобразователя по фиг. 1 осуществляется следующим образом. Пусть к моменту to напряжение фа5

0

5

0

зы А наиболее положительное, а напряжение фазы С наиболее отрицательное, начальное напряжение на конденсаторе таково, что /и° / U, U (полярность на фиг. 3 показайа без

скобок), в момент t (см. фиг. 4, сплош. линиями) подаются одновременно импульсы управления на тиристоры анодной группы 3, тиристор 21 и 5. До момента t,, ток нагрузки 1 замы0 кался по нулевому контуру через обратный диод 7. Отпирается диод 13 катодной группы 1, тиристор 21 анодной группы 3 и коммутирукндий тиристор 5. Ток нагрузки с момента t,

5 мгновенно переходит с нулевого контура на контур: фаза А - диод 13 - тиристор 5 - конденсатор 4 - тиристор 21 - фаза С. При этом конденсатор 4

начинает перезаряжаться полным током нагрузки 1, В момент времени t (см. фиг. 4), пока полярность на коммутирующем конденсаторе не сменилась, подаются импульсы управления на дополнительный тиристор 8, вследствие чего отпирается тиристор 8 и дополнительный диод 11, и по образованному контуру (см. фиг. 3): конденсатор 4 - диод 11 - коммутирующий дроссель 12 - тиристор 8 - конденсатор 4, коммутирующий конденсатор 4 ускоренно перезаряжается со значения U(t,) до значения (t) -и(ц), причем скорость перезаряда зависит от величины индуктивности дросселя 12 Ljj. В момент времени t, ток в коммутирующем дросселе становится равным нулю (см. фиг. 4), вследствие чего тиристор 8 и диод 11 запираются, ток кон- 20 денсатора 4 снова становится равным току нагрузки 1 и конденсатор 4 линейно дозаряжается до величины ли- Иейного напряжения U Уд. В момент

15 HecKQ/ibKo отличается от работы преоб разователя по фиг. 1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя второй модификации показаны на фиг. 4 пунктиром.

Допустим, до момента t ток нагрузки замыкался в нулевом контуре через обратный диод 7, коммутирующий конденсатор 4 заряжен до линейного напряжения сети полярностью,

tj тиристоры 5, 21 и диод 13 запира- 25 указанной на фиг. 3 без скобок. В ются и ток нагрузки переходит в нулевой контур.через обратный диод 7.

момент tg подаются импульсы управВ момент tj подаются очередные импульсы управления на тиристор 18

ления на дополнительный тиристор 8, вследствие чего этот тиристор отпирается и образуется контур переза- анодной группы 2 и на тиристор 6.0т- зо РЯда коммутирующего конденсатора: пирается диод 13 катодной группы 1, конденсатор 4 - диод 11 - коммутиру- тиристор 18 анодной группы 2 и тиристор 6. Ток нагрузки мгновенно

ющий дроссель 12 - тиристор 8 - конденсатор 4. По указанному контуру коммутирующий конденсатор начинает

переходит с нулевого контура на кон-

тур: фаза А - диод 13 - тиристор 6 - г колебательно перезаряжаться, ток

конденсатор 4 - тиристор 18 - фаза С С момента t конденсатор 4 по указанному контуру линейно перезаряжается полным током нагрузки. В момент tg, пока на конденсаторе не сменилась полярность напряжения, подается импульс управления на тиристор 9.Образуется дополнительный контур перезаряда конденсатора 4: конденсанагрузки пока находится в нулевом контуре. В момент tj , пока напряж ние на конденсаторе не сменило по лярность,- подаются импул.сы управ 40 НИИ на тиристор 5 и на тиристор 2 анодной группы 3. В результате эт тиристоры отпираются и ток нагруз с нулевого контура мгновенно пере ходит на контур: фаза А - диод 13

тор А - диод 10 - коммутирующий дрос- тиристор 5 - конденсатор 4 - тиристор сель 12 - тиристор 9 - конденсатор 4. 21 - фаза С, т.е. помимо вышеуказан- По указанному контуру конденсатор 4 форсированно перезаряжается со знаного контура, образуется основной контур перезаряда конденсатора,причем ток через ко1-1мутирующий конденчения и (tg) до значения и(Сд),причем 1)4 (tg) -и (tg). В момент tg ток дросселя становится равным нулю, и с этого момента тиристор 9 и диод 10 запираются. С момента tg конденсатор 4 продолжает линейно дозаря- жаться полным током нагрузки до напряжения Кд . В момент t-j ток нагрузки переходит в нулевой контур через обратный диод 7, а тиристоры 6, 18 и диод 13 запираются. В дальнейшем

электромагнитные процессы в преобразователе повторяются аналогично описанным полупериодам.

Как видно из фи;-. 4 среднее значение выходного напряжения U., можно-регулировать с помощью регулирования интервалов времени ; т.е. с помощью регулирования интервала времени подачи импульсов управления на дополнительные тиристоры 8, 9 относительно включения основ- ных тиристоров 5, 6 и тиристоров в группах 2, 3.

Работа преобразователя по фиг. 2

HecKQ/ibKo отличается от работы преобразователя по фиг. 1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя второй модификации показаны на фиг. 4 пунктиром.

Допустим, до момента t ток нагрузки замыкался в нулевом контуре через обратный диод 7, коммутирующий конденсатор 4 заряжен до линейного напряжения сети полярностью,

указанной на фиг. 3 без скобок. В

момент tg подаются импульсы управления на дополнительный тиристор 8, вследствие чего этот тиристор отпирается и образуется контур переза- РЯда коммутирующего конденсатора: конденсатор 4 - диод 11 - коммутиру-

ющий дроссель 12 - тиристор 8 - конденсатор 4. По указанному контуру коммутирующий конденсатор начинает

нагрузки пока находится в нулевом контуре. В момент tj , пока напряжение на конденсаторе не сменило полярность,- подаются импул.сы управле- НИИ на тиристор 5 и на тиристор 21. анодной группы 3. В результате эти тиристоры отпираются и ток нагрузки с нулевого контура мгновенно переходит на контур: фаза А - диод 13 тиристор 5 - конденсатор 4 - тиристор 21 - фаза С, т.е. помимо вышеуказан-

ного контура, образуется основной контур перезаряда конденсатора,причем ток через ко1-1мутирующий конденсатор больше, чем ток нагрузки.Этим и объясняется более крутой фронт перезаряда конденсатора (см.фиг. 4 напряж. пунктиром) на интервале времени t - t .В момент t , как

ТОЛЬКО конденсатор перезаряжается

до линейного напряжения сети, подаются импульсы управления на тиристоры 24 и 29, в результате эти тиристоры отпираются, а. тиристоры 5, 8j 21 и

запираются. Ток нагруз- в нулевой контур, а

диоды 11, 13 ки переходит ток дросселя переходит в контур: фаза С - тиристор 29 - коммутирующий дроссель 12 - тиристор 24 - фаза А. По образовавшемуся контуру ток дросселя уменьшается до нуля, протекая навстречу ЭДС сети, т.е. с момента t в преобразователе осуществляется режим рекуперации, что является расширением функциональных возможностей преобразователя. Выходное напряжение можно регулировать, регулируя интервал времени между моментами подачи импульсов управления на тиристор 8 или 9 в зависимости от полярности напряжения на конденсаторе, на основных тиристорах 5, 6 и тиристорах групп 2, 3 (см. фиг. 4 пунктиром) . С момента t процессы в преобразователе повторяются аналогично предыдущему полупериоду.

Для управления преобразователем используется система управления,приведенная на фиг. 6.

Допустим, что ток нагрузки идеально сглажен, вентили - идеальные ключи, линейное напряжение стали в интервалах коммутаций остается постоянным, можно получить следующее выражение для преобразователя по

фиг.

If где

1:

Цц ср ил

f ,( Oj +arccos

If P

U;,/U

коэффициент регулирования выходного напряжения;

относительная проводимость LC контура;

угол задержки между моментами подачи импульсов управления на дополнительные тиристоры и на

30 регулирования выходного напряжения при постоянстве частоты работы, в него введены два дополнительных тиристора, два дополнительных диода и коммутируюш 1Й дроссель, причем аноды

2 дополнительных тиристоров объединены, а катоды присоединены к разньм обкладкам коммутирующего конденсатора, катоды дополнительных диодов объединены, аноды подключены к общим

40 точкам соответствующих управляемых вентильных групп, коммутирующий дроссель включен между катодами дополнительных диодов и анодами дополнительных тиристоров, а в блок управления

основные тиристоры преоб- 45 введены средства для задержки включения дополнительных тиристоров относительно основных.

2. Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что, с 50 целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены анодная и катодная группы вентилей, при этом разобщенные электроды Таким образом, преобразователь этих групп подключены к входным вы- позволяет наряду с частотно-импульс- воц.ам, общая точка анодной группы ным регулированием напряжения на на- подключена к катодам дополнительных грузке реализовать широтно-импульсное тиристоров, а общая точка катодной регулирование либо осуществлять ком- группы подключена к катодам дополни- (бинацию указанных способов регулиро- тельных диодов.

разователя.

На фиг. 5 приведены регулировочные характеристики If f(6i) при разных

U

значениях f . Выходное напряжение в преобразователе можно регулировать в диапазоне (0-80%) при постоянстве частоты работы преобразователя.

вания, что позволяет расширить диапазон регулирования напряжения на нагрузке, уменьшить габариты выходного фильтра.

Формула изобретения

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий

мостовой вьшрямитель с двумя группами вентилей - управляемой и неуправляемой, а также третью управляемую вентильную группу, при этом все указанные группы подключены к входным выводам, общая точка неуправляемой вентильной группы образует первый вьгходной вывод, коммутирующий конденсатор, включенный между общими точками управляемых вентильных групп,

два основных коммутирующих тиристора, одноименные выводы которых объединены и образуют второй выходной вывод, а каждый из свободных выводов подключен к разноименному выводу соответствующей управляемой вентильной группы, обратный диод, включенный между выходными выводами,и блок управления, отличающи й- с я тем, что, с целью обеспечения

регулирования выходного напряжения при постоянстве частоты работы, в него введены два дополнительных тиристора, два дополнительных диода и коммутируюш 1Й дроссель, причем аноды

дополнительных тиристоров объединены, а катоды присоединены к разньм обкладкам коммутирующего конденсатора, катоды дополнительных диодов объединены, аноды подключены к общим

точкам соответствующих управляемых вентильных групп, коммутирующий дроссель включен между катодами дополнительных диодов и анодами дополнительЙ

;; ; o-H- - 1 Г л

-.; I1

f

3

C4)

-,

J

tif

A ч

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначено для использования в системах электропитания для электротехнологии. Цель изобретения - обеспечение регулирования выходного напряжения при постоянстве частоты работы. В преобразователе среднее значение выходного напряжения можно регулировать с помощью регулирования интервала времени подачи импульсов управления на дополнительные тиристоры 8, 9 относительно включения основных тиристоров 5, 6 и тиристоров в группах 2, 3.Коммутирующий конденсатор 4 ускоренно перезаряжается, скорость его перезаряда зависит от величины индук- тивности коммутирующего дросселя 12. Преобразователь позволяет наряду с частотно-импульсным регулированием напряжения на нагрузке реализовать пшротно-импуЛьсное регулиро- вание либо осуществлять комбинацию указанных способов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. с S (Л to 00 00 со со

(

и.

Редактор А. Долинич

Составитель Е.Мельникова .

Техред В.КадарКорректорЛ. Пилипенко

Заказ 7455/55Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.-Ужгород, ул. Проектная, 4

3

С 6ui

vcrftj2

35

ffo 9