Преобразователь переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

«

(Л

грЙГ/

10

25

Изобретение относится к электроехнике, в частности к преобразова- тельной технике, и может найти примеение в регуляторах и стабилизаторах еременного напряжения, преобразователях частоты, с промежуточным звеном повышенной частоты.

Целью изобретения является обеспечение регулирования выходного напряжения и повышение надежности преобразователя.

На фиг, 1 представлена схема преоб- разователя; на фиг,. 2 - диаграммы, поясняющие его работу,(5

Преобразователь переменного напряжения (фиг, 1) содержит трехфазный трансформатор 1, два переключателя 2-3, каждый из которых содержит трехфазный диодный мост на диодах 4-9 с 20 полностью управляемым транзисторным ключом 10 на его выходе, три диодно- транзисторньгх ключа 11,1-11,3 переменного тока, выходы которых соединены со входами преобразователя, вы- ходы - с соответствующими входами трехфазного диодного моста и концами соответствующих первичных обмоток трехфазного трансформатора I, Блок 12 управления включает источник 13 питания, последовательно соединенные, задающий генератор 14 и Т-триггер 15, два узла 16„1 и 16,2 развязки с двумя входами, противотактные выходы которых подключены к база-эмиттерным переходам транзисторов соответствуто- щих ключей 10, 11,1-11,3,

Каждый ключ каждого переключателя снабжен протекторным узлом, состоящим из диода 17 и дополнительного транзистора 18, причем катод диода 17 соединен с коллектором транзистора 19 ключа, анод диода 17 соединен с базой дополнительного транзистора 18, эмиттер дополнительного транзистора 18 соединен с соответствующ11м гальванически развязанным выходом источника питания, а коллектор дополнительного транзистора 18 соединен с базой транзистора 19,

Блок 12 кроме того содержит четыре одновибратора 20.1-20,4, два инвертора 21.1 и 21,2 и фазосдвигающие блоки 22 и 23, соответствующие выходы которых непосредственно через од- новибраторы 20,1 и 20,3 соединены с первыми входами узлов 16 и через последовательно соединенные инверторы 21,1, 21,2 и одновибраторы 20,2 и

30

35

40

45

50

55

0

5

5

0

0

5

40

45

50

55

20.4 со вторыми входами узлов 16, В блоках 22 и 23 каждый блок включает последовательно соединенные генератор с 24 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 25 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26, выход которого образует выход блока 22 или 23, а один из входов соединен с выходом триггера 15.

На фиг,2 показаны: 27 - напряжение одной фазы питающей сети; 28 - импульсы задающего генератора 14; 29 - напряжение на выходе триггера 15; 30 и 31 - выходные напряжения генераторов 24 блоков 22 и 23 соответственно; 32 и 33 - управляющие напряжения (Un, Uy ) преобразователя; 34 и 35 - напряжения на выходах компараторов 25 блоков 22 и 23; 36 и 37 - выходные напряжения, блоков 22 и 23 соответственно; 38 и 39 - выходные напряжения инверторов 21,1 и 21,2 соответственно; 40-42 - напряжения на выходах одновибраторов .20.1-20,4 соответственно; 44 и 45 - напряжения - на инверсном и прямом выходах узла 16.1 для управления ключами 11,1-11,3 и 10 второго переключателя соответственно; 46 и 47 - напряжения на прямом и инверсном выходах узла 16,2 развязки для управления ключами 11,1-11,3 и 10 третьего переключателя соответственно;.48 и 49 - выходные напряжения преобразователя для управляющих напряжений 32 и 33 соответственно .

Рассмотрим принцип работы преобразователя .на примере одной из фаз питающей сети,

Лри подаче на вход преобразователя трехфазного питак}П ;его напряжения 27 (фиг, 2) и включении блока 12 на выходе задающего генератора 14 появляется последовательность тактовых импульсов 28, которая поступает на триггер 5 и на генераторы 24 фазо- сдвигающих блоков 22 я 23, причем выходное напряжение 30 генератора 24 блока 22 линейно падающее, а напряжение 31 генератора 24 блока 23 - линейно нарастающее. Напряжение с выхода генератора 24 поступает на один из входов компаратора 25, на другой вход которого подается напряжение 33 управления, причем, если линейно изменяющееся напряжение превьштает напряжение управления, то напряжение на выходе компаратора имеет уровень логической единицы, в противном слу10

(5

чае напряжение на выходе компаратора имеет уровень нуля. Таким образом, результатом взаимодействия напряжения 31 и напряжения 33 является формирование напряжения 34 (фиг, 2) на в,1ходе компаратора 25 блока 22; результатом взаимодействия напряжений 30 и 33 является напряжение 35 на выходе компаратора 25 блока 23,

Далее сигналы с выходов компарато- ipoB 25 и с триггера 15 поступают на входы элементов 26, на выходах которых формируются напряжения 36 на элементе 25 блока 22 и 37 на элементе 25 блока 23, Длительность импульсов и ча- стота этих напряжений совпадает с длительностью импульсов и частотой напряжения с выхода триггера 15, а фаза определяется величиной напряжения управления. Фаза этих напряжений определяет угол включения ключей переключателей 2 преобразователя и, следовательно , величину напряжения на нагрузке.

Напряжения 36 и 37 с выходов элементов 26 блоков 22 и 23 соответственно поступают на вход одновибрато- ров 20,1 и 20,3 и на вход инверторов 21.1 и 21,2, выходные напряжения 38 и ,- 39 которых поступают на вход одновиб- раторов 20,2 и 20,4, При этом одновиб- раторами формируются импульсы с фиксированной длительностью, которые необходимы для управления узлами 16,1 и 16,2, При этом на прямом выходе узла 16,1 действует напряжение 45, на инверсном - 44; на прямом выходе узла 16;2 - напряжение 46, на инверсном - 47,

Алгоритм работы ключей 10, 1 Kill, 3 обоих переключателей следзпощий (при действии напряжения 33); на интервале ключи 10,

20

25

40

0-t. (фиг,2) - замкнуты

а ключи 11,1-11,3 обоих переключателей разомкнуты, при этом первичные обмотки тpaнcфopkaтopa 1 отключены от сети и вторичные закорочены, на вторичных обмотках напряжение равно нулю; tj-t - замкнуты ключи чателя 2 и 10 переключателя 3,

При этом концы первичных обмоток трансформатора 1 закорачиваются ключом 10, т,е, соединяются в звезду, а начала их подключаются ключами 11,1-11,3 к сети, т,е, на вторичной обмотке формируется положительное напряжение 49, на интервале замк45

нуты ключи 1I ,1-1.3 переключателей 2 и 3, ключи 10 обоих переключателей разомкнуты. При этом образуется пепь в которой каждая первичная обмотка закорочена и, следовательно, напряжение на каждой из вторичных обмоток равно нулю.

На интервале замкнуты ключи 10 переключателя и 11.1-11.3 переключателя 3, остальные ключи разомкнуты При этом начала первичных обмоток трансформатора закорочены, а концы их подключены к сети через ключи 11.1 11.3; на вторичной обмотке формируется отрицательное напряжение.

Далее алгоритм повторяется.

Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора 1 рассматриваемой фазы действует напряжение 49, величина которого определяется уровнем напряжения управления, а знак определяется тем, начало или конец первичной обмотки подключены к сети; причем, если напряжение 32 лежит вьпие точки пересечения напряженгй генераторов 24 на такое, то напряжение противо- / фазно сетевому; если напряжение 32 лежит ниже этой точки, то напряжение синфазно сетевому.

Транзисторный ключ с протекторным узлом работает следующим образом.

В исходном состоянии транзисторы 18 и 19 ключа (например, 11.1) и узла закрыты. При поступлении с узла 16,1 импульса напряжения полояштель- ной полярности транзистор 19 ключа 11,1 начинает открываться, напряжение на его коллекторе падает и как только оно достигает величины напряжения источника 13, присоединенного к эмиттеру транзистора 18 (за вычетом падений напряжения на диоде 17 и ба- за-эмиттерном переходе транзистора 1 8 ;.протекторного узла), транзистор 18 открывается и поддерживает открытое состояние транзистора 19 ключа 11,1 за счет энергии источника 13, При поступлении напряжения отрицательной полярности с узла 16,1

.« -, ,

11,1-11,3 на интервале переклю- транзистор 19 ключа 11,1 подзапирается,напряжение на его коллекторе возрастает и, при достижении им величины напряжения источника 13, за- крьтается транзистор 18 протекторно- 55 го узла и транзистор 19 ключа 11,1,

Таким образом, положительный импульс напряжения включает ключ II.1, а отрицательный импульс его выключа10

(5

-

0

5

0

5

нуты ключи 1I ,1-1.3 переключателей 2 и 3, ключи 10 обоих переключателей разомкнуты. При этом образуется пепь, в которой каждая первичная обмотка закорочена и, следовательно, напряжение на каждой из вторичных обмоток равно нулю.

На интервале замкнуты ключи 10 переключателя и 11.1-11.3 переключателя 3, остальные ключи разомкнуты. При этом начала первичных обмоток трансформатора закорочены, а концы их подключены к сети через ключи 11.1 11.3; на вторичной обмотке формируется отрицательное напряжение.

Далее алгоритм повторяется.

Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора 1 рассматриваемой фазы действует напряжение 49, величина которого определяется уровнем напряжения управления, а знак определяется тем, начало или конец первичной обмотки подключены к сети; причем, если напряжение 32 лежит вьпие точки пересечения напряженгй генераторов 24 на такое, то напряжение противо- / фазно сетевому; если напряжение 32 лежит ниже этой точки, то напряжение синфазно сетевому.

Транзисторный ключ с протекторным узлом работает следующим образом.

В исходном состоянии транзисторы 18 и 19 ключа (например, 11.1) и узла закрыты. При поступлении с узла 16,1 импульса напряжения полояштель- ной полярности транзистор 19 ключа 11,1 начинает открываться, напряжение на его коллекторе падает и как только оно достигает величины напряжения источника 13, присоединенного к эмиттеру транзистора 18 (за вычетом падений напряжения на диоде 17 и ба- за-эмиттерном переходе транзистора 1 8 ;.протекторного узла), транзистор 18 открывается и поддерживает открытое состояние транзистора 19 ключа 11,1 за счет энергии источника 13, При поступлении напряжения отрицательной полярности с узла 16,1

транзистор 19 ключа 11,1 подзапирает. Кроме того, протекторный узел обладает защитными свойствами по отношению к основному транзистору ключа: при повышении тока через основной транзистор 19 ключа 11.1 (режим перегрузки или короткого замыкания) падение напряжения между коллектором и эмиттером растет. Это приводит к уменьшению базового тока транзистора 18 протекторного узла через диод 17, что ведет к уменьшению его коллекторного тока и, следовательно, базового тока основного транзистора 19. Это ведет к еще большему росту напряжения коллектор-эмиттер основного транзистора 19, следовательно, транзистор 18 еще подзапрется и, таким образом, процесс закрьшания происхо432694

юп1ей первичной обмотки трехфазного трансформатора, блок управления, содержащий источник питания, последовательно соединеннь е задающий генератор и Т-триггер и два узла развязки с двумя входами, протиготактные выходы каждого из которых подключены к база- эмиттерным переходам транзисторов ди- одно-транзисторных ключей переменного тока и транзисторного ключа диодного моста соответствующего переключателя, отличающий ся

5

10

тем, что, с целью обеспечения регули- 15 рования выходного напряжения и повышения надежности преобразователя, источник питания снабжен гальванически развязанными выходами по числу ключей, каждьш диодно-транзисторный ключ кажтем, что, с целью обеспечения регули- рования выходного напряжения и повышения надежности преобразователя, источник питания снабжен гальванически развязанными выходами по числу ключей, каждьш диодно-транзисторный ключ каж

Изобретение относится к электротехнике и может применяться в регуляторах переменного напряжения. ЦеЛь изобретения - обеспечение регулирования выходного напряжения и повышение надежности. Преобразователь содержит трехфазный трансформатор 1, подключенный к переключателям 2, 3, и блок 12 згправления. За счет введения в переключатели 2 и 3 протекторных узлов, состоящих из диода 17, транзистора 18, и блока 12 управления с одно- вибраторами 20.1-20.4, инверторами 21.1, 21.2 и фазосдвигающими блоками 22 и 23 обеспечивается регулирование и реверс фаз выходного напряжения. 2 ил.

дит лавинообразно и основной транзис- 2о дого переключателя и транзисторный v

тор 19 оказьшается защищенным от перегрузки.

Таким образом, предлагаемьй преобразователь имеет возможность регулирования и реверса фаз выходного напряжения, длительность импульсов управления, поступающих на трансформаторы узлов развязки, не зависит от величины управляющего напряжения и вольт-секундные площади напряжения в положительную и отрицательную полуволны равны, что существенно облегчает режим работы трансформатора. Надежность преобразователя повышается вследствие того, что протекторный узел обладает защитными свойствами пс отношению к основному транзистору. Поэтому преобразователь обладает высоким быстродействием и может отрабатывать резкие изменения сигнала управления без ухудшения характерис-, тик. Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения , содержащий трехфазный трансформатор, вторичные обмотки которого являются выходом преобразователя, два переключателя, каждьш из- которых содержит трехфазный диодный мост, к выходам которого подключены эмиттер .и коллектор транзисторного ключа, три диодно-транзисторных кхпоча переменного тока, входы которых являются входами преобразователя, выход, каждого цз диодно-транзисторных ключей переменного тока соединен с соответствующим входом трехфазного диодного моста и с одним выводом соответству35

ключ трехфазного моста снабжен протек торным узлом, состоящим из диода и дополнительного транзистора, блок управления снабжен четырьмя одновибра- 25 торами, двумя инверторами и двумя фа- зосдвигающими блоками, каждый из которых содержит компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮиЩЕ ИЛИ и генератор линейно изменяющегося напряжения, один блок - 30 линейно падающего, другой - линейно нарастающего, причем в каждом ключе с протекторным узлом катод диода протекторно I o узла соединен с коллектором транзистора ключа, анод диода узла соединен с базой дополнительного транзистора этого угла, эмиттер допол нительного транзистора узла соединен с соответствуюш 1М гальванически развязанным выходом источника питания, 4Q коллектор дополнительного транзистора узла соединен с базой транзистора соответствующего ключа в фазосдвига- блоках блока управления,входы ге- . нераторов линейно изменявшихся напряже- д НИИ соединены с выходом задающего генератора, выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, соединенном с первым входом компаратора, выход кото рого соединен с первым входом элемен- gQ та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы компараторов соединены и являются управ - ляющим входом блока управления, выход триггера соединен с входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход каждого из косе торых через один одновибратор соединен с первым входом соответствующего узла развязки и через один инвертор и другой одновибратор соединен с вторым входом того же узла развязки.

5

ключ трехфазного моста снабжен протекторным узлом, состоящим из диода и дополнительного транзистора, блок управления снабжен четырьмя одновибра- 5 торами, двумя инверторами и двумя фа- зосдвигающими блоками, каждый из которых содержит компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮиЩЕ ИЛИ и генератор линейно изменяющегося напряжения, один блок - 0 линейно падающего, другой - линейно нарастающего, причем в каждом ключе с протекторным узлом катод диода протекторно I o узла соединен с коллектором транзистора ключа, анод диода узла соединен с базой дополнительного транзистора этого угла, эмиттер дополнительного транзистора узла соединен с соответствуюш 1М гальванически развязанным выходом источника питания, Q коллектор дополнительного транзистора узла соединен с базой транзистора соответствующего ключа в фазосдвига- блоках блока управления,входы ге- . нераторов линейно изменявшихся напряже- д НИИ соединены с выходом задающего генератора, выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, соединенном с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом элемен- Q та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы компараторов соединены и являются управ - ляющим входом блока управления, выход триггера соединен с входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход каждого из кое торых через один одновибратор соединен с первым входом соответствующего узла развязки и через один инвертор и другой одновибратор соединен с вторым входом того же узла развязки.