Непосредственный удвоитель частоты Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

(21)4171745/24-07

(22)05.12.86

(46) 07.11.88. Бюл. № 41

(71)Брошневский экспериментальный завод «Лесдревмаш

(72)В. М. Сасин и Т. Б. Лагойда

(53)621.314.27(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1089735, кл. Н 02 М 5/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1091287, кл. Н 02 М 5/27, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1312704, кл. Н 02/М 5/27, 1985.

(54)НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

(57)Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано при разработке источников вторичного электропитания электродвигателей строгальных, фрезерных и пазовальных деревообрабатывающих станков. Целью является повышение КПД. Устр-во содержит два моста на тиристорах 1-8 и согласующий силовой тр-р 9, к обмотке 12 которого подключена нагрузка 13. Четыре формирователя импульсов (ФИ) 22 подключены к балластным резисторам 20, 21 и выводам переменного тока моста. ФИ 22 состоит из импульсного тр-ра 23, к обмотке которого подключен транзистор 26. К коллектору транзистора 26 подключен выходной импульсный тр-р 27. Использование диодов 14-17 во входных цепях ФИ 22 почти в два раза снижает потери на балластных резисторах. 5 ил.

С

s

1211

(Л

-W 13

-ntr

Sul

iy

00 O5

со

ел

ЯгГ

Ha.fu3

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников вторичного электропитания электродвигателей строгальных, фрезерных и пазовальных деревообрабатывающих станков.

Цель изобретения - повышение КПД преобразователя.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема непосредственного удвоителя частоты, подключаемая к соответствующим напряжениям трехфазной четырехпроводной сети; .на фиг. 2 - эпюры напряжений на входе удвоителя и на одном из тиристоров, а также эпюра тока этого же тиристора; на фиг. 3 и 4 - эпюры соответственно входного и выходного токов одного из формирователей управляющих импульсов; на фиг. 5- эпюра выходного напряжения преобразователя.

Удвоитель частоты содержит первый мост на тиристорах 1-4 и второй мост на тиристорах 5-8, согласующий силовой трансформатор 9 с двумя первичными обмотками 10 и 11 и одной вторичной обмоткой 12, к которой подключается нагрузка 13. В обмотке 11 в V рзз больше витков по сравнению с обмоткой 10. В диагонали переменного тока мостов включены встречно-последовательно диоды 14-17, точки соединения которых (катоды) через первые балластные резисторы 18 и 19 присоединены к отрицательным полюсам мостов. К положительным полюсам мостов подключены вторые балластные резисторы 20 и 21.

Четыре формирователя 22 импульсов подключаются одним полюсом к одному из вторых балластных резисторов, а вторым входным полюсом - к одному из полюсов переменного тока соответствующего моста. Каждый из формирователей 22 импу льсов состоит из первого импульсного трансформатора 23, первичная обмотка которого, соединенная .последовательно с диодом 24 и параллельно с стабилитроном 25, составляет входную цепь формирователя. К вторичной обмотке первого импульсного трансформатора включен эмиттер-базовый переход транмаксимум. В этот момент открываются тиристоры 2 и 4, напряжение Uy на них снижается до нуля (фиг. 2) и протечет импульс тока i-r по цепи от полюса В через тиристор 4 на первичную обмотку трансформатора 11, 5 далее через тиристор 2 и в полюс С. На вторичной обмотке трансформатора 12 при этом образуется положительный полупериод напряжения (фиг. 5).

Так как нагрузка обладает индуктивно10 стью, то ток IT отстает по фазе от напряжения. От соотнощения индуктивного и активного сопротивлений нагрузки зависит величина угла, во время которого ток i еще положительный при уже отрицательном зна. чении напряжения Ug . В момент прекращения тока ir при угле, равном , тиристоры 2 и 4 закрываются и на них возникает обратное напряжение. При этом начнет протекать ток i (фиг. 3) от полюса сети С через диод 15, первый балластный резистор

20 18, первичную обмотку И силового трансформатора, второй балластный резистор 20, далее через диод 24, первичную обмотку первого импульсного трансформатора 23 и в полюс сети В. При этом транзистор 26 от25 кроется, на первичную обмотку второго импульсного трансформатора 27 от источника постоянного тока поступит ток и с вторичных обмоток этого же трансформатора на управляющие электроды тиристоров 6 и 8 второго моста поступят управ; яющие импуль30 сы тока i (фиг. 4) и они откроются. Это произойдет в момент, когда напряжение Uo пройдет свой положительный максимум. При этом на обмотках силового трансформатора 9 формируется отрицательный полупериод вторичного напряжения Ug. Далее в момент

35

f5r-+o

аналогично открываются тиристоры 1 и 3 первого моста, а потом в момент 23 +оС-тиристоры 5 и 7 второго моста. Пос- 40 ле этого цикл повторяется. Таким образом, за один период входного напряжения на выходе преобразователя формируются два периода напряжения Uj.

Если во время работы изменится характер нагрузки, например она станет более

зистора 26, к коллектору которого подклю- 45 активно (что обычно проис ходи т при увечена первичная обмотка второго выходного нагрузки), то это приведет к уменьшению yrnajj , а также автоматически соответственно и угла об . При этом действующее значение выходного напряжения увеличится, 50 так как при уменьшении нагрузки напряжение также автоматически уменьшится.

Величины сопротивлений первых балластных резисторов из условия минимума потерь энергии в них должны быть равны сопротивлениям соответствующих вторых балласт- 55 ных резисторов и определяются по формуле

т - in. 1/3

импульсного трансформатора 27, две вторичные обмотки которого подключены к управляющим электродам двух диагонально противоположных тиристоров соответствующего моста.

Преобразователь работает следующим образом.

Допустим, что нагрузка 13 имеет активно-индуктивный характер. Начнем рассмотОГ

рение с угла, равного V +ot когда напряжение UBC прошло через положительный

максимум. В этот момент открываются тиристоры 2 и 4, напряжение Uy на них снижается до нуля (фиг. 2) и протечет импульс тока i-r по цепи от полюса В через тиристор 4 на первичную обмотку трансформатора 11, далее через тиристор 2 и в полюс С. На вторичной обмотке трансформатора 12 при этом образуется положительный полупериод напряжения (фиг. 5).

Так как нагрузка обладает индуктивно0 стью, то ток IT отстает по фазе от напряжения. От соотнощения индуктивного и активного сопротивлений нагрузки зависит величина угла, во время которого ток i еще положительный при уже отрицательном зна чении напряжения Ug . В момент прекращения тока ir при угле, равном , тиристоры 2 и 4 закрываются и на них возникает обратное напряжение. При этом начнет протекать ток i (фиг. 3) от полюса сети С через диод 15, первый балластный резистор

0 18, первичную обмотку И силового трансформатора, второй балластный резистор 20, далее через диод 24, первичную обмотку первого импульсного трансформатора 23 и в полюс сети В. При этом транзистор 26 от5 кроется, на первичную обмотку второго импульсного трансформатора 27 от источника постоянного тока поступит ток и с вторичных обмоток этого же трансформатора на управляющие электроды тиристоров 6 и 8 второго моста поступят управ; яющие импуль0 сы тока i (фиг. 4) и они откроются. Это произойдет в момент, когда напряжение Uo пройдет свой положительный максимум. При этом на обмотках силового трансформатора 9 формируется отрицательный полупериод вторичного напряжения Ug. Далее в момент

5

f5r-+o

аналогично открываются тиристоры 1 и 3 первого моста, а потом в момент 23 +оС-тиристоры 5 и 7 второго моста. Пос- 40 ле этого цикл повторяется. Таким образом, за один период входного напряжения на выходе преобразователя формируются два периода напряжения Uj.

Если во время работы изменится характер нагрузки, например она станет более

45 активно (что обычно проис ходи т при уве нагрузки), то это приведет к уменьгде %- амплитуда соответствующего входного напряжения.

Стабилитрон 25 облегчает работу формирователей импульсов, так как при его отсутствии по первичной обмотке трансфор- матора 23 на участке периода от до 2й протекал бы ток i (фиг. 3, пунктир). На этом же участке на управляющие электроды тиристоров б и 8 поступают два импульса тока L (фиг. 4), которые не изменяют состояния этих тисриторов, так, как в момент 5(/4 эти тиристоры открыты, а в момент, предшествующий 2(Л , импульс iu отрицательный, напряжение Uj при этом также отрицательное.

На фиг. 2 жирной сплошной линией изоб- ражена эпюра напряжений на тиристорах 2 и 4 без учета потерь, т.е. токов утечки закрытых и прямых напряжений открытых вентилей схемы, поэтому на участке от О /2+сзС до Ji --ЬуЗ и 0; на участке от 35Г/2+оС до U-j- UgL, а на остальных участках

т Uee-KUi. Ur- 2

где К - коэффициент трансформации между обмотками 11 и 12. На остальных тиристорах возникают аналогичные напряжения, сдвинутые между собой по фазе на четверть периода напряжения питающей сети. На тиристорах второго моста величины напряжений вл/о раз меньше от соответствующих мгновенных напряжений первого моста.

.//.

ffC

0

5

0

Ширины импульсов управления, равные оС-дЗ , зависят от времени открывания соответствующих тиристоров и являются весьма малыми, поэтому соответствующие паузы между полупериодами выходного напряжения U; практически незаметны.

Применение диодов 14-17 во входных цепях формирователей импульсов почти в два раза снижает потери на балластных резисторах, в результате чего повышается общий КПД предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Непосредственный удвоитель частоты, содержащий два тиристорных моста, выводы переменного тока которых образуют силовые входные выводы для подключения к двухфазной сети переменного тока, а выводы постоянного тока через согласующий трансформатор в соответствующей полярности подк тючены к вы.ходным выводам, два балластных резистора и блок управления, выполненный в виде четырех формирователей импульсов, обеспечивающих взаимозависимое управление тиристорами мостов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, он снабжен двумя цепочками встречно-последовательно соединенных диодов, включенных в диагонали переменного тока мостов, причем точки соединения диодов каждой цепочки через балластные резисторы подключены к одному из выводов постоянного тока мостов одинаковой полярности.

W ш

(риг. 2

(.6