Фазорегулирующее устройство для управления полупроводниковыми вентилями Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

(X) 4

ОГ) СП

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления электродвигателями постоянного тока. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей фазорегулирующего устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что управляющий сигнал соответствующей полярности или фазы регулирует интервал подключения нагрузки к обмотке 3 в пределах одного полупериода переменного напряжения сети. Продолжительность этого интервала определяется, с одной стороны, моментом отпирания транзистора 9 и, с другой стороны, моментом окончания той полуволны переменного напряжения обмотки 3, которая является отпирающей для диода 10. Регулирование интервала осуществляется за счет смещения во времени момента отпирания транзистора 9, т.е. момента соответствующего перехода через нуль напряжения на эмиттерном переходе транзистора 9. 8 ил.

Ф1С2.1

. П65

Ичобретеп 1е относится к электронике, в частности к устроГштвам ге- нрриропаиия упрашшюп их и. ип лженин пяя полупроподниковых приборе, и5

может быгь использовано п системах управления электродвигателями постоянного тока.

Целью изобретения является pacuni - pemie фумкционалы ых возможностей10

фазорегулирующего устройства,

Па фиг. 1 приведена принципиальная схема фаторегулирующего ycTpoi i- ства; на фиг, 2 - то же, сдвоенного фазорегулиругощего (универсального) 15 устройства; на фиг. 3 - 8 - принципиальные схемы вариантов применения устройства.

Фазорегу:ифую1цее ycTpoiicTHo (фиг,1)

содержит транс(1)Орматор 1 с лто1)ич- НЫМ1Л o6MOTKaNOi 2 и 3. Конец обмотки 2 через диод А соединен с асиилпч)- ром входного тран-.1истора 5, эмиттер- иый переход которого подключен к источнику упраш1яющего сигнала, а эмит тер через ко1щенс 1тор 6 связан с на- lajioM. обмотки 2. Промежуточный (не обяяатапьно средний) отвод обмотки 2 с помощью резисторов 7 и 8 связан с базой транзистора 9 противоположного типа проводимости, у которого эмиттер соединен с эмиттером транзистора 5, а клчлектор через диод 10 - с на- ч;глом обмотки 3. Нагрузка устройства включается между концом обмотки 3 и эмиттером транзистора 9, благодаря чему выход устройства в ряде вариантов имеет гальваническую связь с его входом через сбпцп нровод ус 1 ройст- ва.

При необходимости транзистрр 5 может быгь дополнен еще одним транзистором. При одинаковом типе проводимости эти транзистор) МОГ уТ б1,1ТЬ

соединены, например, в составной транзистор. При нротпвоноложном типе проводимос ги эмиттерный переход дополнительного транзистора включается между диодом и коллектором транзистора 5,.а коллектор дополнительного транзистора соединяется с эмиттером трапзи(;тора 5 и общим проводом ycTpo ства .

Унит)е11сальноо устройство, принципиальная схема к оторого приведена

на фиг. . , из двух (jl. l 4(i|J(ryлирующих устройств, у которых c)6iipfe провода с i6i:.e;nnieH.i, а фазировка выводов )Г (.)рич iiK.x. обморок трансформа ора

5

10

15

)

,

i

20

25

30

35

40

Д

50

55

1 (гг 1вополож {л. При ЭТОМ с источником упрапияющег о могут быть связа 1 как базы транзисторов 5, так И объедине 1)1Й обиотй провод, соеди 1енный с их эмиттерами. Нагрузками фазорегулирую Ш1х устройств являются управляю щ е переходы выходных тиристоров 11 и 12, катодь которых соединены с объединен 1ым роводом, причем а(од тиристора 1 1 (12) связан с катодом дополнительного в. диода 13 (14). Лноды и катоды диодов 13 и 14 и объедине 1 Ь 11 общ1п 1 провод используются того или иного под члюче мя 1агрузки и сети перемен ого тока к выходу устрой- на. Тиристоры 11 л 12 могут быть за- eнeны Tpa 3ncTopaNtii.

Ири ципиальиые хеь Ы фиг. 3-8 И1 ;постриру от применение универсаль- О1 О yc rpoi ic ia ДЛЯ фазового управ- ле1Ш электродв 1гателя№1 постоянного тока и pa3jn 4amTCH подключением входных п в ходных выводов ycTpoiicTBa, KOTop.ie указаны на фиг. 2 и аналогич ю рас оложены на фиг. 3-8, а также родом управляющего сиг-нала .

На фиг. 3 базь ) транзисторов 5 соеди 1ены с 1олзунком задающего переме 1ного резистора 15, юдклю- ченного к источ 1ику постоян ого нап- ряже1 ия. Обмотка якоря 16 электро- двигателя с независимь М возбуждением .включена между проводом и объе- ди 1енными анодами диодов 13 и 14 уст- . Кроме того, аноды диодов 13 ;1 14 связаны через 1еременный резистор 17 с соответствующим выводом г еремениого резистора 15. Сеть пере- ме 1ного тока подключена к тиристоров 11 и 12.

На фиг. 4 источник управляющего сигнала переменного тока )еизмен ой фазь включен между базами транзисторов, а обмотка якоря и сеть 1 ереме11ного тока 1 одкл 0чены к устройству так же, как и на фиг. 3 (кроме исключенного резистора 17).

Источник управляющего сигнала постоянного тока с рех улируемыми величиной и полярностью на фиг. 5 вклю- между базами входных тра 1зисто- ров. Объединенные аноды диодов 13 и 14 соединены с 1роводом устройства непосредствен ю. При необходимости в это соединение может икпючен э;темент для контроля тока

iiai py:iK i n. ii; для ofipnTiioii ;:пя-зи no току (пмпсрметр, iii ejioxpaiiHit;/,, резистор н т.п.). Обмотка якоря 16 включена R опии и: 11рог одоп, снязы- пающнх аноды тиристорон 11 н I. с сетью.

На фиг. 6 источник уп;)авляю1цего сигнала перемс НРюг о тока с: регулируемыми величинсп и фазо11 -включен между общим пронодом и об1)едиие1П1ым базами входных транзисторов. Обмотк лкоря и подключен) так же, как на фиг. 5.

На фиг. 7 источник упрапляюшего сигнала постоянною тока с регулируемыми величиной и гкхпяриостью вь:лю- 4eFi между базами входных транзисторов Обмотка 18 якоря электролнигателя с последовательным возбужд.ением включена между общим .м и объе;;,и- неиными аисдами vcTponc i Ba. Обмотка 19 последовате.1 ы;ого возбуждения включена и один из п)1оиодов, связыпаюгцих аноды тиристорон 11 и 12 с сетью. ОГмотки 18 якоря и 19 воз - буждени ; можно менять месгами.

На фиг. 8 источник упрапляклцего сигнала переменного тока с регупирз - емыми величиной и вгслкшен между общим П1)оводом и об ьединен.чыми базами входных трапзисгороп. Обмотка 18 якоря электродвигателя :; двумя обмотками последовате;п,)К)Г(з возбуждения включена между проводом и - через обмотку 19 (20) последовательного возбуждения - с анодом диода 13 (14) устр(;йства. Сеть пе- ременног О тока подключена к анодам тиристоров 11 и 12. с;хемы гплхо дпых пепси устройства на фиг. 7 и 8 могут быть сменены местами.

Фа.зорегулирующее устроГ ство (фиг. I) iJa6oTae i таким образом, что управляющий сигнал соо1ветству- юшей полярности (фазы) peryjnipyeT интервал подключения нагрузки к обмотке 3 в пределах одного (четного или нечетного) полупериода перемеп- HiM o панряжения сети. П1юлолжител(,- ность этого интервала определяется, с одной стороны, моментом отпирания транзистора 9 и с, другой стороны, моментом окончания той (рабочей) полуволны переменвог о- напряже)1ия обмотки 3, которая яиляется отпирающей для диода 10. РегулИ1)овапие интервала осу Дестпляется за счет смещения но времени MoMenia отпирания транзис

10

20

30

35

10

5

0

5

1 h S6

9 (прак 1 И - ; ски - ь--.;:и;1 i . со .гг- ветстную де го перехода пулт- напряжепия на : миттер: ом ггереходе транзистора 9).

Если тр)анзистор 3 заперт, то напряжение ма эмиттерпом пор Оходе транзистора 9 имеет .характер, б;;изкий к синусоидально;-1у, и определяется разностью iieiTNU ii 1МИ пагтряжения- ми на соответствуюш.ей части обмогки 2 и конденсаторе 6. При этом 6;iaro- д,аря ко де11сатору о и резистору 7 pa3H.)CTHL)e нa IpF:f:(мrиe обладает таким 1 ачальньг.1 фаз(вы:-1 сдвигом относительно напряжения г Г).отки 3, что MONteHT отгп1рания траи:п С ора 9 незначительно опережае момепт (.окончания рабочей полуволны напряжения обмотки 3 и продолжител.Н(ч:ть иптерпала про- текааия тока в наг 1узке мала.

При отпира1;ии транзистора 5 управляющим сигналом конденсатор 6 в соответствующий полупериод напряжения обмогки 2 получает дополнительный под- заряд коллекто111 Ь М током транзистора 3 от обмотки 2 ПОЛПОСТ15Ю. При этом переменное напряжение на конденсаторе 6 приобретает форму, отличную от С П1усоидши,, с преобладанием той полуволны, во время которой проис- xo/iHT его подза 1я;;. Вс,педствие этого момент соответствующего пе;1ехода через нуль 1гереме1П1ого напряжения на эмиттер} ом переходе транзистора 9 удаляется от MiiMeirra окончания рабочей полуволнь напряжения обмотки 3 и продолжительноегь интервала протекания тока в нпг рузке y iejni4UBaeTCH. Отпирание тран-и стора 9 форсируется б;га1 о/1аря машпгпой связи между обмотками 2 и 3. Иит Г.нме транзистора 5 однополупериодным иь :1рям,че)1вым напряжением обМ1Г1ки 2 позволяет использовать источник управляющего сигнала перемен юго тока и придать уст- poiicTBy фазочувст1 итс 11ьные CBoi icTBa. Действие устройства сохраняется, если начала и концы обмоток 2 и 3 одновременно поменять местами.

Универсадидюо )пство (фиг. 2) работает таким образом, что входящие в него фазорегулиру ;ц11е устройства поочередно изменяют nj; :|должителы1ос- ти интервалов npo j IM-знит тока в нагрузке в оба (o;uki - I. четльп, другое - в нечет1п.|й) inMiyпериода переменного напряже1 ия ;:eiii, причем от- 1П1раю|1П1Й ток чч ре ппав.пяюсцгй переход каждого ип тиристорои протекает только на интериале соотпетеч ну 1 111,ег() (рабочего) полупериода. КомбивЕирун подключение у и и ве реал i но го ycTpoiicr- ва к источнику управляющего сигнала, можно получить pa3Hoo6iJa;jHbie нгцзиан- ты применения унинерсального устрой- стна, некоторые из кото15ых прииеде- ны на фиг. 3-8.

На принципипл1 но11 схеме, показанной на фиг. 3, универсальное ycTpiMl- ство обеспечивает нереверсияное управление элект1-)()дпигате; ем постоянного тока с незаиисимым возбуждением Благодаря одинаковому возде11Стиию управляющего сиг нала ностоянного тока на входные транзисторы происх)дит согласное изменение продолжи i ел ыюс г интерналов протекании лостоялнпго (пульсирующего) i ок i п ере/тнеги -шп- чения напряжении, на riliMOTi e ;пч.1ри. Достоинством 3-1 ого вариант;) яжляется то, что управляющпГ сигнал получен как разность задающего сигнала и сиг нала отрицател1 но11 обратно связи по цыкодному )1анряжению, реализуемой в данном случае без средств гальванической развязки и регулируемой с

помощью резистора 17.

I

Па принципИс(Льно1 1 схеме, показан- iKHi на фиг. А, универсаль)1ое ycTpoii- ство рещает ту же задачу, но с испол зоранием управляницего сигнала неременного тока, COOT ветствук щим образом сфазированног с сетьнз.

На нришиишалыюп схеме, показа ;- Hoii на фиг. 3, yinuu pcajnjHoe устройство обеспечивает реверсивное управление элек родвига гелем иостоннного тока с независимым возбуждением. ЬлаГ ОДарЯ ПРОТИВОНОЛО/ .НОМУ воздай с Ч ВИЮ

ynpaBJiHHiuiero сигнала постоянного тока на входные- 1 рап зисторы Г1рсл1сход1гг проч ивоположное изменение п) .)должи- тельностей интерналов протекания тока в четньн и нечетны полупериоды, соответственно изменяются как среднее значение, так и полярность напряжения на обмотке якоря.На нринниниалг.ноГ схеме, показанной на ijuir. 6, унине1)сал11Ное ycTpoii- ство решает гу же задачу, но (Олаг(5- даря фазочунс BnTejUjHbiM свойствам) с искользспиянием управляющего сигна- ла nepeMeniiorv; тока, определенным

(или протшкчюложным) образом сфа- зированного - сч тьн1.

Q

5 0 5

0

5

5

0

5

Достоинством .) I ciro варианта является возможность простой реа:п зации обратной связи по току нагрузки (например, с делью защиты от перегрузки) посредством вве,чепия в управляющий сигнал составляищей, nponojiruio- 1Ь 1лы1ой току нагрузки.

На П111Н1н,ипиальной схеме, показанной на фиг. 7, универсальное устрой- .стпо обеспечивает реверсивное управление электродвигателем иеремеиноги гока с последовательным вoзбyждeниe. Благодаря прот1ИК1иоложному воздействию управляющего сигнала постоянного тока па нхо;дные транзисторы П1)оисхо- дпт противоположное изменение продолжите ль но с те и интервалов протекания в четныГ) и нечетныГ 1. хчуне11иоды с иынрлмлением тока в обмтке я1-соря и без пын1)ямления (для реверсир лга- ния магнитного потока) в обмотке воз- булу1,ения.

На ripnBiunniajnjHoii схеме, показан- поп на фиг. 8, универсальное ycTpofi- С1НО оьеслечивает реверсивнс е управление электродвигателем постоянного тока с двумя обмотками последовательного ио . буждения, но с использованием упрау ляющего сигнала перемешю- го тока. Благодаря поочередному отпирающему воздействию управляющего сигнала на входные транзисторы ироис-- ходит противоположное измепение про- долж1ггельностей интервалов протека- 1И1Я тока в четный и нечетный полупериоды с двухполупериодньм выпрямлением тока в якоря и с выпрямлением в соответствующий полуие- риод (для реверсирова1П1я магнитного потока) в из оЬмоток возбуждения .

Изобретение Г 1ол;ет быть использовано и в трехфазных сетях переменного .

Нспо:и;3ование описанного фазгтре- гyJиpyющeгo устройства но;.волит расширить ег О функционал1зные возможности и упростить применение.

Ji о р м у л а изобретения

Фазо)егулирующее устройство д.ля управления полупроводниковыми вентилями, содержащее первый транзисаор, база и эмиттер которого подключены к источнику управляющего сигнала, трансформаторJ первичная обмотка которого подключена к источнику питапня, вторичная обмс/тка выполнена с промежуточным отводом и началом соединена с одним выводом конденсатора, о т «л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, введены второй транзистор с противоположным по отношению к первому типом проводимости, nepBbui и второй диоды, первьи и втг)рой резисторы, а трансформатор выполнен с дополнительной вторично обмоткой, причем конец вторичной обмотки трансформатора через первый диод соединен с коллектором первого транзистора, ее промежуточный отвод че

рея послсдсч ат(пьно соединенные иер- Bbui и BTopoi i резисторы соединен с эмиттером первого транзистора и другим выводом конденсатора, база BTOIJO- го транзистора под лючеиа к точке соединения первого и второго резисторов, коллектор через второй диод соединен с началом допо-чиительной вто- ричноГ обмотки Т1)ансформагора, конец которой и эмиттер второго транзистора, соединенный с эмиттером первого транзистора, предназначены для подключения к управляющему переходу полупроводникового вентиля.

Фиг. 2