Преобразователь переменного напряжения в постоянное для питания гальванических установок Советский патент 1989 года по МПК H02M9/06 

Фиг. 1

рого дополнительного трансформаторов соединены через встречно-параллельно вчлюченные тиристоры 3 и подключен к питающей сети, к которой подключена т.жже первичная обмотка первого догт полнительного трансформатора. Вторичные обмотки основного и второго дополнительного трансформаторов совместно с диодами 6, 7 образуют выпря- митель, к выходу которого через датчик 10 тока подключена цепь нагрузки,

1

BI Д.

которой через управляемый вентиль I подключена Е торичная обмотка пер- эго дополнительного трансформатора. 1Я обеспечения работы устройства как

в качестве формирователя прямого тока, так и в качестве формирователя обратного тока дополнительно введены также цепи управления, включающие узел 5 фазового управления, пороговый элемент 15, вычитатель 1б, триггер Шмитта 17 и логический элемент И-НЕ, которые совместно с другими элементами устройства обеспечивают формирование обратного тока с одновременным разбиванием его на паузы, не нарушающие технологический процесс, но необходимые для вывода энергии из магнитных цепей. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания низковольтных установок для нанесения гальванических покрытий. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Преобразователь содержит основной и два дополнительных трансформатора. Первичные обмотки основного и второго дополнительного трансформаторов соединены через встречно-параллельно включенные тиристоры 3, 4 и подключены к питающей сети, к которой подключена также первичная обмотка первого дополнительного трансформатора. Вторичные обмотки основного и второго дополнительного трансформаторов совместно с диодами 6, 7 образуют выпрямитель, к выходу которого через датчик тока 10 подключена цепь нагрузки, к которой через управляемый вентиль 11 подключена вторичная обмотка первого дополнительного трансформатора. Для обеспечения работы устройства как в качестве формирователя прямого тока, так и в качестве формирователя обратного тока дополнительно введены также цепи управления, включающие узел фазового управления 5, пороговый элемент 15, вычитатель 16, триггер Шмитта 17 и логический элемент И-НЕ, которые совместно с другими элементами устройства обеспечивают формирование обратного тока с одновременным разбиванием его на паузы, не нарушающими технологический процесс, но необходимыми для вывода энергии из магнитных цепей. 2 ил.

Изобретение относится к преобра- з|овательной технике и предназначено рля питания низковольтных установок рля нанесения гальванических покры- т|ий.

Цель изобретения - расширение ф|ункциональных возможностей.

На фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процессы при формировании обратной полярности тока.

Преобразователь содержит основной трансформатор 1, в котором первичная обмотка связана с первичной обмоткой второго дополнительного трансформа- тора 2. и включенными встречно-парал- гельно тиристорами 3 и 4, управ яю- аие электроды которых подключены к злу 5 фазового управления. К вторичным обмоткам основного и второго до- голнительного трансформаторов подклю 1.ены диоды 6 и 7, образующие с этим 4бмотками выпрямитель. Реактор 8 и нагрузка 9 подключены к выпрямителю Церез датчик 10 тока. К цепи из реак 7 и нагрузки 9 через управляемы Е ентиль 11 подключена вторичная об- (1отка 12 первого дополнительного , трансформатора, первичная обмотка 13 hjtoToporo подключена к сети. К управ- Няемому вентилю 11 подключен датчик -14 анодного напряжения, к выходу коtoporo присоединен пороговый элемент )5 (компаратор); выход последнего и выход датчика тока 10 подключены ||с вычитателю 1б, на выходе которого включен триггер Шмитта 17, связанный (Ь элементом ИЛИ-НЕ 18, к входим ко- toporo подключе 1. выход порогового

элемента 15 и источник (не показан) сигнала задания режима, который подается также на вход узла 5 фазового управления. Управляющий электрод управляемого вентиля 11 подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ 18.

На временных диаграммах фиг.2 представлены следующие графики: 19 напряжение на обмотке 13 дополнительного трансформатора и анодное напряжение управляемого вентиля 11 (от- шриховано); 20 - ток, фиксируемый датчиком .10 тока; 21 - ток и напряжение на нагрузке 9 (гальваническая ванна является активной нагрузкой); 22 - ток через управляемый вентиль 11; 23 - сигнал на выходе порогового элемента 15; 24 - напряжение на выходе вычитателя 16 с пороговыми напряжениями и„, , ,2. триггера Шмитта 17; 25 - сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ.

Преобразователь работает следующим образом.

При формировании прямого тока логический сигнал задания режима равен 1, он разрешает работу узла 5 фазового управления и обнуляет сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 18, блокируя включение управляемого вентиля 11. Выпрямитель работает как обычная нулевая схема, с тиристорным регулятором в первичной обмотке трансформатора. Использование двух однофазных трансформаторов 1 и 2 не изменяет функционирования схемы на этом этапе. На этом основном этапе выпрямитель имеет хороший КПД, так как потери на диодах 6 и 7 сравнительно малы, а потерями на тиристорах 3 и 4

можно пренебречь, тиристоры оптимально загружены по току и напряжению, вторичное напряжение трансформаторов 1 и 2 выбрано в соответствии с напряжением на нагрузке 9 (без завышения), а также в оптимальной области изменят ются углы управления. Узел фазового управления может быть выполнен по любому известному принципу.

Для формирования тока в нагрузке обратной полярности подается нулевой логический сигнал задания режима, который блокирует работу узла 5 фазового управления. Тиристоры 3 и 4 запираются, отсоединяя трансформаторы 1 и 2 от сети. Ток намагничивания трансформаторов через диоды 6 и 7 поступает в нагрузку 9 и при рассея10

15

ной индуктивности намагничивания L трансформаторов 1 и 2, пересчитанной во вторичную обмотку. Индуктивное сопротивление этой эквивалентной индуктивности для обеспечения нормальной работы выпрямителя при формировании прямого тока выбирается по крайней мере на порядок выше сопротивления нагрузки. Ток через эту эквивалентную индуктивность показан на диаграмме 20, он фиксируется датчиком 10 тока. В момент t ток нагрузки меняет свой знак (диаграмма 21), а в момент t сумма токов нагрузки 9

(диаграмма 22) и эквивалентной индуктивности (диаграмма 20), протекающая через управляемый вентиль 11 -л

(диаграмма 22), становится равной ну- нии на ней накопленной энергии спада- 20 лю и вентиль 11 закрывается. Остаточ- ет к нулю, что фиксируется датчиком ный ток в эквивалентной индуктивности 10 тока. Начинается этап формирования 1.. протекает по контуру: трансформа- обратного тока, показанный на диаграммах . Первый дополнительный трансформатор подает на управляемый вентиль 11 напряжение. Напряжение на

аноде вентиля 11 (диаграмма 19) фиксируется датчиком И анодного напряжения, и пороговый элемент 15 срабаты-.

торы 1,2- диоды 6, 7 - нагрузка 9 реактор 8, и величина его медленно 25 спадает.

В это время вновь появляется положительное напряжение на аноде управляемого вентиля 11, на выходе порогового элемента 15 - нулевой сигнал, а на выходе вычита теля 1б - сигнал.

вает при небольшом положительном анодном напряжении, выдавая нулевой логический сигнал (диаграмма 23). Этот сигнал поступает на вход вычита- теля 1б. Поскольку сигнал датчика 10 нулевой, то на выходе триггера Шмит- та 17 вырабатывается нуль. Таким образом, на всех входах элемента ИЛИ-НЕ нулевые сигналы, и единичный сигнал на его выходе включает в момент t управляемый вентиль 11. При этом анод ное напряжение на вентиле 11 (диаграмма 18) падает ниже порога срабатывания порогового элемента 15, на выходе которого формируется логическая единица (диаграмма 23), подаваемая на вход элеме,нта ИЛИ-НЕ 18. Подача управляющего импульса на управляемый вентиль 11 прекращается, что обеспечивает его минимальную дли

тельность и минимальные потери энер- Q выходе триггера Шмитта 17 подается

гии на формирование управляющего сигнала. Сигнал с выхода порогового элемента 15 смещает напряжение на выходе вычитателя в отрицательную область (диаграмма 2) .

Напряжение первого дополнительного трансформатора приложено к нагрузке, ток и напряжение на которой показаны, на диаграмме 21, а также к эквивалент

55

на элемент ИЛИ-НЕ и блокирует включение управляемого вент-иля 11. Рассеяние энергии (накопленной в экви валентной, индуктивности намагничива ния трансформаторов 1, 2 и в реакто ре 8) на нагрузке 9 занимает З-Ю периодов сети. Затем ток снижается до нижнего порога срабатывания три|- гера Шмитта 17 (диаграмма 24) ,ia

ной индуктивности намагничивания L трансформаторов 1 и 2, пересчитанной во вторичную обмотку. Индуктивное сопротивление этой эквивалентной индуктивности для обеспечения нормальной работы выпрямителя при формировании прямого тока выбирается по крайней мере на порядок выше сопротивления нагрузки. Ток через эту эквивалентную индуктивность показан на диаграмме 20, он фиксируется датчиком 10 тока. В момент t ток нагрузки меняет свой знак (диаграмма 21), а в момент t сумма токов нагрузки 9

(диаграмма 22) и эквивалентной индуктивности (диаграмма 20), протекающая через управляемый вентиль 11 -л

(диаграмма 22), становится равной ну- 20 лю и вентиль 11 закрывается. Остаточ- ный ток в эквивалентной индуктивности 1.. протекает по контуру: трансформа-

30

JQ

торы 1,2- диоды 6, 7 - нагрузка 9 реактор 8, и величина его медленно 25 спадает.

В это время вновь появляется положительное напряжение на аноде управляемого вентиля 11, на выходе порогового элемента 15 - нулевой сигнал, а на выходе вычита теля 1б - сигнал.

35

JQ

пропорциональный току lot-r Поскольку этот ток мал, то на триггере Шмит- та 17 .сохраняется нулевой сигнал, на- выходе элемента ИЛИ-НЕ формируется единичный сигнал и включается управляемый вентиль 11.Повторяются те же процессы, что и в первом периоде, но ток эквивалентной индуктивности увеличивается на постоянную величину IQ, а ток нагрузки уменьшается на величину IOCT При запирании управJQ

ляемого вентиля 11 ток через эквивалентную индуктивность равен 2 Процесс формирования обратного тока д5 в нагрузке продолжается М периодов сети, пока напряжение на выходе сумматора 1б, пропорциональное величине М IQJ.,., не вызовет срабатывания триггера Шмитта 17. Единичный сигнал на

выходе триггера Шмитта 17 подается

на элемент ИЛИ-НЕ и блокирует включение управляемого вент-иля 11. Рассеяние энергии (накопленной в экви валентной, индуктивности намагничивания трансформаторов 1, 2 и в реакторе 8) на нагрузке 9 занимает З-Ю периодов сети. Затем ток снижается до нижнего порога срабатывания три|- гера Шмитта 17 (диаграмма 24) ,ia

триггере вновь устанавливается нулевой сигнал и описанные выше процессы формирования обратного тока в нагрузке продолжаются.

Таким образом, формирование обрат- ногр тока разбивается паузами, не нарушающими технологический процесс, но необходимыми для вывода энергии из магнитных цепей. При индуктивности реактора 8 на уровне О, эквивалентной индуктивности намагничивания Lg, как показывают расчеты, ток 1.2 мал и этап формирования обратного тока в нагрузке может достигать нес- кольких сотен периодов, что на два и более порядка выше длительности пауз.

При единичном сигнале задания ре- ,жима преобразователь вновь формирует прямой ток в нагрузке.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напря- жения в постоянное для питания гальванических установок, содержащий входные и выходные выводы для подключения соответственно, питающей сети переменного тока и нагрузки, однофазный трансформатор, первичная обмотка которого одним, выводом подк.пючена к одному из входных выводов, другим - к одному из выводов цепи из двух встречно-параллельно включенных тиристоров, а его вторичная обмотка началом через реактор подключена к первому выходному выводу, а концом - к первому электроду первого диода, второй электрод которого соединен с одноименным элект родом второго диода,отличающий с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, fe него дополнительно введены узел фа

Q п

5

зового управления, два трансформатора, управляемый вентиль с подключенным к нему датчиком анодного напряжения, датчик тока, пороговый элемент, триггер Шмитта, вымитатель и элемент ИЛИ-НЕ; причем выход датчика анодного напряжения соединен с входом порогового элемента, к выходу которого подключены первые входы вычитате- ля и элемента ИЛИ-НЕ, второй вход вычитателя соединен с выходом датчика тока, включенным между вторым выходным выводом и общей точкой соединения указанных диодов, а выход вы- читателя через триггер Шмитта подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с управляющим электродом управляемого вентиля, вход узла фазового управления и третий вход элемента ИЛИ-НЕ объединены в общую точку, образующую вывод для .подключения источника сигнала задания режима, первичная обмотка первого дополнительного трансформатора соединена с входными выводами, а его вторичная обмотка одним выводом подключена к общей точке соединения реактора и вторичной обмотки основного трансформатора, а другим через управляемый вентиль - к второму выходному выводу, выходы узла фазового управления соединены с управляющими электродами соответствующих тиристоров указанной цепи, к свободному выводу которой одним выводом подключена первичная обмотка второго дополнительного трансформатора, другой вывод которой соединен с другим входным выводом, а вторичная обмотка этого трансформатора концом соединена с началом вторичной обмотки основного трансформатора5 а началом - с первым электродом второго диодаi

Физ.1