Регулируемый преобразователь электроэнергии Советский патент 1990 года по МПК H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и „Может быть использовано в регулируемом электроприводе.

Целью изобретения является упрощение.

На фиг.1 представлена принципиальная схема регулируемого преобразователя электроэнергии} на фиг.2 --схема управления управляемыми ключами ключевого коммутатора; на фиг.З - временные диаграммы напряжений, работы преобразователя.

Регулируемый преобразователь элект- роэнергии содержит входные выводы А„В,С,,0 для подключения трехфазной сети с нулевым проводом, в качестве которой использован трехфазный трансформатор 1 о Диодный выпрямитель 2 выполнен по нулевой схеме на диодах 3- 5, Выходные выводы для подключения нагрузки 6 присоединены к диодному выпрямителю 2 через«ключевой коммутатор, Вход ведомого сетью инвертора 7 на тиристорах соединен с входом диодного выпрямителя 2. Ведомый сетью инвертор 7 выполнен по нулевой схеме и содержит три тиристора 8-10 и блок 11 управления. Ключевой коммутатор, вход которого соединен с выходом диодного выпрямителя 2, выполнен по мостовой схеме и содержит четыре управляемых ключа 12-15 и четыре обратных диода 16-19, причем выход ключевого коммутатора соединен с выходными выводами для подключения нагрузки 6. Общая точка анодов двух обратных диодов 18 и 19 соединена с выходом ведомого сетью инвертора 7. Общая точка катодов двух других обратных диодов 16 и 17 соединена с выходом диодного выпрямителя 2. Вместо обратных диодов 16 и 17 могут быть использованы стабилитроны 20 и 21. В цепи нагрузки включен измеритель 22 тока нагрузки.

Схема управления управляемыми ключами содержит сумматор 23, релейные элементы 24 и 25, пороговый элемент 26, логические элементы НЕ 27-29, логические элементы И 30-35 и логические элементы ИЛИ 36-38. Выходные сигналы э5 логических элементов И 32-35 являются управляющими сигналами управляемых ключей 12-15 ключевого коммутатора. Первый вход сумматора 23 связан с измерителем 22 тока нагрузки, контролирующим ток нагрузки 14г. Второй вход сумматора 23 связан с устройством задания требуемого

5

0

5

0

5

40

45

50

55

тока нагрузки i,. Выходной сигнал сумматора 23 является входным сигналом релейных элементов 24 и 25. Одновременно сигнал требуемого тока нагрузки 12,является входным сигналом порогового элемента 21. Сигналы ), являются порогами срабатывания релейных элементов 24 н 25, причем значения и по абсолютной величине больше значений , и 4 . На диаграмме 39 представлен ток через управляемые ключи 12-15 ключевого коммутатора, а на диаграммах 40-43 - сигналы управления управляемыми ключами 12-15.

Регулируемый преобразователь электроэнергии работает следующим образом.

С выхода трехфазного трансформатора 1 снимается трехфазная система синусоидальных напряжений UA, Ug, Uff частоты 63. График ЭДС диодного выпрямителя 2 Е представляет собой положительную огибающую системы напряжений Ид, UB Uc. Отпирающие сигналы подаются на каждый из тиристоров 8- 10 в течение трети периода напряжений питающей сети в интервалы времени, соответствующие инверторному режиму работы тиристоров, т.е. на тиристор 10 отпирающий импульс подается в интервале 7/2 - 7 «7б, на тиристор 8 - в интервале 71Г/6 - 111Г/6, на тиристор 9 - в интервалах 0 - if/2 и П п /б - 2 периода напряжения питающей сети.

Регулируемый преобразователь электроэнергии обеспечивает формирование тока нагрузки как в режиме потребления энергии, так и в генераторном режиме. В режиме потребления энергии напряжение ЭДС нагрузки противоположно направлению тока. В генераторном режиме направления тока и ЭДС нагрузки совпадают.

Рассмотрим алгоритм коммутации управляемых ключей 12-15 ключевого коммутатора при формировании тока нагрузки 16 в положительном направлении (на фиг.1 показано стрелкой). В этом случае управляемые ключи 13 и 14 заперты (разомкнуты). В режиме потребления энергии управляемый ключ 12 отперт (замкнут), а управляемый ключ 14 коммутируется. При отпирании управляемого ключа 15 ток нагрузки (1б) нарастает под действием ЭДС диодного выпрямителя 2 (Еа), протекая через открытый управляемый ключ 12, измеритель 22 тока нагрузки, нагрузку 6 и

управляемый ключ 15. При запирании управляемого ключа 15 ток нагрузки (i$) спадает иод действием ЭДС нагрузки, замыкаясь по контуру: управляемый ключ 12, измеритель 22 тока нагрузки и обратный диод 17. В генераторном режиме управляемые ключи 12 и 15 коммутируются в противофазе. При отпертом управляемом ключе 12 управляемый ключ 15 заперт и ток нагрузки (1б) под действием ЭДС нагрузки нарастает, замыкаясь по контуру: .управляемый ключ 12, измеритель

тока нагрузки, нагручку 6 и управляемый ключ 15.

Сигнал Ј, равный разности сигналов i 23 и 1г5, уменьшается

и в момент t,

f-y

достигает порога срабатывания уг релейного элемента 24. На выходе релейного элемента 24 появляется сигнал

О

следовательно, сигнал

О - на

10

выходе логического элемента И 33 и управляемый ключ 15 запирается. При этом ток нагрузки i6 спадает под воздействием ЭДС нагрузки, замыкаясь по контуру, состоящему, из управляемого

лейного элемента 24 появляется сигнал

22 тока нагрузки, нагрузка 6, обрат- )5 ключа 12, измерителя 22 тока нагруэ- ный диод 17. При запертом управляемом ки, нагрузки 6 и обратного диода 17. ключе 12 управляемый ключ 15 отперт При уменьшении тока нагрузки 1Й и ток нагрузки (Јб) спадает под дей- сигнал увеличивается и в момент t ствием ЭДС ведомого сетью инвертора достигает величины J, , На выходе ре- 7, протекая через обратный диод 18, 20 измеритель 22 тока нагрузки, нагрузку 6 и управляемый ключ 15. При формировании тока отрицательного направления управляемые ключи 12 и 15 заперты. В режиме потребления энергии отперт управляемый ключ 13, а управляемый ключ 14 коммутируется. В генераторном режиме управляемые ключи 13 и 14 коммутируютсг в противофазе.

1, управляемый ключ 15 отпирается, ток нагрузки начинает нарастать и т.д.

Таким образом, в режиме потребле25 ния энергии формируется ток нагрузки i6, среднее значение которого пропорционально сигналу задания г2у В момент С происходит изменение знака ЭДС нагрузки, т.е. осуществляется переход в генераторньй режим. При этом ток нагрузки i , начиная с момента t , не спадает, а нарастает под действием ЭДС нагрузки, протекая по контуру из управляемого ключа 2„ измерителя 22 тока нагрузки, нагрузАлгоритм коммутации управляемых ключей 12-15 обеспечивает схема управления, изображенная на фиг.2. Графики на фиг.З иллюстрируют процесс формирования тока нагрузки при положительном сигнале задания i . При

этом на выходе порогового элемента 26 имеется сигнал 1, на выходе логического элемента НЕ 29 - сигнал О, соответственно сигнал О присутствует на выходах логических элементов И 34 и 35 и управляемые ключи 13 и 14 заперты. В интервале времени t4 - t9 нагрузка генерирует энергию, в остальных интервалах времени потребляет. В режиме потребления энергии на выходе релейного элемента 25 - сигнал 1, следовательно, сигнал 1 - на выходах логических элементов 36 и 32 и управляемый ключ 12 отперт. В интер- вале времени t { - t/j. на выходе релейного элемента 24 - сигнал 1, следо

вательно, сигнал 1 - на выходах логических элементов 30, 33 и 38 и управляемый ключ 15 отперт. При этом ток нагрузки Ј6 арастает под деист-, вием ЭДС диодного выпрямителя (Е), протекая через диодный выпрямитель 2 |и управляемый ключ 12, измеритель 22

717356

тока нагрузки, нагручку 6 и управляемый ключ 15.

Сигнал Ј, равный разности сигналов i 23 и 1г5, уменьшается

и в момент t,

f-y

достигает порога срабатывания уг релейного элемента 24. На выходе релейного элемента 24 появляется сигнал

О

следовательно, сигнал

О - на

выходе логического элемента И 33 и управляемый ключ 15 запирается. При этом ток нагрузки i6 спадает под воздействием ЭДС нагрузки, замыкаясь по контуру, состоящему, из управляемого

лейного элемента 24 появляется сигнал

ключа 12, измерителя 22 тока нагруэ- ки, нагрузки 6 и обратного диода 17. При уменьшении тока нагрузки 1Й сигнал увеличивается и в момент t достигает величины J, , На выходе ре-

)5 ключа 12, измерителя 22 тока нагруэ- ки, нагрузки 6 и обратного диода 17. При уменьшении тока нагрузки 1Й сигнал увеличивается и в момент t достигает величины J, , На выходе ре- 20

1, управляемый ключ 15 отпирается, ток нагрузки начинает нарастать и т.д.

Таким образом, в режиме потребле5 ния энергии формируется ток нагрузки i6, среднее значение которого пропорционально сигналу задания г2у В момент С происходит изменение знака ЭДС нагрузки, т.е. осуществляется переход в генераторньй режим. При этом ток нагрузки i , начиная с момента t , не спадает, а нарастает под действием ЭДС нагрузки, протекая по контуру из управляемого ключа 2„ измерителя 22 тока нагрузки, нагруз5 JKM 6 и обратного диода 17.

В момент времени t сигнал достигает значения , на выходе релейного элемента 25 Появляется сигнал

0

О, а формирование тока нагрузки начинает осуществляться путем коммутации в противофазе управляемых ключей 12 и 15.

В интервале времени ts ts управляемый ключ 12 заперт, управляемый ключ 15 отперт и ток нагрузки под действием ЭДС Ег спадает,, протекая - через ведомый сетью инвертор 7 на тиристорах и обратный диод 18, измеритель 22 тока нагрузки, нагрузку 6 и управляемый ключ 15. В интервале времени tg - t7 управляемый ключ 15 заперт, управляемый ключ 12 отперт и ток нагрузки нарастает под действием ЭДС нагрузки, замыкаясь по контуру из управляемого ключа 12, измерителя 22 тока нагрузки, нагрузки 6, обратного диода 17 и т.д. Таким обра

зон формируется ток нагрузки при работе в генераторном режиме,

Для управления управляемыми ключа- ми ключевого коммутатора могут быть использованы и другие алгоритмы, в частности алгоритмы при которых в некоторые моменты запираются все управляемые ключи ключевого коммутато- pa. В этом случае, если ток нагрузки до запирания всех управляемых: ключей не был равен нулю, после запирания управляемых ключей в схеме при использовании обратных диодов 16 и 17 возникают перенапряжения, так как нет контуров для протекания тока. Использование вместо обратных ключей 16 и 17 стабилитронов 20 и 21 позволяет устранить перенапряжения, так как возникают замкнутые контуры для спада тока из стабилитронов 20 и 2 измерителя. 22 тока нагрузки и нагрузки 6.

В регулируемом преобразователе электроэнергии из контура спада или из контура нарастания тока исключается ЭДС источника питания и при этом спад или нарастание происходит под действием только ЭДС нагрузки, что позволяет снизить частоту коммутации и тем самым уменьшить потери.

Формула изобретения

1.Регулируемый преобразователь /электроэнергии, содержащий входные

выводы для подключения .к трехфазной сети с нулевым проводом, соединенный с ними входом диодный выпрямитель, ключевой коммутатор, выполненный в виде мостовой схемы из четырех управляемых ключей с четырьмя обратными диодами, вход которого соединен с выходом диодного выпрямителя, а выход - с выходными выводами для подключения нагрузки, ведомый сетью инвертор на тиристорах, вход которог соединен с входом диодного выпрямителя, а выход - с общей точкой анодов, двух обратных диодов ключевого коммутатора и схему управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения, диодный выпрямитель и ведомый сетью инвертор на тиристорах выполнены по нулевой схемеt a общая точка катодов двух других обратных диодов ключевого коммутатора соединена с выходом диодного выпрямителя .

2.Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве обратных диодов, соединенных

с выходом диодного выпрямителя, использованы стабилитроны.

-tf

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемых электроприводах. Целью изобретения является упрощение. Входное трехфазное напряжение выпрямляется диодным выпрямителем 2 и поступает на вход ключевого коммутатора, выполненного в виде мостовой схемы из четырех управляемых ключей 12 - 15 с обратными диодами 16 - 19. Вход диодного выпрямителя 2 через ведомый сетью инвертор 7 связан с общей точкой анодов обратных диодов 18, 19. Формирование тока нагрузки осуществляется в режиме потребления энергии или генераторном режиме соответствующим алгоритмом переключения управляемых ключей 12 - 15. Поставленная цель достигается за счет выполнения диодного выпрямителя 2 и ведомого сетью инвертора 7 по нулевой схеме и соединения общей точки катодов обратных диодов 16, 17, в качестве которых могут быть использованы стабилитроны ключевого коммутатора, с выходом диодного выпрямителя 2. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

U

s

ч

е«