Преобразователь переменного тока в переменный Советский патент 1991 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для питания различных потребителей переменного тока, например синхронного генератора

Цель изобретения - увеличение коэффициента использования материала сердечника, уменьшение веса и габаритов управляемых дросселей,,

На фиг 1 изображена принципиальная схема силовой части устройства; на фиг 2 - блок-схема системы управления; на фиг 3 - временная диаграмма процессов преобразования переменного тока

Устройство для преобразования переменного тока в переменный в силовой части содержит четыре тиристорных ключа 1-8, включенных встречно-параллельно и полностью управляемых Первые выводы тиристорных ключей объединены и соединены с первым выводом источника переменного тока. Вторые выводы тиристорных ключей подключаются к крайним выводам токовых обмоток управляемых дросселей 9 и 10, нагрузка 11 подключена к второму выводу источника переменного тока (и„) через измеритель 12 тока нагрузки, свободный вывод которого через измерители 13 и 14 тока дросселей соединен со средними выводами токовых обмоток управляемых дросселей 9 и 10

В качестве управляемых дросселей используются индуктивности с поперечным подмагничиваюгвпч полем„

В качестве измерителей 12-14 тока могут быть применены трансформаторы тока с устройством для измерения пре05

сд

со

рывистых токов, содержащих постоянную составляющуюс

Блок-схема системы управления преобразователем (фиг 2) содержит трансформатор 15, понижающий напряжение источника питания переменного тока, выход которого подключен к двухполу- периодному выпрямителю 16 и однополу- периодным выпрямителям 17 и 18. Выход двухполупериодного выпрямителя 16 подключен к усилителям 19 и 20 с различными коэффициентами усиления,. Выход усилителя 20 с большим коэффициентом усиления подключен к первому входу ком- паратора 22 и дифференцирующему устройству 210 К второму входу компаратора 22 через двухполупериодный выпрямитель 23 подключен выход измерителя 12 тока нагрузки

Выход двухполупериодного выпрямителя 16 подключен к детектору 24 контроля перехода через ноль переменного напряжения источника питанияс Выход компаратора 22 через ключи 25 и 26 подключен к входам дросселей 9 и 10„ Выход усилителя 19с меньшим коэффициентом усиления подключен к первому входу компаратора 27, выход которого соединен с прямыми входами триггеров

28и 29 и инверсным входом триггера

30 с логикой 11Ш1 на входахс Выход усилителя 19с меньшим коэффициентом усиления соединен с первым входом компаратора 31, выход которого подключен к инверсным входам триггеров 28 и

29и прямому входу триггера 30t Выход компаратора 32 подключен к инверсным входам триггеров 28 и 30, это первый вход соединен с выходом дифференци- , рующего устройства 21, а его второй вход - с источником постоянного опорного напряжения, выход детектора 24 подключен к прямым входам триггеров 28 и 29 и через ждущий мультивибратор 33 к инверсным входам триггеров 28 и 29, а также к прямому входу триггера 30„ Прямой выход триггера 29 подключен к управляющему входу ключа 25, а инверсный выход этого триггера подключен к управляющему входу ключа 26„ Выход одноиолупериодного выпрямителя 10 соединен с входом усилителя 34„ Выход однополупериодного выпрямителя 17 соединен с входом усилителя

35р Выход триггера 28 соединен с первыми входами логических элементов 36 - 39о Выход триггера 30 соединен с первыми входами логических элемен

5

5

0

5

0

тов 40-43. Выход усилителя 34 соединен с вторыми входами логических элементов 36, 39, 40 и 430 Выход усилителя 35 соединен с вторыми входами логических элементов 37, 38, 41 и 42„ Выход логического элемента 36 соединен с входом ждущего мультивибратора 44, выход логического элемента 40 соединен с входом ждущего мультивибратора 45 Вьгход логического элемента

37соединен с входом ждущего мультивибратора 46, выход логического элемента 41 -с входом ждущего мультивибратора 47, выход логического элемента

38- с входом ждущего мультивибратора 48, выход логического элемента 42 -

с входом ждущего мультивибратора 49, выход логического элемента 39 - с входом ждущего мультивибратора 50, выход логического элемента 43 - с входом ждущего мультивибратора 510

Система управления содержит также усилители 52-59 мощности,. Вьгход ждущего мультивибратора 44 соединен с входом усилителя 52 мощности, выход ждущего мультивибратора 45 - с входом усилителя 53 мощности„ Выход усилителя 52 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 60, выход усилителя 53 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 61„ Система управления содержит импульсные трансформаторы 62-67, а также блоки 68-75 ключей„ Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 60 и 61 соединены с управляющим и главным входами блока ключей 68 и 69 соответственно „ Выходы блоков 68 и 69 ключей объединены и соединены с управляющими входами тиристоров 3 и 8 силовой части устройства,. Выход ждущего мультивибратора 46 соединен с входом усилителя 54 мощности, выход ждущего мультивибратора 47 - с входом усилителя 55 мощности. Выход усилителя 54 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 62, выход усилителя 55 мощности - к первичной обмотке им гульсного трансформатора 63„ Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 62 и 63 соединены с управляющим и главным входами блоков 70 и 71 ключей соответственное Выходы блоков 70 и 71 ключей объединены и соединены с управляющими входами тиристоров 1 и 6 силовой части устройства. Выход жду516

цего мультивибратора 48 соединен с входом усилителя 56 мощности, выход ждущего мультивибратора 49 - с входом усилителя 57 мощности,, Выход усчлите- |ля 56 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 64, а выход усилителя мощности 57 - к первичной обмотке импульсного трансформаторов 64 и 65 „ Первые л вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 64 и 65 соединены с управляющим и главным входами блоков 72 и 73 ключей соответственноо Выходы блоков 72 и 73 ключей объединены и соедине- ны с управляющими входами тиристоров 2 и 5 силовой части устройства„ Выхид ждущего мультивибратора 50 соединен с входом усилителя 58 мощности, выход ждущего мультивибратора 51 - с входом усилителя 59 мощности,, Выход усилителя 58 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 66 выход усилителя 59 мощности - к первичной обмотке импульсного трансформа тора 67„ Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 66 и 67 соединены с управляющим и главным входами блоков 7.4 и 75 ключей соответственно о Выходы блоков 74 и 75 ключей объединены и соединены с управляющими входами тиристоров 4 и 7 силовой части устройства,, Выход компаратора 22 через ключи 25 и 26 и усилители 76 и 77 мощности подключен к управляющим входам управляемых дросселей 9 и 10„ Второй вход компаратора 27 через двухполупериодный выпрямител

78подключен к выходу измерителя 13 токао На второй вход компаратора 21 через дпухлолупериодный выпрямитель

79подается сигнал с выхода измерителя 14 тока,; Коэффициент усиления усилителя 19 меньше коэффициента усиления усилителя 20, в результате чего н выходе усилителей 19 и 20 создаются напряжения Un) и ип„ одной формы, но различной амплитуди (фиг„ )„ При переходе через ноль напряжения источника питания переменного тока детек- тор 24 генерирует импульс на запуск триггеров 28 и 29 с раздельными входами и расширителями ПЛИ на входах„ Выходное однополупериодное напряжение выпрямителей 17 и 18 поступает на входы усилителен 34 и 35, работающих

в режиме ограничения сигналов, так что на выходе этих усилителей формируются из синусоидального входного на16

иряжетш импульсы прямоугольной формы постоянной амплитуды Выходной сигнал триггера 28 поступает на первые входы логических элементов 36 - 490 При положительном иолуисриоде напряжения источника питания переменного тока выходной сигнал усшштеля 35 поступает на вторые входы логических элементов 37, 38, 41 и 42, Наличие сигналов на обоих входах логических злементов 37 и 38 приводит к появлению сигналов на их выходах, Вьгходными сигналами логических элементов 37 и 38 запускаются ждущие мультивибраторы 46 и 48 соответственно, выходные сигналы которых усиливаются усилителями 54 и 56 мощности, нагруженными на первнчнпе обмотки импульсных трансформаторов 62 и 64„ Импульсы положительной и от- рицатр.льной полярности с нторичных обмоток импульсного трансформатора 62 поступают на управляющий и главный входы блока 70 ключей Импульс отрицательной полярности с выхода блока 70 ключей поступает на управляющий вход тиристора 6 и не может вызвать его включения0 Импульс положительной и отрицательной полярности с вторичной обмотки импульсного трансформатора 64 поступает на управляющий и главный входы блока 72 ключей, импульс положительной полярности с выхода блока 72 ключей поступает на управляющий вход тиристора 2 и обеспечивает его включение. Импульс отрицательной полярности с выхода блока 72 ключей, поступающий на управляющий вход тиристора 5, предназначен для запирания тиристора 5 и не может вызвать его включения, Сигнал с прямого выхода триггера 29 поступает на управляющий вход ключа 25, переводя его во включенное состояние ,„ Под действием положительных импульсов на управляющих входах тиристоры 1 и 2 переходят во включенное состояние и по цепи: вывод 1 источника переменного тока - тиристоры 1 и 2 - левые половины токовых обмоток управляемых дросселей 9 и 10 - измерители 13 и 14 тока - измеритель 12 тока - нагрузка 11 - вывод источника переменного тока, начинает протекать ток„

Сигнал, пропорциональный току нагрузки i ц и до момента t, Л t (фиг. 3), где kt - время задержки мультивибратора 33, равный току i

управляемого дросселя 9, с измерителя 12 тока поступает на вход двухпо- лупериодного выпрямителя 23, выход которого соединен с первым входом компаратора 22„ В компараторе 22 сигнал, пропорциональный току нагрузки, сравнивается с первой производной задающего сигнала с выхода усилителя 20. Выходной сигнал компа- ратора 22, следящий за равенством сигнала, пропорционального току нагрузки t i,(, и напряжения Un большей амплитуды, через включенный ключ 25 поступает на усилитель 76 мощности, который управляет индуктивностью управляемого дросселя 9, обеспечивая таким образом синусоидальную форму тока нагрузки на участке 0 - ( 1 (фиго 3) „

Одновременно передним фронтом выходного импульса детектора 2А запускается ждущий мультивибратор 33, создающий задержку времени u t и в момент t, обеспечивающий запуск триг- гера 30, поступает на первые входы логических элементов 40 - 43, Так как на вторых входах логических элементов 41 и 42 уже имелся сигнал, поступивший с выхода однополупериодного выпрямителя 35, то на выходах логических элементов 41 и 42 также появляется сигнале Выходным сигналом логических элементов 41 и 42 запускаются ждушие мультивибраторы 47 и 49 соот- ветственнос Выходные сигналы ждущих мультивибраторов 47 и 49 усиливаются усилителями 55 и 57 мощности, нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 63 и 65, Нмпуль- сы положительной и отрицательной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 63 поступают на управляющий и главный входы блока 71.«/ключей Блок 71 ключей открывает- ся и импульс отрицательной полярности с его выхода поступает на управляющий вход тиристора 1, вызывая его закрытие, а импульс положительной полярности с его выхода поступает на управляющий вход тиристора 6, вызывая его открытие с.

Имлгульсы положительной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 65 поступают на управляющи и главный входы блока 73 ключейс Импульсы положительной полярности с выхода блока ключей 73 обеспечивают включение тиристоров 5 и 2, Ток управляемого дросселя 9 начинает уменьшаться, а ток управляемого дросселя 10 продолжает увеличиваться„ Одновременно с переключением триггера 30 выходным импульсом ждущего мультивибратора 33 возвращаются в исходное состояние триггеры 28 и 29„ Выходными сигналами триггера 29 отключается ключ 25 и включается ключ 26„ Сигнал управления индуктивностью управляемых дросселей прекращается на входе усилителя 76 мощности и возникает на входе усилителя 77 мощности, т„е„ начинается процесс управления реактивным сопротивлением управляемого дросселя 10 в цепи тока i управляемого дросселя 10„

Процесс одновременного спада тока i( и возрастания тока i контролируется выходным сигналом компаратора 22 через ключ 26 и усилитель 77 мощности таким образом, что изменение тока нагрузки i H подчиняется синусоидальному закону изменения переменного напряжения источника питания„

В компараторе 27 сигнал, пропорциональный току i , сравнивается с напряжением U меньшего уровня, поступающим на вход компаратора с усилителя 19„ В момент t2 равенства указанных сигналов компаратор 27 переключает триггеры 28 и 30, а также триггер 29, обеспечивая повторное включение тиристора 1, отключение тиристоров 2 и 5 и включение тиристора 6, включение ключа 25 и отключение ключа 26„

С момента t ток 12 начинает падать, одновременно происходит процесс возрастания тока if, контролируемый сигналом с компаратора 22 через включенный ключ 25 и усилитель 76 мощности, таким образом, что на участке L - t (фиг,, 3) ток нагрузки изменяется по синусоидальному закону0

В компараторе 31 уменьшающийся ток .Ј сравнивается с напряжением Un меньшего уровня, поступающим на второй вход компаратора 27 после усилителя 19 „

В момент t у равенства указанных сигналов компаратор 31 переключает триггеры 28 и 29, а также триггер 30 в состояние, обратное моменту вре- мечи t, обеспечивая включение тиристоров 2 и 5, отключение тиристоров 1 и 6, отключение ключа 25 и включение ключа 26.

С момента t- ток i, нлчннает падать, одновременно возрастает ток i , контролируемый сигналом компаратора 22 через включенный 26 и усилитель 77 мощности, таким образом, что и на участке t-j - t4 ток нагрузки изменяется по синусоидальному закону,, Для четных и нечетных моментов времени процессы в устройстве повторяются„

Аналопгчно положительному полупериоду напряжения источника питания происходят процессы управления током и при отрицательном полупериоде„ При этом в силовой части устройства набегают тиристоры 3, 7 и 4, 8, а также управляемые дроссели 9 и 10, измерители 12-14 тока, нагрузка 11„ В системе управления включаются в работу одкополупериодный выпрямитель 34, логические элементы 36, 39, 40 и 43, ждущие мультивибраторы 44, 45, 50 и 51, усилители 52, 53, 58 и 59 мощности, импульсные трансформаторы 60, 61, 66 и 67, а также блоки 68, 69, 74 и 75 ключей„

Для получения нулевого значения гока нагрузки в конце каждого полупериода на последнем интервале процесса управления, например, для положительного полупериода после момента времени t,., в некоторый момент времени t очередность переключения тиристоров 1, 2 или 3, 4 нарушается таким образом, что оба они выключенными на некоторый промежуток времени, за который ток в нагрузке спадает до нуля Наступление момента времени t«контролируется величиной и знаком первой производной тока нагрузки С указанной целью сигнал с дифференцирующего устройства 21 подается на компаратор 32, где сравнивается с некоторой опорной величиной постоянного напряжения Uon, равного 90-95% максимального выходного напряжения дифференцирующего устройства 21, контролирующего скорость изменения тока нагрузкио

При равенстве входных сигналов компаратора 32 его выходной сигнал переключает триггеры 23 и 30 в положение, обеспечивающее отключение тиристоров 1, 2 или 3, 4 независимо от

5

С

5

0

5

0

5

0

команд с компаратора 27 или 31 на I.:, включение L,

Для тменения амплитуд.i то1,а нагрузки изменяется величина напряжения питания первичной обмотки трансформатора 15j Таким образом, на нагрузке создается переменное напряжение повышенного качества, отклонение формы выходного тока от формы напряжения источника питания практически не происходит благодаря непрерывног-гу слежению за величиной тока нагрузки и компенсации возможных отклонении путем алгебраического сум огрования на нагрузке импульсов тока непрямоугольной формы с нар ас таю; ц гм передним и спасающим задним фронтами и дополнительной коррекции формы тока нагрузки путем изменения индуктивности дросселей .,

Формула изобретения

Преобразователь переменного тока в переменный, содержащшг четыре ти- ристорных ключа на встречно-параллельно включенных полностью управляемых тиристорах, два управляемых дросселя, измеритель . нагрузки, включенный последовательно с выходными выводами, и два измерителя дросселей, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента использования материала сердечника, уменьиения массы и габаритов управляемых дросселей, токовые обмотки управляемых дросселей выполнены со средними точками, первые выводы тиристор- ных ключей объединены и соединены с первым входным выводом, вторые выводы первых двух тиристорьк ключей подключены к соответствующим крайним выводам токовой обмотки .первого управляемого дросселя, вторые выводы двух других тирнсторных ключей подключены к крайним выводам токовой обмотки второго управляемого дросселя, средние выводы дросселей соединены через соответствующие измерители тока дросселей со свободным выводом измерителя тока нагрузки, при этом свободный выходной вывод соединен с вторым входным выводом

;i Тжж5 Ф7 i

Изобретение относится к электротехнике Цель изобретения - увеличение коэффициента использования материала сердечника, уменьшение веса и габаритов управляемых дросселей,, В предло- женном устройстве одновременно формируются две последовательности спадающих и возрастающих импульсов тока и суммируются на нагрузке на каждом конкретном интервале возрастающих и спадающих участков Выходной синусоидальный ток в заявляемом способе и устройстве практически не искажается, так как любые отклонения его формы на нагрузке от формы задающего синусоидального сигнала компенсируются следящей системой управления За счет более низкой частоты дискретизации, исключения выходных фильтров для подавления пульсации и полного перемагничивания дросселей обеспечивается достижение с поставленной цели 3 ил 8

Un

Фиг.1

Фиг.З