Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное Советский патент 1991 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике.

Цель изобретения - расширение области применения путем оптимизации формы кривой выходного напряжения и диапазона регулирования.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 и 3 - варианты выполнения блока регулирования.

Устройство содержит двунаправленный вентильный оптрон в виде тиристорных оп- тронов 1 и 2, включенных встречно-параллельно, первый вывод которого соединен с первым выводом для подключения сети 3, а второй вывод- с выводом для подключения нагрузки 4 через трансформатор 5. К второму выводу для подключения сети 6 присоединен оставшийся вывод для подключения трансформатора 5 и первые выводы первого конденсатора 7 и первого резистора 8, вторые выводы которых соединены с первым выводом 9 для подключения напряжения переменного тока однофазного выпрямительного моста 10, а второй вывод переменного однофазного выпрямительного моста 10 соединен с выводом для подключения сети 3. Параллельно выводам переменного тока однофазного выпрямительного моста 10 присоединена последовательная цепочка, состоящая из первого 11 и второго 12 диодов, и излучающие элементы тиристорных оптронов 1 и 2, при этом анод первого диода 11 соединен с первым выводом переменного тока однофазного выпрямительного моста 10, катоды первого 11 и второго 12 диодов объединены и соединены с анодом излучающего элемента тиристорного оптро- на 1, катод которого соединен с анодом излучающего элемента фототиристора тиристорного оптрона 2, а анод второго диода 12 соединен с вторым выводом переменноготока однофазного выпрямительного моста 10. Блох 13 регули- рования, присоединенный своим первым выводом 14 к выводу выпрямленного напряжения однофазного выпрямительного моесл

с

ON VI

СЛ 00 Х|

та 10 с положительной полярностью, вторым вывддом 15 - к катоду излучающего элемента фототиристора тиристорного опт- рона 2, а третьим выводом 16 - к выводу выпрямленного напряжения однофазного выпрямительного моста 10 с отрицательной полярностью, включает второй резистор 17, резисторы 18 и 19, пороговый ключевой элемент 20, второй конденсатор 21 и переменный резистор 22. При этом резистор 19 формирует цепь заряда второго конденсатора 21, первый вывод второго резистора 17 соединен с первым выводом порогового ключевого элемента 20, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора 18 и образует первый вывод 14 блока 13 регулирования. Второй вывод резистора 18 соединен с первым выводом резистора 19 и с первым выводом второго конденсатора 21, второй вывод которого соединен с пер- вым выводом переменного резистора 22, с вторым выводом второго резистора 17 и образует третий вывод 16 блока 13 регулирования, а второй вывод резистора 19 и второй вывод переменного резистора 22 объединены и образуют второй вывод 15 блока 13 регулирования. Пороговый ключевой элемент 20 и второй резистор 17 формируют цепь разряда.

Устройство работает следующим обра- зом,

При запертом пороговом ключевом элементе 20 (в качестве которого используется, например, динистор) в блоке 13 регулирования ток протекает от второго вывода 15 к третьему выводу 16 по двум параллельным цепочкам: последовательно соединенным резистору 19, второму конденсатору 21 и переменному резистору 22, от первого вывода 14 к третьему выводу 16 через третий резистор 18 и второй конденсатор 21 с параллельной ему цепочкой из резистора 19 и переменного резистора 22. В результате большая часть тока, ограниченного первым конденсатором 7 и первым резистором 8, протекает через излучающие элементы фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2, включая их синхронно каждый полупериод, и заряжает второй конденсатор 21 до тех пор, пока напряжение на пороговом ключе- вом элементе 20 не достигнет его порогового значения и он не откроется. При открытом пороговом ключевом элементе 20 ток в блок 13 регулирования поступает только через его первый вывод 14, т.к. второй резистор 17 предназначен для ограничения броска тока при отпирании ключевого элемента 20 и сопротивление между первым 14 и третьим 16 выводами блока 13 регулирования много меньше сопротивления между

его третьим 16 и вторым 15 выводами, Ток через излучающие диоды тиристорных оптронов 1 и 2 прекращается, а второй конденсатор 21 разряжается через две параллельные цепочки: первую - через резистор 18, открытый ключевой элемент 20, второй резистор 17 и вторую - через резистор 19 и переменный резистор 22. Открытое состояние ключевого элемента 20 ,и, следовательно, пауза в работе преобразователя (фототиристоры тиристорных оптронов 1 и 2 заперты) продолжается до запирания порогового ключевого элемента 20.

Через ключевой пороговый элемент 20 протекает ток, имеющий две составляющие - уменьшающуюся по экспоненциальному закону от разряда второго конденсатора 21 и пульсирующую двухполупериодную, ограниченную первым конденсатором 7 и выпрямленную однофазным выпрямительным мостом 10. Запирание порогового ключевого элемента 20 возможно тогда, когда ток в нем станет меньше тока удержания, т.е. в моменты, когда пульсирующая составляющая близка к нулю. С этого момента начица- ет поступать ток в излучающие диоды фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2, а т.к. двухполупериодный ток, обтекающий излучающие элементы, опережает напряжение сети примерно на половину полупериода (для этого сопротивление резистора 8 должно быть много больше сопротивления переменному току конденсатора 7), то тот из фототиристоров 1 или 2, на аноде которого напряжение положительно, включится, как только ток в его излучающем аноде достигнет значения отпирающего тока. Таким образом на трансформатор 5 будет подаваться переменное напряжение, начиная с неполного, более чем на половину полупериода.

Изменение величины сопротивления переменного резистора 22 изменяет величину тока, заряжающего второй конденсатор 21, и в меньшей степени разрядного тока, следовательно, длительность включенного и выключенного состояний фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2 регулируется переменным резистором 22. При малой величине сопротивления переменного резистора 22 напряжение на втором конденсаторе 21 не достигает значения порогового напряжения порогового ключевого элемента 20 и оптотиристоры тиристорных оптронов 1 и 2 постоянно включены. Вместо двух оптотиристоров возможно использование оптронного симисто- ра, при этом его излучающий диод заменяет два излучающих элемента фототиристоров 1 и 2 и включается в том же направлении.

На фиг,2 показана схема блока 13 регулирования, в которую введен третий 23, четвертый 24 и пятый 25 диоды и стабилизатор тока, состоящий из третьего конденсатора 26 стабилитрона 27, резистора 28 и бипо- лярного транзистора 29. Стабилизатор тока поддерживает постоянным ту часть разрядного тока второго конденсатора 21, которая протекает через открытый пороговый ключевой элемент 20, делает независимой дли- тельность паузы от температурных и других изменений тока удержания порогового ключевого элемента 20, что повышает стабильность работы устройства, Кроме того, включение переменного резистора 22 па- раллельно второму конденсатору 21 при по- стоянной части тока разряда этого конденсатора, протекающей через пороговый ключевой элемент 20, расширяет диапазон регулирования, т.к. при увеличении величины сопротивления переменного резистора 22 уменьшается время заряда второго конденсатора 21 и увеличивается время его разряда, и наоборот, при уменьшении величины сопротивления перемен- ного резистора 22 увеличивается время заряда и уменьшается время разряда второго конденсатора 21.

На фиг.З показана схема блока 13 регулирования, позволяющая включать фототи- ристоры 1 и 2 в момент закрывания порогового ключевого элемента 20, т.е. при условии RS Хст, где Re - сопротивление резистора 8; Хс сопротивление конденсатора 7 в середине полупериода, что чаще всего считается оптимальным для подключения нагрузки через трансформатор Схема фиг.1 при ее простоте обеспечить такое включение не может, т.к. пороговый ключевой элемент 20 закрывается при значении пульсирующего тока в нем, равном нулю, после чего этот ток начинает нарастать с нуля в излучающих диодах фототиристоров 1 и 2. Приближение к середине полупериода момента равенства тока току отпирания ти- ристора требует большего тока, т.е. большей емкости первого конденсатора 7 и, следовательно, при тех же циклах работы преобразвоателя, увеличения емкости второго конденсатора 21 и рассеиваемой мощ- ности резисторами 17,18,19 и 22 и полупроводниковых элементов на большие допустимые токи. В итоге габариты преобразователя растут и уменьшается его КПД.

Для решения задачи включения оптоти- ристоров в середине первого полупериода без существенного ухудшения КПД и увеличения габаритов в схему фиг.З введены шестой диод 30. третий резистор 31 и биполярный транзистор 32, причем излучающие элементы тиристоров 1 и 2 включены между катодом диода 25 и выводом 16 блока 13 регулирования.

Схема фиг.З работает следующим образом.

При открытом пороговом ключевом элементе 20 третий конденсатор 26 заряжен пульсирующим током до порогового напряжения стабилитрона 27, которое прикладывается к цепочке из резистора 28 и перехода эмиттер-база биполярного транзистора 29. Из-за этого часть разрядного тока второго конденсатора 21, протекающая по пороговому ключевому элементу 20, постоянная и равна приблизительно пороговому напряжению стабилитрона 27. поделенному на сопротивление резистора 28 Биполярный транзистор 32 заперт положительным напряжением на базе, т.к. по открытому шестому диоду 30 протекают и пульсирующий и постоянный токи. Закрывание порогового ключевого элемента 20 после резкого спадания разрядного тока второго конденсатора 21 в момент, когда пульсирующий ток з пороговом ключевом элементе 20 станет равным нулю, вызовет разряд третьего конденсатора 26 через переход эммитер-ба- за биполярного транзистора 32 и третий резистор 31, как следствие, открывание этого транзистора и импульсный разряд третьего конденсатора 32 на излучающие элементы тиристоров 1 и 2. В результате в момент запирания порогового ключевого элемента 20, а при условии RB Хс этот момент приходится на середину полупериода, один из фатотиристоров (1 или2}открывается, подавая напряжение на первичную обмотку трансформаторов 5, начиная с середины полупериода и далее синхронно, пока заряжается второй конденсатор 21

Формула изобретения

1. Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий двунаправленный вентильный оптрон, включенный последовательное выводами для подключения нагрузки и выводами для подключения сети, включенные параллельно между собой первый конденсатор и первый резистор, однофазный выпрямительный мост, выводы переменного тока которого включены последовательно с первым конденсатором и выводами для подключения сети, кроме того блок регулирования и два диода, анодами соединенные с выводами переменного тока однофазного выпрямительного моста, при этом блок регулирования содержит второй конденсатор,, зарядная цепь которого включена через излучающие элементы оптрона между като- дами диодов и минусовым выводом

однофазного выпрямительного моста, разрядную цепь из порогового ключевого элемента и второго резистора, шунтирующую выводы постоянного тока однофазного выпрямительного моста и цепь второго кон- денсатора, кроме того, переменный резистор, включенный параллельно цепи второго конденсатора,о тличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем оптимизации формы кривой выходного напряжения, излучающие элементы двунаправленного вентильного опт- рона включены последовательно, катоды первого и второго диодов объединены и соединены с анодом первого излучающего элемента,

2. Преобразвоатель по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в качестве двунаправленного вентильного оптрона применен сими- сторный оптрон.

3 Преобразователь по п.1, от л и ч а га- щи и с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, в блок регулирования введены третий, четвертый и пятый диоды, третий конденсатор и стабилизатор тока на последовательно соединенных биполярных транзисторе, резисторе и стабилитроне, при этом первый вывод разрядной цепи соединен с вторым конденсатором через третий диод, анод третьего диода соеди- нен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод разрядной це- гш соединен с вторым выводом второго конденсатора через последовательно

соединенные третий конденсатор, силовую цепь стабилизатора тока и четвертый диод, пятый диод включен в цепь заряда второго конденсатора, зашунтированного переменным резистором, анод пятого диода соединен с катодом четвертого диода и с вторым выводом второго конденсатора, анод стабилитрона и второй вывод третьего конденсатора соединены с минусовым выводом однофазного выпрямителя, первый вывод третьего конденсатора соединен с катодом стабилитрона.

j

4 Преобразователь по п.3, от л и ч а га- щи и с я тем, что в блок регулирования введены шестой диод, третий резистор и биполярный транзистор, при этом второй вывод разрядной цепи соединен с третьим конденсатором через шестой диод, катод шестого диода соединен с катодом стабилитрона и эмиттером третьего транзистора, база которого соединена с анодом шестого диода первым выводом третьего резистора и вторым выводом разрядной цопи второй вывод третьего резистора соединен с анодом стабилитрона, кроме того, первый вывод второго конденсатора соединен с общей точкой катодов первого и второго диодов, катод пятого диода через излучающие элементы оптрона соединен с минусовым выводом однофазного выпрямительного моста, коллектор биполярного транзистора соединен с катодом пятого диода.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение области применения путем оптимизации формы кривой выходного напряжения. В предложенном устройстве в отличие от прототипа катод первого диода соединен с катодом второго диода 12 и анодом излучающего элемента первого оптронного тиристора 1, а катод последнего - с анодом излучающего диода второго оптронного тиристора 2. Указанные связи позволяют подавать на грузку импульсы переменного напряжения, в которых в первый полупериод открывание силового оптронного тиристора происходит с задержкой на половину периода, за счет чего достигается поставленная цель. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фие.1

i. a,

/J

Ж24 25ф

Z5

27

16

Ж

te2

iT2