Преобразователь переменного тока в переменный Советский патент 1991 года по МПК H02M5/45 

1v

(21)4682025/07 (22) 24.04.89 (46)30.10.91. Бюл. №40 (71) Воронежский политехнический институт

(72)А.К.Муконин (53)621.314.572(088.8) (56) Лебедев A.M. и др. Следящие электроприводы станков с ЧПУ. - М.: Энергоатомиз- дат, 1988, с. 143-145.

Муконин А.К., Пенский Н.И. Преобразователи энергии для регулируемого электропривода. Проблемы преобразовательной техники (Тезисы докл. IY Всесоюзной науч- но-техн. конф. Киев, сентябрь, 1987, ч. 1. с. 164-166).

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ

(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования энергии переменного напряжения с фиксированными значениями напряжения в энергию с регулируемой величиной напряжения и тока, и может быть использовано в регулируемом электроприводе, Цель изобретения - упрощение устройства. Преобразователь содержит первый выпрямитель 1, ведомый сетью инвертор. К выходу однофазного мостового вентильного коммутатора на тиристорах 5-8 подключена нагрузка 9. Второй выпрямитель на диодах 10-13 входом соединен с нагрузкой 9, а выходом - с входом ведомого сетью инвертора 3. Между выходом первого выпрямителя 1 и входом вентильного коммутатора включен регулирующий ключ 17. 8 ил.

Ё

ON 00 00

GO

а о

/ ЗУ

Фиг I

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования энергии переменного напряжения с фиксированными значениями напряжения в энергию с регулируемой величиной напряжения и тока, и может быть использовано в регулируемом электроприводе.

Целью изобретения является упрощение устройства.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя с однофазным мостовым вентиль- ным коммутатором и однофазной нагрузкой; на фиг. 2 - то же, с трехфазным мостовым вентильным коммутатором и трехфазной нагрузкой; на фиг. 3 - схема возможного варианта выполнения неуправляемого выпрямителя и ведомого сетью инвертора; на фиг. 4 - диаграммы, иллюстрирующие работу выпрямителя и ведомого сетью инвертора; на фиг. 5 - характеристика вход - выход релейного элемента; на фиг. 6 - характеристика порогового элемента; на фиг.7 - диаграммы, иллюстрирующие работу преобразователя энергии, выполненного по схеме фиг. 1; на фиг. 8 - графики управляющих импульсов тиристоров вентильного коммутатора в схеме фиг. 2.

Преобразователь (фиг. 1) содержит первый выпрямитель 1, представленный в виде эквивалентной схемы, которая включает диод 2 и источник ЭДС ев. Ведомый сетью инвертор 3 представлен в виде эквивалентной схемы, содержащей диод 4 и источник ЭДС вн. К выходу однофазного мостового вентильного коммутатора на тиристорах 5- 8 подключена нагрузка 9. Второй выпрямитель на диодах 10-13 входом соединен с нагрузкой 9, а выходом - с входом ведомого сетью инвертора 3. Импульсный регулятор 14, имеющий вход задания тока нагрузки I, представлен в виде сумматора 15 и релейного элемента 16.

Между выходом первого выпрямителя 1 и входом вентильного коммутатора включен регулирующий ключ 17.

Вход задания тока нагрузки подключен к входу порогового элемента 18, выход которого соединен с входом одновибратора 19, первым входом первого логического элемента И 20 и входом первого логического элемента НЕ 21, выходом подключенного к первому входу второго логического элемента И 22. Выход одновибратора 19 соединен с вторыми входами элементов И 20, 22. Выход элемента И 20 подключен к управляющим входам первых двух диагонально включенных тиристоров 5, 8 однофазного мостового вентильного коммутатора и первому входу третьего логического элемента И

ИЛИ 26, выходом подключенного к управляющему входу регулирующего ключа 17.

Преобразователь включает также измеритель 27 тока.

Преобразователь на фиг. 2 так же, как и

преобразователь на фиг. 1 содержит первый выпрямитель 1, ведомый сетью инвертор 3, импульсный регулятор 14 и регулирующий ключ 17, К выходу трехфазного мостового вентильного коммутатора на тиристорах

25-33 подключена трехфазная нагрузка 34- 36, к которой присоединен вход второго выпрямителя на диодах 37-42.

На фиг. 3 представлена схема первого выпрямителя и ведомого сетью инвертора

Схема включает трехфазный трансформатор 43, имеющий трехфазную первичную 44 и две трехфазные вторичные обмотки 45, 46. Первый выпрямитель на диодах 47-52 гальванически разделен с ведомым сетью инвертором, выполненным на тиристорах 53-56, за счет обмоток 45,46 трансформатора.

На фиг. 3, 4 приняты следующие обозначения : UA, UB, Uc - фазные напряжения

обмоток 45, 46 трансформатора, Ih-Ue - сигналы управления тиристорами 53-58: ев еи - ЭДС выпрямителя и ведомого сетью инвертора.

Как и в известных преобразователях

длительность отпирающих импульсов, поступающих на тиристоры ведомого сетью инвертора, равна трети периода напряжений питающей сети.

На фиг. 5 изображена характеристика

релейного элемента 16, где Vi,i - пороги срабатывания релейного элемента; Ј, Up - входной и выходной сигналы релейного элемента. Сигнал Up может принимать два значения - логический ноль или логическую

единицу.

На фиг. 6 изображена характеристика порогового элемента 18. Выходной сигнал Un в зависимости от входного I принимает значения 1я или О.

На фиг. 7 приняты следующие обозначения: I - сигнал задания тока; I, ioc - графики соответственно мгновенного значения тока нагрузки .и обратной связи потоку нагрузки; t - время; Un выходной сигнал порогового

элемента 18; UQ- выходной сигнал одновиб- ратора 19; Уи1И 1)И2 - выходные сигналы элементов соответственно 20, 22.

На фиг. 8 представлены графики сигналов управления Uyi-Uy6 тиристорами 28-33.

Рассмотрим работу преобразователя, выполненного в соответствии с фиг. 1, для случая, когда сигнал задания тока нагрузки имеет форму меандра. Сигнал задания тока нагрузки I поступает на4ход регулятора 14.

8моменты времени от ц до м сигнал I положителен, сигналы Un, 11и1 соответствуют 1, сигнал Un2 соответствует О, на управляющие входы тиристоров 5, 8 поступают отпирающие импульсы, на управляющие вхо- ды тиристоров 6, 7 не подаются отпирающие импульсы, тиристоры б, 7 заперты, в нагрузке

9формируется ток I, направление которого обозначено на фиг. 1 стрелкой.

В интервале времени ti-t2 сигнал Up соответствует 1. на выходе элемента ИЛИ 26 также 1, ключ 17 отперт, ток I в нагрузке нарастает под воздействием ЭДС выпрямителя ев, протекая по контуру из элементов 1, 5, 9; 27, 8, 17. При этом сигнал на выходе элемента 16, равный разности сигнала I и сигнала 0с, уменьшается и в момент t достигает величины V2, на выходах элементов 16, 26 появляется О, ключ 17 запирается и ток I под воздействием ЭДС инвертора ец уменьшается, протекая по контуру из элементов 3, 10, 9, 27, 13. При этом сигнал Ј увеличивается, в момент времени з величина Ј достигает значения v, на выходе элемента 16 появляется 1, ключ 17 отпирается и т.д.

Таким образом формируется ток нагрузки, среднее значение которого пропорционально сигналу задания I.

Одновибратор 19 по фронтам сигнала Un формирует паузы длительностью tn. В момент t сигнал I изменяет знак, на выходе одновибратора появляется О, ключ запирается, с тиристоров 5, 8 снимаются отпирающие импульсы. Время tn выбирается достаточным для восстановления запирающих свойств тиристоров.

В момент т.5 на выходе элемента И 22 появляется 1, на тиристоры 6, 7 подаются отпирающие импульсы, ключ 17 отпирается.

В моменты t4-ts ток в нагрузке спадает до нуля под воздействием ЭДС инвертора, протекая по контуру из элементов 3, 10, 9, 27, 13. В моменты te-t ток изменяет знак и его значение увеличивается под воздейст- вием ЭДС выпрямителя. При этом ток протекает по контуру из элементов 1, 7, 27, 9, 6.

В момент t на выходе элемента 16 появляется Г, на выходе элемента 26 - О,

ключ 17 запирается, ток i уменьшается по величине и т.д.

Таким образом осуществляется формирование тока нагрузки.

Преобразователь на фиг 2 позволяет формировать токи в трехфазной нагрузке с частотой, определяемой частотой сигналов управления тиристорами 28-33 Uyi Uye (фиг. 8). Графики сигналов Uyi - Uye совпадают с графиками сигналов управления тиристорами. В соответствии с приведенными графиками токи формируются только в двух фазах нагрузки. К примеру в интервале 0- JT/З отперты тиристоры 28, 32 и ток формируется в фазах нагрузки 34,35. В интервалы л/3 - 2 л/3 отперты тиристоры 28, 33 и ток формируется в фазах нагрузки 34, 36 и т.д

Формула изобретения

Преобразователь переменного тока в переменный, содержащий подключенный входом к выводам питающей сети переменного напряжения первый выпрямитель, мостовой вентильн ый коммутатор, выходные выводы которого образуют выход преобразователя, второй выпрямитель, входом соединенный с цепью нагрузки, а выходом - с входом ведомого сетью инвертора, импульсный регулятор, имеющий вход задания тока нагрузки, а также блок управления, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения, блок управления снабжен пороговым элементом, одно- вибратором, четырьмя логическими элементами И, двумя логическими элементами НЕ, логическим элементом ИЛИ, мостовой вентильный коммутатор выполнен на тиристорах, между выходом первого выпрямителя и входом мостового вентильного коммутатора включен регулирующий ключ, управляющий вход которого связан с выходом импульсного регулятора, а ведомый сетью инвертор за счет обмоток трансформатора питающей сети гальванически разделен с первым выпрямителем, причем вход задания тока нагрузки подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с входом одновибратора, первым входом первого логического элемента И и входом первого логического элемента НЕ, выходом подключенного к первому входу второго логического элемента И, выход одновибратора соединен с вторыми входами первого и второго логических элементов И. выход первого логического элемента И подключен к управляющим входам первых двух диагонально включенных тиристоров однофазного мостового вентильного коммутатора и первому входу третьего логического элемента И, выход второго логического элемента И - к управляющим входам двух других диагонально включенных тиристоров мостового вентильного коммутатора и первому входу четвертого логического элемента И, выход импульсного регулятора соединен с вторым входом третьего логического элемента И и входом второго логиче

и иг

F5 5Й

{

4Ј 53 ф W2L 55$

и.

ti

и 56 Ж 57Х 58Ж

Si. 5.5°К 5/А 5ГЛ

ского элемента НЕ, выходом подключенного к второму входу четвертого логического элемента И, выходы третьего и четвертого логических элементов И соединены с входами логического элемента ИЛИ, выходом подключенного к управляющему входу регулирующего ключа.

Фиг. 2

и.

ив

Uc

472 L #i #ф и

и

Uc

Фиг.З

Щ

l

JL

usГ

UP

2V1 $

Фиг. 5

1

Г

J L

Фиг Л

0)t

Un

Фиг. 6

Фиг. 7