Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное Советский патент 1992 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к регулированию мощности в нагрузке переменного тока и может быть использовано, например, для изменения величины балластной нагрузки малых ГЭС.

Известны устройства, применяемые, например, в системах регулирования температуры, системах поддержания постоянной скорости эл.двигателей изменения величины белластной нагрузки малых ГЭС.

Известен тиристорный регулятор переменного тока, содержащий соединенные последовлательно нагрузку и встречно-параллельно включенные силовые тиристоры, блок управления. Катоды тиристоров подключены к силовым шинам, а управляющие электроды подключены к блоку управления через развязывающие диоды. Блок управления выполнен в виде выпрямительного диодного моста, во входной диагонали которого включены силовые тиристоры.

Известен регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий встречно-параллельно включенные первый и второй силовые тиристоры, первый и второй общие выводы которых соединены соответственно с первым выводом для подключения нагрузки и с первым выводом для подключения источника питания, а вторые выводы для подключения нагрузки и источника питания объединены, блок импульсно-фазового управления, первый и второй диоды, токоограничивающий резистор и первый и второй развязывающие диоды, причем катоды первого и второго диодов объединены и подключены к первому входу блока импульсно-фазового управления, аноды первого и второго диодов соединены соответственно с первой и второй общими точками встречно-параллельно включенных первого и второго силовых тиристоров. Выход блока импульсно-фазового управления через токоограничивающий резистор соединен с общей точкой анодов первого и второго развязывающих диодов, катоды которых подключены к электродам управления соответствующих силовых тиристоров.

Недостатком известного преобразователя является наличие кратковременных ударных токов (мощности рассеяния) в цепях,управления силовых тиристоров в режиме фазового управления, что приводит к резкому уменьшению срока службы силовых тиристоров и снижению надежности преобразователя в целом.

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя за счет снижения рассеиваемой мощности на управляющем пере оде силовых тиристоров,

Данная цель достигается тем, что в известный регулируемый преобразователь пе- ременного напряжения в переменное дополнительно введены третий и четвертый

диоды и первый и второй резисторы, а блок импульсно-фазового управления выполнен в виде первого и второго биполярных транзисторов и резистора смещения, причем коллектор первого биполярного транзисто0 ра образует первый вход импульсно- фазового управления, эмиттер первого биполярного транзистора соединен с базовой второго биполярного транзистора, эмиттер которого образует выход блока им5 пульсно-фазового управления,параллельно переходу база-эмиттер второго биполярного транзистора включен резистор смещения, база первого биполярного транзистора и коллектор второго биполярного транзи0 стора объединены и образуют второй выход блока импульсно-фазового управления, первый резистор и третий диод, второй резистор и четвертый диод соединены параллельно и включены между

5 соответствующими общими выводами первого и второго силовых тиристоров и катодами первого и второго развязывающих диодов.

Введение третьего и четвертого диодов

0 и первого и второго резисторов предотвращает пробой цепи управляющий электрод - катод тиристоров.

Выполнение блока импульсно-фазового управления в виде биполярных транзисто5 ров и резистора смещения, уменьшает до минимума углы открытия тиристоров в нужные моменты времени, так как при малых напряжениях транзистор полностью открыт. Транзисторь включены по схеме гене0 ратора тока, который при малых значениях напряжения на шинах встречно-включаю- щих тиристоров работает как ключ, а при повышении напряжения - как генератор тока. Это позволяет включать тиристор при

5 малых/значениях напряжения на шинах. При регулировании углом открытия тиристора блок позволяет замкнуть цепь управления тиристора от протекания большого тока в цепи управляющий электрод - катод, что

0 ограничивает мощность, рассеиваемую в указанной цепи.

На фиг.1 показана электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - диаграммы токов и напряжений, в том числе

5 для фазового (а) и широтно-импульсного (б) управления предлагаемого и известного устройства.

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное содержит встречно параллельно включенные

первый 1 и второй 2 силовые тиристоры, первый и второй общие выводы которых соединены соответственно с первым выводом для подключения нагрузки 3 и с первым выводом для подключения нагрузки и источника питания объединены. Блок 4 импульс- но-фазового управления, первый 5 и второй 6 диоды, токоограничивающий резистор 7, первый 8 и второй 9 развязывающие диоды. Катоды первого 5 и второго 6 диодов объединены и подключены, к первому входу блока 4 импульсно-фазового управления. Аноды первого 5 и второго 6 диодов соединены соответственно с первой и второй общими точками встречно-параллельно включенных силовых тиристоров 1 и 2,

Выход блока 4 через токоограничивающий резистор 7 соединен с общей точкой анодов первого 8 и второго 9 развязывающих диодов, катоды которых подключены к электродам управления силовых тиристоров 1 и 2. Блок 4 импульсно-фазового управления вылолнен в виде первого 10 и второго

11биполярных транзисторов и резисторов

12смещения. Коллектор первого биполярного транзистора 10 образует первый вход блока 4. Эмиттер первого биполярного транзистора 10 соединен с базой второго биполярного транзистора 11. Эмиттер второго биполярного транзистора 11 образует выход блока 4. Параллельно переходу база- эмиттер транзистора 11 включен резистор 12 смещения. База транзистора 10 и коллектор транзистора 11 объединены и образуют второй выход блока 4 импульсно-фазового управления. Между соответствующими общими выводами первого 1 и второго 2 тиристоров и катодами развязывающих диодов 8 и 9 включены соединенные параллельно первый резистор 13 и третий диод 15, второй резистор 14 и четвертый диод 16.

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное работает следующим образом.

В момент, когда на шине А положительное, а на шине В отрицательное напряжение, подается импульс положительного управляющего напряжения на базу первого биполярного транзистора 10, тем самым открывая его. Тогда положительное напряжение от шины А через первый диод 5, первый биполярный транзистор 10, цепочку резисторов 12, 7 поступает на развязывающие диоды 8,9. Диод 8 заперт положительным напряжением шины А (через первый резистор 13 и третий диод 15). Диод 9 открыт отрицательным напряжением шины В (через второй резистор 14 и четвертый диод 16). Управляющий ток, проходя по цепи диод 9, управляющий электрод тиристора 2,

шина В, открывает тиристор 2. После того, кактиристор 2 станет проводящим, разница напряжений между шинами А и В составит величину падения напряжения на открытом

тиристоре. Это приводит к прекращению управляющего тока через управляющий электрод.

Аналогично работает преобразователь и при обратной полярности напряжения на

0 шинах А и В. В этом случае работает цепь управления второй диод 6, первый биполярный транзистор 10, резистор 12 смещения, токоограничивающий резистор 7, развязывающий диод 8, управляющий электрод ти5 ристора 1,

Время воздействия управляющего импульса на тиристоры 1, 2 определяется собственными временем открытия каждого тиристора.

0 Третий и четвертый диоды 15 и 16 устраняют отрицательные выбросы при коммутации на управлющих электродах и обеспечивают устойчивое запирание цепей управления при положительном напряже5 нии на катодах соответствующих тиристоров. Развязывающие диоды 8 и 9 развязывают управляющие электроды тиристоры 1 и 2 от взаимного влияния.

Токоограничивающий резистор 7 огра0 ничивает ток через управляющие электроды тиристоров 1 и 2 и величина резистора выбирается из условия предельной мощности транзистора 10.

Резистор 12 смещения предназначен

5 для выработки управляющего сигнала на ограничение тока в цепи блока 4 управления. При превышении тока в цепи блока управления 4 выше заданного значения падение напряжения на резисторе 12 достигает ве0 личины, при которой второй биполярный транзистор 11 открывается и начинает под- запирать транзистор 10, ограничивая тем самым ток в цепи управления. Транзистор 10 усиливает управляющий сигнал. Диоды 5

5 и 6 питают блок 4 управления прямо от шин А и В пульсирующим однополярным напряжением.

При испытании предлагаемого преобразователя были получены диаграммы то0 ков и напряжений (фиг.2) для фазового (а) и широтно-импульсного (б) управления. Сравнение зависимостей I, И (предлагаемого устройства) и III, 1У(поизвестному показывает значительное снижение токов управления

5 тиристоров 1 и 2 для фазового управления при одном и том же времени открытия тиристоров и неизменность токов управления тиристоров для широтно-импульсного управления. Причем, по сравнению с известным, меньший ток управления при фазовом

управлении и тот же ток управления при широтно-импульсном управлении обеспечивается предлагаемым устройством независимо от характера нагрузки (индуктивной, емкостной, реактивной). Тем самым повышается надежность работы регулируемого преобразователя для любых видов управления, снижается потребляемая энергия. При использовании устройства в малых ГЭС обеспечивается работа в автоматическом режиме без участия обслуживающего персонала, без текущих наблюдений за параметрами устройства. Рабочие характеристики преобразователя устойчивы в диапазоне температур - 30-40°С, что важно для систем регулирования мощности гидроагрегатов малых ГЭС.

Формула изобретения Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное содержащий встречно-параллельно включенные первый и второй силовые тиристоры, первый и второй общие выводы которых соединены соответственно с первыми выводами для подключения нагрузки и для подключения источника питания, а вторые выводы для подключения нагрузки и источника питания объединены, блок импульсно-фазово- го управления, первый и второй диоды, токоограничивающий резистор и первый и второй развязывающие диоды, причем катоды первого и второго диодов объединены и подключены к первому входу блока им- пульсно-фазового управления, аноды первого и второго диодов соединены соответственно с первой и второй общими точками встречно-параллельно включенных первого и второго силовых тиристоров, выход блока

импульсно-фазового управления через токоограничивающий резистор соединен с общей точкой анодов первого и второго развязывающих диодов, катоды которых подключены к электродам управления соответствующих силовых тиристоров, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены третий и четвертый диоды и первый и второй резисторы, блок импульсно-фазового управления выполнен

в виде первого и второго биполярных транзисторов и резистора смещения, причем коллектор первого биполярного транзистора образует первый вход блока импульсно- фазового управления, эмиттер первого

биполярного транзистора соединен с базой второго биполярного транзистора эмиттер которого образует выход блока импульсно- фазового управления, параллельно переходу база эмиттер второго биполярного

транзистора включен резистор смещения, база первого и коллектор второго биполярных транзисторов объединены и образуют второй выход блока импульсно-фазового управления, первый резистор и третий диод,

второй резистор и четвертый диод соединены параллельно и включены между соответствующими общими выводами первого и второго силовых тиристоров и катодами первого и второго развязывающих диодов.

и.

А8

I

АВ

Использование: изобретение относится к области электротехники. Сущность изобретения: устройство обеспечивает импуль- сно-фазовое регулирование напряжения на нагрузке. Введение третьего и четвертого диодов 15 и 16 позволяет устранить отрицательное выбросы на управляющих электродах силовых тиристоров 1 и 2 при коммутациях. Это обеспечивает надежное запирание цепей управления, благодаря чему повышается надежности. 2 ил. СИЗ- (/) с (л CJ ел ел х|

Ilt3 N JVIV

lynpl lynpt

lynpl lynpl

4г-К-

К

JV.

ylfnox дол. (Г)

Vl/77ff/ ЗиЛ($)

vl/rraf дол(Ш

vlfnaxdort.

фиг.2