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

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования под нагрузкой силовых и преобразовательных трансформаторов.

Известны регулируемые преобразова- тели переменного напряжения в переменное, в которых для обеспечения большого диапазона и повышенной точности регулирования используют бо льшоё количество тиристорных ключей в отводах регулировоч- ных обмоток трансформатора. Данные устройства требуют использо ван ия системы управления с повышенной надежностью, т.к. при неправильных включениях тиристорных ключей могут возникать замыкания регулируемых ступеней обмотки, которые характеризуются большими значениями токов, опасных для ключей и обмоток трансформатора.

Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трансформатор с регулировочными отводами, связанными с ключами в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, формирователи управляющих импульсов для каждого ключа, связанные выходами с соответствующими ключами, высокочастотный генератор, связанный выходом со входами питания формирователей управляющих импульсов, формирователь алгоритма переключения ключей, входы которого соединены с управляющими цепями выше, ниже, а количество выходов соответствует количеству ключей. Такое выполнение системы управления преобразователя не обеспечивает надежного переключения ключами регулировочных отводов при нарушении функционирования одного или нескольких формирователей управляю- щих импульсов или высокочастотного гене- ратора.

Целью изобретения является повышение надежности регулируемого преобразователя, Это достигается тем, что в регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трансформатор с регулировочными отводами, связанными с ключами в виДе встречно-параллельно соединенных тиристоров, формирователи управляющих импульсов для каждого ключа, связанные выходами с соответствующими ключами, высокочастотный генератор, связанный выходом с входами питания формирователей управляющих импульсов, формирователь алгоритма переключения ключей, входы которого соединены с управляющими цепями Выше, Ниже, а количество выходов соответствует количеству ключей, дополнительно введены индикаторы состояния цепей управления ключа по числу ключей, резервные формирователи управляющих импульсов по числу ключей, резервные формирователи управляющих импульсов по числу ключей, резервный высокочастотный генератор, связанный выходом со входами питания резервных формирователей управляющих импульсов, и блок включения резерва, при этом блок включения резерва выполнен в виде двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ по числу ключей, входы которых формируют входы блока включения резерва, а выходы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с 5-входом RS-триггера, R-вход которого через ключ соединен с нулевым выводом и через резистор с плюсовой шиной питания, инверсный выход RS-триггера соединен с первыми входами элементов И первой группы, чисто которых равно числу ключей, и формирует первый выходной вывод блока включения резерва; прямой выход RS-триггера соединен с первыми входами элементов И второй группы, число которых равно числу ключей, и формирует второй выход блока включения резерва, выходы всех элементов И образуют соответствующие выходы блока включения резерва, кроме того, выходы формирователя алгоритма переключения ключей соединены с первыми входами соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих и ндикаторов состояния цепей управления и со вторыми входами соответствующих элементов И первой и второй групп, первый выход блока включения резерва соединен со входом управления высокочастотного генератора, второй выход блока включения резерва соединен со входом управления резервного высокочастотного генератора, выходы элементов И первой группы соединены со входами управления соответствующих формирователей управляющих импульсов, выходы элементов И второй группы соединены со входами управления соответствующих резервных формирователей управляющих импульсов. Формирователь управляющих импульсов выполнен в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого через ключ подключена к выходу высокочастотного генератора, а ,вторичные обмотки Связаны с управляющими входами тиристоров ключа. Индикатор состояния цепей управления содержит две оптотранзи- сторные пары, светодиоды которых включены встречно-параллельно и подключены параллельно одной из обмоток импульсного трансформатора, логический элемент И-НЕ, входы которого соединены с общими точками соединенных последовательно и подключенных к источнику посто- янного напряжения резистора и соответствующего оптотранзистора, при этом выход элемента И-НЕ формирует выход индикатора состояния цепей управления.

На фиг.1 показана функциональная схема регулируемого преобразователя; на фиг.2 - схема формирователя управляющих импульсов и индикатора состояния цепей управления ключа управляющих импульсов; на фиг.З - схема высокочастотного генератора. Регулируемый преобразователь (см. фиг.1) содержит п двунаправленных тири- сторных ключей, первый из них обозначен ключом 1, последний n-ый ключ - ключом 2, которые соединены с соответствующими первым и n-ым регулировочными отводами 3 и 4 обмотки 5 силового или преобразовательного трансформатора, соответственно количеству тиристорных ключей п основных 6 и 7 и п резервных 8 и 9 формирователей управляющих импульсов, п индикаторов 10 и 11 состояния цепей управления ключей 1 и 2, основной и резервный высокочастотные генераторы 12 и 13, блок 14 включение резерва, формирователь алгоритма переключения ключей 15. Выход основного высокочастотного генератора 12 соединен с силовыми цепями всех п основных формирователей 6 и 8 управляющих импульсов, а выход резервного высокочастотного генератора 13 - с силовыми цепями всех п резервных формирователей 7 и 9 управляющих импульсов Входы формирователя алгоритма переключения ключей 15 соединены с взаимоинверсными управляющими цепями Выше, Ниже 16 и 17, а количество его выходов соответствует количеству ключей п, первый из которых обозначен выходом 18, а n-ый выходом 19 Выходы 18, 19 формирователя 15 алгоритма переключения ключей совместно с выходами 20, 21 индикаторов состояния цепей управления 10 и 11 соединены попарно с соответствующими входами блока 14 включения резерва, выходы 22, 23 которого соединены с управляющими цепями основного и резервного высокочастотных генераторов 12 и 13, а выходы 24, 25 и 26, 27 - с управляющими цепями основных б и 7, и резервных 8, 9 формирователей управляющих импульсов. Блок 14 включения резерва содержит соответственно числу ключей п логических двух- входовых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый из них обозначен элементом

28, n-ый элементом 29, две группы двухвхо- довых логических элементов И, каждая из которых состоит из числа элементов равных числу ключей п, причем первые элементы

первой и второй групп обозначены соответственно элементами 30,31, а п-ые - элементами 32, 33; логический элемент ИЛИ 34; RS-триггер 35.

При этом входы элементов ИСКЛЮЧА0 ЮЩЕЕ ИЛИ 28,29 образуют входы блока 14 включения резерва, а выходы 22 и 23 RS- триггера 35 и выходы 24 - 27 элементов И 30 - 33 - выходы блока 14 включения резерва. Первые входы элементов 28, 29 ИСКЛЮ5 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами 20, 21 индикаторов 10, 11 состояния цепей управления, вторые входы -с выходами 18,19 формирователя 15 алгоритма переключения ключей, а их выходы - со входами элемента

0 ИЛИ 34. Установочный вход логической единицы S-триггера 35 соединен с выходом элемента ИЛИ 34, а установочный вход логического нуля R соединен через резистор 36 с плюсовой шиной питания и в исходном

5 состоянии соединен с нулевым выводом через нормально закрытый ключ 37. Первые входы элементов И 30, 32 первой группы соединены с инверсным выходом RS-тригге- ра 35, первые входы элементов И 31, 33

0 второй группы соединены с прямым выходом RS-триггера 35. Вторые входы элементов И 30, 31 и элементов 32, 33 соединены со вторыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, 29.

5 Формирователь и индикатор состояния цепей управления для каждого тиристорно- го ключа, выполненного в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров 38,39 (фиг 2) содержит импульсный высокочастот0 ный трансформатор 40 с обмотками 41 - 45, причем обмотки 41, 42 являются питающими и соединены с силовыми цепями формирователей управляющих импульсов, обмотки 43, 44 - выходные и соединены с

5 управляющими цепями тиристоров 38, 39, а обмотка 45 - входная обмотка индикатора состояния цепей управления Основной и резервный формирователи управляющих импульсов имеют одинаковую схему, кото0 рая содержит выпрямительный мост из диодов 46 - 49 (54 - 57), транзистор 50 (58) в диагонали моста Один вход выпрямительного моста, образованный диодами 47, 49 (55, 57), соединен с началом обмотки 41 (42),

5 а другой вход, образованный диодами 46, 48 (54, 56) совместно с концом обмотки 41 (42) образует силовую цепь 51, 52 (59, 60) формирователя. Базовая цепь транзистора 50 (58) образует управляющий вход 53 (61) формирователя. Управляющие цепи тиристоров

38, 39 содержат выпрямительные мосты 62, 63, входы которых соединены с обмотками 43,44 трансформатора 40, конденсаторы 64, 65, которые включены параллельно выходам выпрямительных мостов 62, 63,

Индикатор состояния цепей управления содержит две оптотранзисторные пары 66, 67, состоящие из светодиодов 68, 69, фототранзисторов 70, 71, резисторы 72-77, логический элемент И-НЕ 78, Светодиоды 68, 69 с токоограничивающими резисторами 72, 73 включены встречно-параллельно к зажимам обмотки 45 трансформатора 40, фототранзисторы 70, 71 через коллекторные резисторы 73, 75 подключены к источнику питания Ек, коллекторные выходы фототранзисторов 70, 71 соединены со входами элемента И-НЕ 78, а базовые входы через резисторы 76, 77 соединены с эмит- терными цепями и заземлены. Выход элемента И-НЕ 78 образует выход 79 индикатора состояния цепей управления ключа.

Основной и резервный высокочастотный генераторы (фиг.З) представляют из себя транзисторный генератор с трансформаторной обратной связью по известной схеме Ройера. Он содержит высокочастотный трансформатор 80 с рабочей обмоткой 81, обмотками 82 - 85 обратной связи, силовые транзисторы 86 - 89, управляющие транзисторы 88, 89, которые шунтируют переход база-эмиттер силовых транзисторов 90, 91, резисторы 92,93, которые соединены с управляющим входом 94 генератора, На выходных зажимах 95, 96 формируются знакопеременные высокочастотные импульсы напряжения прямоугольной формы.

Рассмотрим работу преобразователя (фиг.1). Сигналы управления, поступающие по цепям Выше, Ниже 16, 17 являются взаимоинверсными и формируются измерительным органом в режиме автоматического регулирования напряжения или с помощью контактных элементов в режиме ручного управления. Формирователь алгоритма переключения ключей 15 - представляет из себя программируемый таймер, формирующий алгоритм переключения ти- ристорных ключей в десятичном коде по сигналам управляющих цепей Выше, Ниже 16, 17.

Предположим, что под действием управляющих цепей Выше, Ниже 16,17 на выходе 18 формирователя алгоритма переключения ключей 15 имеет место сигнал логической единицы, а на остальных его выходах - сигналы логического нуля. Исходное состояние триггера 35 устанавливается

кратковременным размыканием нормально замкнутого контакта 37 и подачи через резистор 36 напряжения логической единицы на установочный вход R-триггера 35. При

этом на его прямом выходе 22 устанавливается напряжение логического нуля, а на инверсном 23 - логической единицы, которые не меняются при замыкании контакта 37. Сигнал выхода 22 RS-триггера 35 запускает

0 основной генератор 12, а инверсный сигнал выхода 23 - запирает резервный генератор 13, т.к. его управляющие транзисторы 90,91 (фиг.З) отперты и шунтируют цепи база - эмиттер силовых транзисторов 87, 89. На

5 выходы первого логического элемента И 30 первой группы (фиг.1) поступают сигналы логических единиц с инверсного выхода 23 RS-триггера 35 и с первого выхода 18 формирователя алгоритма переключения клю0 чей 15, вследствие чего на его выходе 24 формируется сигнал логической единицы. Осталы ые (п-1) логические элементы И 31 - 33 имеют на выходе сигналы логического нуля. Выходной сигнал 24 логического эле5 мента И 30 поступает на управляющий вход 53 транзистора 50 (фиг.2) и отпирает его. Обмотка 41 трансформатора 40 подключается через выпрямительный мост 46-49 и проводящий транзистор 50 к силовым цепям 51,

0 52, на которые поступает высокочастотное напряжение от основного генератора. В выходных обмотках43,44 индуцированное напряжение выпрямляется мостами 62, 63, фильтруется конденсаторами 64, 65 и посту5 пает на управляющие цепи тиристоров 38, 39, переводя их в проводящее состояние, Одновременно индуцируется высокочастотное напряжение в обмотке 45 трансформатора 40, вследствие чего в положительные

0 полупериоды ток протекает через светоди- од 68 и резистор 72, а в отрицательные - через светодиод 69 и резистор 74. Соответственно отпираются фототранзисторы 70 и 71 и на входы логического

5 элемента И-НЕ 78 поступают по полупериодам сигналы логического нуля, а на его выходе 79 формируется непрерывный сигнал логической единицы. Сигнал логической единицы индикатора 10 состоя0 ния цепей управления тиристорного ключа 1 (фиг,1) поступает совместно с сигналом логической единицы первого выхода 18 формирователя алгоритма переключения ключей 15 на входы элемен5 та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28, формируя на его выходе сигнал логического нуля, выходы других (п-1) логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 29 также равны нулю, вследствие чего на выходе логического элемента ИЛИ 34 сигнал равен логическому нулю и состояние RS-триг- гера 35 не изменяется.

Если функционирование основного высокочастотного генератора 12 или основного формирователя 6 управляющих импульсов первого тиристорного ключа 1 нарушено, на выходе 20 индикатора 10 состояния цепей управления будет сигнал логического нуля. Это обьясняется тем, что либо на силовые входы 51, 52 (фиг.2) не поступает высокочастотное напряжение, либо на управляющий вход 53 транзистора 50 поступает сигнал логического нуля и выпрямительный мост 46 - 49 разомкнут. На- пряжение в обмотках 41-45 трансформатора 40 отсутствует, фототранзисторы 70, 71 оптотранзисторных пар 66, 67 заперты, на входы логического элемента И-НЕ 78 поступают сигналы логических единиц с коллекторных цепей фототранзисторов 71, 72, формируя на его выходе 79 сигнал логического нуля. Этот сигнал, поступая на первый вход логического элемента 28 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, формирует на его выходе сигнал логической единицы, вследствие чего на выходе логического элемента ИЛИ 34 и на установочном входе логической единицы S триггера 35 формируется сигнал логической единицы. Триггер 35 переключится и на его прямом выходе 22 сформируется сигнал логической единицы, а на инверсном 23 выходе - сигнал логического нуля. Одновременно сигнал на выходе 24 логического элемента 30 И будет равен логическому нулю, а на выходе 26 элемента 31 И - логической единице. Переключение RS- триггера 35 вызывает переключение высокочастотных генераторов. Основной высокочастотный генератор 12 запирается, т.к. поступающий на его управляющий вход 94 (фиг.З) сигнал логической единицы отпирает транзисторы 90, 91, которые шунтируют переходы база-эмиттер силовых транзисторов 87, 89. Резервный высокочастотный генератор 13 (фиг.1) запускается сигналом логического нуля с инверсного выхода 23 RS-триггера 35. Переключение сигналов логических элементов 30, 31 И вызывает переключение формирователей 6, 7 управляющих импульсов. Основной формирователь 6 управляющих импульсов запирается, т.к. на его управляющий вход 53 (фиг.2) поступает сигнал логического нуля, вследствие чего транзистор 50 запирается и диагональ выпрямительного моста 46-49 размыкается. На управляющий вход 61 резервного формирователя поступает сигнал логической единицы, транзистор 58 отпирается, замыкая диагональ выпрямительного моста 54-57. Обмотка 42 трансформатора

40 подключается через выпрямительный мост 54-57 и проводящий, транзистор 58 к силовым цепям 59, 60, на которые подается высокочастотное напряжение от резервного генератора 13. Выходные обмотки 43, 44 трансформатора совместно с выпрямительными мостами 43, 44 и фильтрующими конденсаторами 64, 65 обеспечивают подачу управляющих импульсб1Г н а тиристоры 38,

39. Одновременно индуцируется высокочастотное напряжение в обмотке 45 и на выходе элемента И-НЕ 78 индикатора состояния цепей управления формируется сигнал логической единицы. Этот сигнал переключает (фиг.1) выходы логических элементов 28 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и 34 ИЛИ в исходное состояние, а состояние RS-триггера 35 не меняется. Так как частота форми- рования управляющих импульсов

значительно выше частоты тока, протекающего через тиристорный ключ 1, переключение на резервные генераторы 13 и формирователь 8 управляющих импульсов выполняется без нарушения работы ключа

1, а следовательно, и всего преобразователя.

Аналогично выполняется контроль фун- кцио Нйройания и переключения на резервные высокочастотный генератор и

формирователи управляющих импульсов при проводящем состоянии всех остальных (п-1) тиристорных ключей преобразователя. Таким образом, использование предлагаемого регулируемого преобразователя переменного напряжения в переменное, содержащего дополнительно для каждого тиристорного ключа индикатор состояния цепей управления и резервный формирователь управляющих импульсов, резервный

высокочастотный генератор, блок включения резерва позволяет обеспечить непрерывную работу тиристорных ключей при нарушении работоспособности системы формирования управляющих импульсов,

т.е. повысить надежность преобразователей.

Данное устройство целесообразно применять в регулируемых преобразователях средней и большой мощности, в частности

для электролиза цветных металлов и химических элементов, к которым предъявляются требования повышенной надежности.

Формула изобретения 1. Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трансформатор с регулировочными отводами, связанными с ключами в виде встречно-параллельно соединенных тиристоров, формирователи управляющих импульсов для каждого ключа, связанные выходами с соответствующими ключами, высо- кочастотный генератор, связанный выходом с входами питания формирователей управляющих импульсов, формирователь алгоритма переключения ключей, входы которого соединены с управляющими цепями Выше, Ниже, а количество выходов соответствует количеству ключей, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности, введены индикаторы состояния цепей управления ключа по числу ключей, резервные формирователи управляющих импульсов по числу ключей, резервный высокочастотный генератор, связанный выходом с входами питания резервных формирователей управляющих импульсов, v, бпок Ечлючения резерва, при этом блок включения резерва выполнен в виде двухвходовых логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ по числу ключей, входы которых формируют входы блока включения резерва, а выходы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с S-входом RS- триггера, R-вход которого через ключ соединен с кулевым выводом и через резистор - с плюсовой шиной питания, инверсный выход RS-триггера соединен с первыми входами элементов / первой группы, число которых равно числу ключей, и формирует первый выходной вывод блока включения резерва, прямой выход RS-триггера соединен с первыми входами зпементов И второй группы, число которых равно числу ключей, и формирует второй выход блока включения резерва, выходы всех элементов И образуют соответствующие выходы блока включе- ния резерва, кроме того, выходы

формирователя алгоритма переключения ключей соединейы с первыми входами соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которых соединены с

выходами соответствующих индикаторов состояния цепей управления и с вторыми входами соответствующих элементов И первой и второй групп, первый выход блока включения резерва соединен с входом управления высокочастотного генератора, второй выход - с входом управления резервного высокочастотного генератора, выходы элементов И первой группы соединены с входами управления соответствующих формирователей управляющих импульсов, выходы элементов И второй группы - соединен с входами управления резервных соответствующих формирователей управляющих импульсов,

2. Преобразователь по п.1, от л и ч а ю- щ и и с я тем, что формирователь импульсов выполняй в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого через ключ подключена к выходу высокочастотного генератора, а вторичные обмотки связаны с управляющими входами тиристоров ключа, индикатор состояния цепей управления содержит две оптотранзисторные пары, светодиоды которых включены встречно-параллельно и подключены параллельно одной из обмоток импульсного трансформатора, логический элемент И-НЕ, входы которого соединены с общими точками соединенных последовательно и подключенных к источнику постоянного напряжения резистора и соответствующего оптотранзистора, при этом выход элемента И-НЕ формирует выход индикатора состояния цепей управления.

531

50

Использование: изобретение относится к области электротехники. Сущность изобретения: регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное состоит из трансформатора с регулировочными отводами 3, 4, ключей 1, 2, формирователей управляющих импульсов 6-9, высокочастотных генераторов 12, 13. Если функционирование высокочастотного генератора 12 и формирователя управляющих импульсов 6 тиристорного ключа 1 нарушено, на в ыходе индикатора 10 состояния цепей управления ключей будет сигнал логического нуля. При этом основной высокочастотный генератор 12 запирается, а резервный высокочастотный генератор 13 запускается. Одновременно основной формирователь б управляющих импульсов запирается и сигналы управления на тиристорный ключ 1 подаются от резервного высокочастотного генератора 13 через резервный формирователь управляющих импульсов 8. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (/ С ч о J о ел GJ Фиг.1

rr

32

34