Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1983 года по МПК H02M3/10 H02P5/00 

изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и молсет быть использовано для регулирования скорости тяговых двигателей.

Известны преобраз.ователи постоянного напряжения в постоянное, обеспечивающие или частотно-импульсное или широтно-импульсное регулирование ;i и 2 .

Из известных преобразователей . наиболее близким техническим решением является преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий включенный между входными и выходными выводами последовательна с входным-фильтром регулирующий элемент, выполненный в виде .моста на четырех тиристорах, в диагональ которого включен коммутирующий конденсатор и блок управлени осуществляющий широтно-импульсное регулирование L2.

Однако этот преобразователь имеет относительно узкий диапазон регулирования выходного напряжения, так к-ак минимальная длительность выходных импульсов в нем ограничена временем перезаряда коммутирующего конденсатора и собственным временем запирания тиристоров.

Целью изобретения является повьли ние надежности и расширение диапазона регулирования выходного напряжения .

Поставленная цель достигается тем, что блок управления содержит регулятор-переключатель напряжения, три элемента задержки, высокочастотный генератор, датчик -уров. ня напряжения на коммутирующем конденсаторе и четыре формирователя импульсов, при этом регулятор-переключатель напряже1шя выполнен в виде трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации, первичная обмотка которого расположена на подвижном каркасе с постоянным шагом намотки и подключенак выходу высокочастотного генератора, а три вторичных обмотки расположены на общем неподвижном каркасе и выводы каждой из них подключены к выводам питания соответствующего элемента задержки, первая и вторая вторичные обмотки расположены последовательно вдоль всей длины каркаса с шагом намотки, уменьшающимся .слева направо, и длиной обмотки большей, чем длина первичной обмотки, а третья вторичная обмотка расположена вдоль всей длины каркаса с шагом намотки, уве-личквающимся слева направо, первый и второй элементы задержки имеют общий вход управления, подключенны к выходу датчика уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе, выход первого и один из выходов второго элемента задержки соединены с входом управления третьего элемента задержки, другой выход второго элемента задержки подключен к входам первого и второго формирователе импульсов, выходы каждого «з которых подключены к управляющим электродам соответствующей пары последовательно соединенных тиристоров моста, а выходтретьего элемента задержки соединен с входами третьего и четвертого формирователей импульсов, выход каждого из которых соединен с управляющими электродами соответствующей диагональной пары тиристоров моста.

На фиг, 1 изображена силовая схема тиристорного преобразователя на фиг. 2 - блок-схема системы управления; на фиг, 3 - совмещенная схема первого и второго эЗТементов задержки,- на фиг, 4 - схема третьего элемента задержки; на фиг, 5 схема расположения обмоток регулятора-переключателя напряжения.

Силовая схема включает индуктивность 1 и емкость 2 входного фильтра, тиристоры 3-6 силового моста в диагональ которого включен коммутирующий- конденсатор 7, сглаживающий дроссель 8, обмотку возбуждения 9 и якорь 10 двигателя, обратный вентиль 11,

Блок-схема системы управления преобразователем включает запускающий гене;ратор 12, датчик 13 уровня напряжения на кo -Iмyтиpyющeм конденсаторе , первый элемент задержки 14, второй элемент задержки 15, третий элемент задержки 16, формирователи И v пyльcoв 17-20 , высокочастотный генератор 21, бесконтактный регулятор-переключатель напряжения 22, .

Первый и второй элемейты задержки имеют конденсаторы 23 и 24, заряжаемые через резисторы 25 и 26 и общий тиристор включения 27, управляющий электрод которого является общим выводом управления элементов 14 и 15 от сглаживающих фильтров, состоящих из резисторов 28 и 29, конденсаторов 30 и 31, которые в свою очередь подключены к выходам выпрямительных мостов 32.и 33, входные выводы которых образуют выводы для подключения питания элементов 14 и 15,

Кроме того, имеются тиристоры 3 и 35, цепи управления которых чере стабилитроны 36 и 37 и диоды 38 и 39 подключены,.к их анодам, трансформаторы 40 и 34 и цепи сброса и запирания, состоящие из диодов 42-44, тиристора 45, индуктивности -Дб и конденсатора 47, Третий элемент задержки имеет конденсатор 48, заряжаемглй через резистор 49 и тиристор включения 50 от сглаживающего фильтра, состо щего из конденсатора 51 и резистор 52, подключенного через распределительный диод 53 к выходу выпрями тельного моста 54, тиристор 55, управляющий электрод которого через стабилитрон 56 и диод 57 замкнут на анод, трансформатор 58, цепь запирания, состоящую из конденсатора 59, индуктивности 60, тиристора 61 и диодов 62 и 63. Высокочастотный генератор, цепь питания которого , подключена к какому-либо постоянному источнику, может быть выполнен по любой схеме (в частности можно использовать тиристорный RC-генератор с анодным управлением). Бесконтактный регулятор-переклю чатель напряжения представляет собой трансформатор, у которого коэффициенты трансформации между пер вичной обмоткой и тремя вторичными обмотками регулируются за счет пе.ремещения первичной обмотки относительно вторичных. Три вторичные обмотки располо))ены на одном неподвижном каркасе, а первичная обмотка расположена на другом - подвижг}ом каркасе. Первая и вторая вторичные обмот ки расположены последовательно одна за другой слева направо вдоль всей длины каркаса и шаг намотки у каждой иэ этих обмоток уменьшается слева направо. Третья вторичная обмотка расположена под первой и второй вторичными обмотками вдоль всей длины каркаса и шаг намотки у нее увеличивается слева направо. К выходу высокочастотного генератора 21 подключена первичная обм ка W регулятора-переключателя напр жения. К первой вторичной обмотке W регулятора-переключателя напряжения через выпрямительный мост 32 подключена цепь питания первого элемента задержки, к вторичной обмотке Ч(/2 через выпрямительный мост 33 подключена цепь питания вт рого элемента задержки, к третьей вторичной обмотке W через выпрямительный мост 54 подключена цепь питания третьего элемента задержки Цепь управления общего тиристора включения 27 первого и второго элементов задержки подключена к выходу датчика уровня направления на коммутирующем конденсаторе 13. Выводы первой обмотки импульсного трансформатора 40 первого эле мента задержки подключены к цепи ( управления тиристора включения 50 третьего элемента задержки и образуют выход элемента 14, вторая вторичная обмотка импульс ного трансформатора 40 подключена к цепи управления общего тиристора запирания 45 первого и второго элемента задтржки. Первая вторичная обмотка импульсного трансформатора 41 второго элемента задержки подключена к цепи управления общего тиристора запирания 45 первого и второго элементов задержки. Вторая вторичная обмотка импульсного трансформатора 41 подключена к цепи управления тиристора включения 50 третьего элемента задержки и образует первый выход элемента 15, а третья и четвертая обмотки импульсного трансформатора 41 подключены к цепям управления тиристоров включения формирователей импульсов 19 и 20 и образуют второй выход элемента 15. Первая и вторая вторичные обмотки импульсного трансформатора 58 третьего элемента задержки подключены к цепям управления тиристоров включения формирователей импульсов 17 и 18 и образуют выход элемента 16. Третья вторичная обмотка импульсного трансформатора 58 подключена к цепи управления тиристора запирания 61 третьего элемента задержки. При подаче напряжения на вход фильтра силовой схемы после достижения заданного уровня напряжении на конденсаторе 2 запускающий генератор 12, работающий с частотой, меньшей чем минимальная частота работы .системы, выдает импульсы управления на тиристоры 3 и 5 силового моста. Когда напряжение на когФ утирующем конденсаторе достигает уров- ня, обеспечивающего необходимую коммутационную,способность, срабатывает датчик уровня напряжения 13 и выдает импульсы управления на тиристор включения 27 первого и второго элементов задержки и на устройство блокировки запускающего генера- тора, которое блокирует запускающий генератор. При движении первичной обмотки егулятора-переключателя напряжения тносительно вторичных слева направо сначала (напряжение питания поается с его обмоток на первый и ретий элементы задержки, второй элемент задержки при этом не рабо- . ает. При дальнейшем движении пер-, вичной обмотки -регулятора-переклюателя напряжения в том же направении напряжение питания подается с его обмоток на второй и третий элементы задержки, первый элемент задержки при этом не работает. При срабатывании с регулируемой задержкой времени первый элемент заержки выдает импульс, открывающий иристор включения 50 третьего элеента задержки, одновременно управvляющий импульс Поступает на тиристор запирания 45 первого и второго элементов задержки и после перезаряда конденсатора 47 тиристор включения 27 запирается тем самым конденсаторы 23 и 24 первого и вто рого элементов задержки оказываются отключены от источника питания. С регулируемой задержкой времени третий элемент задержки срабатывает и выдает импульс на тиристор запирания 61 и одновременно выдает управляющие импульсы на формиро тели импульсов 17 и 18. Цепи питаимя всех формирователей импульсов подключенык коммутирующему конден сатору 7. При полярности напряжения, указанном на фиг. 1, выдает импульсы управления формирователь, 17 на цепи управления тиристоров 3 и 5 силового моста, при обратной п лярности напряжения вьлдает импульсы формирователь 18 на цепи управл ния тиристоров 4 и б силового мос та, обеспечивая тем самым перезаР51д коммутирующего конденсатора 7. Изменяя время срабатывания первого элемента задержк-и. за счет регулиро вания уровня напряжения, снимаемого с регулятора-переключателя напряжения путем перемещения его пер вичной обмотки, осуществляется частотно-импульсное регулирование на первых положениях первичной обмотки регулятора-переключателя нап ряжения относительно вторичных, на остальных положениях первичной обмотки относительно вторичных, ра ботают второй и третий элементы за держки, а первый элемент задержки не работает. При срабатывании второго элемен та задержки подаются импульсы управления на запирающий тиристор 45 первого и второго элементов задержки, на тиристор включения 50 третьего элемента задержки и одновременно на формирователи импуль сов 19 и 20. При полярности напряжения на коммутирующем конденсатор 7, указанной на фиг. 1, срабатывает формирователь импульсов 19 и выдает импульсы управления на тиристоры 3 и 4 силового моста, при рбратной полярности срабатывает фо мирователь импульсов 20 и выдает импульсы управления на тиристоры 5 и 6 силового моста, тем самым нагрузка непосредственно подключается к входному фильтру. Затем с регулируемой задержкой времени выдает импульсы третий элемент задержки на формирователи 17 и 18,, которые обеспечивают перезаряд ком мутирующего конденсатора 7 и запирание всех четырех тиристоров силового моста. Изменяя время срабатывания второго и третьего элементов задержки за счет перемещения первичной обмотки и регулятора-переключателя напряжения, осуществляется широтноПмпульсное регулирование преобразователем. При перемещении первичной обмотки и регулятора-переключателя напряжения слева направо относительно вторичных обмоток вначале увеличивается коэффициент трансформации между первичной и первой вторичной обмотками и между первичной и третьей вторичной обмотками. Коэффициент трансформации между периичной и второй вторичной обмоткой увеличивается несущественно по сравнению с увеличением коэффициента трансформации между первичной ипервой вторичной рбмотками, за счет этого напряжение на входе первого элемента задержки гораздо больше,, чем напряжение на входе второго элемента задержки, при этом происходит срабатывание первого элемента задержки, а второй элемент задержки не работает. Время задержки у первого и третьего элементов задержки уменьшается. Таким образом, осуществляется режим частдтно-импульсного регулирования преобразователя. При дальнейшем перемещении первичной обмотки относительно вторичных в том же направлении начинает существенно увеличиваться коэффициент трансформации между первичной и второй в-торичной обмотками, а коэффициент трансформации между первичной и первой вторичной обмотками существенноизменяется, за счет этого напряжение на входе второго элемента задержки становится больше, чем напряжение на входе первого элемента защержки, при этом происходит срабатывание второго . элемента задержки, а первый элемент задержки не работает. Коэффициент трансформации между первичной обмоткой и третьей вторичной обмоткой продолжает плавно уменьшаться. Время задержки у второго элемента задержки уменьшается, а у третьего элемента задержки увеличивается. Таким образом, осуществляется режим широтно-импульсного регулирования преобразователя. Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы при срабатывании первого элемента задержки конденсатор 24 второго элемента задержки был разряжен и наоборот при срабатывании второго элемента задержки должен быть разряжен конденсатор 23 первого элемента задержки.Для обеспечения этого условия схемы первого и второго элементов задержки включают цепи сброса, по которым

происходит разряд конденсатора 23 у первого элемента задержки в момент срабатывания второго элемента задержки, и в момент срабатывания первого элемента задержки происходит разряд конденсатора 24 второго элемента задержки.

,а

/Т

с

Предлагаемый тиристорный преобразователь выгодно отличается от прототипа и известных тиристорных преобразователей, так как существенно расширяется диапазон регулирования выходного напряжения.

т

Ч

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ,- содержащий включенный между входными и выходными выводами последовательно с входным фильтром регулирующий элемент, выполненный в виде моста на четырех тиристорах, в диагональ которого включен коммутирующий конденсатор и блок управления, отлич ающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, блок управления содержит регулятор-перё ключатель напряжения, три элемента задержки, высокочастотный генератор, датчик уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе и четыре формирователя импульсов, при этом регулятор-переключатель напряжения выполнен в виде трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации, первичная обмотка которого расположена на подвиж,ном каркасе с постоянным шагом намотки и подключена к выходу высокочастотного генератора, а три вторичных ормотки расположены на общем неподвижном каркасе и выводы каждой из них подключены к выводам питания соответствующего элемента задержки, первая и вторая вторичные обмотки расположены последовательно вдоль всей длины каркаса с- шагом намотки, уменьшающимся слева направо, и длиной обмотки большей, чем длина первичной обмотки, а третья вторичная обмотка расположена вдоль всей длины каркаса с шагом намотки, увеличивающимся слева направо, первый и второй элементы задержки имеют общий вход управлени; подключенный к выходу датчика уровО) ня напряжения на коммутирующем конденсаторе, выход первого и один из выходов второго элемента задержки соединены с входом управления третьего элемента задержки, другой выход второго элемента задержки подключен к входам первого со и второго формирователей импульсов, Об выходы каждого из которых подключены к управляющим электродам соотг э -ветствующей пары последовательно соединенных.тиристоров моста, а выход третьего элемента задержки о соединен с входами третьего ичетО) вертого формирователей импульсов, выход каждого из которых соединен с управляющими электродами соответствующей диагональной пары тирис- торов моста.

а,Ь

Щ 1S . ,

I

Ш 20

f7 , .18 ,

Фиг. 5