Преобразователь переменного тока в постоянный Советский патент 1983 года по МПК H02M7/155 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕ1р;ННОГО ТОКА

1

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для преобразования электрической энергии переменного тока п-фазной сети в электрическую энергию постоянного тока и может быть использовано в оборудовании тяговых подстанций, в электротермических установках, в источниках питания для заряда аккумулятор1НЫХ батарей, накопительных конденсаторов и т .д. , .

Известны трехфазные выпрямительные устройства для заряда емкостных накопителей. Эти устройства имеют трехфазные силовые трансформаторы, подключенные через токоограничивающий дроссель и выпрямитель или через управляемый выпрямитель и дроссель к накопительному конденсатору. Данные устройства обладают высоким КПД и надежностью 1 и 2.

недостатком данных устройств являются низкие массогабаритные характ ерис ти ки, обусловлен ные налнчием трехфазного силового трансформатора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий ключ, однофазный трансформатор, блок регулирования и В ПОСТОЯННЫЙ

фазосмещающее устройство, причем ключ входом соединен с п-фазной сетью, а выходом - с входом однофазного трансформатора, выход которого через выпрямитель соединен с выходными выводами и с первым входом блока регулирования, синхронизирующие входы фазосмавающего устройства соединены с п-фазной сетью, а выходы - с упtoравляющими входами ключа 2.

Недостатком этого преобразователя, является значительная масса трансформатора, работающего на частоте питающей сети, что приводит к увеличе15нию общей массы преобразователя.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных характеристик

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь переменного то20ка в постоянный, содержащий ключ, однофазный трансформатор, блок регулирования и фазосмещающее устройство, причем ключ входом соединен с ih-фазной сетью, а выходом - с входом од25нофазного трансформатора, выход которого через выпрямитель соединен о выходными выводами и с первым входом блока регулирования, синхронизиг рукщие входы фазосмещающего устрой30ства соединены с п-фазной сетью, а

выходы - с управляющими входами ключа, введено устройство стабилизации частоты, соединенное первым входом с выходом блока регулирования а первым вторым и третьим выходами соответственно с управляющим и стробирующим входами фаэосмещаюЕцего устройства и вторым входом блока регулирования, причем второй вход устройства стабилизации частоты соединен с выходными выводами.

При этом устройство стабилизации частоты состоит из фильтра, компаратора и логической схемы И, причем пе вый вход устройства стаби; изации частоты соединен с входом фильтра, выход которого соединен с первым выходом устройства стабилизации частоты и с входом компаратора, выход которого соединен с одним из входов логической схемы- И, выход схемы И соединен с вторым выходом устройства стабилизации частоты, второй вход которого соединен с другим входом логической схемы И и третьим выходом устройства стабилизации частоты.

Кроме того, устройство стабилизации частоты может состоять из блока формирования, компаратора и логической схемы И, причем первый вход устройства стабилизации частоты соединен с первым его выходом и с входом компаратора, выход которого соед11нен с одним из входов логической схемы И, выход схемы И соединен с вторым выходом устройства стабилизации частоты, а второй вход устройства стабилизации частоты соединен с другим входом логической схемы И и с входом блока формирования, выход которого соединен с третьим выходом устройств стабилизации частоты.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя напряжения переменного тока при питании, например, от трехфазной сети переменного тока; на фиг. 2 и 3 даны схемы устройства стабилизации частоты; на фиг. 4 эпюры напряжений.

Преобразователь переменного тока в постоянный (фиг. 1) состоит из клю ча 1, входом подключенным к трехфазной Сети А,В,С, а выходом - к первичным обмоткам однофазного трансформатора 2, который через выпрямитель 3 соединен с выходными выводами 4. Бло

5регулирования выходом соединен с устройством 6 стабилизации частоты, выходы которого соединены с управляющим и стробирующим входами фазосмещающего устройства 7 и с входом блока 5 регулирования. Выходы фазосмещающего устройства 7 соединены с управляющими входами ключа. Входные выводы 8 соединены с входом устройства

6стабилизации частоты.

Схема устройства стабилизации частоты (фиг. 2), состоит из фильтра 9, логической схемы И 10, компаратора 1

На фиг. 3 представлен второй вариант схемы устройства стабилизации частоты, состоящего из логической схемы И 10 компаратора 11 и блока 12 формирования, входов 13 и 14 устройства и его выходов 15-17.

Преобразователь работает следую щим образом.

Елок 5 регулирования вырабатывает напряжение управления в зависимос,ти от выбранного закона управления и входных сигналов. При выполнении устройства б стабилизации частоты(фиг.2 напряжение с выхода блока 5 регулирования поступает на вход фильтра 9 и далее на управляющий вход фазосмещающего устройства 7, которое вырабатывает импульсы управления ключом 1, причем сдвиг импульсов во времени относительно синхронизирующих напряжений, поступающих на синхронизирующий вход фазосмещающего устройства 7, зависит от напряжения на управляющем входе фазосмещающего устройства 7. Импульсы управления, формируемые фазосмещающим устройством 7, обеспечивают поочередное открытие симисторов ключа 1 таким образом, что на вторичной обмотке трансформатора 2 появляются разнополярные импульсы напряжения, частота следовани которых в установившемся режиме работы (напряжение на управляющем входе фазосмещающего уст.ройства 7 не изменяется) равна трехкратной частоте питающей сети (фиг. ,в,г,д). При угле 60 эл.град открытия симисторов и угле 120 эл.град. закрытия, к первичным обмоткам трансформатора прикладывается импульс напряжения с номинальной вольтсекундной площадью 8я(фиг. 4д). При изменении напряжени на выходе блока 5 регулирования, которое соответствует увеличению угла сдвига импульсов управления на выход фазосмещающего устройства 7, фильтр 9 ограничивает скорость изменения напряжения на управляющем входе фазосмещающего устройс ва таким образом, чтобы на первичные обмотки трансформатора прикладывался импульс напряжения с вольтсекундной площадью не более SAQt, SH+ US, где US .- гриращение вольтсекундной площади при изменении напряжения на управляющем входе фазосмещакицего устройства 7. При отключении преобразователя напряжения переменного тока на входные выводы 8 поступает внешний сигнал, который далее поступает на один из входов логической схемы И и на второй вход блока 5 регулирования, напряжение на выходе которого изменяется, причем это изменение соответствует увеличениюугла сдвига импульсов управления на выходе фазосмещающего устройства. Фильтр 9 ограничивает скорость изменения напряжения таким образом, чтобы на первичные . обмотки трансформатора прикла дывался импульс напряжения с вольтсе кундной площадью не более Здоп- При значении напряжения на управляющем входе фазосмещающего устройства 7,ко торое соответствует такому углу откр тия симисторов ,при котором вольтсекунд ная плсацадь импульса ндпряжения,прикладываемого к первичным обмоткам .трансформатора,от момента открытия с мистора до угла, равного 180 эл.град (напряжение, прикладываемое к первичным обмоткам трансформатора, в этот момент равно 0) равна сра батывает компаратор 11. На второй вход логической схемы И 10 поступает сигнал от компаратора 11, она срабатывает. Сигнал с выхода логической схемы И 10 поступает на стробирующий вход фазосмещающего устройства 7, и импульсы .управления на выходе фазосмещакщего устройства 7 прекращаются преобразователь напряжения переменного тока выключается. При выполнении устройства 6 стабилизации частоты (фиг. 3) напряжени с выхода блока 5 регулирования поступает на управляющий вход фазосмещающего устройства 7. В этом случае трансформатор 2 в преобразователе на пряжения переменного тока-работает во всех режимах с частотой не менее трехкратной частоты питающей сети и с вольтсекундной площадью импульса напряжения, прикладываемого к первичным обмоткам трансформатора, не более 8ц, кроме режима выключения, В этом случае блок 5 регулирования формирует напряжение на управляющем входе фазосмещающего устройства, изменяющееся таким образом, что угол сдвига импульсов управления на выходе фазосмещающего устройства умень шается (например, при заряде накопительных конденсаторов). Тогда к первичным обмоткам трансформатора 2 прикладываются импульсы напряжения с вольтсекундной площадью не более Бц. При выключении преобразователя напряжения переменного тока сигнал поступает на входные .выводы 8 и далее на вход логической схемы И 10 и на вход блока 12 формирования. На выходе блока 12 формирования появляется изменяющееся напряжение, которо поступает на второй вход блока 5 регулирования. Напряжение на управляющем входе фазосмещающего устройства 7 начинает изменяться, и это изменение приводит к увеличению угла сдвига импульсов управления, причем скорость изменения напряжения на управляющем входе фазосмещающего устройства 7 такова, что к первичным обмоткам трансформатора 2 прикладываются импульсы напряжения с вольтсекундной. площадью, мэньшей . При значении напряжения на управляющем входе фазосмещающего устройства 7, которое соответствует такому углу открытия симисторов, при котором вольтсекундная площсщь импульса напряжения от момента открытия симистора до угла, равного 180 эл.градТ равна Бдо, срабатывает ко1мпаратор 11. На второй вход логической схемы И 10 поступает сигнал от комларатора 11, она срабатывает, и импульсы управ.пения на выходе фазосмещаюэдего устройства 7 прекращаются. Преобразователь напряжения переменного тока выключается. Таким образом, во всех режимах работы преобразователя напряжения переменного тока на первичные обмотки трансформатора прикладываются импульсы напряжения с вольтсекундной Ълсяцадью, меньшей 8доп Допустимая вольтсекундная площадь Вдоп меньше, чем вольтсекундная площадь импульсов напряжения, прикладываемых к первичной обмотке трансформатора в известном устройстве. Вследствие этого масса трансформатора в преобразователе переменного тока в постоянный зн.ачительно уменьшается . - Формула изобретения 1. Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий ключ, однофазный трансформатор, блок регулирования и фазосмещакхдее устройство, причем ключ входом соединен с и -фаз-. ной сетью, а выходом - с входом однофазного трансформатора, выход которого через выпрямитель соединен с выходными выводами и с первым входом блока регулирования, синхронизирующие входы фазосмещающего устройства соединены с п-фазной сетью, а выходы управляющими входами ключа, отличающийся тем, что, с це- лью улучшения массогабаритных характеристик, в него введено устройство стабилизации частоты, соединенное первым входом с выходом блока регулирования, а первым, вторым и третьим выходами соответсгвеано с управляющим и стробирующим входами фазосмещающего устройства и вторым входом блока регулирования, причем второй вход устройства стабилизации частоты соединен с выходными выводами. 2. Преобразователь по п. 1, о т личающийся тем, что, усгройство стабилизации частоты состоит из фильтра, компаратора и логической

схемы И, причем первый вход устройства стабилизации частоты соединен с входом фильтра, выход которого соединен с первым выходом устройства стабилизации частоты и с входом компаратора, выход которого соединен с одним из входов логической схемы И выход схемы И соединен с вторым выходом устройства стабилизации частоты, второй вход которого соединен с другим входом логической схемы И и третьим выходом устройства стабилизации частоты.

3. Преобразователь по п. 1, о т ли ч ающ ийс я тем, что устройство стабилизации частоты состоит из блока формирования, компаратора и логической схемы И, причем первый вход устройства стабилизации частоты соединен с первым его выходом и с входом компаратора, выход которого соединен с одним из входов логическо схемы И, выход схемы И соединен с вторым ..выходом устройства стабилизации частоты, а второй вход устройства стабилизации частоты соединен с другим входом логической схемы И и с входом блока формирования, выход котрого соединен с третьим выходом устройства стабилиз-ации частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ермилов М.А. и др. Трансформаторно-выпрямительные устройства для зарядки конденсаторов. - Электро1,975, № 9, с. 32-34.

техника

2. Авторское свидетельство СССР № 394902, кл. Н 02 М 7/06, 1971.