Способ преобразования переменного тока в переменный

 

Изобретение относится к электротехнике о Цель изобретения - повьшение качества выходного напряжения i при обеспечении быстродействия и минимума потерь Напряжение на нагрузке 1 1 форм1 уется сумм}гроваш ем двух последовательностей импульсов, изменяюЕ(ихся по экспоненте о Бозрастакяций фронт первой прследовательностн импульсов формируется при включешет тиристорных ключей 3, 1, спадающий фронт первой последовательности импульсов формируется при включении тиристорных ключей 8, -б,, Вторая последовательность импульсов форшфуется при включении тиристорных.ключей 2, 4 и 5, За счет суммировагшя на нагрузке поочередно возрастакяцего и спадающего фронтов импульсов каждой из последовательностей дости гается поставленная цель 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 М 5/257 (И 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4118178/24-07 (22) 16,09.86 (46) 15.08.88. Бюл. М 30 (71) Омский технологический институт бытового обслуживания (72) И В.. Сурант (53) 621.314.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 131393, ил. Н 02 М 5/22, 1958, Авторское свидетельство СССР

Р 1064395, нл. Н 02 M 5/257, 1982, (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫИ (57) Изобретение относится к электро-, технике. Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения при обеспечении быстродействия и ми„„SU„, 1417141 А 1 нимума потерь. Напряжение на нагрузке 11 формируется суммированием двух последовательностей импульсов, изменяющихся по экспоненте. Возрастающий фронт первой последовательности импульсов формируется при включении тиристорных ключей 3, 1, спадаюший фронт первой последовательности импульсов формируется при включении тирнсторных ключей 8, 6. Вторая последовательностb импульсов формируется при включении тиристорных ключей

2, 4 и 5, 7. За счет суммирования на нагрузке поочередно возрастающего и спадающего фронтов импульсов каждой из последовательностей достигается поставленная цель, 4 ил.

1417141

Изобретение относится к электротехнике.

Цель изобретения — повышение качества выходного напряжения при обес-,. .) печении быстродействия и минимума . потерь.

На фиг, 1 приведена принципиальная схема силовой части однофазного варианта; на фиг. 2 — блок-схема системы управления „на фиг, 3 — принципиальная схема силовой части многофазного варианта.; на фиг. 4 — временные диаграммы.

Способ преобразования переменного тока в переменный осуществляют следующим образом.

Из переменного тока источника питания в результате периодического подключения нагрузки к источнику питания и реактивному накапливающему элементу (дросс елю) формируют две импульсные последовательности с им, пульсами непрямоугольной формы, причем начало формирования второй импульсной последовательности задерживают относительно первой на интервал дискретизации. Переменное напряжение источника питания трансформируют в более низкое напряжение и затем усиливают двумя усилителями с различными коэффициентами усиления и создают два задающих синусоидальных напряжения различной амплитуды, причем синусоида большей амплитуды используется для управления величиной тока в нагрузке, а синусоида меньшей амплитуды, составляющей б-19Х от амплитуды большей синусоиды используется для периодического подключения нагруз ки к источнику переменного тока и

40 реактивному накапливающему элементу.

Первое переключение нагрузки производят в момент начала второй импульсной последовательности, а последующие

45 переключения — в момент равенства спадающих токов импульсных последовательностей синусоидальному сигналу меньшей амплитуды. На нагрузке в каждом интервала дискретизации суммируют возрастающий участок одной импульсной последовательности с падакщим участком другой импульсной последовательности токов. Дифференцируют ток нагрузки и синусоидальный сигнал большей амплитуды и на каждом интервале дискретизации сравнивают первую производную синусоиды с большей амплитудой и первую производную тока нагрузки. Сигнал рассогласования между значениями первых производных тока нагрузки и синусоиды с большей амплитудой используют для регулирования тока через нагрузку по, синусоидальному закону путем управления реактивным сопротивлением индуктивных формирующих элементов, например подмагничиванием дросселя, на нарастающих участках экспонент токовых последовательностей. На конечном интервале дискретизации с целью получения нулевого значения тока нагрузки сравнивают первую производную тока нагрузки с дополнительным опорным сигналом и в момент их равенства обеспечивают создание и суммирование на нагрузке спадающих участков токовых последовательностей, Однофазное устройство для осуществления способа преобразования переменного тока в переменный (фиг.i) содержит в силовой части четырехплечный мост из четырех тиристорных ключей на встречно-параллельно включенных тиристорах 1 8. К первой диагонали моста подключены выводы источника питания переменного тока, к второй диагонали моста подключена цепочка из последовательно соединенных управляемых дросселей 9 и 10. К общей точке соединения тиристорных ключей, образованных встречно-параллельно включенными тиристорами 5 и 7, 6 и 8 и первого вывода источника питания переменного тока включена нагрузка 11

Последовательно в цепи нагрузки

11 и управляемых дросселей 9 и 10 включены измерители 1.2-14 тока, В качестве измерителей 12-14 могут быть применены трансформаторы тока с устройством для измерения прерывистых токов, содержащих постоянную составляющую.

Система управления однофаэным преобразователем (фиг. 2) содержит трансформатор 15, понижающий напряжение источника питания переменного тока, выход которого подключен к двухполупериодному выпрямителю 16 и однопериодным выпрямителям 17 и 18.

Выход двухполупериодного выпрямителя

16 подключен к усилителям 19 и 20 с различными коэффициентами усиления.

Выход усилителя 20 с большим коэффициентом усиления подключен к дифференцирующему блоку 21, выход которого подключен к первому входу компа3 141 ратора 22,, к второму входу которого через дифференцирукщий блок 23 подключен .выход измерителя 12 тока на;грузии. Ждущий мультивибратср 24 подключен к выходу двухполупериодного выпрямителя 16. Выход компаратсра 22 через кпючи 25 и 26 подключен к управляюшдм входам соответствующих управляемых дросселей 9 и 10. Выход усилителя 19 с меньшим коэффициентом усиления подключен к первому входу компаратора 27. Выход компаратора 27 подключен к прямым входам триггеров

28 и 29 и инверсному входу триггера

30 с логикой ИЛИ на входах. Выход усилителя 19 с меньшим коэффициентом усиления соединен с первым входом компаратора 31. Выход компаратора 31 соединен с инверсными входами триггеров 28 и 29 и прямым входом триггера 30. Выход дифференцирующего блока 23 связан с первым входом компаратора 32, на второй вход которого подано опорное напряжение, определякяцее длительность конечной стадии формирования заданной формы тока в нагрузке. Выход компаратора 32 подключен к инверсным входам триггеров

28 и 30. Выход ждущего мультивибратора 24 подключен к прямым входам триггеров- 28 и 29 и через ждущий мультивибратор 33 к инверсным входам триггеров 28 и 29 и прямому входу триггера 30.

Прямой выход триггера 29 подключен к управляющему входу ключа 25, а инверсный выход - к управляющему входу ключа 26, Выход однополупериодного выпрямителя 18 соединен с входом усилителя 34. Выход однополунернодного выпрямителя 17 соединен с входом усилителя 35. Выход триггера 28 соединен с первыми входами логических элементов 36-39. Выход триггера 30 соединен с первыми входами логических элементов 40-43, Выход усилителя 34 соединен с вторыми входами логических элементов 36, 39, 40 и 43. Выход усилителя 35 соединен с вторыми входами логических элементов 37, 38, 41 и 42.

Выход логического элемента 36 соединен с входами ждущего мультивибратора 44, а выход логического элемента

40 - с входом ждущего мультивибратора 45, Выход логического элемента 37 соединен с входом ждущего мультивибратора 46, а выход логического элемен а 41 — с входом ждущего муль -нвчбратсра 47. Выход логпческогс элемента 38 соединен с входом ждущего мультивибратора 48, а выход логического

5 элемента 42 — с входом ждущего мультивибратора 49. Выход логического элемента 39 соединен с входом ждущего мультивибратсра 50, а выход логи10 ческсго элемента 43 — с входом ждущего мультивибратора 51„Выход ждущего мультивибратора 4 соединен с входом усилителя 52 мощности, выход ждущего мультивнбратора 45 — с входом усилителя 53 мощности, выход ждущего мультивибратора 46 - с входом усилителя 54 мощности, выход ждущего мультивибратсра 47 — с входом усилителя

55 мощности, выход ждущего мультивиб2О ратора 48 — с входом усилителя 56 мощности, выход ждущего мультивибратора 49 — с входом усилителя 57 мощности, выход ждущего мультивибратсра 50с входом усилителя 58 мощности, а

25 выход ждущего мультивибратора 51 с входом усилителя 59 мощности. Выхоц усилителя 52 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 60, выход усилителя 53 мощ30 ности — к первичной обмотке импульсного трансформа сра 61, выход усилителя 54 мощности — к первичной обмотке импульснсгс трансформатора 62, выход усилителя 55 мощности — к первич35 ной обмотке импульсного трансформатора 63, выход усилителя 56 мощностик первичной обмотке импульсного трансформатора 64, выход усилителя 57 мощности — к первичной обмотке импульс4О ного трансформатора 65, выход усилителя 58 мощности — к первичной обмотке импульсного трансформатора 66, а выход усилителя 59 мощности — к первичной обмотке импульсного трансформа45 тора 67. Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов

60 и 61 соединены с управляющим и главным входами ключей 68 и 69 соответственно. Третья вторичная обмотка импульсного трансФсрматсра 60 соединена с управляющим входом тиристора 7 силовой части устройства. Выходы ключей 68 и 69 объединены и соединены с управляющим входом тиристора 3 си55 ловой части устройства. Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 62 и 63 соединены с управляющим и главным входами клю чей 70 и 71 соответственно . Третья риодного- выпрямителя 16 поступает на два усилителя 19 и 20, а также на ждущий мультивибратор 24 контроля перехода через ноль синусоидальной функции фазового напряжения источника питания переменного тока. Коэффициент усиления усилителя 19 меньше коэффициента усиления усилителя 20, в результате чего на выходе усилителей

i9 и 20 создаются напряжения U „и

Uä oäèíàêoBoé формы, но различной амплитуды (фиг. 4). Кроме того, управляющее напряжение U, подаваемое на второй вход усилителя 20, позволяет изменять его коэффициент усиления и амплитуду напряжения U«c целью управления величиной тока и напряжения на нагрузке. При переходе через ноль напряжения источника питания переменного тока положительным перепадом синусоидального напряжения сети с выхода двухполупериодного выпрямителя 16 запускается ждущий мультивибратор 24, генерирующий импульс на запуск триггеров 28 и 29 с раздельными входами и расширителями ИЛИ на входах. Выходное однополупериодное напряжение однополупериодных выпрямителей 17 и 18 поступает на входы усилителей 34 и 35, работающих в режиме ограничения сигналов, поэтому на выходе этих усилителей формируются из синусоидального входного напряжения импульсы прямоугольной формы постоянной амплитуды. Выходной сигнал триггера 28 (фиг. 4) поступает на первые входы логических элементов 36-39, При положительном полупериоде фазного напряжения источника питания переменного тока выходной сигна т усилителя 35 поступает на вторые входы логических элементов

37, 38, 41 и 42. Наличие сигналов на обоих входах логических элементов

37 и 38 приводит к появлению сигналов на из выходах. Выходными сигналами логических элементов 37 и 38 запускаются ждущие мультивибраторы 46 и 48 соответственно. Выходные сигналы ждущих мультинибраторов 46 и 48 усиливаются усилителями 54 и 56 мощности, нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 62 и 64, Импульсы положител.ьной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 62 поступают на управляющий и главный входы ключа

70 и непосредственно на управляющие

5 1417141 6 вторичная обмотка импульсного трансформатора 62 соединена с управляющим входом тиристора 5 силовой части устройства. Выходы ключей 70 и 71 объ5 единены с управляющим входом тиристора 1 силовой части устройства, Первые и нторые вторичные обмотки импульсHbK .трансформаторов 64 и 65 соединены с управляющим и главным входами ключей 72 и 73 соответственно.

Третья вторичная обмотка импульсного трансформатора 65 соединена с управляющим входом тиристора 6 силовой части устройства. Выходы ключей 72 и 73 объединены и соединены с управляющим входом тиристора 2 силовой части устройства. Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 66 и 67 соединены с управ- 20 ляющим и главным входами ключей 74 и 75 соответственно. Третья вторичная обмотка импульсного трансформатора 67 соединена с управляющим входом тиристора 8 силовой части устрой- 25 ства. Выходы ключей 74 и 75 объединены с управляющим входом тиристора 4 силовой части устройства. Усилители

76 и 77 мощности включены между ключами 25 и 26 и входами соответствующих управляемых дросселей 9 и 10.

Сигнал с выхода измерителя 14 через двухполупериодньп выпрямитель 78 подан HR второй вход компаратора 31, а сигнал с выхода измерителя 13 че35 рез двухполупериодный выпрямитель

79 на второй вход ком 27.

Сигнал с выхода измерителя 12 тока через днухполупериодный выпрямитель

80 поступает на вход дифференцирующе- о го блока 23., В мн or офаз оном устройстве, р еализующем предлагаемый способ (фиг.3), вторыми выходными выводами для каж дой фазы являются выходные выводы двух смежных фаз., поэтому для шунтирования нагрузки управляемом дросселями в каждом плече моста используется по дне пары тиристорных ключей. В остальном конструкция каждой фазы многофазового варианта повторяет однофазный.

Устройство, например, фазы А работает следующим образом.

Фазное напряжение источника питания переменного ИФ тока понижается трансформатором 15 и поступает на вход двухполупериодных выпрямителей 17 и

18. Напряжение с выхода двухполупе141714

7 входы ткристоров 5 (У, фиг. 4).

На управляющий вход тйристора 1 положительный импульс поступает через открывшийся ключ 70 (U„ „ фиг. 4).

Импульс положительной полярности с выхода ключа 70 обеспечивает включение тиристора 1, положительный импульс с третьей и четвертой вторичных обмоток импульсного трансформатора 62 обеспечивает включение тиристоров 5 в силовой части устройства. Импульсы отрицательной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 64 поступают на управляющий и главный входы ключа 72. Импульсы отрицательной полярности с выхода ключа 72, поступающие на управляющий вход тиристора 2 (U, фиг. 4), предназначены

2,4 для запирания тиристора 2 и не могут вызвать его открытия. Сигнал с первого выхода триггера 29 поступает на управляющий вход ключа (U<» фиг.4)

25, переводя его во включенное состояние. Под действием положительного 25 импульса на управляющем входе тиристора 1 он переходит во включенное состояние и по цепи: фаза А источника переменного тока, тиристор 1, управляемый дроссель 9, измеритель 13 тц тока, нагрузка фазы а, нагрузка фаз

6 и с, включенные в данный момент времени элементы силовой части фазы

6, фазы В источника питания начинает протекать ток.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки i H и до момента t

1 (фиг. 4), где dt — время задержки ждущего мультивибратора 33, равный току i управляемого дросселя 9, с преобразователя 12 тока поступает через вьптряьтитель 80 на вход дифференцирующего устройства 23, выход которого соединен с первым входом компаратора 22. В компараторе 22

45 сигнал, пропорциональный первой производной тока нагрузки, сравнивается с первой производной задающего сигнала с выхода усилителя 20, прошедшего операцию дифференцирования в дифференцирующем устройстве 21, Выходной сигнал компаратора 22 (Uqq; фиг. 4), следящий эа равенством производных тока нагрузки i H и задающего синусоидального сигнала большей амплитуды U через включенный ключ

25 поступает на усилитель 76 мощттости, который управляет реактивным сопротивлением управляемого дросселя 9 .

1 8 обеспечивая таким образом синусоидальную форму тока нагрузки на участке 0 — t )фиг. 4) .

Одновременно передним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 24 (U, фиг„4) запускается ждущий мультивибратор 33 (U>» фиг.4) создающий задержку времени dt, и в момент t< (фиг. 4) обеспечивающий запуск триггера 30 с распирителем ИЛИ на входе. Выходной сигнал триггера

30 (Бз, фиг. 4) поступает на первые входы логических элементов 40-"3.

Так как на вторых входах логических элементов 41 и 42 уже имеется сигнал, поступивший с выхода однополупериодного выпрямителя 17, на выходах логических элементов 4 1 и 42 также появляется сигнал . Выходными сигналами логических элементов 41 и 42 запускаются ждущие мультивибраторы 47 и 49 соответственно. Выходные сигналы ждущих мультивибраторов 46 и 48 усиливаются усилителями 55 и 57 мощности, нагруженными на ттервичные обмот" ки импульсных тр-нсформаторов 63 и

65. Импульсы отрицательной полярности с вторичных обмоток имттульсного трансформатора 63 поступают на управляющий и главный входы ключа 71.

Ключ 71 открывается, и импульс отрицательной полярности с его выхода поступает на управляющий вход тиристора 1, вызывая его закрытие. Импульсы положительной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 65 поступают на управляющий и главный входы ключа 73 и непосредственно на управляющие входы тиристоров 6 (U.., фиг. 4) силовой части устройства. На управляющий вход тиристора 2 полояаттельный импульс поступает Через открывшийся ключ 73. Импульс положительной полярности с выхода ключа ?3 обеспечивает включение тиристора 2, положительный импульс с третьей и четвертой вторичных обмоток импульсного трансформатора 65 обеспечивает включение тиристора 6. Одновременно с переключением триггера 30 вьходным импульсом ждущего мультивибратора 33 возвращается в исходное с.остояние триггеры 28 и 29 ° Выходными сигналами триггера 29 отключается ключ 25 и включается ключ 26 (U;, фиг. 4), сигнал управления реактивным сопротивлением управляемых дросселей прекращается на входе усилителя 76 мощнос10

7141

10 l5

40

9 141 ти и появляется на входе усилителя 77 мощности - начинается процесс управления индуктивностью управляемого дросселя 10 в цепи тока i, . После отключения тиристора 1 отрицательным импульсом с выхода ключа 71 ток i управляемого дроселя 9 начинает падать и протекает уже через нагрузку

11 (фазы y ), тиристори 6 и нагрузки фаз 6 и с в многофазной схеме. Одновременно в результате включения тиристора 2 положительным импульсом с выхода ключа 73 начинает возрастать ток i, управляемого дросселя 10, Процесс одновременного спада тока и возрастание тока i>контропируется выходным сигналом компаратора 22 через ключ 26 и усилитель 77 мощности таким образом, что изменение тока нагрузки i подчиняется синусоидальн ному закону изменения переменного напряжения источника питания„ В компараrope 27 уменьшающийся ток поступивший на его вход через двухполупериодный выпрямитель 79 сравни" вается с преобразуемым синусоидальным сигналом У„, меньшего уровня.

В момент и равенства указанных сигналов сигнал с выхода компаратора 27 (U

28 и 30, а также триггер 29, обеспечивая повторное включение тиристора 1, отключение тиристора 2, включение ключа 25 и отключение ключа 26. В силовой части устройства в момент t включаются тиристоры 5 и ток i начинает падать, а ток i возрастать, при чем процесс возрастания тока i „ контролируется сигналом с выхода компаратора 22 через включенный ключ 25 и усилитель 76 мощности таким образом, что и на участке t с (фиг. 4) ток нагрузки изменяется по синусоидальному закону. В компараторе 3 1 уменьшающийся ток i сравнивается с преобразуемым синусоидальным сигналом UI, меньшего уровня, поступающим на вход компаратора 27 после усилителя 19.

В момент t, равенства укаэанных сигналов компаратор 31 (U,, фиг.4) переключает триггеры 28 и 29, а также триггер 30 в состояние, обратное моменту времени t и аналогично моменту t обеспечивает включение тиристора 2, отклонение тиристора 1, отключение ключа 25 и включение ключа 26.

В силовой части устройства включаются тиристоры 6 и ток „ начинает падать, одновременно начинает возрастать ток,, контролируемый сигналом компаратора 22 через включенный ключ 26 и усилитель 77 мощности таким образом, что и на участке -t ток нагрузки изменяется по синусоидальиому закону. Далее, для четных и нечетных моментов времени процессы в устройстве повторяютоя.

Аналогично положительному полупе риоду напряжения источника питания происходит процесс управления током и при отрицательном полупериоде. При этом в силовой части устройства работают тиристоры 3, 7 и 4, 8. В схеме управления преобразователем включается в работу дополнительно однополупериодный выпрямитель 18, логические элементы 36, 39, 40 и 43, ждущие мультивибраторы 44, 45, 50 и 51, усилители 52, 53, 58 и 59 мощности, импульсные трансформаторы 60, 61, 66 и 67, ключи 68, 69, 74 и 75.

Дпя возможности получения нулевого значения тока нагрузки в конце каждого полупериода на последнем интервале после момента t g в некоторый момент t очередность переключения тиристоров 1, 2 или 3, 4 нарушается таким образом, что оба они остаются вы-. ключенными на некоторый промежуток времени,за который ток в нагрузке спадает до нуля. Наступление момента . контролируется величиной и знаком первой производной тока нагрузки.

С указанной целью выходной сигнал с дифференцирующего блока 23 подается на компаратоp 32, где сравнивается с некоторой опоркой величиной напряжения U „, равного 90-957. максимального выходного напряжения дифференци45 рующего блока 23, контролирующего скорость изменения тока нагрузки.

При равенстве входных сигналов компаратора 32 его выходной сигнал (Ugq, фиг. 4) переключает триггеры 28 и 30 в положение, обеспечивающее отключение тиристоров 1, 2 или 3, 4, независимо от команд с компаратора 27 или

31 на их включение. Для изменения амплитуды синус оидал ьн or о тока нагрузки управляющим напряжением на входе усилителя 20 изменяется его коэффи- циент усиления, а следовательно, и величина эталонного напряжения.

II 14171

Фор мул а из обретения

Способ преобразования переменного тока в переменный, основанный на

5 формировании на нагрузке в течение положительного и отрицательного полупериодов напряжения источника питания импульсной последовательности токов путем периодического подключения нагрузки к источнику питания через дроссель, отличающийся тем, что, с целью повышения качества выходного напряжения при обеспечении быстродействия и минимума потерь, формируют две идентичных последовательности, возрастающих и спадающих по экспоненте импульсов тока, причем начало формирования второй последовательности задерживают относительно первой последовательности на период переключения нагрузки и на нагрузке в интервалах между переключениями суммируют возрастающий участок одной последовательности со спадающим участ-5 ком другой последовательности, кроме

41

12 того, формируют из напряжения источника питания две задающие синусоиды с различными аьллктудамк, сравнивают в течение каждого периода дискретизации первую производную синусоиды с большей амплитудой и первую производную текущего значения тока нагрузки, полученным сигналом рассогласования корректируют форму тока через нагрузку, управляя реактивным сопротивлением дросселя на возрастающем участке одной из экспонент, сравнивают синусокду меньшек амплитуды с сигналом, пропорциональным спадающему току соответсвующей последовательности, в момент равенства упомянутых сигналов меняют характер изменения .токов в каждой из последовательностей на противоположный, на конечном интервале переключения на нагрузке суммируют спадающие участки тока обеих последовательностей, момент начала конечного интервала определяют, сравнивая первую производную тока нагрузки и опорного сигнала.

14 I 7141

Составитель И. Головинова

Техред Л.Олийнык

Ред акт ор Л. Лежпина

Корректор М. Васильева

Заказ 4075/54

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

14,! (Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1|3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5