Преобразователь переменного тока в переменный

 

Изобретение относится к электротехнике Цель изобретения - увеличение коэффициента использования материала сердечника, уменьшение веса и габаритов управляемых дросселей,, В предложенном устройстве одновременно формируются две последовательности спадающих и возрастающих импульсов тока и суммируются на нагрузке на каждом конкретном интервале возрастающих и спадающих участков Выходной синусоидальный ток в заявляемом способе и устройстве практически не искажается, так как любые отклонения его формы на нагрузке от формы задающего синусоидального сигнала компенсируются следящей системой управления За счет более низкой частоты дискретизации, исключения выходных фильтров для подавления пульсации и полного перемагничивания дросселей обеспечивается достижение с поставленной цели 3 ил 8

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„;SU„, 1653101

А1 (S1)S Н 02 и 5 257

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4704692/07

:(22) 14.06.89 (46) 30.05.91. Бюл. Р 20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (71) Омский технологический институт бытового обслуживания (72) И.В. Сурант (53) 621.314.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1417141, кл. Н 02 M 5/247, 1986. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В ПЕРЕМЕННЫЙ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — увеличение коэффициента использования материала сердечника, уменьшение веса и габаритов управляемых дросселей. В предлоИзобретение относится к электротехнике и предназначено для питания различных потребителей переменного, тока, например синхронного генератора.

Цель изобретения — увеличение коэффициента использования материала сердечника, уменьшение веса и габаритов управляемых дросселей.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема силовой части устройства на фиг. 2 — блок-схема системы управления; на фиг. 3 — временная диаграм ма процессов преобразования переменного тока.

Устройство для преобразования переменного тока в переменный в силовой части содержит четыре тиристорных ключа 1-8, включенных встречно-параллельно и полностью управляемых. Пер2 женном устройстве одновременно формируются две последовательности спадающих и возрастающих импульсов тока и суммируются на нагрузке на каждом конкретном интервале возрастающих и спадающих участков. Выходной синусоидальный ток в заявляемом способе и устройстве практически не искажается, так как любые отклонения его формы на нагрузке от формы задающего синусоидального сигнала компенсируются следящей системой управления. За счет более низкой частоты дискретизации, исключения выходных фильтров для подавления пульсации и полного перемагничивания дросселей обеспечивается достижение поставленной цели. 3 ил.

Я вые выводы тиристорных ключей объединены и соединены с первым выводом источника переменного тока. Вторые выводы тиристорных ключей подключаются к крайним выводам токовых обмоток управляемых дросселей 9 и 10 нагрузка

11 подключена к второму выводу источника переменного тока (U ) через измеритель 12 тока нагрузки, свободный вывод которого через измерители 13 и

14 тока дросселей соединен со средними выводами токовых обмоток управляемых дросселей 9 и 10.

В качестве управляемых дросселей используются индуктивности с поперечным подмагничивающим полем.

В качестве измерителей 12-14 тока могут быть применены трансформаторы тока с устройством для измерения пре1653101 рывистых токов > содержащих Tlocтоянную составляющую.

Блок-схема системы управления преобразователем (фиг. 2) содержит трансформатор 15, понижающий напряжение

5 источника питания переменного тока, выход которого подключен к двухполупериодному выпрямителю 16 и однополупериодным 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 первому входу ком- .5 паратора 22 и диффе ренцирующему устройству 21. К второму входу компаратора 22 через двухлолупериодный выпрямитель 23 подключен выход измерителя

12 тока нагрузки.

Выход двухполупериодного выпрямителя 16 подключен к детектору 24 контроля перехода через ноль переменного напряжения источника питания. Выход компаратора 22 через ключи 25 и 26 подключен к входам дросселей 9 и 10.

Выход усилителя 19 с меньшим коэффициентом усиления подключен к первому входу компаратора 27, выход которого соединен с прямыми входами триггеров

28 и 29 и инверсным входом триггера

30 с логикой ИЛИ на входах. Выход усилителя 19 с меньшим коэффициентом усиления соединен с первым входом компаратора 31, выход которого подключен к инверсньм входам триггеров 28 и 5

29 и прямому входу триггера 30. Выход компаратора 32 подключен к инверсным вхоцам триггеров 28 и 30, это первый вхоц соединен с выходом дифференцирующего устройства 21, aего второй вход — с источником постоянного опорного напряжения, выхоц детектора 24 подключен к прямым входам триггеров

28 и 29 и через жцуш п мультивибра 5 тор 33 к инверсным входам триггеров

28 и 29, а также к прямому входу триггера 30. Прямой выход триггера 29 подключен к управляющему вхоцу ключа

25, а инверсный выход этого триггера подключен к управляющему входу ключа

26. Выход однополупериодного выпрямителя 10 соединен с входом усилителя

34. Выход однополупериодного выпрямителя 17 соединен с входом усилителя

35, Выход триггера 28 соединен с пер- 55 выми входами логических э.пементов 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 входом ждущего мультивибратора

44, выход логического элемента 40 соединен с входом ждущего мультивибратора 45. Выход логического элемента

37 соединен с входом ждущего мультивибратора 46, выхоц логического элемента 41 — с входом ждущего мультивибратора 47, выход логического элемента

38 — с входом ждущего мультивибратора

48, выход логического элемента 42 с входом ждущего мультивибратора 49, выход логического элемента 39 — с входом ждущего мультивибратора 50, выход логического элемента 43 — с входом ждущего мультивибратора 51.

Система управления содержит также усилители 52-59 мощности. Выход ждущего мультивибратора 44 соединен с входом усилителя 52 мощности, выход ждущего мультивибратора 45 — с входом усилителя 53 мощности. Выход усилителя 52 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 60, выход усилителя 53 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 61„ Система управления содержит импульсные трансформаторы 62-67, а также блоки 68-75 ключей„ Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 60 и 61 соединены с управляющим и главным входами блока ключей 68 и 69 соответственно. Выходы блоков 68 и 69 ключей объединены и соединены с управляющими входами тиристоров 3 и 8 силовой части устройства. Выход ждущего мультивибратора 46 соединен с входом усилителя 54 мощности, выход ждущего мультивибратора 47 — с входом усилителя 55 мощности. Выход усилителя 54 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора б?, выход усилителя 55 мощности— к первичной обмотке импульсного трансформатора 63. Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 62 и 63 соединены с управляющим и главным входами блоков 70 и 71 ключей соответственно. Выходы блоков 70 и 71 ключей объединены и соединены с управляющими входами тиристоров 1 и 6 силовой части устройства. Выход жду3101

1О вторичные обмотки импульсных трансфор15

30

50

5

165 цего мультивибратора 48 соединен с входом усилителя 56 мощности, выход ждущего мультивибратора 49 — с входом усилителя 57 мощности. Выход усилите1ля 56 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора

64, а выход усилителя мощности 57— к первичной обмотке импульсного трансформаторов 64 и 65. Первые л вторые маторов 64 и 65 соединены с управляющим и главным входами блоков 72 и 73 ключей соответственно. Выходы блоков

72 и 73 ключей объединены и соединены с управляющими входами тиристоров

2.и 5 силовой части устройства.- Выход ждущего мультивибратора 50 соединен с входом усилителя 58 мощности, выход ждущего мультивибратора 51 — с входом усилителя 59 моцности„ Вььход усилителя 58 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 66, выход усилителя 59 мощности — к первичной обмотке импульсного трансформа- 25 тора 67, Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов

66 и 67 соединены с управляющим и главным входами блоков 74 и 75 ключей соответственно. Выходы блоков

74 и 75 ключей объединены и соединены с управляющими входами тиристоров 4 и

7 силовой части устройства. Выход компаратора 22 через ключи 25 и 26 и усилители 76 и 77 моцности подключен к управляющим входам управляемых дросселей 9 и 10. Второй вход коипаратора

27 через двухполупериодный выпрямитель

78 подключен к выходу измерителя 13 тока. Па второй вход компаратора 21 через двухполупериодный выпрямитель

79 подается сигнал с выхода измерителя 14 тока. 1(оэффициент усиления усилителя 19 меньше коэффициента усиления усилителя 20, в результате чего на 45 выходе усилителей 19 и 20 создаются напряжен" Uп " Uïà одной формы н различной амплитуды (фиг. 3). При переходе через ноль напряжения источника питания переменного тока детектор 24 генерирует импульс на запуск триггеров 28 и 29 с раздельными входами и расширителями ИЛИ на входах.

Выходное однополупериодное напряжение выпрямителей 17 и 18 поступает на входы усилителей 34 и 35, работающих в режиме ограничения сигналов, так что на выходе этих усилителей формируются из синусоидального входного напряжения 1ипульсы прямоугольной формы постоянной амплитуды.„ Выходной сигнал триггера 28 поступает на первые входы логических элементов 36 — 9. При нов ложительном полупериоде напряжения источника питания переменного тока выходной сигнал усип1тепя 35 поступает на вторые входы логическлх элементов 37, 38, 4 1 и 42„ Наличие сигналов на обоих входах логических элементов

37 и 38 приводит к появленчк сигналов на их выходах. Выходными сигналами логических элементов 37 и 38 запускаются ждущие мультивпбраторы 46 и 48 соответственно, выходные сигналы которых усиливаются усилителями 54 и 56 мощности, нагруженньпии на первичные обмотки импульсных трансформаторов

62 и 64„ Импульсы пололмтельной и отрицательной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора

62 поступают на управляющий и главный входы блока 70 ключей. Импульс отрицательной полярности с выхода блока 70 ключей поступает на управляющий вход тиристора 6 и не может вызвать его включения. Импульс положительной и Отрицательной пОлярности с вторичной обмотки импульсного трансформатора 64 поступает на управляющий и главный входы блока 72 ключей, импульс положительной полярности с выхода блока 72 ключей поступа" ет на управляющий вход тиристора 2 и Обеспечивает его включение. Импульс отрицательной полярности с выхода блока 72 ключей, поступающий на управляю1шп1 вход тиристора 5, предназначен для запирания тиристора 5 и не может вызвать его включения. Сигнал с прямого выхода триггера 29 поступает на управляющий вход ключа

25, переводя его во включенное состояние, Под действием положительных импульсов на управляющих входах тиристоры I и 2 переходят во включенное состояние и по цепи: вывод 1 источника переменного тока — тиристоры 1 и 2 - левые половины токовых обмоток управляемых дросселей 9 и

10 — измерители 13 и 14 тока — измеритель 12 тока — нагрузка 11 — вывод источника переменного тока, начинает протекать ток.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки i< и до момента t = Йt (фиг. 3), где h t — время задержки мультнвибратора 33, равный току ii

1653101 управляемого дросселя 9, с измерителя 12 тока поступает на вход двухполупериодного выпрямителя 23, выход которого соединен с первым входом компаратора 22. В компараторе 22

5 сигнал, пропорциональный току нагрузки, сравнивается с первой производной задающего сигнала с, выхода усилителя 20. Выходной сигнал компаратора 22, следящий за равенством сигнала, пропорционального току нагрузки(i,1, и напряже)сия У большей амплитуды, через включенный ключ 25 поступает на усилитель 76 мощности, который управляет индуктивностью управляемого дросселя 9, обеспечивая таким образом синусоидальную форму тока нагрузки на участке 0— I (фиг. 3) .

Одновременно передним фронтом выходного импульса детектора 24 запускается ждущий мультивибратор 33, создающий задержку времени Л и в момент t < обеспечивающий запуск триг- 25 гера 30, поступает на первые входы логических элементов 40 -. 43. Так как на вторых входах логических элементов 41 и 42 уже имелся сигнап, поступивший с выхода однополупериодного 10 выпрямителя 35, то на выходах логических элементов 41 и 42 также появляется сигнал. Выходным сигналом логических элементов 41 и 42 запускаются ждушие мультивибраторы 47 и 49 соответственно, Выходные сигналы ждущих мультивибраторов 47 и 49 усиливаются усилителями 55 и 5-7 мощности, Нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 63 и 65„ Импуль- 10 сы положительной и отрицательной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 6 поступают на управляющий и главный входы блока

7.1;;ключей. Блок 71 ключей открывается и импульс отрицательной полярности с его выхода поступает на управпяющий вход тиристора 1,, вь|зывая его закрытие, а импульс поло;китепь| ой по.лярности с его выхода поступает на управляющий вход тиристора 6, вызь вая его открытие.

Импульсы положительной полярности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 65 поступают на управляющий

H главный Bxopbr блока 73 1<лючей„, Импульсы положитепьной полярности с выхода блока ключей 73 обеспечивают включение тиристоров 5 и 2. Ток управляемого дросселя 9 начинает уменьшаться, а ток управляемого дросселя 10 продолжает увеличиваться. Одновре-, менно с переключением триггера 30 выходным импульсом ждущего мультивибратора 33 возвращаются в исходное состояние триггеры 28 и 29„ Выходными сигналами триггера 29 отключается ключ 25 и включается ключ 26. Сигнал управления индуктивностью управляемых дросселей прекращается на входе усилителя 76 мощности и возникает на входе усилителя 77 мощности, т.е. начинается процесс управления реактивным сопротивлением управляемого дросселя 10 в цепи тока i управляемого дросселя 10„

Процесс одновременного спада тока и возрастания тока ig контролируется выходным сигналом компаратора 22 через ключ 26 и усилитель 77 мощности таким образом, что изменение тока нагрузки х подчиняется синусоидальному закону изменения переменного напряжения источника питания.

В компараторе 27 сигнал, пропорциональный току, сравнивается с напряжением Uп меньшего уровня, по-. ступающим на вход компаратора с усилителя 19. В момент t равенства указанньп< сигналов компаратор 27 переключает триггеры 28 и 30, а также триггер 29, обеспечивая повторное включение тиристора 1, отключение тиристоров 2 и 5 и включение тиристора

6, включение ключа ?5 и отключение ключа 26„

С момента t< ток i начинает па2 дать, одновременно происходит процесс возрастания тока х1., контролируемый сигналом с компаратора 22 через включенный ключ 25 и усилитель 76 мощности, таким образом, что на участке (фиг. 3) ток нагрузки изменяется по синусоидальному закону.

В компараторе 31 уменьшающийся ток сравнивается с напряжением Уп меньшего уровня, поступающим на второй вход компаратора 27 после усилителя 19.

В момент " равенства указанных сигналов компаратор 31 переключает

I триггеры 28 и 29, а также триггер 30 в состояние, обратное моменту вре " мени t<, обеспечивая включение тирис-торов 2 и 5, отключение тиристоров

1 и 6, отключение ключа 25 и включение ключа 26.

1653101

С момента t ток i E наптнает падать, одновременно возрастает ток Э контролируемьш сигналом компаратора

22 через включенкьп кгпоч 26 и усилитель 77 мощности, таким образом, что

5 и на участке t — t4 ток нагрузки изменяется по синусоидальному закону.

Для четных и нечетных моментов времени процессы в устройстве повторяются. 10

Аналогично положительному полупериоду напряжения источника питания происходят процессы управления током и при отрицательном полупериоде. При этом в силовой части устройства рабо- 15 тают тиристоры 3, 7 и 4, 8, а также управляемые дроссели 9 и 10, измерители 12-14 тока, нагрузка 11. В системе управления включаются в работу одкополупериодный выпрятжтель 34, 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, а также блоки 68, 69, 74 25 и 75 ключей„

Для получения нулевого значения тока нагрузки в конце каждого полупериода на последнем интервале процесса управления, например, для поло- 30 жительного полупериода после момента времени t, в некоторый момент времени t> очередность переключения ти ристоров 1, 2 или 3, 4 нарушается таким образом, что оба они остаются

35 выключеккыми на некоторый промежуток времени, за который ток в нагрузке спадает до нуля. Наступление момента времени контролируется величиной и знаком первой производной тока нагруз-40 ки. С указанной целью сигнал с дифференцируюцего устройства 21 подается на компаратор 32, где сравнивается с некоторой опоркой величиной постоянного напряжения Ио„, равкого 90-957. максимального выходного напряжения дифференцирующего устройства 21, контролирующего скорость изменения тока нагрузки.

При равенстве входных сигналов компаратора 32 его выходной сигнал

50 переключает триггеры 28 и 30 в положение, обеспечивающее отключение тиристоров 1, 2 или 3, 4 независимо от команд с компаратора 27 или 31 ка их включение„

Дпя изменения амплитуды то.;а нагрузки изменяется величина напряжения питания первичной обмотки трансформатора 15„ Таким образом, ка нагрузке создается переменное напряжение повышенного качества, отклонение формы выходного тока от формы чапряжения источника питания практически не происходит благодаря непрерывному слеженжо за величиной тока нагрузки и компенсации возможных отклонений путем алгебраического суьашрования на нагрузке импульсов тока непрямоугольной формы с нарастающим передним и спадающим задним фронтами и дополнив тельной коррекции формы тока нагруз-:. ки путем изменения индуктивности дросселей. формула изобретения

Прсобразователь переменно о тока в переменный, содержащий четыре тиристорных ключа на встречно-параллельь-о включенных полностью управляемых тиристорах, два управляемых дросселя, измеритель тока нагрузки, включенный последовательно с выходными выводами, и два измерителя тока дросселей, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента использования материала сердечника, уменьшения массы и габаритов управляемых дросселей токовые обмотки управляемых дросселей выполнены со средниьш точками, первые выводы тиристорных ключей объединены и соединены с первым входным выводом, вторые выводы первых двух тиристорых ключей подключены к соответствующим крайним выводам токовой обмотки .первого управляемого дросселя, вторые выводы двух других тиристорных ключей подключены к крайним выводам токовой обмотки второго управляемого дросселя, средние выводы дросселей соединены через соответствующие измерители тока дросселей со свободным выводом измерителя тока нагрузки, при этом свободный выходной вывод соединен с вторым входным выводом.

1б53101

1653101

0л

Ет

lg Н

О

Фиг. Я

Составитель И. Гоповинова

Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Олийнык Корректор А.ОбРУчаР

Заказ 1778 Тираж 391 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101