Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

 

Изобретение относится к электротехнике , Цель изобретения - повышение надежности и уменьшение содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки. Устройство содержит первый 1 и второй 7 тиристорные ключи, подключающие первую и вторую нагрузки к сети, и общую систему фазового управления. Благодаря применению первого 16 и второго 17 фазосдвигающих устройств , трансформатора 4 тока и нуль-органа 9 обеспечивается надежное запирание первого 1 и второго 7 тиристорных ключей в режиме принудительной коммутации и уменьшается уровень высших гармоник тока при вариации угла проводимости тиристоров, за счет чего достигается поставленная цель. 3 ил.

СОЮЗ СОЭЕТСКИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 М 5/257

ГОСУДАРСТВЕН-Ы Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4811340/07 (22) 09.04.90 (46) 23.01.92. Бюл. N. 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (71) Харьковский институт инженеров коммунального строительства (72) В,Ф,Соколов (53) 621.314.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1037416, кл. Н 02 Р 13/30, 1982, Авторское свидетельство СССР

N. 981971, кл. G 05 F 1/44, 1981. (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

„„ Ж„, 1707715 А1 (57) Изобретение относится к злектротехнике, Цель изобретения — повышение надежности и уменьшение содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки. Устройство содержит первый 1 и второй 7 тиристорные ключи, подключающие первую и вторую нагрузки к сети, и общую систему фазового управления, Благодаря применению первого 16 и второго 17 фазосдвигающих устройств, трансформатора 4 тока и нуль-органа 9 обеспечивается надежное запирание первого 1 и второго 7 тиристорных ключей в режиме принудительной коммутации и уменьшается уровень высших гармоник тока при вариации угла проводимости тиристоров, за счет чего достигается поставленная цель. 3 ил, 1707715

Изобретение относится к электротехнике. в частности к устройствам преобразования переменного напряжения в переменное.

Известны устройства преобразования переменного напряжения, содержащие тиристорные ключи, первые и вторые фаэосдвигающие блоки, источники питания, транзисторы и ограничительные резисторы и позволяющие формировать напряжение на нагрузке в зависимости от заданного угла отпирания тиристорного ключа и работать как с отстающим, так с опережающим коэффициентом мощности (1).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий первый и второй тиристорные ключи, первые выводы которых объединены и подключены к первому выводу для подключения сети, первые и вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок, причем вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок соединены с вторым выводом для подключения сети, второй вывод второго тиристорного ключа соединен с первым выводом для подключения второй нагрузки, стабилизатор напряжения, первый и второй фазосдвигающие блоки, первый ограничительный резистор, вход которого соединен с первым и вторым выводами для подключения сети, первый и второй транзисторы и оптрон, соединяющие выходные выводы источника питания с управляющим электродом первого тиристорного ключа, катод которого соединен с общим выходным выводом источника питания(2).

Известный преобразователь позволяет разделить общую нагрузку на несколько нагрузочных ветвей сце,лью упрощения схемы управления тиристорных ключей.

Недостатками известных преобразователей являются низкие энергетические показатели преобразовательной установки в целом, так как при углах управления тиристорных ключей, отличных от нуля, в сети отмечаются искажения напряжения сети со спектром гармоник, соответствующим спектру гармоник тока, Так, при угле отпирания

90 уровень третьей гармоники достигает

33 . Кроме того, применение в тиристорных ключах тиристоров с принудительной коммутацией ставит проблему согласования тока управления с током нагрузки в момент запирания, что обуславливает низкую надежность работы преобразователя с принудительной коммутацией, 5

Таким образом, известные устройства имеют невысокие энергетические показатели и недостаточную надежность работы.

Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки.

Укаэанная цель достигается тем, что в преобразователь введены нуль-орган, второй, третий и четвертый ограничительные резисторы, трансформатор тока и управляющий выпрямительный мост, переменный резистор управления, причем вход трансформатора тока включен между вторым выводом первого тиристорного ключа и первым выводом для подключения первой нагрузки, выход трансформатора тока через управляющий выпрямительный мост и третий ограничительный резистор подключен к базе первого транзистора, выводы коллектор-эмиттер которого соединены последовательно с выводами коллектор-эмиттер второго транзистора и включены между отрицательным выходным выводом источника питания и управляющим электродом Оервого тиристорного ключа, положительный выходной вывод источника питания через последовательно соединенный второй ограничительный резистор и фототранзистор оптрона подключен к управляющему электроду первого тиристорного ключа, к выходным выводам стабилизатора напряжения подключены последовательные цепи из первого диода и цепи питания первого фазосдвигающего блока и второго диода и цепи питания второго фаэосдвигающего блока соответственно, выход первого фаэосдвигающего блока соединен с переходом эмиттер-база второго транзистора, выход второго фазосдвигающего блока соединен с входом управления второго тиристорного ключа, входы управления первого и второго фаэосдвигающих блоков через третий и четвертый диоды соответственно, переменный резистор управления и первый ограничительный резистор подключены к положительному выводу стабилизатора напряжения, вход нуль-органа включен между первым и вторым выводами для подключения сети, а к выходу нуль-орлеана подключен светодиод оптрона.

На фиг.1 приведена электрическая схема регулируемого преобразователя переменного напряжения в переменное: на фиг.2 — осцилограммы токов и напряжений в сети и на нагрузках; на фиг.3 — спектральный состав суммарного тока I регулируемого преобразователя переменного напряжения в переменное (v> — 1-я гармоI ника; з — 3-я гармоника; v> — 1-я гармоника

1707715 тока тиристорного регулятора; мз - 3-я гармоника тока при работе эквивалентной нагрузки тиристорного регул яторэ с отстающим коэффициентом мощности.

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное содержит первый тиристорный ключ 1, в качестве которого применен двухоперационный тиристор, подключенный к сторонам выпрямительного моста 2. Второй тиристорный ключ 3 выполнен на базе симметричного тиристора. Первые выводы первого 1 и второго 3 тиристорных ключей объединены и подключены к первому выводу 4 для подключения сети. К второму выводу для подключения нагрузки первого тиристорного ключа 1 подключен первый вывод первичной обмотки трансформатора 5 тока, второй вывод которой соединен с первым выводом первой нагрузки 6. К второму выводу второго тиристорного ключа 3 подключен первый вывод второй нагрузки 7. Вторые выводы нагрузок 6 и 7 объединены и подключены к второму выводу для подключения сети 8. K выводам 4 и 8 подключены входы нуль-органа 9, стабилизатора 10 напряжения и источника 11 питания. K выходным выводам стабилизатора 10 напряжения включены последовательные цепи из первого диода

12 и цепи питания первого фаэосдвигающего блока 13, второго диода 14 и второго фазосдвигающего блока 15. Вход управления первого фазосдвигающего блока 13 через третий диод 16 соединен с первым выводом переменного резистора 17 управления. Вход управления второ о фазосдвигающего блока 15 через четвертый диод 18 соединен с вторым выводом резистора 17.

Средний вывод резистора 17 управления через первый ограничительный резистор 19 соединен с положительным выходным выводом стабилизатора 10 напряжения. Положительный выходной вывод источника 11 питания через последовательно соединенные второй ограничительный резистор 20 и фототранзистор оптрона 21 подключен к управляющему электроду первого тиристорного ключа 1. Отрицательный выходной вывод источника 11 питания через последовательно соединенные выводы эмиттерколлектор первого 22 и второго 23 транзисторов также соединен с управляющим электродом тиристорно о ключа 1. Выход трансформатора 5 тока через управляющий выпрямительный мост 24 и третий ограничительный резистор 25 подключен к базе первого транзистора 22. Выход первого фаэосдвигающего блока 13 соединен с переходом эмиттер-база второго транзистора 23. Выход второго фазосдви5

55 гающего блока 15 соединен с входом управления второго тиристорного ключа 3. K выходу нуль-оргвнв 9 подключен светодиод

21.1. транзисторного оптрона 21. База фототранзисторв 21 соединена с эмиттером через базовый резистор 26. в база транзистора 22 — с змиттером через базовый резистор 27.

Стабилизатор 10 содержит балластный резистор 28 и стабилитрон 29, подключенные к полюсам постоянного тока выпрямительного моста 30. Фазосдвигвющие блоки

13 и 15 содержат однопереходный транзистор 31, эмиттер которого соединен с конденсатором 32 и является управляющим входом блока, Первая база транзистора 31 соединена с первичной обмоткой импульсного трансформатора 33, вторичная обмотка которого является выходом фаэосдвигэющего блока. Вторая база транзистора 31 через базовый резистор 34 подключена к положительному полюсу фазосдвигающего блока. Нуль-орган 9 имеет выпрямитель мост 35, полюса переменНОГО тОка KOTOpOlo являются Входом нуль-органа. K полюсам постоянного тока моста 35 подключены цепочка из первого резистора 36, первого диода 37 и конденсатора 38 и цепочка иэ второго 39 и третьего

40 резисторов. K точке соединения диода 37 с конденсатором 38 подключен эмиттер транзистора 41. База транзистора 41 подключена к точке соединения резисторов 39 и 40. Коллектор транзистора 41 через второй диод 42 и отрицательный полюс моста

35 через четвертый резистор 43 подключены к выходу нуль-органа. Средний вывод резистора 17 может быть установлен в любое из положений: от точки а до точки в, при этом в точке б данный вывод занимает среднее положение, относительно точек а и в.

При установке среднего вывода реэистора 17 в положение а регулируемый преобразователь переменного наг1ряжения в переменное работает следующим образом.

В начале полупериода напряжения (фиг.2а) с выхода нуль-органа 9 на светодиод

21.1 оптрона 21 при угле отпирания и - 0 подается сигнал управления. При этом открывается фототранзистор оптрона 21. При открывании данного фототранзистора от положительного полюса источника 11 на управляющий электрод тиристора 1 подается ток отпирания. Тиристор 1 отпирается и через него, первичную обмотку, трансформатор 5 тока и нагрузку 6 течет ток i > (фиг. 2б).

Напряжение, снимаемое с выхода стабилизатора 10, через резистор 19 поступает на управляющие входы фаэосдвигающих блоков 13 и 15. При этом к фазосдвигающему

1707715 блоку 13 подводится напряжение, ограниченное только падением напряжения на резисторе 19, а к фазосдвигающему блоку

15 — напряжение, ограниченное суммой падений напряжений на резисторах 19 и 17, С фазос,г вигающего блока 13 через фазовый угол а1 снимается напряжение управления и прикладывается к базе транзистора 23, 8 завис мости от величины рабочего тока с вторичной обмотки трансформатора 5 тока снимается напряжение, которое после выпрямления прикладывается к базе транзистора 22, который является регулируемым сопротивлением. При отпирании транзистора 23 на управляющий электрод тиристора

1 подается от отрицательного полюса источника 11 напряжение отрицательной полярности, что приводит к принудительному эапиранию тиристора 1.

Таким образом, проводимость тиристорного ключа 1 имеет длительность

Oi. Поскольку на фаэосдвигающий блок 15 подается пониженное напряжение управления (за счет падений напряжений на резисторах 17 и 19). с выхода фаэосдвигающего блока 15 снимается сигнал управления на тиристор 3 с фаэовым углом Q. Тиристор 3 отпирается и проводит ток iz нагрузки 7 в

1f течение времени, Oi после перехода тока через нуль тиристор 3 запирается.

Таким образом. с учетом проводимости

0 тиристора 1 и 81" тиристора 3 суммарный ток I-= I> + i2 имеет вид, показанный на фиг,2г. В данном случае регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное работает в режиме 1 0> -0I <

< л/2.

При установке среднего вывода резистора 17 в положение б на управляющие входы фазосдвигающих блоков 13 и 15 подаются равные величины напряжений. В этом случае на тиристор 1 подается положительный сигнал управления в соответствии с сигналом, снимаемым с выхода нуль-органа 9, т.е. в точке a = О. Тиристор 1 открывается и по нему течет ток I> (фиг, 2б, режим 2).

По истечении времени ® e фазовом угле а2 - л/2 с фаэосдвигающего блока 13 на транзистор 23 подается сигнал управления.

Транзистор 23 коммутирует цепь запирающего отрицательного напряжения на тиристор 1, который запирается, В этот момент а2 - л/2 с выхода фазосдвигающего блока

15 снимается сигнал управления, который отпирает тиристор 3. Тиристор 3 проводит ток iz в течение времени до перехода тока через нуль, при котором тиристор 3 запирается. Таким образом, через нагрузку 5 проходит ток 11 в период 02 = л /2, а через

ff нагрузку 7 проходит ток l2 в период

=- л /2, Суммарный ток комплекса Iy= li + lg имеет формулу синусоиды (фиг,2г, режим 2) при условии 0; = 6 = т/2.

При установке среднего вывода резистора 20 в положение в к управляющему выходу блока 13 подается напряжение, ограниченное падением напряжения на резисторах 19 и 17, а к управляющему входу блока 15 подводится напряжение, ограниченное падением напряжения только на резисторе 19. В этом случае в начале полупериода приа= Оотпирается тиристор

1 по описанной технологии, а через фазовый

f угол аэ данный тиристор принудительной запирается. Формирование сигнала управления на тиристор 3 производится в точке !

1 аэ. В конце полупериода напряжения (в нуле синусоиды) данный тиристор 3 запирается, I

Тиристор 1 запирается в точке аз при формировании сигнала с блока 13.

Таким образом, в режиме 3 по нагрузке

6 проходит ток в течение времени, а по

If нагрузке 7 — в течение времени 65 в пределах полупериода сетевого напряжения (фиг,2, режим 3), причем 5 = 5 > л /2. Ток запирания тиристора 1 постоянно корректируется сопротивлением транзистора 22, управляемым рабочим током I>, величина которого определяется значениями нагрузки 6 и мгновенным значением ceresоro напряжения.

При сравнении работы предлагаемого преобразователя с работой обычного тиристорного регулятора с фаэовым регулированием напряжения на эквивалентную нагрузку, например регулятора типа ТОН-3220, видно, что уровень высших гармоник тока снижается при вариации угла проводимости 0 тиристоров. При углах 0 = 90 третья гармоника v = 3 принимает нулевое значение. улучшение качественных показателей регулируемого преобразователя переменного напряжения в переменное особенно видно в сравнении с величиной

3-й гармоники тока обычных тиристорных регуляторов — с отстающим коэффициентом мощности при угле проводимости тиристорных ключей О= 90, Предлагаемый преобразователь переменного напряжения в переменное обладает повышенной надежностью работы при широком диапазоне токовых нагрузок, обеспечивает уменьшение содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки. что обусловливает повышение качественных показателей системы электроснабжения, Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное приме

1707715

10 ним в осветительных, термических и других электротехнических установках с активной секционной нагрузкой.

Формуле изобретения

Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий первый и второй тиристорные ключи, первые выводы которых объединены 10 и подключены к первому выводу для подключения сети, первые и вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок, причем вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок соединены с вто- 15 рым выводом для подключения сети, второй вывод второго тиристорного ключа соединен с первым выводом для подключения второй нагрузки, стабилизатор напряжения, первый и второй фазосдвигающие бло- 20 ки, первый ограничительный резистор, источник питания, вход которого соединен с первым и вторым выводами для подключения сети, первый и второй транзисторы и оптрон, соединяющие выходные выводы ис- 25 точника питания с управляющим электродом первого тиристорного ключа, катод которого соединен с общим выходным выводом источника питания, о т л и ч а юшийся тем, 4ТО, с целью повышения 30 надежноcòè и уменьшения содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки, введены нуль-орган, второй, третий и четвертый ограничительные резисторы, трансформатор тока и управляющий выпря- 35 мительный мост, переменный резистор уграеления, причем вкод трансформаторэ тока включен между вторым выводом перво го тиристорного ключа и первым выводом для подключения первой нагрузки, выход трансформатора тока через уграеляющий выпрямительный мост и третий ограничительный резистор подключен к базе первого транзистора, выводы коллектор-эмиттер которого соединены последовательно с выводами коллектор-эмиттер второго транзистора и включены между отрицательным выходным выводом источника питания и управляющим электродом первого тиристорного ключа. положительный в. ходной вывод источника питания через последовательно соединенные второй ограничительный резистор и фототранзистор оптрона подключен к управляющему электроду первого тиристорного ключа, к выходным выводам стабилизатора напряжения подключены последовательные цепи из первого диода и цепи питания первого фазосдвигающего блока и второго диода и цепи питания второго фаэосдвигающего блока соответственно, выход первого фазосдвигающего блока соединен с переходом эмиттер-база второго транзистора, выход второго фаэосдвигающего блока соединен с входом управления второго тиристорного ключа, входы управления первого и второго фазосдвигающих блоков через третий и четвертый диоды соответстее;;но, переменный резистор управления и первый ограничительныи резистор подключены к положительнзму выводу стабилизатора напряжения, вход нуль-органа включен между первым и вторым выводами для подключения сети, а к выходу нуль-органа подключен светодиод оптрона.

1707715

Составитель В, Соколов

Техред М.Моргентал Корректор М. Кучерявая

Редактор И,Шмакова

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

Заказ 273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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