Преобразователь переменного напряжения в переменное (регулятор переменного напряжения (тока))

 

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве трехфазного преобразователя переменного напряжения в переменное, регулятора переменного напряжения или тока. Сущность изобретения заключается в изменении совокупности существенных признаков известного устройства, введении ограничителей тока и управляемых сопротивлений и изменении способа управления управляемыми вентилями устройства, позволяющими ограничить ток перегрузки и коротких замыканий устройства, а также уменьшить потребляемую мощность цепи управления, обеспечении самоформирования упрваляющего включающего сигнала оптимально минимальной длительности и мощности, обеспечении комбинированных способов как включения, так и выключения, позволяющих уменьшить коммутационные потери управляемых вентилей устройства, увеличить их предельно допустимые параметры изменения нагрузки и ее характера, обеспечении автоматического самовыключения управляемых вентилей или всего устройства при перегрузке или коротких замыканиях, регулировании тока или напряжения нагрузки и с помощью ограничителя тока и при выключении и др. Устройство содержит управляемые вентили, ограничители тока, управляемые сопротивления, нагрузку, выводы для подключения соответствующих управляющих источников, дополнительный управляющий вход управляемых сопротивлений. Новым в устройстве являются ограничители тока, управляемые сопротивления, способы управления и связи, подключение выводов. 7 з.п. ф-лы, 44 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве преобразователя переменного напряжения в переменное (в трехфазной сети переменного тока).

Известен регулятор переменного напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику управляющего напряжения, а вторичная между базами двух транзисторов, включенных последовательно с цепью нагрузки, эмиттерно-коллекторные и база-эмиттерные переходы которых зашунтированы диодами, коллекторы транзисторов соединены между собой.

Недостатком такого регулятора является узость функциональных возможностей.

Известно также устройство для регулирования трехфазного напряжения, содержащее регулирующий орган, включенный пофазно между входными и выходными выводами и выполненный в виде управляемых двунаправленных ключей, каждый из которых зашунтирован индуктивным элементом, в качестве индуктивного элемента использованы три однофазных трансформатора, первичная и вторичная обмотка каждого из которых подключена параллельно паре управляемых ключей двух соответствующих смежных фаз регулирующего органа и включены при этом встречно относительно друг друга.

Недостатком такого устройства является его сложность, вызванная использованием относительно большого числа управляемых вентилей (ключей) и трансформаторов и сложностью блока управления управляемыми вентилями.

Известен также наиболее близкий к предложенному трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий трехфазную нагрузку, первые выводы которой предназначены для подключения трехфазного переменного источника питания, вторые выводы которой подключены к выводам треугольника, образованного управляемыми вентилями, управляющие выводы которых подключены к соответствующим первым и вторым выводам для подключения соответствующих управляющих источников соответствующих управляемых вентилей.

Недостатком такого преобразователя является относительно малая надежность устройства, вызванная неограниченностью тока при кратковременном или длительном коротком замыкании или перегрузке нагрузки (тиристоров), например, при включении трехфазного двигателя или емкостном характере нагрузки, а также относительно большая потребляемая мощность управляющих источников управляемых вентилей устройства, вызванных относительно большим разбросом времени включения управляемых вентилей, в зависимости от нагрузки, сложность управления, узость функциональных возможностей, вызванных относительно узким предельно допустимым частотным диапазоном многофазного источника питания.

Целью предлагаемого устройства является увеличение надежности (защищенности устройства) и уменьшение потребляемой мощности цепи управления, расширение функциональных возможностей и увеличение защищенности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в переменное (регулятор переменного напряжения), содержащий управляемые вентили, первые выводы которых предназначены для подключения к соответствующим первым выводам для подключения соответствующей фазной нагрузки, вторые выводы которой предназначены для подключения к соответствующим фазным выводам для подключения трехфазного переменного источника питания, управляющий вывод соответствующего управляемого вентиля подключен к соответствующему первому выводу для подключения соответствующего управляющего источника соответствующего управляемого вентиля, введены дополнительно три ограничителя тока и три управляемых сопротивления, причем второй вывод соответствующего управляемого вентиля подключен к первому выводу ограничителя тока и через соответствующее управляемое сопротивление подключен к второму выводу для подключения соответствующего управляющего источника данного управляемого вентиля, а управляющий вывод управляемого сопротивления подключен к соответствующему второму выводу ограничителя тока своей цепи и соответствующему первому выводу последующего управляемого вентиля, образующего треугольник последовательных цепей из соответствующих управляемых вентилей и ограничителей тока, кроме того, достигается тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный управляющий вход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному или соответствующему дополнительному датчику или индикатору, или управляющему источнику, или выходу или выполнен или соответственно выполнен в виде датчика или индикатора, или различной их совокупности; достигается тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему управляющему входу управляемого вентиля своей цепи; достигается тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему управляющему входу дополнительно введенного соответствующего управляемого ключа (сопротивления), причем управляющий вывод соответствующего управляемого вентиля дополнительно подключен к соответствующему второму выводу ограничителя тока своей цепи через введенный (введенное) управляемый (управляемое) ключ (сопротивление) или через дополнительно введенную соответствующую последовательную цепь из управляемого ключа (сопротивления) и/или дополнительного источника питания, например предварительно заряженного конденсатора, дополнительного выхода управляемого сопротивления или датчика, или индикатора, или управляющего входа, или выхода, или различной их совокупности; достигается тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему управляющему входу дополнительно введенного соответствующего управляемого ключа (сопротивления), причем соответствующая точка соединения соответствующих второго вывода управляемого вентиля и первого вывода ограничителя тока дополнительно подключена к первому выводу своего управляемого вентиля через дополнительно введенный (введенное) управляемый ключ (сопротивление) или через введенную соответствующую последовательную цепь из управляемого ключа (сопротивления) и /или дополнительного источника питания, например предварительно заряженного конденсатора, или дополнительного выхода управляемого сопротивления, или датчика, или индикатора, или управляющего входа, или выхода, или различной их совокупности; достигается тем, что соответствующий ограничитель тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему управляющему, или дополнительному управляющему входу управляемого сопротивления, или управляемого ключа (сопротивления), или управляемого вентиля, или своей цепи или всех цепей, или их совокупности; достигается тем, что соответствующий ограничитель тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный управлящий вход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному или соответствующему дополнительному датчику или индикатору, или выходу, или выполнен в виде датчика или индикатора, или различной их совокупности.

Сущность изобретения заключается в изменении совокупности существенных признаков известного устройства, введении ограничителей тока и управляемых сопротивлений, позволяющих повысить надежность устройства, обусловленных ограничением тока коротких замыканий нагрузки или ее перегрузки, или несимметричности и других, а также уменьшение потребляемой мощности цепи управления, обусловленных изменением способа управления управляемыми вентилями, позволяющими обеспечить самоформирование управляющих включающих сигналов (в том числе комбинированных) оптимально минимальной длительности, учитывающей практически все параметры трехфазного источника питания, нагрузки, индивидуальные параметры используемых управляемых вентилей, их ВАХ, перегрузку и влияние внешних воздействий, например температуры, перегрузки на параметры управляемых вентилей, а также всевозможных параметров управляющих источников, например крутизны, скважности импульсов, частоты, формы управляющего сигнала и других на процесс включения управляемых вентилей и их удержания во включенном состоянии, использование же всевозможных способов включения или выключения, или и включения и выключения позволяет обеспечить дополнительные положительные эффекты, например расширение функциональных возможностей, уменьшение потребляемой мощности, улучшение массогабаритных показателей и других, а также оебспечение защищенности устройства от перегрузки или коротких замыканий и других, позволяющих обеспечить автоматическое отключение устройства при возникновении аварийного состояния и т.д.

Проведенный патентный поиск показал отсутствие преобразователей переменного напряжения в переменное с предложенной совокупностью существенных признаков, позволяющих обеспечить получение положительного эффекта (увеличение надежности защищенности и уменьшение потребляемой мощности цепи управления), вследствие чего предложенное техническое решение может быть признано соответствующим критерию изобретения "Существенные отличия".

На фиг.1 изображена функциональная (принципиальная) электрическая схема предлагаемого устройства, где в качестве управляемого вентиля используется одно- или двухоперационный управляемый вентиль, в качестве ограничителя тока используется линейный элемент резистор, в качестве управляемого сопротивления используется усилительный элемент, выполненный на полевом транзисторе (типа МДП), используется и дополнительный оптический управляющий вход, включенный в цепь управляющего входа (цепь затвор-исток) усилительного элемента; на фиг.2-фиг.44 изображены некоторые другие исполнения элементов устройства, связи, управления и др.

Устройство содержит управляемые вентили 1 (1-1, 1-2, 1-3), ограничители тока 2 (2-1, 2-2, 2-3), управляемые сопротивления 3 (3-1, 3-2, 3-3), причем соответствующие управляемые вентили 1 (1-1, 1-2, 1-3) и ограничители тока 2 (2-1, 2-2, 2-3) включены последовательно, причем первые выводы (аноды) соответствующих управляемых вентилей 1 (1-1, 1-2, 1-3) подключены к первым выводам 4 (4-1, 4-2, 4-3) для подключения нагрузки 5 (5-1, 5-2, 5-3), вторые выводы которых предназначены для подключения к выводам 6 (6-1, 6-2, 6-3) для подключения трехфазного источника питания, управляющие выводы (управляющие электроды) соответствующих управляемых вентилей 1 (1-1, 1-2, 1-3) подключены к первым выводам 7 (7-1, 7-2, 7-3) для подключения соответствующих управляющих источников соответствующих управляемых вентилей 1 (1-1, 1-2, 1-3), а соответствующие точки соединения вторых выводов соответствующих управляемых вентилей 1-1, 1-2, 1-3 и соответствующих первых выводов ограничителей тока 2-1, 2-2, 2-3 подключены к соответствующим вторым выводам 8 (8-1, 8-2, 8-3) для подключения соответствующих управляющих источников соответствующих управляемых вентилей 1-1, 1-2, 1-3 через соответствующие управляемые сопротивления 3-1, 3-2, 3-3, выполненные на соответствующих усилительных элементах-транзисторах 9-1, 9-2, 9-3, управляющие выводы которых (выводы резисторов, подключенных к затворам усилительных элементов 9) 10-1, 10-2, 10-3 подключены к соответствующим вторым выводам соответствующих ограничителей тока 2-1, 2-2, 2-3 (последовательных цепей свои) и соответствующим первым выводам управляемых вентилей 1-2, 1-3, 1-1, образуя треугольник из последовательно включенных цепей из управляемых вентилей 1 и ограничителей тока 2, управляемых сопротивлений 3-1, 3-2, 3-3, содержит дополнительный управляющий вход 11 (11-1, 11-2, 11-3), включенный в цепь управляющего входа управляемого сопротивления 3-1, 3-2, 3-3 между затвором и истоком его усилительного элемента 9 (9-1, 9-2, 9-3), выполненный в виде оптически управляемого элемента-фотодиода, подключенного к соответствующему дополнительному общему или датчику или индикатору, или управляющему источнику 12 (12-1, 12-2, 12-3).

Устройство (см. фиг. 2) отличается тем, что управляемое сопротивление 3 (3-1, 3-2, 3-3) содержит дополнительный выход 13 (13-1, 13-2, 13-3), выполненный в виде трансформатора тока, в цепь вторичной обмотки которого включен оптический излучатель, оптический выход которого подключен к дополнительному оптическому управляющему входу соответствующего (своего) управляемого вентиля 1 (1-1, 1-2, 1-3).

Устройство (см.фиг.3) отличается тем, что его дополнительный управляющий оптический вход выполнен в виде фото- или опторезистора, а дополнительный выход 13 выполнен в виде встречно-параллельно включенных во вторичную обмотку трансформатора тока оптических излучателей, выполненных в виде светодиодов или лазеров, например типа GaAIAS-излучателей, причем оптический излучатель, совпадающий с включащим сигналом (током) управляемого сопротивления 3 для данного (своего) управляемого вентиля (его управляющего электрического входа) 1 оптронно или с помощью волоконно-оптической линии связи (ВОЛС), а оптический излучатель, совпадающий с выключающим (запирающим) сигналом (током) управляемого сопротивления 3 для своего управляемого вентиля 1, подключен оптически к управляющему входу дополнительно введенного соответствующего управляемого ключа (сопротивления) 14 (14-1, 14-2, 14-3), выполненного в виде опто- или фототиристора, причем управляющий вывод (управляющий электрод) управляемого вентиля 1-1, 1-2, 1-3 дополнительно подключен к второму выводу ограничителя тока 2 (2-1, 2-2, 2-3) через введенный соответствующий управляемый ключ 14 (14-1, 14-2, 14-3).

Устройство (см. фиг.4) отличается тем, что соответствующий дополнительный управляющий вход источника 12 (12-1, 12-2, 12-3) соответствующего управляемого сопротивления 3 (3-1, 3-2, 3-3) выполнен в виде ключа, например геркона, или контактов реле, или блока управления и других включений последовательно с управляющим входом 10 (10-1, 10-2, 10-3), дополнительный выход 13 которого выполнен в виде параллельно включенных вентиля (последовательной цепи из диода и резистора) и первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого включена как в цепь управления дополнительно введенного управляемого ключа (сопротивления) (двунаправленного) 15 (15-1, 15-2, 15-3), выполненного на транзисторах, так и последовательно с его выходом, причем соответствующая точка соединения второго вывода (катода) управляемого вентиля 1 (1-1, 1-2, 1-3) и первого вывода ограничителя тока 2 (2-1, 2-2, 2-3) дополнительно подключена к первому выводу (аноду) своего управляемого вентиля 1 (1-1, 1-2, 1-3) через последовательно включенную цепь из введенных управляемого ключа (сопротивления) 15 (15-1, 15-2, 15-3), дополнительного выхода 13 (13-1, 13-2, 13-3), соответствующих управляемых сопротивлений 3 (3-1, 3-2, 3-3) и управляющего входа (трансформатора тока или трансформатора) соответствующего дополнительного управляемого ключа (сопротивления) 14 (14-1, 14-2, 14-3).

Устройство (см.фиг.5) отличается некоторым возможным исполнением дополнительного источника питания 16 (16-1, 16-2, 16-3).

Устройство (см. фиг. 6) отличается тем, что точка соединения соответствующих вторых выводов управляемых вентилей (катодов) 1 (1-1, 1-2, 1-3) и первых выводов соответствующих ограничителей тока 2 (2-1, 2-2, 2-3) дополнительно подключена к соответствующему выводу для подключения соответствующей фазы источника питания через последовательно включенную цепь из соответствующего управляемого ключа (сопротивления) 15 и RC-цепи (сопротивления) 15-1, 15-2, 15-3) и управляющего (например, соответствующего) входа управляемого ключа (сопротивления) 14 (14-1, 14-2, 14-3), последовательно с которым включен датчик или индикатор, или управляющий вход, или выход источника 12 (12-1, 12-2, 12-3).

Устройство (см.фиг.7) отличается тем, что дополнительный источник питания, предварительно заряженный конденсатор 16 (16-1, 16-2, 16-3), выполненный в виде двух, а также двух параллельных цепей из соответствующих управляемых ключей (сопротивлений) 15 и дополнительных источников питания 16.

Устройство (см.фиг.8) отличается другим из бесконечного числа возможным исполнением выходов 13 или ограничителей тока 2.

Устройство (см.фиг.9) отличается другим из бесконечного числа возможным исполнением управляемых сопротивлений 3, где усилительный элемент 9 (9-1, 9-2, 9-3) выполнен в виде двухкаскадного, дополнительный управляющий вход в котором включен во входной каскад, отличается исполнением ограничителя тока 2 или в виде линейного (резистора) или нелинейного, например, в виде резистора или параллельно включенных резисторов и вентиля.

Устройство (см.фиг.10) отличается некоторым другим из относительно большого многообразия исполнением управляемых сопротивлений 3.

Устройство (см.фиг.11-фиг.44) отличается некоторыми другими исполнениями элементов устройства, его связей, управлений и др.

Устройство работает следующим образом.

При наличии силового трехфазного источника питания на выводах 6 (6-1, 6-2, 6-3) и наличии нагрузки 5 (5-1, 5-2, 5-3), при напряжении управляющих источников, подключенных к управляющим первым 4 и вторым 7 выводам, равным нулю и близким к нулю, или запирающем напряжении, управляемые вентили 1 (1-1, 1-2, 1-3) находятся в выключенном состоянии, и ток нагрузки 5 (5-1, 5-2, 5-3) равен нулю, напряжение нагрузки также равно нулю.

При использовании в качестве управляющих напряжений относительно низковольтных управляющих напряжений включения: "+" вывода 7 (7-1, 7-2, 7-3) и "-" вывода 8 (8-1, 8-2, 8-3) по цепи управляющих входов соответствующих управляемых вентилей 1 (1-1, 1-2, 1-3) потечет включающий (прямой) ток: "+" вывода (7-2, 7-3), управляющий вход (управляющий электрод-катод) управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3), относительно малое сопротивление 3-1 (3-2, 3-3), так как управляющий вывод соответствующего управляемого вентиля 3-1 (3-2, 3-3), его затвор подключен к своему входному выводу (стоку) через ограничитель тока 2-1 (2-2, 2-3), напряжение на котором равно нулю, и "-" вывода 8-1 (8-2, 8-3). Под воздействием накопленного включающего (прямого) сигнала (тока) управляющего входа (управляющий электрод-катод) управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3) и при наличии положительного силового напряжения на силовых выводах (первом аноде и втором катоде) управляемый вентиль начинает включаться, при этом протекает силовой ток: "+" вывода 6-1 (6-2, 6-3), нагрузка 5-1 (5-2, 5-3), вывод 4-1 (4-2, 4-3), силовые выводы (анод на катод) управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3), ограничитель тока 2-1 (2-2, 2-3), вывод 4-2 (4-3, 4-1), нагрузка 5-2 (5-3, 5-1) и "-" вывода 6-2 (6-3, 6-1).

Увеличение силового тока приводит к увеличению падения напряжения на нагрузке 5-1, 5-2 (5-3, 5-1) и ограничителе тока 2-1 (2-2, 2-3). Увеличение же напряжения на соответствующем ограничителе тока 2-1 (2-2, 2-3) приводит к уменьшению включающего (прямого) сигнала (тока) управляющего входа соответствующего управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3), так как увеличение падения напряжения на ограничителе тока 2-1 (2-2, 2-3) приводит к уменьшению управляющего открывающего сигнала (напряжения) на управляющем входе (выводе 10-1, 10-2, 10-3) на переходе затвор-исток, вплоть до полной отсечки управляющего источника (выводы 7-1, 8-1 (7-2, 8-2, 7-3, 8-3), при достижении силового тока управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3) величины, достаточной для его включения и удержания во включенном состоянии без включающего тока управляющего входа (например, или токе включения или подхватывающем, или удерживающем).

При уменьшении же величины силового тока данного управляемого вентиля менее тока удержания, например, при уменьшении проводимости нагрузки 5 (5-1, 5-2, 5-3) уменьшается падение напряжения на соответствующем ограничителе тока 2-1 (2-2, 2-3), что приводит к уменьшению сопротивления 3-1 (3-2, 3-3), увеличению открытия транзистора 9-1 (9-2, 9-3), что позволяет обеспечить удержание соответствующего управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3) и при меньшей нагрузке, при отсутствии же включающего напряжения на выводах 7-1, 8-1 (7-2, 7-3, 8-2, 8-3) (уменьшение напряжения управляющего источника до величины порогового неотпирающего напряжения) управляемый вентиль 1-1 (1-2, 1-3) самовыключается или запирается по цепи управляющего входа, при наличии на управляющих выводах 7-1 и 8-1 (7-2, 7-3, 8-2, 8-3) напряжения управляющего источника противоположной полярности включающему, т.е. "+" вывода 8-1 (8-2, 8-3) и "-" вывода 7-1 (7-2, 7-3), при этом по цепи управляющего входа (управляющий электрод-катод) управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3) потечет запирающий (обратный) ток: "1" вывода 8-1 (8-2, 8-3), p-n-переход (или дополнительный вентиль-диод) управляемого сопротивления (МДР-транзистора p-n-переход подложка-сток)) 3-1 (3-2, 3-3), управляющий вход (катод-управляющий электрод) управляемого вентиля 1-1 (1-2, 1-3) и "-" вывода 7-1 (7-2, 7-3). Под воздействием запирающего тока (сигнала) управляемый вентиль запирается,
отключая нагрузку 5 от трехфазногро источника питания (или его фазы).

Устройство работоспособно и при подаче управляющих импульсных напряжений от управляющего источника, например относительно высокочастотных или широтно-импульсных, или фазоимпульсных и многих других, при этом устройством будет учитываться момент включения управляемых вентилей 1, всевозможные параметры силового источника питания, фазовый сдвиг, угол включения и т.д. величина нагрузки и ее характер и другие параметры используемого управляемого вентиля, влияние внешних условий коммутации, например температуры, перегрузки и других, причем во всех случаях устройством будет обеспечиваться самоформирование управляющих включающих сигналов (токов) оптимально минимальной длительности. Использование же ограничителей тока 2 позволяет ограничить максимально допустимый ток при максимальной нагрузке и исключить прожиг переходов управляемых вентилей, например, при использовании в качестве нагрузки 5 емкостной или активно-емкостной нагрузки, или при включении двигателя на относительно большую его нагрузку или трансформатора с переменной нагрузкой в его вторичной обмотке (см. например, фиг.40 и др.), а использование ограничителей тока 2 и управляемых сопротивлений 3 позволяет уменьшить и потребляемую мощность (наряду с увеличением надежности устройства)
управляющего источника (блока управления), использование нового способа управления и его устройства, управляющего источника и управляющих входов управляемых вентилей, особенно с относительно большой крутизной нарастания силового тока. Отключение же управляющего источника при токе включающем (подхватывающем, удерживающем и другом) позволяет уменьшить суммарный ток управляющего входа и структуры, протекающий при включении вблизи мест подключения электрически управляющего входа управляемого вентиля, позволяет уменьшить как величину, так и скорость нарастания силового тока, протекающего по первоначально включаемой площади структуры, протекающей в основном при включении вблизи места подключения электрически управляющего входа, и тем самым уменьшить вероятность прожига переходов управляемого вентиля при его включении, следовательно, увеличить надежность всего устройства.

Использование же в управляемых сопротивлениях 3 дополнительных управляющих входов 11 (11-1, 11-2, 11-3), подключенных к дополнительному или соответствующему, или общему или датчику или индикатору, или управляющему источнику, например, блока управления 12 или 12-1, 12-2, 12-3 позволяет обеспечить использование в качестве управляющего источника относительно длительного напряжения, а включение его осуществлять импульсно, например, управляющим источником блока управления, или датчиком, например, полярности напряжения и другим, например, автоматически отключать включающий сигнал, например, при перегрузке или коротком замыкании или регулировать угол включения (изменять), например, при регулировании выходного напряжения или тока, или отключать включающий сигнал на длительное время, например, при коротком замыкании при использовании в качестве датчика или приемника (дополнительного управляющего входа 11) элемента с запоминанием сигнала или датчика, или индикатора 12 (12-1, 12-3 или 12), например датчика нагрузки, перегрузки лифта и др. Причем в зависимости от исполнения или включения управляющего входа, или исполнения его в качестве датчика или индикатора 11 (12) возможны различные его управления, например, включение его последовательно с управляющим выводом 10 (см. например, фиг.4, 40, 15-17, 12, 19, 20, 26-39, 39-1 и другие ) или в цепи включения или выключения, или в цепи и включения и выключения управляемого или управляемых сопротивлений 3, причем исполнения их могут быть всевозможными или последовательно, или параллельно, или последовательно-параллельно и т.д.

Использование же дополнительных выходов 13 соответствующих управляемых сопротивлений 3 (3-1, 3-2, 3-3) (см. например, фиг.2,3,4, 6-41 и другие), подключенных к управляющему или соответствующему управляющему входу управляемого вентиля 1 (1-1, 1-2, 1-3), или управляемого ключа (сопротивления) 14, или 15, или ограничителя тока 2 или их различной совокупности позволяет обеспечить дополнительные эффекты. Например, подключение выхода оптического к дополнительному оптическому входу управляемого вентиля 1 (1-1, 1-2, 1-3), например, области наиболее удаленной от мест подключения электрического управляющего вывода (управляющего электрода), позволяет обеспечить уменьшение задержки включения соответствующего управляемого вентиля, так как одновременно с оптическим облучением без задержки на инжекцию носителей заряда, характерным для электрически управляющего входа управляемого вентиля, образуются фотоносители в другой базе, особенно при облучении оптическим излучателем с относительно длинноволновым спектром частот, обеспечивающим относительно глубокое проникновение фотонов в структуру управляемого вентиля, протекание силового тока управляемого вентиля в структуре,
наиболее удаленной от мест подключения электрически управляющего входа, и наличие фотононосителей относительно коротковолнового спектра частот оптического излучателя, проникающего на относительно небольшую глубину, позволяют увеличить плотность включающего тока управляющего входа управляемого вентиля в цепи структуры управляющего входа, наиболее удаленной от мест подключения электрического управляющего вывода, что позволяет увеличить проводимость управляющего входа соответствующего управляемого вентиля, увеличить включающий ток управляемого вентиля и особенно ток включения, протекающий вдали от места подключения электрического управляющего входа, что позволяет также увеличить первоначально включаемую площадь соответствующего управляемого вентиля, следовательно, увеличить как амплитуду, так и скорость нарастания предельно допустимого тока управляемого вентиля при его включении, расширить предельно допустимый диапазон изменения нагрузки, уменьшить потребляемую мощность как управляющего источника, так и управляющего входа сответствующего управляемого вентиля, уменьшить его коммутационные потери. В существующих управляемых вентилях для увеличения первоначально включаемой площади (т.е. для расширения предельно допустимой скорости нарастания тока при включении,
следовательно, и нагрузки) увеличивают расстояние от мест подключения электрически подключаемого вывода до очередного перехода, например, n-катода, что увеличивает значительно как потребляемую мощность управляющего входа управляемого вентиля, так и управляющего источника, а для увеличения предельно допустимой амплитуды силового тока при включении в 1,4 раза для тиристора типа ТЛ-150 необходимо увеличить амплитуду включающего тока более чем в 10 раз. Использование же предложенного комбинированного способа управления позволяет уменьшить коммутационные потери каждого из управляемых вентилей и всего устройства в целом, расширить предельно допустимый диапазон нагрузок и перегрузок устройства.

Аналогично использование других комбинированных способов управления включением устройства (см. например, фиг.22, 25, 26, 41, 39, 24,4, 23, 35-37, 39-1, 19, 20, 15-17, 12,3, 13, 11), причем каждый из вариантов исполнения обладает рядом других эффектов, например, использование в качестве дополнительного включающего тока силового трехфазного напряжения (см. например, фиг. 25, 26, 13, 11, 12 и др.) или обеспечение включения управляемого вентиля как по цепи управляющего входа, так и по силовой цепи, относительно малым включающим или подхватывающим или удерживающим током позволяет исключить относительно большую задержку включения каждого из управляемых вентилей, вызванных относительно большой индуктивной нагрузкой, особенно при использовании управляемых вентилей, в которых значительно отличаются токи включения и удержания, что позволяет значительно увеличить быстродействие каждого из управляемых вентилей и уменьшить его как коммутационные потери,
так и уменьшить потребляемую мощность как управляющих источников устройства, так и потребляемых мощностей управляющих входов управляемых вентилей, расширить функциональные возможности устройства и др.

Использование же выходов 13, подключенных к управляющим или соответствующим управляющим входам соответствующих управляемых ключей (сопротивлений) 14 или 15 или и 15 и 14, позволяет увеличить быстродействие коммутации устройства и, следовательно, расширить диапазон регулирования выходного тока или напряжения или и тока и напряжения, причем использование во всех случаях ограничителей тока 2 позволяет ускорить процесс выключения каждого из управляемых вентилей устройства, уменьшить потребляемую мощность управляющих источников устройства, расширить функциональные возможности устройства, особенно предельно допустимого диапазона частот трехфазного источника питания, причем использование комбинированных способов выключения (см. например, фиг. 4,9,6,7, 23, 12, 11, 13, 22, 25, 28, 37, 39-1, 31-33) позволяет использовать положительные свойства запирания одного способа и другого, например, запирание обратным током (напряжением) по цепи: анод катод ликвидирует самый продолжительный этап, свойственный запиранию по управляющему первому входу, этап сжатия токопроводящего канала в шнур, придавая процессу выключения одномерный характер, устраняя эффект локального тепловыделения управляемого вентиля,
а выключение по цепи управляющего входа (первого) сводит к минимуму продолжительность этапа рекомбинации избыточного заряда в другой (второй) базе, который практически полностью определяет продолжительность времени выключения тиристора (управляемого вентиля) при запирании обратным напряжением (током) силовых выводов. Использование же комбинированного запирания по цепи управляющих входов (по первой и второй) базам (см. например, фиг.22, 19, 39, 37, 39-1, 12 и др. ), позволяющей шунтировать управляющий вход (второй) дополнительный, ускоряющий процесс рекомбинации избыточных носителей, или обеспечивать запирание и по дополнительному управляющему входу обратным током, использование же общих элементов дополнительного управляющего входа управляемого вентиля позволяет обеспечить ускорение процессов включения и выключения управляемых вентилей 1 (или ключей 14, 15, ограничителей тока 2, дополнительных управляющих входов 11 и др.).

Использование же дополнительного управляющего входа управляемого вентиля 1 (или 14, или 15, или 2, или 11 и других), включенного параллельно n-p-переходу (между первой и второй базами) (см. например, фиг.25 и другие) позволяет дополнительно ускорить процесс запирания n-p-перехода обратным током дополнительного выхода 13, равномерное запирание его по всей площади и заряд паразитной его емкости n-p-перехода, уменьшающей ложное включение управляемого вентиля 1 (ключа 15, 11,2 и других) при относительно большой скорости нарастания положительного напряжения на его силовых выводах.

Использование же в соответствующих управляемых сопротивлениях 3 в качестве основного усилительного элемента биполярного или составного полевого биполярного транзистора и других, обладающих относительно более широким диапазоном максимальных токов (до 400 А по сравнению с полевымси до 50 А), увеличивает максимальный предельно допустимый включающий ток управляемых вентилей (ключей и других) 1, обеспечивает использование более мощных управляемых вентилей 1 (15, 14, 2, 11 и других).

Использование же в качестве управляемых ключей (сопротивлений) 15, 14,2, 11 полевых структур, обладающих относительно большим быстродействием (более чем на два порядка превышающих биполярные транзисторы и тиристоры), а также относительно большим коэффициентом усиления по току (до 10⁷ раз для одного полевого транзистора) позволяет увеличить быстродействие устройства и уменьшить потребляемую мощность управляющего источника, или дополнительного выхода 12, или 13, уменьшить массогабаритные показатели реактивных элементов или расширить предельно допустимый диапазон датчика или индикатора и других, например, использование в качестве датчика или индикатора, или управляющего входа, или выхода силовой шины, или цепи управляемого ключа 15, 14 или управляемого сопротивления, или нагрузки, вблизи которой расположен магнитно управляемый элемент, например, относительно высокочувствительный или чувствительные полевые гальваномагниторекомбинационные магнитотранзисторы, например, типа МДП, МДПДМ, например, с помощью магнитных концентраторов, позволяющих измерять значения как постоянных переменных, так и импульсных токов (см. например, фиг.39-1, 12, 22, 25 и др.) при использовании разнополярных управляющих магнитных элементов, проводимости которых изменяются в противоположных направлениях.

Устройство работоспособно и при использовании RC-цепи (см. например, фиг.6).

Таким образом, использование и дополнительных пунктов формулы позволяет дополнительно обеспечить положительные эффекты в зависимости от вариантов исполнения устройства и способов их управления, исполнения, связей и др.

Использование же магнитодиодного и другого магнитно управляемого усилителя, например, магнитотиристорного (см. например, фиг.15-17, 31-33 и др.), коэффициент усиления которого увеличивается с увеличением мощности (тока) магнитоуправляемых элементов,
например магнитодиода, оптомагнитодиода, магнитотиристора и других, который может достигать величины до 1^.10³ раз, в то время как коэффициент усиления транзистора уменьшается с увеличением мощности до единиц, позволяет обеспечить регулирование выходной мощности (выходного тока) или с помощью дополнительного датчика или индикатора, или управляющего источника 12, или изменение проводимости ограничителя тока 2 при включении (в зависимости от тока управляемого сопротивления 3 или тока ключа 15, или 14, или управляемого вентиля 1, или их различной совокупности, причем уменьшение проводимости ограничителя тока 2 при включении позволяет обеспечить ограничение силового тока управляемого вентиля при его включении на относительно большую нагрузку 5, обеспечивая включение управляемого вентиля с относительно малой скоростью нарастания тока в первоначально включенной площади. Благодаря этому увеличивается максимальная предельно допустимая амплитуда силового тока данного управляемого вентиля и всего устройства в целом или ускорение времени выключения (запирания) управляемого вентиля 1 при включении или при автоматическом выключении устройства при перегрузке или коротком замыкании,
например, при включении обмотки магнитного усилителя в цепь тока управляемого ключа (сопротивления) или 15, или 14, или и 15 и 14, или и 15 и 14 и 3 и других, так как чем больше ток перегрузки, тем больше коэффициент усиления магнитного усилителя, его выхода, например, магнитодиода, или фотомагнитодиода, или магнитотиристора или магниторезистора (см. например, фиг. 31-33, 15-17, 35-37 и многие др.). Уменьшение же проводимости ограничителя тока 2 при перегрузке или коротком замыкании ограничивает ток силовой цепи управляемого вентиля, исключает быстрый разряд дополнительного источника питания через нагрузку 5, обеспечивая его разряд только через обратные силовые выводы, равномерно по всей площади, увеличивает при этом и запирающий сигнал управляющего входа после запирания переходов структуры управляемого вентиля, что исключает ложное включение управляемого вентиля 1 (15, 14, 11,2) при нарастании положительного напряжения на его силовых выводах (перезаряде источника питания 16 или токе выхода 13, см. фиг.4,9,6 и др.).

Использование же дополнительного выхода соответствующего ограничителя тока 2 (см. например, фиг.14, 19, 20, 39, 24,8, 12, 39-1 и др.), выполненного в виде дополнительного датчика или индикатора, или управляющего источника, или выхода 12, подключенного или соответственно подключенного к управляющему или соответствующему управляющему или дополнительному входу или 15, или 14, или 11, или 1, или различной их совокупности или своей или всех цепей устройства, позволяет обеспечить автоматическое выключение или соответствующего управляемого вентиля 1 или всех управляемых вентилей 1, или 1 и 3 и других, например, при перегрузке, или коротком замыкании, или автоматическом отключении устройства. Это позволяет защитить устройство от аварийного состояния (перегрузки, короткого замыкания и др.).

Таким образом, по отношению к прототипу предлагаемое устройство обладает большей надежностью (защищенностью) и меньшей потребляемой мощностью цепи управления, более расширенными функциональными возможностями и большей защищенностью устройства и другими новыми способами управления и элементами его реализации.

Предлагаемое устройство может быть выполнено как на существующей элеентной базе, так и предложенной в материалах данной заявки.

Формула изобретения

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ (РЕГУЛЯТОР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ТОКА)), содержащий управляемые вентили, первые выводы которых предназначены для подключения к соответствующим первым выводам для подключения соответствующей фазной нагрузки, вторые выводы которой предназначены для подключения соответствующих фазных выводов трехфазного переменного источника питания, управляющий вывод соответствующего управляемого вентиля подключен к соответствующему первому выводу для подключения соответствующего управляющего источника соответствующего управляемого вентиля, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности (защищенности), расширения функциональных возможностей и уменьшения потребляемой мощности цепи управления, в него дополнительно введены три ограничителя тока и три управляемых сопротивления, причем последовательно с соответствующим управляемым вентилем включен соответствующий ограничитель тока, а точки соединения вторых выводов соответствующих управляемых вентилей и первых выводов соответствующих ограничителей тока дополнительно подключены к соответствующим вторым выводам для подключения соответствующих управляющих источников соответствующих управляемых вентилей через соответствующие управляемые сопротивления, управляющие выводы которых подключены к соответствующим вторым выводам соответствующих (своих) ограничителей тока и соответствующим последующим первым выводам соответствующих управляемых вентилей, образуя треугольник из соответствующих последовательных цепей (плеч из последовательно включенных соответствующих управляемых вентилей и ограничителей тока).

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный управляющий вход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному или соответствующему дополнительному датчику, или индикатору, или управляющему источнику, или выходу или выполнен, или соответственно выполнен в виде или датчика, или индикатора, или различной их совокупности.

3. Преобразователь по п.1 или 2, отличающийся тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему управляющему входу управляемого вентиля своей цепи.

4. Преобразователь по п.1 или 2, или 3, отличающееся тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или соответствующему входу соответствующего дополнительного управляемого ключа (сопротивления), причем управляющий вывод (основной или дополнительный) соответствующего управляемого вентиля дополнительно подключен или к второму выводу соответствующего (своего) ограничителя (датчика) тока, или к первому выводу управляемого вентиля своей последовательной цепи через или соответствующий дополнительно введенный (введенное) управляемый ключ (управляемое сопротивление), или через соответствующую дополнительно введенную последовательную цепь из соответствующего управляемого ключа (сопротивления) и/или дополнительного источника питания, например предварительно заряженного конденсатора, или дополнительного выхода управляемого сопротивления, или датчика, или индикатора, или управляющего входа, или выхода, или дросселя, или реактора, или обмотки электромагнита, или различной их совокупности (последовательности).

5. Преобразователь по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что соответствующее управляемое сопротивление содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный к управляющему или соответствующему управляющему входу соответствующего дополнительно введенного управляемого ключа (сопротивления), причем соответствующая точка соединения второго вывода управляемого вентиля и первого вывода ограничителя тока дополнительно подключена к или первому выводу управляемого вентиля своей последовательной цепи, или соответствующему выводу для подключения соответствующей фазы трехфазного источника питания через или соответствующий (соответствующее) введенный (введенное) управляемый ключ (управляемое сопротивление), или соответствующую дополнительно введенную последовательную цепь из соответствующего управляемого ключа (сопротивления) и/или дополнительного источника питания, например предварительно заряженного конденсатора, или дополнительного выхода управляемого сопротивления, или датчика, или индикатора, или управляющего входа, или выхода, или дросселя, или реактора, или обмотки электромагнита, или различной их совокупности (последовательности).

6. Преобразователь по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5 отличающийся тем, что, с целью увеличения защищенности, соответствующий ограничитель тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный выход, подключенный или соответственно подключенный к управляющему или дополнительному управляющему входу или управляемого ключа (сопротивления), первому или второму, или первому и второму, или управляемого сопротивления, или управляемого вентиля, своей или соседней, или всех последовательных цепей, или различной их совокупности.

7. Преобразователь по п.1, или 2, или 3, или 5, или 4, или 6, отличающийся тем, что соответствующий ограничитель тока содержит дополнительный или соответствующий дополнительный управляющий вход, подключенный или соответственно подключенный к дополнительному или соответствующему дополнительному выходу или управляемого сопротивления, или управляемого вентиля, или датчику, или индикатору, или выходу, или управляющему входу или дросселя, или реактора, или электромагнита, или выполнен в виде датчика, или индикатора, или различной их совокупности.

8. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, отличающееся тем, что, с целью увеличения защищенности устройства, управляющий или соответствующий управляющий вход соответствующего управляемого ключа (сопротивления) подключен к соответствующему или общему, или датчику, или индикатору, или выходу, или различной их совокупности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44