Преобразователь переменного напряжения в переменное (его варианты)

 

1. Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с вьтодами цепи силового тока, а вторичная обмотка имеет четыре отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепь силового тока, и группу из четьфех управляемых ключей переменного тока , отлича.ющийся тем, что, с целью повьппения качества регулирова,ния , эффективности использования ключевых элементов и упрощения, в него введено m дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая и m дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой трансформатор имеет m дополнительньк вторичных обмоток, имекицих по четыре отвода каждая, причем управляемые ключи переменного тока каж5 дой из групп соединяют между собой одноименные отводы первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора и соответствующей вторичной обмотки силового трансформатора, а вторичные обмотки всех, (т + 1)-х вольтодобавачиых трансформаторов включены последовательно в цепь силового тока.

..SU„„115176

СООЗ СОВЕТСКИХ

WQWNt M

РЕСПУБЛИК

Эдр Н 02 М 3/257.

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY CBHQETEJlbCTHY

) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3495096/24-07 (22) 30.09.82 (46) 23.09.84. Бюл. М 35 (72) К.А.Липковский и Ю.В.Сидоренко (71) Институт электродинамики АН

Украинской ССР (53) 621.314.2(088.8) (56) 1. Патент США В 3652824, кл. В 23 Н 9/01, 323-43,5, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

В 87749 7, кл. G ))5 F 1/22, 19 79 . (54) . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ (ЕГО ВАРИАНТЫ) . (57) 1. Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи силового тока, а вторичная обмотка имеет четыре отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепь силового тока, и группу из четырех управляемых ключей переменного тока, отлича.ющийс ятем, что, с целью повьппения качества регулирова.— ния, эффективности использования ключевых элементов и упрощения, в него введено m дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая и m дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой трансформатор имеет m дополнительных вторичных обмоток, имеющих по четыре отвода каждая, причем управляемые ключи переменного тока каждой иэ групп соединяют между собой 3 одноименные отводы первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора и соответствукщей вторичной обмотки силового трансформатора, а вторичные обмотки всех., (m + 1)-х вольтодобавочных трансформаторов включены последовательно в цепь силового тока.

1115176 дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой трансформатор содержит (m + 1) группу вторичных обмоток при этом каждая из (m + 1) групп вторичных обмоток выполнена в виде трех изолированных секций, одни одноименные вь1воды которых через соответствующие управляемые ключи переменного тока соединены в общую точку, соединенную через другой управляемый ключ переменного тока с одним из отводов первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора, а другие одноименные выводы секций непосредственно соединены с соответствующими выводами первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для построения преобразователей, преимущественно регуляторов напряжения и тока в системах питания электрорадиоаппаратуры.

Известны устройства, содержащие основной трансформатор и несколько .вольтодобавочных трансформаторов (1 3. 10

Однако в таких устройствах качество регулирования недостаточно высокое, что, в свою очередь,- определяет невысокую надежность устройства (вероятность возникновения аварий- 15 ных или нерабочих режимов при сбоях в системе управления высока).

Наиболее близким к предложенному является преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий 20 силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи авилового тока, а вторичная об— мотка имеет четыре отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная 25 обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепь силового тока и группу из четы1 рех управляемых ключей переменного то(г1

2. Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи силового тока, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вто— ричная обмотка включена в цепь силового тока, и группу из четырех управляемых ключей переменного тока, о т— л и ч а ю шийся тем,что, с целью повышения качества регулирования, эффективности использования ключевых элементов, упрощения и снижения массогабаритных показателей, повышения технологичности изготовления и повышения надежности, в него введено m дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая и m

Однако в извес тном устройстве качество регулирования является недостаточным. С точки зрения комбинаторики число дискретных уровней выходного напряжения при наличии в схеме N ключей будет максимально, если одновременно могут работать — (при N четно0)

8 1

2 или а (при М нечетном) любых ключей. На практике, однако, невозможно построить схему, в которой одновременно могут включаться три и более любых ключа. Это говорит о недостаточно эффективном использовании ключевых элементов в схеме; при N ) 5 и,.соответственно, S ) 10 в известном устройстве оказывается невозможным добиться линейности регулирования, т.е. обеспечить, например, при N = 5 десять уровней выходного напряжения с равным шагом между ними. При проектировании устройства это приводит либо к сужению диапазона регулирования выходного напряжения при неизменной ступени регулирования, либо к увеличению шага регулирования при неизменном диапазоне. В любом случае возможности устройства используются неполностью, и с ростом N (и, следовательно, S ), этот недостаток сказывается все значительнее. Так, 3. 11151 например, при N = 8 теоретически возможное число S = 28, однако реально при расчете удается обеспечить не более 18 уровней выходного напряжения с равным шагом между ними, при N>4 в известном устройстве значительно возрастают напряжения, прикладываемые к разомкнутым ключам. Это заставляет при проектировании конкретного устройства применять в качестве ключей тиристоры высоких клас-. сов по напряжению, что бывает затруднительно, а часто и невозможно. ю

Целью изобретения является повышение эффективности использования к. ю!

5 чевых элементов, качества регулирования и упрощение.

По первому варианту поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи силового тока, а вторичная обмотка имеет четыре отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепи силового тока и группу из четырех управляемых l 30 ключей переменного тока, введено m дополнительньм вольтодобавочньм трансформаторов, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая

H m дополнительньм групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой трансформатор имеет ш дополнительных вторичных обмоток, имекщих по 4 отвода каждая, причем управляемые ключи переменного тока каждой из групп соединяют между собой одноименные отводы первичной обмотки соответствукщего вольтодобавочного трансформатора и соответствующей вторичной регулировочной обмотки силового трансформатора, а вторичные обмотки всех (m + 1) -х вольтодобавочных трансформаторов включены последовательно в цепь силового тока.

По второму варианту, с целью снижения массогабаритньм показателей, по вышения технологичности и надежности, в преобразователь переменного напряжения в переменное введено m дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых име-55 ют по четыре отвода каждая и m дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, 76 силовой трансформатор содержит (ш+1) группу вторичных обмоток, при этом каждая из (m + 1) групп вторичных обмоток выполнена в виде трех изолированных секций, одни одноименные выводы которых через соответствующие управляемые ключи переменного тока соединены в общую точку, соединенную через другой управляемый ключ переменного тока с одним из отводов первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора, а другие одноименные выводы секций непосредственно соединены с соответствующими выводами первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора .

По второму варианту общие точки соединения ключей каждого узла регулирования могут быть соединены между собой и с корпусом прибора. Таким образом, применив в качестве управ ляемых ключей переменного тока симметричные тиристоры, можно установить их на общий охладнтель и даже просто на корпус устройства. Это позволяет значительно упростить конструкцию и монтаж устройства, повышает его надежность при эксплуатации, и во многих случаях позволяет обойтись без использования большого числа радиаторов, изготавливаемых из. цветных металлов и сплавов с высокой теплопроводностью.

В данной структурной схеме именно четырехключевые узлы регулирования являются оптимальными. Построение устройства с аналогичными пятиключевыми узлами регулирования формально повышает число формируемых схемой уровней напряжения, однако при этом теряется линейность регулирования (что уменьшает реальный диапазон или ухудшает точность регулирования) и возрастают напряжения на разомкнутых ключах.

Вместе с тем, при необходимости последний узел регулирования может содержать от трех до пяти ключей (и соответственное капичество отводов первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора и вторичной регулировочной обмотки основного трансформатора) .

Суммарная установленная мощность вольтодобавочных трансформаторов, несмотря на увеличение их количества, в предлагаемом устройстве не превышает установленной мощности одного

S 11151 трансформатора в известном устройстве.

На фиг. 1-3 представлена функциональная схема предла1 аемого устройства, варианты.

Устройство (фиг. 1) содержит ос" новной автотрансформатор 1 с секционированными вторичными обмотками 2 и 3, вольтодобавочный трансформатор

4 с секционированной первичной обмот- 1п кой 5, вольтодобавочный трансформатор 6 с секционированной первичной обмоткой 7 и управляемые ключи 8-15 переменного тока, причем ключи 8-11 соединяют между собой одноименные отводы 16-19 обмотки 2 основного автотрансформатора 1 и обмотки 5 вольтодобавочного трансформатора 4, а ключи 12-15 соединяют между собой одноименные отводы 20-23 обмотки

3 основного автотрансформатора и обмотки 7 вольтодобавочного трансфор— матора 6. Вторичные обмотки 24 и 25 вольтодобавочных трансформаторов 4 и

6 включены последовательно в цепь силового тока между выходным зажимом

26 автотрансформатора и выходным зажимом устройства 27.

На фиг. 2 приведено устройство, в котором основной автотрансформатор 1 имеет одну секционированную вторичную обмотку 2.Отличие от схемы фиг.1 состоит в том, что в данной схеме одноименные ключи в каждой группе соединяют одноименные отводы первичных обмоток вольтодобавочных транс- З форматоров с одним и тем же отводом регулировочной обмотки основного автотрансформатора.

На фиг. 3 приведен пример схемы устройства по второму варианту для случая, когда необходима гальваническая развязка входа и выхода или требуется согласование уровней входного и выходного напряжений.

Устройство (фиг. 3) содержит силовой трансформатор 28, имеющий первичную обмотку 29, подключенную ко входным зажимам устройства, основную вторичную обмотку 30 и секции двух -групп вторичных обмоток 3 1-36, вольтодобавочный трансформатор 37 с секционированной первичной обмоткой

38, вольтодобавочный трансформатор

39 с секционированной первичной об.моткой 40 и управляемые ключи 4 1-48 - переменного тока, составляющие две группы по 4 ключа в каждой. Отводы

49-51 первичной обмотки 38 вольтодо76 б бавочного трансформатора соединены соответственно с концами трех вторичных регулировочных обмоток 31-33 основного силового трансформатора 28, другие концы которых и четвертый отвод 52 первичной обмотки 38 вольтодобавочного трансформатора 37 через ключи 4 1-44 соединены в одну точку.

Аналогично во втором узле регулирования отводы 53-55 первичной обмотки 40 вольтодобавочного трансформатора 39 соединены соответственно с концами трех вторичных регулировочных обмоток 34-36 силового трансформатора 28, другие концы которых и четвертый отвод 56 первичной обмотки 40 вольтодобавочного трансформатора 39 через ключи 45-48 соединены в одну точку. Вторичная обмотка 57 вольтодобавочного трансформатора 37 и вторичная обмотка 58 вольтодобавочного трансформатора 39 включены последовательно в цепь выходного тока между выводом 59 основной обмотки 30 силового трансформатора 28 и выходным зажимом 60 устройства.

Принцип действия всех схем одинаков: одновременно в каждой группе из четырех ключей замкнуты любые два ключа, создавая путь току в первичной цепи соответствующего вольтодобавочного трансформатора и внося соответствующую ЭДС в контур вторичной цепи этого вольтодобавочного трансформатора. Изменяя величины этих ЭДС мы можем требуемым образом влиять на эквивапентный коэффициент трансформации исполнительной структуры, т.е. осуществлять необходимое преобразование величины напряжения переменного тока.

В качестве управляемых ключей переменного тока могут использоваться встречно-параллельно соединенные тиристоры, симисторы, транзисторы в диагонали диодных мостов и другие силовые приборы. Как и в известном устройстве, в предлагаемой схеме можно осуществить плавное регулирование напряжения за счет фазового или широтно-импульсного регулирования между двумя соседними уровнями.

Повышенное по сравнению с известным устройством число рабочих состояний при равном числе ключей и, соответственно, сниженное число нерабочих и аварийных режимов свидетельствуют о более высокой надежности предлагаемого устройства.

1115176

27

Фи2,2

28

Фиг. У