Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - расширение области применения путем оптимизации формы кривой выходного напряжения. В предложенном устройстве в отличие от прототипа катод первого диода соединен с катодом второго диода 12 и анодом излучающего элемента первого оптронного тиристора 1, а катод последнего - с анодом излучающего диода второго оптронного тиристора 2. Указанные связи позволяют подавать на грузку импульсы переменного напряжения, в которых в первый полупериод открывание силового оптронного тиристора происходит с задержкой на половину периода, за счет чего достигается поставленная цель. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (l 1) (si)s Н 02 M 5/257

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4756081/07 (22). 15.09.89 (46) 23.09.91. Бюл. N. 35

{72) А,Ф,Валуев и В.В.Сидоров (53) 623.314{088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1501229/07, кл. Н 02 М 5/257, 1989. (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — расширение области применения путем оптимизации формы

Изобретение относится к электротехни«е.

Цель изобретения — расширение области применения путем оптимизации формы кривой выходного напряжения и диапазона регулирования.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг,2 и 3 — варианты выполнения блока регулирования.

Устройство содержит двунаправленный вентильный оптрон в виде тиристорных оптронов 1 и 2, включенных встречно-параллельно. первый вывод которого соединен с первым выводом для подключения сети 3, а второй вывод- с выводом для подключения нагрузки 4 через трансформатор 5. К второму выводу для подключения сети 6 присоединен оставшийся вывод для подключения трансформатора 5 и первые выводы первого конденсатора 7 и первого резистора 8, вторые выводы которых соединены с первым выводом 9 для подключения напряжения переменного тока однофазного выпрямикривой выходного напряжения. В предложенном устройстве в отличие от прототипа катод первого диода соединен с катодом второго диода 12 и анодом излучающего элемента первбго оптронного тиристора 1, а катод последнего — с анодом излучающего диода второго оптронного тиристора 2. Указанные связи позволяют подавать на йагрузку импульсы переменного напряжения, в которых в первый полупериод открывание силового оптронного тиристора происходит с задержкой на половину периода, за счет чего достигается поставленная -цель. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. тельного моста 10, а второй вывод переменного однофазного выпрямительного моста

10 соединен с выводом для подключения сети 3. Параллельно выводам переменного тока однофазного выпрямительного моста

10 присоединена последовательная цепочка, состоящая из первого 11 и второго 12 диодов, и излучающие элементы тиристорных оптронов 1 и 2, при этом анод первого диода 11 соединен с первым выводом переменного тока однофазного выпрямительного моста 10, катоды первого 11 и второго 12 диодов обьединены и соединены с анодом излучающего элемента тиристорного оптро- . на 1. катод которого соединен с анодом излучающего элемента фототиристора тиристорного оптрона 2, а анод второго диода 12 соединен с вторым выводом переменного тока . однофазного выпрямительного моста 10. Блок 13 регулирования, присоединенный своим первым выводом 14 к выводу выпрямленного напряжения однофазного. выпрямительного мос1679587 та 10 с положительной полярностью, вторым выводом 15 — к катоду излучающего элемента фототиристора тиристорного оптрона 2, а третьим выводом 16 — к выводу выпрямленного напряжения однофазного выпрямительного моста 10 с отрицательной полярностью, включает второй резистор 17, резисторы 18 и 19, пороговый ключевой элемент 20, второй конденсатор 21 и переменный резистор 22, При этом резистор 19 формирует цепь заряда второго конденсатора 21, первый вывод второго резистора 17 соединен с первым выводом порогового ключевого элемента 20, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора

18 и образует первый вывод 14 блока 13 регулирования, Второй вывод резистора 18 соединен с первым выводом резистора 19 и с первым выводом второго конденсатора

21, второй вывод которого соединен с первым выводом переменного резистора 22, с вторым выводом второго резистора 17 и образует третий вывод 16 блока 13 регулирования, а второй вывод резистора 19 и второй вывод переменного резистора 22 обьединены и образуют второй вывод 15 блока 13 регулирования. Пороговый ключевой элемент 20 и второй резистор 17 формируют цепь разряда.

Устройство работает следующим образом, При запертом пороговом ключевом элементе 20 (в качестве которого используется, например, динистор) в блоке 13 регулирования ток протекает от второго вывода 15 к третьему выводу 16 по двум параллельным цепочкам: последовательно соединенным резистору 19, второму конденсатору 21 и переменному резистору 22, от первого вывода 14 к третьему выводу 16 через третий резистор 18 и второй конденсатор 21 с параллельной ему цепочкой из резистора 19 и переменного резистора 22. В результате большая часть тока, ограниченного первым конденсатором 7 и первым резистором 8. протекает через излучающие элементы фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2, включая их синхронно каждый полупериод, и заряжает второй конденсатор 21 до тех пор, пока напряжение на пороговом ключевом элементе 20 не достигнет его порогового значения и он не откроется. При открытом пороговом ключевом элементе 20 ток в блок 13 регулирования поступает только через его первый вывод 14, т,к. второй. резистор 17 предназначен для ограничения броска тока при отпирании ключевого элемента 20 и сопротивление между первым 14 и третьим 16 выводами блока 13 регулирования много меньше сопротивления между

40 начиная с неполного. более чем на половину полупериода.

Изменение величины сопротивления переменного резистора 22 изменяет величину тока, заряжающего второй конденсатор 21, и в меньшей степени разрядного тока, следовательно, длительность включенного и выключенного состояний фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2 регулируется переменным резистором 22.

50 При малой величине сопротивления переменного резистора 22 напряжение на втором конденсаторе 21 не достигает значения порогового напряжения порогового ключевого элемента 20 и оптотиристоры тиристорных оптронов 1 и 2 постоянно включены. Вместо двух аптотиристоров возможно использование оптронного симистора, при этом его излучающий диод заменяет два излучающих элемента фототиристоров

1 и.2 и включается в том же направлении.

35 его третьим 16 и вторым 15 выводами. Ток через излучающие диоды тиристорных оптронов 1 и 2 прекращается, а второй конденсатор 21 разряжается через две параллельные цепочки: первую — через резистор 18, открытый ключевой элемент 20, второй резистор 17 и вторую — через резистор 19 и переменный резистор 22. Открытое состояние ключевого элемента 20 и, следовательно, пауза в работе преобразова.теля (фототиристоры ти ристорны х оптронов 1 и 2 заперты) продолжается до запирания порогового ключевого элемента 20.

Через ключевой пороговый элемент 20 протекает ток, имеющий две составляющие— уменьшающуюся по экспоненциальному закону от разряда второго конденсатора 21 и пульсирующую двухполупериодную, ограниченную первым конденсатором 7 и выпрямленную однофазным выпрямительным мостом 10. Запирание порогового ключевого элемента 20 возможно тогда, когда ток в нем станет меньше тока удержания, т.е, в моменты, когда пульсирующая составляющая близка к нулю, С этого момента начи ает поступать ток в излучающие диоды фототиристоров тиристорных оптронов 1 и

2, а т,к. двухполупериодный ток, обтекающий излучающие элементы, опережает напряжение сети примерно на половину полупериода (для этого сопротивление резистора 8 должно быть много больше сопротивления переменному току конденсатора

7), то тот из фототиристоров 1 или 2, на аноде которого напряжение положительно, включится, как только ток в его излучающем аноде достигнет значения отпирающего тока. Таким образом. на трансформатор 5 будет подаваться переменное напряжение, 1679587

На фиг,2 показана схема блока 13 регулирования, в которую введен третий 23, четвертый 24 и пятый 25 диоды и стабилизатор тока, состоящий из третьего конденсатора

26 стабилитрона 27, резистора 28 и биполярного транзистора 29. Стабилизатор тока поддерживает постоянным ту часть разрядного тока второго конденсатора 21, которая протекает через открытый пороговый ключевой элемент 20. делает независимой длительность паузы от температурных и других изменений тока удержания порогового ключевого элемента 20, что повышает стабильность работы устройства, Кроме того, включение переменного резистора 22 параллельно второму конденсатору 21 при постоянной части тока разряда .этого конденсатора, протекающей через пороговый ключевой элемент 20, расширяет диапазон регулирования, т.к. при увеличении величины сопротивления переменного резистора 22 уменьшается время заряда второго конденсатора 21 и увеличивается время его разряда, и наоборот, при уменьшении величины сопротивления переменного резистора 22 увеличивается время заряда и уменьшается время разряда второго конденсатора 21.

На фиг.3 показана схема блока 13 регулирования, позволяющая включать фототиристоры 1 и 2 в момент закрывания порогового ключевого элемента 20, т.е, при условии Ra» Хс7, где Ra — сопротивление резистора 8; Хст- сопротивление конденсатора 7 в середине полупериода, что чаще всего считается оптимальным для подключения нагрузки через трансформатор. Схема фиг,1 при ее простоте обеспечить такое включение не может, т,к. пороговый ключевой элемент 20 закрывается при значении пульсирующего тока в нем, равном нулю, после чего этот ток начинает нарастать с нуля в излучающих диодах фототиристоров

1 и 2. Приближение к середине полупериода момента равенства тока току отпирания тиристора требует большего тока, т,е. большей емкости первого конденсатора 7 и, следовательно, при тех же циклах работы преобразвоателя, увеличения емкости второго конденсатора 21 и рассеиваемой мощности резисторами 17,18,19 и 22 и полупроводниковых элементов на большие допустимые токи. В итоге габариты преобразователя растут и уменьшается его КПД.

Для решения задачи включения оптотиристоров в середине первого полупериода без существенного ухудшения КПД и увеличения габаритов в схему фиг,3 введены ше> стой диод 30. третий резистор 31 и биполярный транзистор 32, причем иэлучающие элементы тиристоров 1 и 2 включены между катодом диода 25 и выводом 16 блока

13 регулирования.

Схема фиг.3 работает следующим образом.

При открытом пороговом ключевом элементе 20 третий конденсатор 26 заряжен пульсирующим током до порогового напряжения стабилитрона 27, которое прикладывается к цепочке из резистора 28 и перехода эмиттер-база биполярного транзистора 29.

Из-за этого часть разрядного тока второго конденсатора 21, протекающая по пороговому ключевому элементу 20, постоянная и равна приблизительно пороговому напряжению стабилитрона 27, поделенному на сопротивление резистора 28. Биполярный транзистор 32 заперт положительным напряжением на базе, т.к. по открытому шестому диоду 30 протекают и пульсирующий и постоянный токи, Закрывание порогового ключевого элемента 20 после резкого спадания разрядного тока второго конденсатора

21 в момент, когда пульсирующий ток в пороговом ключевом элементе 20 станет равным нулю, вызовет разряд третьего конденсатора 26 через переход эммитер-база биполярного транзистора 32 и третий резистор 31, как следствие, открывание этого транзистора и импульсный разряд третьего конденсатора 32 на излучающие элементы тиристоров 1 и 2. В результате в момент эапирания порогового ключевого элемента

20, а при условии Кв» Хс7 этот момент приходится на середину полупериода, один из фототиристоров (1 или 2) открывается, подавая напряжение на первичную обмотку трансформаторов 5, начиная с середины полупериода и далее синхронно, пока заряжается второй конденсатор 21.

Формула изобретения

1. Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий двунаправленный вентильный оптрон, включенный последовательно с выводами для подключения нагрузки и выводами для подключения сети, включенные параллельно между собой первый конденсатор и первый резистор, однофазный выпрямительный мост, выводы переменного тока которого включены последовательно с первым конденсаторами выводами для подключения сети, кроме того блок регулирования и два диода, анодами соединенные с выводами переменного тока однофазного выпрямительного моста, при этом блок регулирования содержит второй конденсатор, зарядная цепь которого включена через излучающие элементы оптрона между катодами диодов и минусовым выводом

1679587 однофазного выпрямительного моста, разрядную цепь из порогового ключевого элемента и второго резистора, шунтирующую выводы постоянного така однофазного выпрямительного моста и цепь второго кон- 5 денсатора, кроме того, переменный резистор, включенный параллельно цепи второго конденсатора,отличающийся тем, что, с целью расширения области применения путем оптимизации формы кривой 10 выходного напряжения, излучающие элементы двунаправленного вентильного оптрона. включены последовательно, катоды первого и второго диодов объединены и соединены с анодом первого излучающего 15 элемента, 2. Преобразвоатель по п.1. о т л и ч а юшийся тем, что в качестве двунаправленного вентильного оптрона применен симисторный оптрон. 20

3. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, в блок регулирования введены третий, четвертый и пятый диоды, третий конденсатор и стабилизатор 25 тока на последовательно соединенных биполярных транзисторе, резисторе и стабилитроне, при этом первый вывод разрядной цепи соединен с вторым конденсатором черезтретийдиод, анодтретьегодиода соеди- 30 нен с первым выводом второго конденсатора,, второй вывод. разрядной цейи соединен с вторым выводом второго конденсатора через последовательно

35 соединенные третий конденсатор, силовую цепь стабилизатора тока и четвертый диод, пятый диод включен в цепь заряда второго конденсатора, зашунтированного переменным резистором, анод пятого диода соединен с катодом четвертого диода и с вторым выводом второго конденсатора, анод стабилитрона и второй вывод третьего конденсатора соединены с минусовым выводом однофазного выпрямителя, первый вывод третьего конденсатора соединен с катодом стабилитрона. о

4. Преобразователь по п,З, о т л и ч а юшийся тем, что в блок регулирования введены шестой диод, третий резистор и биполярный транзистор, при этом второй вывод разрядной цепи соединен с третьим конденсатором через шестой диод, катод шестого диода соединен с катодом стабилитрона и эмиттером третьего транзистора, база которого соединена с анодом шестого диода первым выводом третьего резистора и вторым выводом разрядной цепи, второй вывод третьего резистора соединен с анодом стабилитрона, кроме того, первый вывод второго конденсатора соединен с общей точкой катодов первого и второго диодов, катод пятого диода через излучающие элементы оптрона соединен с минусовым выводом однофаэного выпрямительного моста, коллектор биполярного транзистора соединен с катодом пятого диода, 1679587

Составитель И.Головинова

Редактор Т.Куркова . Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 3220 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН ССС

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

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