Устройство для управления регулятором напряжения на одном тиристоре с фазовым управлением

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в ycfponcTBax управления тиристорными преобразователями, например, для регулирования электрических машин. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования напряжения и повышение КПД регулятора. Устройство для управления регулятором содержит однополупериодный Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в тиристорных преобразователях и устройствах регулирования электрических машин. Известны регуляторы напряжения с фазовым управлением на одном тиристоре, в которых диапазон регулирования угла открывания тиристора ограничен крутизной фронтов трапецеидальных импульсов, полвыпрямитель , стабилизатор напряжения и генератор импульсов на однопереходном транзисторе, выход которого используется как выходной вы вод устройства, подключенный через трансформатор к тиристору выходного блока оегулятооа. Регулятор отличается тем, что, в него введены RC-цепочка, пороговый элемент и два ключевых элемента. Общая точка резистора и конденсатора RC-цепочки соединена с выходом стабилизатора напряжения, резистор R соединен с выходом первого ключевого элемента и управляющим входом второго ключевого элемента, а конденсатор С - с общей шиной питания. Пороговый элемент включен между входным выводом и управляющим входом первого ключевого элемента , выход которого соединен с входом второго ключевого элемента и общей шиной питания. Выход второго ключевого элемента соединен с вторым выводом генератора импульсов на однопереходном транзисторе . Устройство для управления тиристорным регулятором обеспечивает состояния полного включения и выключения нагрузки за счет обеспечения изменения угла открывания силового транзистора в диапазоне 0- 180 эл. град. 2 ил. учаемых из однофазного синусоидального напряжения питающей сети. Известен регулятор напряжения, содержащий генератор импульсов на однопереходном транзисторе, подключенный к блоку тиристорного ключа через разделительный трансформатор. Известен также регулятор, содержащий генератор импульсов на однопереходном СО с XJ ю ел со CJ 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 M 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4836206/07 (22) 16.04.90 (46) 07.04.92. Бюл. М 13 (71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" (72) Б.Я.Ханин и А.А;Федосов (53) 621.316.727(088.8) (56) Заявка ФРГ М 1763322, кл. Н 02 М 1/08, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 888292, кл. Н 02 М 1/08.

Кремниевые управляемые вентили-тиристоры/Пер. с англ. под ред. В.А.Лабунцова. М.: Энергия, 1964. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОДНОМТИРИСТОРЕ С ФАЗОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах управления тиристорными преобразователями, например, для регулирования электрических машин. Цель изобретения — расширение диапазона регулирования напряжения и повышение

КПД регулятора. Устройство для управления регулятором содержит однополупериодный

Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться в тиристорных преобразователях и устройствах регулирования электрических машин.

Известны регуляторы напряжения с фазовым управлением на одном тиристоре, в которых диапазон регулирования угла открывания тиристора ограничен крутизной фронтов трапецеидальных импульсов, пол„„. Ы „„1 725334 А1 выпрямитель, стабилизатор напряжения и генератор импульсов на однопереходном транзисторе, выход которого используется как выходной вывод устройства, подключенный через трансформатор к тиристору выходного блока оегулятооа. Регулятор отличается тем, что, в него введены RC-цепочка, пороговый элемент и два ключевых элемента. Общая точка резистора и конденсатора RC-цепочки соединена с выходом стабилизатора напряжения, резистор R соединен с выходом первого ключевого элемента и управляющим входом второго ключевого элемента, а конденсатор С вЂ” с общей шиной питания. Пороговый элемент включен между входным выводом и управляющим входом первого ключевого элемента, выход которого соединен с входом второго ключевого элемента и общей шиной питания, Выход второго ключевого элемента соединен с вторым выводом генератора импульсов на однопереходном транзисторе. Устройство для управления тиристорным регулятором обеспечивает состояния полного включения и выключения нагрузки за счет обеспечения изменения угла открывания силового транзистора в диапазоне 0180 эл. град. 2 ил. учаемых из однофазного синусоидального напряжения питающей сети.

Известен регулятор напряжения, содержащий генератор импульсов на однопереходном транзисторе, подключенный к блоку тиристорного ключа через разделительный трансформатор.

Известен также регулятор, содержащий генератор импульсов на однопереходном

1725334 транзисторе и дополнительную коммутируемую интегрирующую цепочку.

Недостатком известных устройств является ограниченный диапазон регулирования угла открывания тиристора в течение положительного полупериода напряжения сети питания. Угол открывания тиристора о. регулируется в пределах примерно 10-170

Таким образом, мощность, подводимая к нагрузке, не может изменяться от нуля до максимального значения. При высокой частоте питающего напряжения диапазон регулировки подводимой мощности существен но сужается.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является регулятор напряжения с фазовым управлением на одном тиристоре. Устройство содержит последовательно включенные во входную шину питания выпрямитель на полупроводниковом диоде, стабилизатор напряжения и генератор импульсов на однопереходном транзисторе, связанный с тиристором выходного блока, причем стабилизатор напряжения связан с общей шиной питания.

Недостатком известного устройства является ограниченный диапазон регулирования угла открывания тиристорного ключа.

Угол открывания тиристора может регулироваться в пределах примерно от 10-15 до

160-170О Это обусловлено тем, что импульсы напряжения, питающие генератор импульсов на однопереходном транзисторе, имеют трапецеидальную форму, так как формируются стабилитроном из однофазного синусоидального напряжения питающей сети в течение положительного полупериода.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования напряжения и повышение КПД регулятора.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления регулятора напряжения на одном тиристоре с фазовым управлением, содержащее подсоединенные к входным выводам последовательно соединенные однополупериодный выпрямитель и стабилизатор напряжения, своими выходными выводами подключенный к общей шине питания и первому выводу генератора импульсов на однопереходном транзисторе, выход которого используется как выходной вывод устройства, связанный с тиристором регулятора, введены два ключевых элемента, пороговый элемент и RCцепочка. Средняя точка RC-цепочки соединена с выходом стабилизатора напряжения, конденсатор С подсоединен к общей шине питания, а резистор R — к входу перваго ключевого элемента и управляющему входу второго ключевого элемента. Пороговый элемент включен между входным выводом и управляющим входом первого

5 ключевого элемента, выход которого соединен с входом второго ключевого элемента и общей шиной питания. Выход второго ключевого элемента соединен с вторым выводом генератора импульсов на

10 однопереходном транзисторе.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для управления регулятором напряжения на одном тиристоре с фазовым управлением; на фиг. 2 — осцилло15 граммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит однополупериодный выпрямитель 1, выходом подключенный к стабилизатору 2 напряжения.

20 Выход последнего подключен к генератору

3 импульсов, соединенному с регулятором 4 напряжения. Выход стабилизатора 3 напряжения подключен также к RC-цепочке 5. К входу однополупериодного выпрямителя 1

25 подключен пороговый элемент 6, выходом подсоединенный к управляющему входу первого ключевого элемента 7, шунтирующего управляющий переход второго ключевого элемента 8, 30 Однополупериодный выпрямитель выполнен на диоде 9, а стабилизатор 3 напряжения содержит последовательно включенные токоограничивающий резистор

10 и стабилитрон 11, точка соединения ко35 торых является выходом стабилизатора 2, подключенным к точке соединения резистора 12 и конденсатора 13, образующих RCцепочку 5. Вариант порогового элемента 6 (фиг. 1) содержит только один стабилитрон

40 14, выходом подключенный к входу первого ключевого элемента 7, образованному базовым резистором 15, соединенным с диодом

16, шунтирующим управляющий переход транзистора 17. Второй ключевой элемент 8

45 выполнен на транзисторе 18. Генератор 3 импульсов выполнен на однопереходном транзисторе 19 и содержит времязадающую цепочку из резисторов 20 и 21, конденсатора 22 и резистора 23 соединенного с транс50 форматором 24 регулятора 4 напряжения.

Вторичная обмотка трансформатора 24 зашунтирована диодом 25 и подключена к управляющему переходу силового тиристора

26 регулятора, Параллельно тиристору 26

55 включена цепочка из конденсатора 28 и резистора 27, исключающая ложное открывание тиристора 26 при наличии высокочастотных импульсных помех со стороны сети. К аноду тиристора 26 подключена также цепочка из диода 29 и резисторов

1725334

30 и 31. Параллельно входным выводам регулятора включена цепочка из дросселя 32 и включенных параллельно конденсатора

33 и резистора 34, предназначенная для предотвращения проникновения в сеть гармонических составляющих. Цепочка из. резисторов 30, 31 и диода 29, предназначена для защиты тиристора 26 от обратного напряжения при индуктивной нагрузке 35.

Устройство работает следующим образом.

В течение положительной полуволны однофазного питающего напряжения О« через однополупериодный выпрямитель 1 и токоограничивающий резистор 10 стабилизатора 2 напряжения происходит заряд конденсатора 13 RC-цепочки 5 до заданного напряжения.

Положительное напряжение конденсатора 13 RC-цепочки 5 через резистор 12

RC-цепочки обеспечивает входной отпирающий ток второго ключевого элемента 8. на транзисторе 18 и подачу напряжения питания на эмиттер-коллекторный переход транзистора 17. Одновременно через пороговый элемент 6 протекает ток, обеспечивающий запирание первого ключевого элемента 7.

В течение отрицательной полуволны однофазного питающего напряжения 0«, первый ключевой элемент 7 открывается, т.е. транзистор 17 входит в режим насыщения, а второй ключевой элемент 8 закрывается, т,е. транзистор 18 из насыщенного состояния переходит в режим отсечки. Время открытого состояния первого ключевого элемента 7 меньше времени действия отрицательной полуволны питающего напряжения. Это обеспечивается тем, что первый ключевой элемент 7 открывается только в момент, когда значение напряжения отрицательной полуволны U« достигнет значения, определяемого пороговым элементом

6 (напряжения пробоя стабилитрона 14).

Второй ключевой элемент 8 (транзистор 18) открывается в момент, когда закрывается первый ключевой элемент 7, т,е. когда напряжение отрицательной полуволны питающего напряжения становится меньше напряжения ограничения порогового элемента 6.

Поэтому скачкообразное напряжение от конденсатора 13 RC-цепочки 5 поступает на генератор 3 импульсов, в течение большего времени, чем длительность положительной полуволны питающего напряжения.

На фиг. 2 осциллограмма Оу показывает форму напряжения на базе первого ключевого элемента 7 (транзистор 17). В течение положительной полуволны питаю15

55 щего напряжения между эмиттером и базой транзистора 17 действует запирающее напряжение, равное падению напряжения на диоде 16 (0эбдакр.). В течение отрицательной полуволны питающего напряжения с момента, когда напряжение U«становится равным напряжению Unopor (напряжение стабилизации порогового элемента 6 плюс падение напряжения,на без транзистора 17) транзистор 17 открывается (между эмиттером и базой транзистора 17 возникает напряжение U@5pygp). На коллекторе второго ключевого элемента 8 (транзистор 18) формируются импульсы. прямоугольной формы с амплитудой, равной.,напряжению на стабилитроне 11. Длительность этих прямоугольных импульсов меньше длительности полуволны питающего напряжения. Поэтому на генератор 3 импульсов, прямоугольные импульсы напряжения поступают в течение большего времени, чем длительность положительной полуволны питающего напряжения.

B начальном состоянии при разряженном конденсаторе 22 переход транзистора

19 смещен в обратном направлении, ток эмиттера принебрежимо мал. При подаче напряжения на генератор 3 импульсов конденсатор 22 начинает заряжаться через резисторы 20, 21, 23 и первичную обмотку трансформатора 24. Когда эмиттерное напряжение достигает порогового напряжения однопереходного транзистора 19 переход становится прямосмещенным, транзистор 19 срабатывает, сопротивление эмиттерного перехода резко уменьшается.

Конденсатор 22 разряжается через резистор 23, первичную обмотку трансформатора 24, эмиттер и базу однопереходного транзистора 19. Когда конденсатор 22 разрядится, транзистор 19 выключается, затем конденсатор 22 начинает вновь заряжаться через резисторы 20, 21, 23 первичную обмотку трансформатора 24, т.е. цикл повторяется. Силовой тиристор 26 регулятора переводится в состояние проводимости в течение того полуйериода приложенного синусоидального напряжения, когда анод положителен. Выключение тиристора 26 запаздывает на угол а по отношению к началу положительного полупериода и регулируется в пределах 0-180 изменением сопротивления резистора 21, На фиг. 2 приведены следующие осциллограммы: U« — Bxo Hoe H eH e управления; Uzp — импульсы на вторичной обмотке трансформатора 24; Ugg — напряжение на нагрузке 35 силового тиристора 26 регулятора 4 напряжения.

1725334 иг.

zzuv

При минимальном значении сопротивления резистора 21 осциллограммы Uz4 и

Ugs соответствуют режиму полного включения силового тиристора 26 (угол включения тиристора a = О). При максимальном значении сопротивления резистора21 осциллограммы 024 и Uas показывают режим полного выключения силового тиристора 26 (угол включения тиристора а = 180 .

Промежуточный режим неполного включения силового тиристора 26 характеризуется осциллограммами 024упрэ и 035нз.

Устройство для управления регулятором напряжения на одном тиристоре с фазовым управлением имеет максимально возможный диапазон регулирования напряжения, а следовательно, мощности, подводимой к нагрузке. Оно обеспечивает состояние полного выключения и состояние полного включения нагрузки, так как угол открывания силового тиристора регулируется в пределах 0-180О.

Формула изобретения

Устройство для управления регулятором напряжения на одном тиристоре с фазовым управлением, содержащее подсоединенные к входным выводам последовательно соединенные однополупериодный выпрямитель и стабилизатор напряжения, своими выходными выводами подключенный к общей шине питания и пер5 вому выводу генератора импульсов на однопереходном транзисторе, выход которого использован как выходной вывод устройства, связанный с силовым тиристором регулятора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

10 расширения диапазона регулирования напряжения и повышения КПД регулятора, в него введены два ключевых элемента, пороговый элемент и RC-цепочка, соединенная средней точкой с выходом стабилизатора

15 напряжения, причем конденсатор упомянутой RC-цепочки подсоединен к общей шине питания, ее резистор — к R-входу первого ключевого элемента и управляющему входу второго ключевого элемента, пороговый

20 элемент включен между входным выводом и управляющим входом первого ключевого элемента, выход которого соединен с входом второго ключевого элемента и общей шиной питания, а выход второго ключевого

25 элемента соединен с вторым выводом генератора импульсов на однопереходном транзисторе.

1725334

Фх ог

VK18 35

tI улр

М и . 2

Составитель А.Чесноков

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Э.Льнчакова

Заказ 1182 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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