Устройство для регулирования напряжения

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на электрическом подвижном составе. Изобретение позволяет увеличить коэффициент полезного действия (что является техническим результатом) путем увеличения продолжительности протекания зарядного тока при уменьшении величины входного напряжения. Это достигается тем, что устройство содержит два полностью управляемых зарядных тиристора, включенных в последовательную цепь. Цепь "реактор - второй конденсатор" шунтирована встречно-параллельно включенными между собой тиристорами. Цепь "первый конденсатор - реактор - второй конденсатор" шунтирована перезарядным, полностью управляемым тиристором. Встречно-параллельно к перезарядному тиристору подключена цепь, содержащая последовательно соединенные тиристоры. Общий зажим этих тиристоров подключен к общему зажиму последовательно соединенных конденсаторов фильтра. Свободный зажим первого конденсатора фильтра подключен к аноду первого перезарядного тиристора и к "плюсовому" зажиму источника питания, а свободный зажим второго конденсатора фильтра подключен к катоду второго зарядного тиристора и к "минусовому" зажиму источника питания. Нагрузка подключена к зажимам второго конденсатора. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на электрическом подвижном составе в качестве преобразователей постоянно-постоянного тока со звеном переменного тока для питания вспомогательных электрических потребителей и цепей управления.

Известно устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1700710 от 11.01.90, МКИ H 02 М 3/135, 7/515, опубл. 23.12.91, БИ N 47, Мазнев А. С.), содержащее цепь из последовательно соединенных зарядного, полностью управляемого тиристора, реактора и двух конденсаторов, подключенную к источнику питания. Кроме того, устройство содержит цепь из встречно-параллельно соединенных перезарядного и дополнительного тиристоров, которая шунтирует последовательную цепь: реактор и два конденсатора. Нагрузка подключена к зажимам второго конденсатора.

Недостаток этого устройства состоит в том, что все напряжение источника питания распределяется на конденсаторах, а энергия перезаряда реактора перераспределяется на оба конденсатора одновременно, что создает дополнительные потери в этих цепях, и, кроме того, это устройство не позволяет значительно расширить диапазон регулирования выходного напряжения.

Известно устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1739460 от 18.06.90, МКИ Н 02 М 7/515, опубл. 07.06.92, БИ N 21, авторы Мазнев А.С., Рогов А.Н., Ширяев А.В.). Указанное устройство содержит те же элементы, что и в предыдущем изобретении. Однако последовательность включения между собой реактора и двух конденсаторов отличается от предыдущей тем, что реактор включен между конденсаторами. При этом первый конденсатор свободным зажимом подключен к катоду зарядного тиристора, а дополнительный тиристор шунтирует только последовательную цепь, содержащую реактор и второй конденсатор.

Недостаток этого устройства, как и предыдущего, состоит в том, что все напряжение питания распределяется на обоих конденсаторах, что также создает дополнительные потери в цепях заряда, и, кроме того, эта схема не позволяет значительно расширить диапазон регулирования выходного напряжения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1735987 от 18.06.90, МКИ H 02 М 7/515, опубл. 23.05.92, БИ N 19, Мазнев А.С.), в котором, как и в предыдущем устройстве, к источнику питания подключается цепь, содержащая последовательно включенные в порядке перечисления зарядный, полностью управляемый тиристор, первый конденсатор, реактор и второй конденсатор. Нагрузка подключена также к выводам второго конденсатора, перезарядный тиристор полностью управляемый. При этом в устройстве функционирует цепь, содержащая два встречно-параллельно включенных тиристора. Один их общий вывод соединен с катодом перезарядного тиристора, а другой - с общим зажимом первого конденсатора и реактора.

Эта схема устройства позволяет расширить диапазон регулирования амплитудного значения напряжения на конденсаторах при заряде и перезаряде, что позволяет снизить потери и повысить КПД.

Однако при этом величина напряжения источника питания распределена на обоих конденсаторах, что не позволяет дополнительно регулировать величину выходного напряжения и тем самым увеличить КПД схемы.

Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия путем увеличения коэффициента заполнения.

Указанная задача достигается тем, что в устройство для регулирования напряжения, содержащее первый зарядный, полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к положительному зажиму источника питания, реактор, включенный последовательно между первым и вторым конденсаторами, перезарядный, полностью управляемый тиристор, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора и с первым, свободным, зажимом первого конденсатора, а катодом соединенный со вторым, свободным, зажимом второго конденсатора, а также два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора и реактора, а второй общий зажим указанных тиристоров соединен с катодом перезарядного тиристора, причем к обоим зажимам второго конденсатора подключена нагрузка, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй зарядный, полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания, два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора, а общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что в него дополнительно введены второй зарядный тиристор, являющийся полностью управляемым. Анодом этот тиристор подключен к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания. Кроме того, в устройство введены два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора. Общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора.

Это позволяет улучшить форму кривой выходного напряжения за счет регулирования продолжительности протекания зарядного тока при уменьшении величины входного напряжения и тем самым увеличить коэффициент заполнения.

Сказанное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый зарядный, полностью управляемый тиристор 1, анод которого подключен к положительному зажиму источника питания 2; реактор 3, включенный последовательно между первым 4 и вторым 5 конденсаторами; перезарядный, полностью управляемый тиристор 6, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора 1 и с первым, свободным, зажимом первого конденсатора 4, а катодом соединенный со вторым, свободным, зажимом второго конденсатора 5; два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора 7 и 8, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора 4 и реактора 3. Второй общий зажим указанных тиристоров 7 и 8 соединен с катодом перезарядного тиристора 6, причем к обоим зажимам второго конденсатора 5 подключена нагрузка 9. Дополнительно в устройство введен второй зарядный, полностью управляемый тиристор 10, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора 6, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания 2. Кроме того, введены два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора 11 и 12. Свободный катод одного из них 11 соединен с катодом первого зарядного тиристора 1, свободный анод другого 12 соединен с анодом второго зарядного тиристора 10. Общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров 11 и 12 подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов 13 и 14 фильтра. Свободный зажим первого 13 из них подключен к аноду первого зарядного тиристора 1, а свободный зажим второго 14 подключен к катоду второго зарядного тиристора 10.

Устройство работает следующим образом.

При одновременном включении зарядного тиристора 1 и дополнительного тиристора 12 начинается колебательный заряд конденсаторов 4 и 5 по цепи: "плюсовой" зажим конденсатора 13 фильтра - зарядный тиристор 1 - конденсатор 4 - реактор 3 - конденсатор 5 - тиристор 12 - "минусовой" зажим конденсатора 13. После достижения током заряда определенной величины тиристор 1 выключается и включается тиристор 7. В результате ток реактора 3 будет протекать по цепи: реактор 3 - конденсатор 5 - тиристор 7, тиристор 12 при этом запирается одновременно с тиристором 1. Энергия, запасенная в реакторе 3, передается только конденсатору 5. После снижения тока до нуля тиристор 7 закроется, а конденсатор 5 разряжается на нагрузку 9.

Затем включается перезарядный тиристор 6, начинается перезаряд конденсаторов по цепи: конденсатор 4 - тиристор 6 - конденсатор 5 - реактор 3. В определенный момент времени, например при напряжении на конденсаторе 4, равном нулю, перезарядный, полностью управляемый тиристор 6 выключается и включается тиристор 8. Ток реактора 3 будет протекать по контуру: реактор 3 - тиристор 8 - конденсатор 5. Энергия реактора 3 передается конденсатору 5, полярность напряжения на его обкладках меняется на противоположную (указана на чертеже в скобках). После снижения тока тиристора 8 до нуля он выключается и начинается разряд конденсатора 5 на нагрузку 9. В результате формируется второй полупериод выходного напряжения.

По окончании разряда конденсатора 5 формируется следующий период выходного напряжения: включаются второй зарядный тиристор 10 и дополнительный тиристор 11. Начинается новый колебательный заряд конденсаторов 4 и 5 по цепи: "плюс" конденсатора 14 - тиристор 11 - конденсатор 4 - реактор 3 - конденсатор 5 - зарядный тиристор 10 -"минус" конденсатора 14. После достижения током заряда определенной величины тиристор 10 выключается, соответственно закрывается тиристор 11 и включается тиристор 7. А далее процесс передачи энергии от реактора 3 конденсатору 5 и следующие за этим процессы повторяются, как это было после отключения тиристоров 1 и 12.

Регулируя продолжительность протекания тока через тиристоры 1, 10 и 6, можно менять выходное напряжение от нуля до величины, определяемой соотношением параметров конденсаторов. При этом за счет уменьшения входной величины напряжения и увеличения длительности открытого состояния тиристоров 1 и 10 увеличивается коэффициент заполнения, а следовательно, улучшается форма кривой выходного напряжения и КПД устройства.

Формула изобретения

Устройство для регулирования напряжения, содержащее первый зарядный полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к положительному зажиму источника питания, реактор, включенный последовательно между первым и вторым конденсаторами, перезарядный, полностью управляемый тиристор, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора и с первым свободным зажимом первого конденсатора, а катодом соединенный со вторым свободным зажимом второго конденсатора, а также два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора и реактора, а второй общий зажим указанных тиристоров соединен с катодом перезарядного тиристора, причем к обоим зажимам второго конденсатора подключена нагрузка, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй зарядный полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания, два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора, а общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора.

РИСУНКИ

Рисунок 1