Вентильный преобразователь для умножения частоты

 

"С" А-Н И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

И и

CoIo2 Советских

Социалистических республик (11) 603073

К ЛатОРСКЬММ СВИДИтВЛЬСтВМ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) ЗаЯвлено11.05.76 (21)2359837f24-07

2 (б1) И. Кл.

Н 02 M 5/27 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 15.04.7833юллетень № 14 (45) Дата опубликования описания 22,03,78

Гасудлратввнный камнтат

Саввтв Мнннатраа СССР аа делам нзаарвтаннй н аткрытнй (5З» УД1 621.314. .27 (088.8) (72» Авторы изобретения

В. П. Обрусник и Г. A. Шадрин

Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ

ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть исполь-. зовано при построении преобразователей частоты, регуляторов напряжения и в выпрямителях. 5

Известны преобразователи, которые могут быть использованы для умножения частоты однофазного напряжения, выполненные по схеме управляемого оеверсивного двухполупериодного выпрямителяс шунтирующим ключевым элементом на выходе, причем плечи выпрямителя состоят из последовательно включенных диода и тиристора, а между общими точками последних включен коммутирующий емкостной элемент fl) - f 3j. тб

Недостатком ьзвестных тиристорныл умножителей частоты с принудительной коммутацией является принципиальная невозмож.востьрегулировкивыходного напряжения без 20 дополнительного регулятора.

С целью расширения функциональных возможностей в предлагаемом преобразователе коммутирующий элемент выполнен в виде пар последовательно соединенных конденса- рб торов, причем общая точка каждой пары подключена к общей точке цепочек, образованных последовательно соединенными дополнительными диодом и тиристором и используемой в качестве шунтируюшего ключевого элелтента.

На фиг. 1 приведен умножитель частоты в в 2 раза, удвоитель частоты; на фиг. 2временные диаграммы, поясняющие принцип его работы; на фиг. 3 — схема умножителя частоты в целое число раз больше двух; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы утроителя частоты.

Аналогичным образом строится алгоритм работы ключей при умножении частоты в любое целое число раз.

Схема устройства (см. фиг. 1, 3) содержит трансформатор 1 со вторичными обмотками 2 и З,к которым подсоединены двухполупериодные ключи, состоящие из тиристоров 4, 5 и 6, 7 и согласно последовательно включенных диодов 8, 9 и 10, 11 соответственно, Между общим зажимом двухполупериодных ключей и нулевым выводом вторичных обмоток 2 и 3 трансформатора 1

603073 подключена нагрузка 12, параллельно которой подсоединен шунтируюший ключевой элемент.

В удвоителе частоты ключ,шунтируюший клю чевой элемент, выполнен однополупериодным и состоит из последовательно включенных тиристора 13 и диода 14. В умножителе при кратности умножений больше двух встречно. параллелыюпоследним. подключают тиристор 15 и диод 16. Между общими точками соединения тиристоров 13 и 15 с Г0 диодами 14 и 16 ключа - нулевого вентиля и тиристоров 4, 5 и 6, 7 с диодами 8, 9 и 10, 1 1 подключены коммутирующие конденсаторы 17-20 (в удвоителе частоты иа фиг. 1 конденсаторы 19, 20 отсутствуют) Принцип работы устройства на примере удьоителя частоты следующий (см. фиг. 1).

В положительный полупериод напряжения питания 21(плюс показан точкой) при переходе тока 22 нагрузки через нуль (при

"oC i f, см. фиг. 2), открывается тиристор

5 и по цепи обмотка 2 — диод 9 — тиристор 5 - нагрузка 12 — обмотка 2 начинает протекать ток 23 (фиг. 2), а к нагрузке

12 прикладывается напряжение.24 (заштрихованная площадка). Прн заданном угле регулирования oL ц 4, открывается тиристор 13 нулевого вентиля. Конденсатор 17, имеющий полярность, приведенную на фиг. 1 30 без скобок, запирает тиристор 5 и перезаряжается по контуру: плюс обкладка— тиристор 13 — нагрузка 12 - обмотка 2диод 9 — минус обкладка. В момент равен-„ ства напряжений на конденсаторе 17 и на 35 обмотке 2 открывается диод 14. Ток 25Ä поддерживаемый в, прежнем направлении за счет ЭДС самоиндукции, начинает протекать по короткозамкнутому контуру нагрузки 12.

Он медленно спадает по экспоненте на ин- 40 тервале а(.» 4 сА, «+cA. . Полярность конден2 саторов 17-20 (см. фиг. 1, 3) приведена в исходном состоянии для положительного полупериода, т,е. когда плюс на обмотках

2 и 3 показан точкой. 45

При о < о g отпирают тиристор 6 второго двухполупериодного ключа. Конденсатор

18 своим напряжением запирает тиристор

13 и перезаряжается током 22 нагрузки по цепи: плюс обкладка — тиристор 6 на- 50 грузка 12 — диод 14 — минус обкладка.

Когда потенциал анода диода 10 станет боль: ше потенциала катода, он откроется и через образовавшуюся цепь избыточная реактивная мошность рекуперируется в сеть. Ток 65

26, протекая встречно напряжению на обмотке 3 через диод 10 и тирнстор 6, быстро спадает до нуля при (. = » . В это время открывается тиристор 7 этого же ключа и через него протекает ток 7 на интервале Я ».ь d C ч" и последний момент тиристор естественно запирается. В следующий полупериод напряжения питания 21 (Ж-2 Г ) процессы повторяются.

В момент ц(. = фй открывается тиристор

6. Через образовавшийся контур протекает ток 28 (зона потребления), при отпирании тиоистора 13 образуется короткозамкнутый контур нагрузки, через который. протекает ток 29, а конденсатором 18 запирается тиристор 6, с момента открывания тнристора

5 образуется контур рекуперации избыточной реактивной энергии нагрузки через оЬмотку 2 и диод 9 и тиристор 5 — ток 30, при этом тиристор 13 запирается конденсатором 17. При нулевом значении тока 22 открывается тиристор 4 и через него протекает ток 31. Выше ток 22 нагрузки представлен суммой токов 23, 25-31, протекающим по отдельным элементам умножителя частоты.

Принцип работы умножителя частоты на фиг. 3 отличается незначительно. На интервале 0 а - Жэ (включая открытое состояние тиристора 7) процессы аналогичны. При угле сА. = с отпирается тиристор 15. Конденсатор 20, разряжаясь по цепи: обкладкадиод 11 — обмотка 3 — нагрузка 12 — тиристор 15 — обкладка, запирает тиристор 7 и перезаряжается до напряжения на обмотке

3 с полярностью, показанной на фиг. 3 в скобках. Ток по короткозамкнутому контуру нагрузки протекает до all=-а4, . В последний момент (Й, =сА4.) при отпирании тиристора

4 с помощью конденсатора 19 запирается тиристор 15. Конденсатор 19 перезаряжается током нагрузки через диод 16, нагрузку

12, тиристор 4 и заряжается полярностью, указанной на фиг. 3 в скобках. Ток 22 нагрузки быстро спадает до нуля по контуру: нагрузка 12 — тиристор 4 — диод 8 — обмотка 1 — нагрузка, при этом в момент его перехода через нуль открывается тиристор 5 первой группы. Через последний нагрузку 12, обмотку 2, диод 9 начинает протекать ток, потребляемый от источника питания, Этот ток после смены полярности напряжения 21 на обмотке 2 при угле Й."- g, определяемом постоянной времени нагрузки, достигает нуля. В следующий полупериод напряжения 21 (при о<. > % ) процессы повторяются.

Порядок отпирания тиристорных ключей следуюпяй: тиристор 6 (зона потребления), ти ристор 13(короткоэамкиутый контур), тиристор 5 (зона рекуперации), тиристор 4 (зона потребления), тиристор 15 (короткозамкнутый контур), тиристоп 7 (зона рекуперации), тиристор 6 (зона потребления) н так далее. Процессы, пригекаюшие

603073 при умножении частоты в любое целое число .раз больше трех происходят аналогично.

Описанная выше последовательность работы элементов умножителя частоты обеспечивает независимость формирования кривой выходного напряжения умноженной частоты от величины и характера нагрузки, а поскольку в любой момент времени обеспечен контур протекания тока нагрузки,принципиаально исключаются перенапряжения на эле- 1Î ментах умножителя частоты. Перезаряд конденсаторов происходит под действием тока нагрузки и напряжение на их обкладках не превышает амплитудного значения питающего напряжения (одной из вторичных обмоток). 15

При колебаниях питающего напряжения из-за наличия.диодов напряжение на коммутирующих койдеисаторах не изменяется. Коммутационные потери восполняются от питающей сети, что приводит к стабилизации зарядно- Я го тока: конденсаторов, Энергетические показатели повышаются за счет меньших потерь в коммутирующих контурах и за счет того, что в моменты пауз ток через нагруз« ку протекает, а из питающей сети не пот- 25 ребляется.

Предлагаемый умножитель частоты выгодно отличается от известных, поскольку он выполняет две функции - преобразова» 30 теля частоты и регулятора напряжения. формула изобретения

Вентильный преобразователь для умножения частоты однофазного напряжения, в.— полненный по схеме управляемого реверсивного двухполупериодного выпрямителя с шун- тируюшим ключевым элементом на выходе, причем плечи выпрямителя состоят из последовательно включенных диода.и тиристора, а между общими точками последних включен коммутирующий емкостной элемент, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, коммутирующий элемент выполнен в виде пар последовательно соединенных конденсаторов, причем общая точка каждой нары подключена к обшей точке цепочек, образованных каждая последовательно соединенными дополнительными диодом и тиристором и используемой в качестве шунтирующего ключевого элемента.

Источники инфорМации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Чиженко И. М., Руденко И. С. и

Сенько B. И. Основы преобразовательной техники, Изд-во Высшая школа, М., 1974, с. 251, 281.

2. Авторское свидетельство СССР

No 453777, Н 02 M 5/16, Н 03 К 23/10, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Мо 500569, Н 02 М 5/16, 1973.

603073

Составитель Г. Мыцык

Редактор М. Афанасьева Техред Э. Чубчик Корректор

Заказ 1870/52 Тираж 892 Подписное

llHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4