Вентильный преобразователь для умножения частоты

йзЪ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) ЗаЯвлено 11.05.76 (21)235983724с присоединением заявки Ж(23) Приоритет 2 2 М 5/2 асудлрственныа камнтеСаввтв Мнннстраа ССаа делам нзааретеннн аткрытнй. Обрусник и Г. А. Шадри Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханикпри Томском институте автоматизированных систем управленияи радиоэлектроники) ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УМНОЖЕН ЧАСТОТЫ включенных шими точка ующий ем Недост ожнтелей ацией явл ыл умкомму можтком ьзвестных тиристорн частоты с принудительной яется принципиальная невоз ировкивыходногонапряжен ьного регулятора.расширения функциональ в предлагаемом преобраз ший элемент выполнен в овательно соединенных ко ь регулолнителС цельюможностейкоммутируюпар послед.востдоп ных возователевиденденса Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть исполь-. зовано при построении преобразователей частоты, регуляторов напряжения и в выпрямителях. 5Известны преобразователи, которые могут быть использованы для умножения частоты однофазного напряжения, выполненные по схеме управляемого реверсивного двухполупериодного выпрямителяс шунтируюшим ключевым элементом на выходе, причем плечи выпрямителя состоят из последовательно диода и тиристора, а между обми последних включен коммутиостной элемент 111 - 3 15 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, 2- временные 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, 1 1 соответственно, Между общим зажимом двухполупериодных ключей и нулевым выводом вторичных обмоток 2 и 3 трансформатора 1подключена нагрузка 12, параллельно которойподсоединен шунтируюший ключевой элемент.В удвоителе частоты ключ,шунтирующий клюьчевой элемент, выполнен однополупериодными состоит из последовательно включенныхтиристора 13 и диода 14, В умножнтелепри кратности умножений больше двухвстречно параллелыюпоследним. подключаюттиристор 15 и диод 16. Между общими точками соединения тиристоров 13 и 15 с Г 0диодами 14 и 16 ключа - нулевого вентиляи тиристоров 4, 5 и 6, 7 с диодами . 8, 9и 10, 11 подключены коммутирующие конденсаторы 17-20 (в удвоителе частотыиа 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 (приэ ф Ч, 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 й 12 прикладывается напряжение.24 (заштрихованная площадка). Прн заданном угле регулирования о( ц о 4, открывается тиристор 13 нулевого вентиля. Конденсатор 17, имеющий полярность, приведенную на фиг. 1 30 без скобок, запирает тиристор 5 и пере- заряжается по контуру: плюс обкладка - тиристор 13 - нагрузка 12 - обмотка 2- диод 9 - минус обкладка, В момент равен- ства напряжений на конденсаторе 17 и на 35 обмотке 2 открывается диод 14. Ток 25, поддерживаемый в, прежнем направлении за счет ЭДС самоиндукции, начинает протекать по короткозамкнутому контуру нагрузки 12. Он медленно спадает по экспоненте на ин тервале Ы. 4 А бЫ . Полярность конден 2саторов 17-20 (см. фиг. 1, 3) приведена в исходном состоянии для положительного полупериода, т,е. когда плюс на обмотках 2 и 3 показан точкой. 45При о ф о 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 грузка 12 - диод 14 - минус обкладка. Когда потенциал анода диода 10 станет боль- ше потенциала катода, он откроется и через образовавшуюся цепь избыточная реактивная мощность рекуперируется в сеть. Ток И 26, протекая встречно напряжению на обмотке 3 через диод 10 и тирнстор 6, быстро спадает до нуля при= г . В это время открывается тиристор 7 этого же ключа и через него протекает ток 7 на интервале 3,ь о с Ч,в последний моменттиристор естественно запирается, В следующий полупериод напряжения питания 2 1(-2 Г ) процессы повторяются,В момент о(, = 9 й открывается тиристор6, Через образовавшийся контур протекаетток 28 (зона потребления), при отпираниитиоистора 13 обрвзуется короткозамкнутыйконтур нагрузки, через который протекаетток 29, а конденсатором 18 запирается тиристор 6, с момента открывания тнристора5 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 22открывается тиристор 4 и через него протекает ток 31. Выше ток 22 нагрузки представлен суммой токов 23, 25-31, протекающим по отдельным элементам умножителячастоты. Принцип работы умножителя частоты на фиг, 3 отличается незначительно. На интервале 0 й ААэ (включая открытое состояние тиристора 7) процессы аналогичны. При угле сА. ф сотпирается тиристор 15. Конденсатор 20, разряжаясь по цепи: обкладка- диод 11 - обмотка 3 - нагрузка 12 - тиристор 1 5 - 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 сА,=оС . В последний момент (А фсА 4,) 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 А"- Р, определяемом постоянной времени нагрузки, достигает нуля, В следующий полупериод напряжения 21 (при о.1 Г ) процессы повторяются. Порядок отпирания тиристорных ключей следукхций: тиристор 6 (зона потребления), ти ристор 13(короткоэамкиутый контур, тиристор 5 (зона рекуперации), тиристор 4 (зона потребления), тиристор 15 (коротко- замкнутый контур), тиристоо 7 (зона рекуперации), тиристор 6 (зона потребления) н так далее. Процессы, пригекающие603073 И 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 посколькув любой момент времени обеспечен контур протекания тока нагрузки,принципиаально исключаются перенапряжения на эле о 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 ребляется. Предлагаемый умножитель частоты выгодно отличается от известных, поскольку он выполняет две Функции - преобразова ЗО теля частоты и регулятора напряжения. формула изобретенияВентильный преобразователь для умножения частоты однофазного напряжения, вполненный 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 последнихвключен коммутирующий емкостной элемент,о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с цельюрасширения Функциональных возможностей,коммутирующий элемент выполнен в видепар последовательно соединенных конденсаторов, причем общая точка каждой нары подключена к обшей точке цепочек, образованных каждая последовательно соединеннымидополнительными диодом и тиристором и используемой в качестве шунтирующего ключевого элемента,Источники инфорМации, принятые во внимание при экспертизе:1, Чиженко И. М., Руденко Ю. С. иСенько В. И. Основы преобразовательнойтехники, Изд-во высшая школа", М1974, с. 251, 281,2. Авторское свидетельство СССРХо 453777, Н 02 М 5/16, Н 03 К 23/10,1973.3. Авторское свидетельство СССРМо 500569, Н 02 М 5/16, 1973,603073 Составитель Г. Мыцыкедактор М. Афанасьева Техред Э. Чужик Корректор Е ака лиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектная 1870/52 Тираж 892ПНИИПИ Государственного комитетпо делам изобретений113035, Москва, Ж, Рау ПодписноеСовета Министров СССи открытийкая набд. 4/5