Преобразователь переменного напряжения в переменное (его варианты)

СНИХСеицъиацеших ОО 5176 СПУБ др Н 02 М 3/257 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЬСТВ енного тос я тем, что,ва регулироваьзования В. идоренкоки АН ения льных вольтоов, первичт по четыре 1971.во СССР1979. тель НАНТЫ) ого ащийобб- до ода,пь ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН АВТОРСКОМУ С(71) Институт электродинамиУкраинской ССР(56) 1. Патент США В 36528кл. В 23 Н 9/01, 323-43, 5,2. Авторское свидетельсВ 877497, кл. С 05 Г 1/22,(54) . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ (ЕГО ВАРИА (57) 1. Преобразователь перемени напряжения в переменное, содерж силовой трансформатор, первичная мотка которого связана с выводами цепи силового тока, а вторичная мотка имеет четыре отвода, вольт бавочный трансформатор, первична обмотка которого имеет четыре от а вторичная обмотка включена в ц силового тока, и группу из четыр управляемых ключей пере ка, о т л и ч а.ю щ и й с целью повышения качес ния, эффективности испол ключевых элементов и уп него введено ш дополнит добавочных трансформато ные обмотки которых имею отвода каждая и ш допол групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой трансформатор имеет ш дополнительных вторичных обмоток, имеющих по четыре отвода каждая, причем управляемые ключи переменного тока каждой иэ групп соединяют между собой одноименные отводы первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора и соответствукщей вторичной обмотки силового трансфор матора, а вторичные обмотки всех. , (ш + 1)-х вольтодобавочных трансформаторов включены последовательно в цепь силового тока.1115176 дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного токакаждая, силовой трансформатор содержит (в + 1) группу вторичных обмотокпри этом каждая из (щ + 1) групп вторичных обмоток выполнена в виде трехизолированных секций, одни одноименные вь 1 воды которых через соответствующие управляемые ключи переменноготока соединены в общую точку, соединенную через другой управляемый ключпеременного тока с одним из отводовпервичной обмотки соответствующеговольтодобавочного трансформатора, адругие одноименные выводы секцийнепосредственно соединены с соответствующими выводами первичной обмоткисоответствующего вольтодобавочноготрансформатора. 1Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для построения преобразователей, преимущественно регуляторов напряжения и тока в системах питания электрорадиоаппаратуры.Известны устройства, содержащие основной трансформатор и несколько вольтодобавочных трансформаторов 13 10Однако в таких устройствах качество регулирования недостаточно высокое, что, в свою очередь,- определяет невысокую надежность устройства (вероятность возникновения аварий ных или нерабочих режимов при сбоях в системе управления высока).Наиболее близким к предложенному является преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий 20 силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи авилового тока, а вторичная об - мотка имеет четыре отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная 25 обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепь силового тока и группу из четырех управляемых ключей переменного тока г,30 2, Преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи силового тока, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вто - ричная обмотка включена в цепь силового тока, и группу из четырех управляемыхключей переменного тока, о т - л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения качества регулирования, эффективности использования ключевых элементов, упрощения и снижения массогабаритных показателей, повышения технологичности изготовления и повышения надежности, в него введено щ дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которыхимеют по четыре отвода каждая и щ 2Однако в извес тном устройстве качество регулирования является недостаточным, С точки зрения комбинаторики число дискретных уровней выходного напряжения при наличии в схеме И ключей будет максимально, если одновременно могут работать - (при М четно 0)йМфгили (при М нечетном) любых ключей. На практике, однако, невозможно построить схему, в которой одновременно могут включаться три и более любых ключа. Это говорит о недостаточно эффективном использовании ключевых элементов в схеме; при М ) 5 и,.соответственно, Б, ) 10 в известном устройстве оказывается невозможным добиться линейности регулирования, т.е. обеспечить, например, при И = 5 десять уровней выходного напряжения с равным шагом между ними. При проектировании устройства это приводит либо к сужению диапазона регулирования выходного напряжения при неизменной ступени регулирования, либо к увеличению шага регулирования при неизменном диапазоне, В любом случае возможности устройства используются неполностью, и с ростом И (и, следовательно, Б,), этот недостаток сказывается все значительнее. Так,3. 11151 например, при И = 8 теоретически возможное число Б, = 28, однако реально при расчете удается обеспечить не более 18 уровней выходного напря" жения с равным шагом между ними, при М 4 в известном устройстве значительно возрастают напряжения, прикладываемые к разомкнутым ключам. Это заставляет при проектировании конкретного устройства применять в качестве ключей тиристоры высоких классов по напряжению, что бывает затруднительно, а часто и невозможно.юЦелью изобретения является повышение эффективности использования к,ю 5 чевых элементов, качества регулирования и упрощение. По первому варианту поставленная цель достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого связана с выводами цепи силового тока, а вторичная обмотка имеет четыре отвода, вольтодобавочный трансформатор, первичная обмотка которого имеет четыре отвода, а вторичная обмотка включена в цепи силового тока и группу из четырех управляемыхЭ 30 ключей переменного тока, введено ш дополнительньм вольтодобавочньм транс. форматоров, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая и ш дополнительньм групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая, силовой трансформатор имеет ш дополнительных вторичных обмоток, имекщих по 4 отвода каждая, причем управляемые ключи переменного тока каждой из групп соединяют между собой одноименные отводы первичной обмотки соответствукщего вольтодобавочного трансформатора и соответствующей вторичной регулировочной обмотки силового трансформатора, а вторич- ф 5 ные обмотки всех (ш + 1) -х вольтодобавочных трансформаторов включены последовательно в цепь силового тока.По второму варианту, с целью снижения массогабаритньм показателей, по 50 вышения технологичности и надежности, в преобразователь переменного напряжения в переменное введено ш дополнительных вольтодобавочных трансформаторов, первичные обмотки которых имеют по четыре отвода каждая и ш дополнительных групп из четырех управляемых ключей переменного тока каждая,76 4силовой трансформатор содержит (в+1) группу вторичных обмоток, при этом каждая из (ш + 1) групп вторичных обмоток выполнена в виде трех изолированных секций, одни одноименныевыводы которых через соответствующие управляемые ключи переменного тока соединены в общую точку, соединенную через другой управляемый ключ переменного тока с одним из отводов первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора, а другие одноименные выводы секций непосредственно соединены с соответствующими выводами первичной обмотки соответствующего вольтодобавочного трансформатора.По второму варианту общие точки соединения ключей каждого узла регулирования могут быть соединены между собой и с корпусом прибора. Таким образом, применив в качестве управ- ляемых ключей переменного тока симметричные тиристоры, можно установить их на общий охладнтель и даже просто на корпус устройства. Это позволяет значительно упростить конструкцию и монтаж устройства, повышает его надежность при эксплуатации, и во многих случаях позволяет обойтись без использования большого числарадиаторов, изготавливаемых иэ, цветных металлов и сплавов с высокой теплопроводностью.В данной структурной схеме именно четырехключевые узлы регулирования являются оптимальными. Построение устройства с аналогичными пяти- ключевыми узлами регулирования формально повышает число формируемых схемой уровней напряжения, однако при этом теряется линейность регулирования (что уменьшает реальный диапазон или ухудшает точность регулирования) и возрастают напряжения на разомкнутых ключах.Вместе с тем, при необходимости последний узел регулирования может содержать от трех до пяти ключей (и соответственное количество отводов первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора и вторичной регулировочной обмотки основного трансформатора) .Суммарная установленная мощность вольтодобавочных трансформаторов, несмотря на увеличение их количества, в предлагаемом устройстве не превышает установленной мощности одного3 1115 трансформатора в известном устройстве.На фиг. 1-3 представлена функциональная схема предла 1 аемого устройства, варианты.Устройство (фиг, 1) содержит ос" новной автотрансформатор 1 с секционированными вторичными обмотками 2 и 3, вольтодобавочный трансформатор 4 с секционированной первичной обмот б кой 5, вольтодобавочный трансформатор 6 с секционированной первичной обмоткой 7 и управляемые ключи 8-15 переменного тока, причем ключи 8-11 соединяют между собой одноименные отводы 16-19 обмотки 2 основного автотрансформатора 1 и обмотки 5 вольтодобавочного трансформатора 4, а ключи 12-15 соединяют между собой одноименные отводы 20-23 обмотки 3 основного автотрансформатора и обмотки 7 вольтодобавочного трансфор - матора 6. Вторичные обмотки 24 и 25 вольтодобавочных трансформаторов 4 и 6 включены последовательно в цепь силового тока между выходным зажимом 26 автотрансформатора и выходным зажимом устройства 27.На фиг. 2 приведено устройство, в котором основной автотрансформатор 1 имеет одну секционированную вторичную обмотку 2.Отличие от схемы фиг.1 состоит в том, что в данной схеме одноименные ключи в каждой группе соединяют одноименные отводы первичных обмоток вольтодобавочных транс- З форматоров с одним и тем же отводом регулировочной обмотки основного автотрансформатора.На фиг. 3 приведен пример схемы устройства по второму варианту для случая, когда необходима гальваническая развязка входа и выхода или требуется согласование уровней входного и выходного напряжений.Устройство (фиг. 3) содержит силовой трансформатор 28, имеющий первичную обмотку 29, подключенную ко входным зажимам устройства, основную вторичную обмотку 30 и секции двух .групп вторичных обмоток 3 1-36, вольтодобавочный трансформатор 37 с секционированной первичной обмоткой 38, вольтодобавочный трансформатор 39 с секционированной первичной об.моткой 40 и управляемые ключи 4 1-48 -переменного тока, составляющие две группы по 4 ключа в каждой. Отводы 49-51 первичной обмотки 38 вольтодо 76 ббавочного трансформатора соединены соответственно с концами трех вторичных регулировочных обмоток 31-33 основного силового трансформатора 28, другие концы которых и четвертый отвод 52 первичной обмотки 38 вольтодобавочного трансформатора 37 через ключи 4 1-44 соединены в одну точку.Аналогично во втором узле регулирования отводы 53-55 первичной обмотки 40 вольтодобавочного трансформатора 39 соединены соответственно с концами трех вторичных регулировочных обмоток 34-36 силового трансформатора 28, другие концы которых и четвертый отвод 56 первичной обмотки 40 вольтодобавочного трансформатора 39 через ключи 45-48 соединены в одну точку. Вторичная обмотка 57 вольтодобавочного трансформатора 37и вторичная обмотка 58 вольтодобавочного трансформатора 39 включены последовательно в цепь выходного тока между выводом 59 основной обмотки 30 силового трансформатора 28 и выходнымзажимом 60 устройства.Принцип действия всех схем одинаков: одновременно в каждой группе изчетырех ключей замкнуты любые два ключа, создавая путь току в первичнойцепи соответствующего вольтодобавочного трансформатора и внося соответствующую ЭДС вконтур вторичной цепиэтого вольтодобавочного трансформатора. Изменяя величины этих ЭДСмы можем требуемым образом влиятьна эквивапентный коэффициент трансформации исполнительной структуры,т.е. осуществлять необходимое преобразование величины напряжения переменного тока.В качестве управляемых ключей переменного тока могут использоватьсявстречно-параллельно соединенные тиристоры, симисторы, транзисторы вдиагонали диодных мостов и другиесиловые приборы. Как и в известномустройстве, в предлагаемой схеме можно осуществить плавное регулирование напряжения за счет фазового илиширотно-импульсного регулирования между двумя соседними уровнями.Повышенное по сравнению с известным устройством число рабочих состояний при равном числе ключей и, соответственно, сниженное число нерабочих и аварийных режимов свидетельствуют о более высокой надежности предлагаемого устройства,