Преобразователь переменного напряжения

: .", ОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТ ТОРСН инстики при ованных троники ков ССР 84,ГО Н лектроОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(71) Научно-исследовательскийтут автоматики и электромеханТомском институте автоматизирсистем управления и радиоэлек(57) Изобретение относитс ЯО 1432694 А 1 технике и может применяться в регуляторах переменного напряжения. Цельизобретения - обеспечение регулирования выходного напряжения и повышениенадежности, Преобразователь содержиттрехйазный трансйорматор 1, подключенный к переключателям 2, 3, и блок12 управления. За счет введения в переключатели 2 и 3 протекторных узлов,состоящих из диода 17, транзистора18, и блока 12 управления с одновибраторами 20,1-20.4, инверторами21,1, 21,2 и йазосдвигающими блоками22 и 23 обеспечивается регулированиеи реверс йаз выходного напряжения.2 ил,Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение в регуляторах и стабилизаторахпеременного напряжения, преобразователях частоты, с промежуточным звеномповышенной частоты,Целью изобретения является обеспечение регулирования выходного напряжения и повышение надежности преобразователя,На фиг, 1 представлена схема преобразователя; на фиг, 2 - диаграммы,поясняющие его работу, 5Преобразователь переменного напряжения ( фиг. 1) содержит трехфазныйтрансформатор 1, два переключателя2-3, каждый из которых содержит трехфазный диодный мост на диодах 4-9 с 20полностью управляемым транзисторнымключом 10 на его выходе, три диоднотранзисторных ключа 11;1-11.3 переменного тока, выходы которых соединены со входами преобразователя, выходы - с соответствующими входами, трехфазного диодного моста и концамисоответствующих первичных обмотоктрехфазного трансформатора 1, Блок12 управления включает источник 1 3 30питания, последовательно соединенные.задающий генератор 14 и Т-триггер 15,два узла 16.1 и 16,2 развязки с двумя входами, противотактные выходыкоторых подключены к база-эмиттерным35переходам транзисторов соответствую, щих ключей 10, 11,1-113,Каждый ключ каждого переключателяснабжен протекторным узлом, состоящим из диода 17 и дополнительноготранзистора 18, причем катод диода17 соединен с коллектором транзистора 19 ключа, анод диода 17 соединенс базой дополнительного транзистора18, эмиттер дополнительного транзистора 18 соединен с соответствующимгальванически развязанным выходом источника питания, а коллектор дополнительного транзистора 18 соединен сбазой транзистора 19.Блок 12 кроме того содержит четыре одновибратора 20,1-20,4, два инвертора 211 и 21.2 и фазосдвигающиеблоки 22 и 23, соответствующие выходы которых непосредственно через одновибраторы 20,1 и 20,3 соединены с55первьюи входами узлов 16 и через последовательно соединенные инверторы21,1, 21,2 и одновибраторы 20,2 и 20.4 со вторыми входами узлов 16, Б блоках 22 и 23 каждый блок включает последовательно соединенные генератор с 24 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 25 и элемент ИСКЛ 10 ЧАМ 1 ЕЕ ИЛИ 26, выход которого образует выход блока 22 или 23, а один из входов соединен с выходом триггера 15На фиг,2 показаны: 27 - напряжение одной фазы питающей сети; 28 - импульсы задающего генератора 14; 29 - напряжение на выходе триггера 15; 30 и 31 выходнье напряжения генераторов 24 блоков 22 и 23 соответственно; 32 и 33 - управляющие напряжения (У , Н )1 12 преобразователя; 34 и 35 - напряжения на выходах компараторов 25 блоков 22 и 23; 36 и 37 - выходные напряжения, блоков 22 и 23 соответственно; 38 и 39 - выходные напряжения инверторов 21,1 и 21,2 соответственно; 40-42 - напряжения на выходах одновибраторов 20,1-20,4 соответственно; 44 и 45 напряжения - на инверсном и прямом выходах узла 16,1 для управления ключами 11,1-11,3 и 1 О второго переключателя соответственно; 46 и 47 - напряжения на прямом и инверсном выходах узла 16,2 развязки для управления ключами 11,1-11,3 и 10 третьего переключателя соответственно;,48 и 49 - выходные напряжения преобразователя для управляющих напряжений 32 и 33 соответственно.Рассмотрим принцип работь преобразователя на примере одной из фаз питающей сети.При подаче на вход преобразователя трехфазного питающего напряжения 27 (фиг. 2) и включении блока 12 на выходе задающего генератора 14 появляется последовательность тактовых импульсов 28, которая поступает на триггер 15 и на генераторы 24 фазосдвигающих блоков 22 и 23, причем выходное напряжение 30 генератора 24 блока 22 линейно падающее, а напряжение 3 генератора 24 блока 23 - линейно нарастающее, Напряжение с выхода генератора 24 поступает на один из входов компаратора 25, на другой вход которого подается напряжение 33 управления, причем, если линейно изменяющееся напряжение превьпцает напряжение управления, то напряжение на выходе компаратора имеет уровень логической единиць, в противном слу 1432694чле напряже не на выходе компаратораимеет уровень нуля. Таким образом,результатом взаимодействия напряжения 31 и напряжения 33 являетсяформирование напряжения 34 ,фиг, 2)5на выходе компаратора 25 блока 22;результатом взаимодействия напряжений 30 и 33 является напряжение 35 навыходе компаратора 25 блока 23,Далее сигналы с выходов компараторов 25 и с триггера 15 поступают навходы элементов 26, на выходах которыхформируются напряжения 36 на элементе 25 блока 22 и 37 на элементе 25блока 23. Длительность импульсов и частота этих напряжений совпадает сдлительностью импульсов и частотойнапряжения с выхода триггера 15, афаза определяется величиной напряжения управления, Фаза этих напряженийопределяет угол включения ключей переключателей 2 преобразователя и, следовательно, величину напряжения нанагрузке, 25Напряжения 36 и 37 с выходов элементов 26 блоков 22 и 23 соответственно поступают на вход одновибраторов 20.1 и 20,3 и на вход инверторов21,1 и 21,2, выходные напряжения 38 и39 которых поступают на вход одновибраторов 20,2 и 20,4, При этом оцновибраторами формируются импульсы с фиксированной длительностью, которые необходимы для управления узлами 16,1 и16,2, При этом на прямом выходе узла16,1 действует напряжение 45, на инверсном - 44; на прямом выходе узла16,2 - напряжение 46, на инверсном -47.Алгоритм работы ключей 10, 11,111,3 обоих переключателей следующий(при действии напряжения 33); наинтервале 0-1 (фиг.2) - замкнутыключи 10, а ключи 11,1-11.3 обоих пе 45реключателей разомкнуты, при этомпервичные обмотки трансформатора 1отключены от сети и вторичные закорочены, на вторичных обмотках напряжение равно нулю; 1,-1 - замкнутыключи 11.1-11,3 на интервале переклю 50чателя 2 и 10 переключателя 3.При этом концы первичных обмотоктрансформатора 1 закорачиваются клю 1чом 10, т.е. соединяются в звезду.,а начала их подключаются ключами5511.1-11.3 к сети, т.е. на вторичнойобмотке формируется положительное напряжение 49, на интервале 1-1 замккуты ключи 11, - 11,3 переключателей2 и 3, ключи 10 обоих переключателейразомкнуты, При этом образуется цепь,в которой каждая первичная обмотказакорочека и, следовательно, напряжение на каждой из вторичных обмотокравно кулю,На интервале 1,- замкнуты ключи10 переключателя и 11,1-11,3 перекгпочателя 3, остальные ключи разомкнуты, При этом начала первичных обмоток трансформатора 1 закорочены, а концыих подключены к сети через ключи 11, 11;3; на вторичной обмотке формируется отрицательное напряжение,Далее алгоритм повторяется,Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора 1 рассматриваемойфазы действует напряжение 49, величина которого определяется уровнем напряжения управления, а знак определяется тем, начало или конец первичнойобмотки подключены к сети; причем,если напряжение 32 лежит выше точкипересечения напряжений генераторов24 на такое, то напряжение противо-.фазно сетевому; если напряжение 32лежит ниже этой точки, то напряжениесинфазно сетевому. Транзисторный ключ с протекторнымузлом работает следующим образом,В исходном состоянии транзисторы18 и 19 ключа (например, 11.1) и узла закрыты, При поступлении с узла 16,1 импульса напряжения положительной полярности транзистор 19 ключа 11,1 начинает открываться, напряжение на его коллекторе падает и как только оно достигает величины напряжения источника 13 присоединенногок эмиттеру транзистора 18 (за вычетомпадений напряжения на диоде 17 и база-эмиттерном переходе транзистора 18;:протекторного узла), транзистор 18 открывается и поддерживает открытое состояние транзистора 19 ключа 11.1 за счет энергии источника 13.При поступлении импульса напряжения отрицательной полярности с узла 16.1 транзистор 19 ключа 11.1 подзапирается, напряжение ка его коллекторе возрастает и, при достижении им величины напряжения источника 13, закрывается транзистор 18 протекторного узла и транзистор 19 ключа 11,1,Таким образом, положительный импульс напряжения включает ключ 11.1, а отрицательный импульс его выключа40 45 50 55 5 143 ет. Кроме того, протекторный узел обладает защитными свойствами по отношению к основному транзистору ключа: при повышении тока через основной транзистор 19 ключа 11,1 (режим перегрузки или короткого замыкания) падение напряжения между коллектором и эмиттером растет, Это приводит к уменьшению базового тока транзистора 18 протекторного узла через диод 17, что ведет к уменьшению его коллектор- ного тока и, следовательно, базового тока основного транзистора 19, Это ведет к еще большему росту напряжения коллектор-эмиттер основного транзистора 19, следовательно, транзистор 18 еще подзапрется и, таким образом, процесс .закрывания происходит лавинообразно и основной транзистор 19 оказывается защищенным от перегрузки.Таким образом, предлагаемый преобразователь имеет возможность регулирования и реверса фаз выходного напряжения, длительность импульсов управления, поступающих на трансформаторы узлов развязки, не зависит от величины управляющего напряжения и вольт-секундные площади напряжения н положительную и отрицательную полу- волны равны, что существенно облегчает режим работы трансформатора, Надежность преобразователя повышается вследствие того, что протекторный узел обладает защитными свойствами пс отношению к основному транзистору. Поэтому преобразователь обладает высоким быстродействием и может отрабатыватв резкие изменения сигнала управления без ухудшения характерис-, тикФормула изобретения Преобразователь переменного напряжения, содержащий трехфазный транс форматор, вторичные обмотки которого являются выходом преобразователя, дна переключателя, каждый из которых содержит трехфазный диодный мост, к выходам которого подключены эмиттер и коллектор транзисторного ключа, три диодно-транзисторных ключа пере - менного тока, входы которых являются входами преобразователя, выход каждого из диодно-транзисторных ключей переменного тока соединен с соответствующим входом трехфазного диодного моста и с одним выводом соответству 5 10 15 20 25 30 35 ющей первичной обмотки трехфазноготрансформатора, блок управления, содержащий источник питания, последовательно соединенные задающий генератори Т-триггер и два узла развязки сдвумя входами, протиготактные выходыкаждого из которых подключены к базаэмиттерным переходам транзисторов диодно-транзисторных ключей переменного тока и транзисторного ключа диодного моста соответствующего переключателя, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью обеспечения регулирования выходного напряжения и повышения надежности преобразователя, источник питания снабжен гальваническиразвязанными выходами по числу ключей,каждык диодно-транзисторный ключ каждого переключателя и транзисторный к ключ трехфазного моста снабжен протекторным узлом, состоящим из диода идополнительного транзистора, блок управления снабжен четырьмя одновибраторами, двумя иннерторами и двумя фазосдвигающими блоками, каждый из которых содержит компаратор, элементИСКЛМЧА 10 ЩЕЕ ИЛИ и генератор линейноизменяющегося напряжения, один блок -линейно падающего, другой - линейнонарастающего, причем в каждом ключес протекторным узлом катод диода протекторного узла соединен с коллектором транзистора ключа, анод диода узла соединен с базой дополнительного транзистора этого угла, эмиттер дополнительного транзистора узла соединенс соответствующим гальнанически развязанным выходом источника питания,коллектор дополнительного транзистора узла соединен с базой транзистора соответствующего ключа в фазосдвигающих блоках блока управления, входы генераторов линейно изменяющихся напряжений соединены с выходом задающего генератора, выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, соединенном с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом элемента ИСКЛ 10 ЧА 1011 ЕЕ ИЛИ, вторые входы компараторов соединены и являются управ -ляющим входом блока управления, выход триггера соединен с входами элементов ИСКЛ 10 ЧАИЩЕЕ ИЛИ, выход каждого из которых через один одновибратор соединен с первым входом соответствующего узла развязки и через один инвертор и другой однонибратор соединен с вторым входом того же узла разнязки,1432694 12 ы 1222 Ур (зз а Угю оставитель В.Мироновехред А.Кравчук р Н,Коро едактор Г,Волкова о Заказ 5451 ое Производственно-полигра(рическое предприя л. 11 роектная, 4 Уж гор 1 вю 1215 и Уу Подп 1комитета СССРи открытийкая наб., д, 4/ Тираж ббб В 11 ИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Рауш