Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное

(51)5 Н 02 НИ ПИСА ИЗО К АВТОРСКО инжене в ком 56) Авторское М 1037416, клАвторское 1 Ф 981911, кл. (54) РЕ ГУЛИРУ ПЕРЕМЕННО МЕННОЕ АТЕЛЬ ПЕРЕСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ГОСУДАРСТВЕН-ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Харьковский институтмунального строительст(57) Изобретение относится к злект ке, Цель изобретения - повышени ности и уменьшение содержания гармоник в кривой тока нагрузки. во содержит первый 1 и Второй 7 т ные ключи, подключающие первую нагрузки к сети, и общую систему управления, Благодаря применени го 16 и второго 17 фазосдвигаю ройств, трансформатора 4 нуль-органа 9 обеспечивается над пирание первого 1 и второго 7 тир ключей в режиме принудительной ции и уменьшается уровень высш ник тока при вариации угла пров тиристоров, за счет чего достигаетс ленная цель, 3 ил,ротехние надвжВЫСШИХ Устройст- иристори вторую Фазового ю первощих усттока и ежное заисторных ком мутаих гармоодимости я пОСтаВИзобретение относится к электротехнике. в частности к устройствам преобразования переменного напряжения в переменное,Известны устройства преобразования переменного напряжения, содержащие тиристорные ключи, первые и вторые фаэосдвигающие блоки, источники питания, транзисторы и ограничительные резисторы и позволяющие формировать напряжение на нагрузке в зависимости от заданного угла отпирания тиристорного ключа и работать как с отстающим, так с опережающим коэффициентом мощности 1,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий первый и второй тиристорные ключи, первые выводы которых обьединены и подключены к первому выводу для подключения сети, первые и вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок, причем вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок соединены с вторым выводом для подключения сети, второй вывод второго тиристорного ключа соединен с первым выводом для подключения второй нагрузки, стабилизатор напряжения, первый и второй фазосдвигающие блоки, первый ограничительный резистор, вход которого соединен с первым и вторым выводами для подключения сети, первый и второй транзисторы и оптрон, соединяющие выходные выводы источника питания с управляющим электродом первого тиристорного ключа, катод которого соединен с общим выходным выводом источника питания 2.Известный преобразователь позволяет разделить общую нагрузку на несколько нагрузочных ветвей с целью упрощения схемы управления тиристорных ключей,Недостатками известных преобразователей являются низкие энергетические показатели преобразовательной установки в целом, так как при углах управления тиристорных ключей, отличных от нуля, в сети отмечаются искажения напряжения сети со спектром гармоник, соответствующим спектру гармоник тока, Так, при угле отпирания 90 уровень третьей гармоники достигает 33. Кроме того, применение в тиристорных ключах тиристоров с принудительной коммутацией ставит проблему согласования тока управления с током нагрузки в момент запирания, что обуславливает низкую надежность работы преобразователя с принудительной коммутацией, 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 Таким образом, известные устройства имеют невысокие энергетические показатели и недостаточную надежность работы,Целью изобретения является повышение надежности и уменьшение содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки,Укаэанная цель достигается тем, что в преобразователь введены нуль-орган, второй, третий и четвертый ограничительные резисторы. трансформатор тока и управляющий выпрямительный мост, переменный резистор управления, причем вход трансформатора тока включен между вторым выводом первого тиристорного ключа и первым выводом для подключения первой нагрузки, выход трансформатора тока через управляющий выпрямительный мост и третий ограничительный резистор подключен к базе первого транзистора, выводы коллектор-эмиттер которого соединены последовательно с выводами коллектор-эмиттер второго транзистора и включены между отрицательным выходным выводом источника питания и управляющим электродом первого тиристорного ключа, положительный выходной вывод источника питания через последовательно соединенный второй ограничительный резистор и фототранзистор оптрона подключен к управляющему электроду первого тиристорного ключа, к выходным выводам стабилизатора напряжения подключены последовательные цепи из первого диода и цепи питания первого фазосдвигающего блока и второго диода и цепи питания второго фаэосдвигающего блока соответственно, выход первого фаэосдвигающего блока соединен с переходом эмиттер-база второго транзистора, выход второго фазосдвигающего блока соединен с входом управления второго тиристорного ключа, входы управления первого и второго фаэосдвигающих блоков через третий и четвертый диоды соответственно, переменный резистор управления и первый ограничительный резистор подключены к положительному выводу стабилизатора напряжения, вход нуль-органа включен между первым и вторым выводами для подключения сети, а к выходу нуль-органа подключен светодиод оптрона,На фиг,1 приведена электрическая схема регулируемого преобразователя переменного напряжения в переменное: на фиг.2 - осцилограммы токов и напряжений в сети и на нагрузках; на фиг.3 - спектральный состав суммарного тока, регулируемого преобразователя переменного напряжения в переменное (И - 1-я гармоника; ,3 - 3-я гармоника; м 1 - 1-я гармоникатока тиристорного регулятора; мз-я гармоника тока при работе эквивалентной нагрузки тиристорного регул яторэ с отстающим коэффициентом мощности,Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное содержит первый тиристорный ключ 1, в качестве которого применен двухоперационный тиристор, подключенный к сторонам выпрямительного моста 2. Второй тиристорный ключ 3 выполнен на базе симметричного тиристора. Первые выводы первого 1 и второго 3 тиристорных ключей объединены и подключены к первому выводу 4 для подключения сети. К второму выводу для подключения нагрузки первого тиристорного ключа 1 подключен первый вывод первичной обмотки трансформатора 5 тока, второй вывод которой соединен с первым выводом первой нагрузки 6. К второму выводу второго тиристорного ключа 3 подключен первый вывод второй нагрузки 7. Вторые выводы нагрузок 6 и 7 объединены и подключены к второму выводу для подключения сети 8, К выводам 4 и 8 подключены входы нуль-органа 9, стабилизатора 10 напряжения и источника 11 питания. К выходным выводам стабилизатора 10 напряжения включены последовательные цепи из первого диода 12 и цепи питания первого фаэосдвигающего блока 13, второго диода 14 и второго фазосдвигающего блока 15. Вход управления первого фазосдвигающего блока 13 через третий диод 16 соединен с первым выводом переменного резистора 17 управления. Вход управления второго фазосдвигающего блока 15 через четвертый диод 18 соединен с вторым выводом резистора 17. Средний вывод резистора 17 управления через первый ограничительный резистор 19 соединен с положительным выходным выводом стабилизатора 10 напряжения. Положительный выходной вывод источника 11 питания через последовательно соединенные второй ограничительный резистор 20 и фототранзистор оптрона 21 подключен к управляющему электроду первого тиристорного ключа 1. Отрицательный выходной вывод источника 11 питания через последовательно соединенные выводы эмиттерколлектор первого 22 и второго 23 транзисторов также соединен с управляющим электродом тиристорноо ключа 1. Выход трансформатора 5 тока через управляющий выпрямительный мост 24 и третий ограничительный резистор 25 подключен к базе первого транзистора 22. Выход первого фаэосдвигающего блока 13 соединен с переходом эмиттер-база второго транзистора 23, Выход второго фазосдви 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гающего блокэ 15 соединен с входом управления второго тиристорного ключа 3. К выходу нуль-оргвнв 9 подключен светодиод 21.1. транзисторного оптрона 21. База фототранзисторв 21 соединена с эмиттером через базовый резистор 26, в база транзистора 22 - с змиттером через базовый резистор 27.Стабилизатор 10 содержит балластный резистор 28 и стабилитрон 29, подключенные к полюсам постоянного тока выпрями- тельного моста 30. Фазосдвигвющие блоки 13 и 15 содержат однопереходный транзистор 31, эмиттер которого соединен с конденсатором 32 и является управляющим входом блока, Первая база транзистора 31 соединена с первичной обмоткой импульсного трансформатора 33, вторичная обмотка которого является выходом фаэосдвигэющего блока. Вторая база транзистора 31 через базовый резистор 34 подключена к положительному полюсу фазосдвигающего блока. Нуль-орган 9 имеет выпрямитель мост 35, полюса переменного тока которого являются входом нуль-органа. К полюсам постоянного тока моста 35 подключены цепочка из первого резистора 36, первого диода 37 и конденсатора 38 и цепочка иэ второго 39 и третьего 40 резисторов. К точке соединения диода 37 с конденсатором 38 подключен эмиттер транзистора 41. База транзистора 41 подключена к точке соединения резисторов 39 и 40. Коллектор транзистора 41 через второй диод 42 и отрицательный полюс моста 35 через четвертый резистор 43 подключены к выходу нуль-органа. Средний вывод резистора 17 может быть установлен в любое из положений: от точки а до точки в, при этом в точке б данный вывод занимает среднее положение, относительно точек а и в.При установке среднего вывода реэистора 17 в положение а регулируемый преобразователь переменного наг 1 ряжения в переменное работает следующим образом.В начале полупериода напряжения (фиг.2 а) с выхода нуль-органа 9 на светодиод 21.1 оптрона 21 при угле отпирания и - 0 подается сигнал управления. При этом открывается фототранзистор оптрона 21. При открывании данного фототранзистора от положительного полюса источника 11 на управляющий электрод тиристора 1 подается ток отпирания. Тиристор 1 отпирается и через него, первичную обмотку, трансформатор 5 тока и нагрузку 6 течет ток 11(фиг, 2 б). Напряжение, снимаемое с выхода стабилизатора 10, через резистор 19 поступает на управляющие входы фаэосдвигающих блоков 13 и 15. При этом к фазосдвигающемублоку 13 подводится напряжение, ограниченное только падением напряжения на резисторе 19, а к фазосдеигающему блоку 15 - напряжение, ограниченное суммой падений напряжений на резисторах 19 и 17, С фазосрвигающего блока 13 через фазовый угол а 1 снимается напряжение управления и прикладывается к базе транзистора 23, В зависмости от величины рабочего тока с вторичной обмотки трансформатора 5 тока снимается напряжение, которое после выпрямления прикладывается к базе транзистора 22, который является регулируемым сопротивлением. При отпирании транзистора 23 на управляющий электрод тиристора 1 подается от отрицательного полюса источника 11 напряжение отрицательной полярности, что приводит к принудительному эапиранию тиристора 1.Таким образом, проводимость тиристорного ключа 1 имеет длительность 0. Поскольку на фаэосдвигающий блок 15 подается пониженное напряжение управления (за счет падений напряжений на резисторах 17 и 19), с выхода фаэосдвигающего блока 15 снимается сигнал управления на тиристор 3 с фаэовым углом а. Тиристор 3 отпирается и проводит ток 1 г нагрузки 7 в1/течение времени, В 1 после перехода тока через нуль тиристор 3 запирается.Таким образом, с учетом проводимости 0 тиристора 1 и 0 тиристора 3 суммарный ток 1-=11+ 12 имеет еид, показанный на фиг,2 г. В данном случае регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное работает в режиме 14 "01л/2,При установке среднего вывода резистора 17 в положение б на управляющие входы фазосдвигающих блоков 13 и 15 подаются равные величины напряжений, В этом случае на тиристор 1 подается положительный сигнал управления е соответствии с сигналом, снимаемым с выхода нуль-органа 9, т.е. в точке а = О. Тиристор 1 открывается и по нему течет ток 11,(фиг, 2 б, режим 2), По истечении временив фазовом угле а 2 - д/2 с фаэосдеигающего блока 13 на транзистор 23 подается сигнал управления, Транзистор 23 коммутирует цепь запирающего отрицательного напряжения на тири- стор 1, который запирается, В этот момент а 2 - ут/2 с выхода фаэосдвигающего блока 15 снимается сигнал управления, который отпирает тиристор 3. Тиристор 3 проводит ток 12 в течение временидо перехода тока через нуль, при котором тиристор 3 запирается. Таким образом, черер нагрузку 5 проходит ток 11 в период 02 = л /2, а через5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 О нагрузку 7 проходит ток 12 в период =- л /2, Сумларный ток комплекса 1=11+ 12 имеет формулу синчсоиды (фиг,2 г, режим 2)при условии 0; = 6 =л/2,При установке среднего вывода резистора 20 в положение в к управляющему выходу блока 13 подается напряжение, ограниченное падением напряжения на резисторах 19 и 17. а к управляющему входу блока 15 подводится напряжение, ограниченное падением напряжения только на резисторе 19. В этом случае в начале полупериода приа= Оотпирается тиристор 1 по описанной технологии, а через фазовый/угол аз данный тиристор принудительной запирается. Формирование сигнала управления на тиристор 3 производится в точкейаэ, В конце полупериода напряжения (в нуле синусоиды) данный тиристор 3 запирается, Тиристор 1 запирается в точке аз при формировании сигнала с блока 13.Таким образом, в режиме 3 по нагрузке 6 проходит ток в течение времени %, а по нагрузке 7 - в течение временив пределах полупериода сетевого напряжения (фиг,2, режим 3), причем 5 =Ь л /2, Ток запирания тиристора 1 постоянно корректируется сопротивлением транзистора 22, управляемым рабочим током 11, величина которого определяется значениями нагрузки 6 и мгновенным значением сегееого напряжения.При сравнении работы предлагаемого преобразователя с работой обычного тиристорного регулятора с фаэоеым регулированием напряжения на эквивалентную нагрузку, например регулятора типа ТОН- 220, видно, что уровень высших гармоник тока снижается при вариации угла проводимости 0 тиристоров. При углах 0 = 90 третья гармоника т = 3 принимает нулевое значение. улучшение качественных показателей регулируемого преобразователя переменного напряжения в переменное особенно видно е сравнении с величиной 3-й гармоники тока обычных тиристорных регуляторов - с отстающим коэффициентом мощности при угле проводимости тиристорных ключей 0= 90,Предлагаемый преобразователь переменного напряжения в переменное обладает повышенной надежностью работы при широком диапазоне токовых нагрузок, обеспечивает уменьшение содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки что обусловливает повышение качественных показателей системы электроснабжения,Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное применим в осветительных, термических и других электротехнических установках с активной секционной нагрузкой.Формуле изобретенияРегулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий первый и второй тиристорные ключи, первые выводы которых обьединены 1 О и подключены к первому выводу для подключения сети, первые и вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок, причем вторые выводы для подключения первой и второй нагрузок соединены с вто рым выводом для подключения сети, второй вывод второго тиристорного ключа соединен с первым выводом для подключения второй нагрузки, стабилизатор напряжения, первый и второй фазосдвигающие бло ки, первый ограничительный резистор, источник питания, вход которого соединен с первым и вторым выводами для подключения сети, первый и второй транзисторы и оптрон, соединяющие выходные выводы ис точника питания с управляющим электродом первого тиристорного ключа, катод которого соединен с общим выходным выводом источника питания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 30 надежности и уменьшения содержания высших гармоник в кривой тока нагрузки, введены нуль-орган, второй, третий и четвертый ограничительные резисторы, трансформатор тока и управляющий выпря мительный мост, переменный резистор уграеления, причем вкод трансформатора тока включен между вторым выводом пер.о го тиристорного ключа и первым выводом для подключения первой нагрузки, выход трансформатора тока через угравляющий выпрямительный мост и третий ограничительный резистор подключен к базе первого транзистора, выводы коллектор-эмиттер которого соединены последовательно с выводами коллектор-эмиттер второго транзистора и включены между отрицательным выходным выводом источника питания и управляющим электродом первого тиристорного ключа. положительный е ходной вывод источника питания через последовательно соединенные второй ограничительный резистор и фототранзистор оптрона подключен к управляющему электроду первого тиристорного ключа, к выходным выводам стабилизатора напряжения подключены последовательные цепи из первого диода и цепи питания первого фазосдвигающего блока и второго диода и цепи питания второго фаэосдвигающего блока соответственно, выход первого фазосдвигающего блока соединен с переходом эмиттер-база второго транзистора, выход второго фаэосдвигающего блока соединен с входом управления второго тиристорного ключа, входы управления первого и второго фазосдвигающих блоков через третий и четвертый диоды соответствено, переменный реистор управления и первый ограничительный резистор подключены к положительному выводу стабилизатора напряжения, вход нуль-органа включен между первым и вторым выводами для подключения сети, а к выходу нуль-органа подключен светодиод оптрона,1707715 оставитель В, Соко ехред М.Моргентал Редактор И, Шмак ерява оррект енно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул инд, 10 ои аказ 273 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5