Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

(1% (Ю А САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Карагандинский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) 1. Патент Великобритании М 1264364, кл. Н 02 М 3/14, 1970.2. Патент Великобритании Р 105.4186, кл. Н 02 М 3/14, 1963. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий включенный между входными и выходными выводами последовательно с входным фильтром регулирующий элемент, выполненный в виде моста на четырех тиристорах, в диагональ которого включен коммутирующий конденсатор и блок управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, блок управления содержит регулятор-переключатель напряжения, три элемента задержки, высокочастотный генератор, датчик уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе и четыре формирователя импульсов, при этом регулятор-переключатель напряжения выполнен в виде трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации, первичная обмотка которого расположена на подвиж, ном каркасе с постоянным шагом наФ 3(51)Н 02 М 3 10 / Н 02 Р 5 мотки и подключена к выходу высокочастотного генератора, а три вторичных обмотки расположены на общем неподвижном каркасе и выводы каждой из них подключены к выводам питания соответствующего элемента задержки, первая и вторая вторичные обмотки расположены последовательно вдоль всей длины каркаса с шагом намотки, уменьшающимся слева направо, и длиной. обмотки большей, чем длина первичной обмотки, а третья вторичная обмотка расположена вдоль всей длины каркаса с шагом намотки, увеличивающимся слева направо, первый и второй элементы задержки имеют общий вход управления, подключенный к выходу датчика уровня напряжения на коммутирующем конденсаторе, выход первого и один из выходов второго элемента задержки соединены с входом управле ния третьего элемента задержки, другой выход второго элемента задержки подключен к входам первого и второго Формирователей импульсов, выходы каждого из которых подключены к управляющим электродам соот-ветствующей пары последовательно соединенных.тиристоров моста, а выход третьего элемента задержкй соединен с входами третьего ичетвертого формирователей импульсов, выход каждого из которых соединей с управляющими электродами соответствующей диагональной пары тиристоров моста.40 Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может бытьиспользовано для регулирования скорости тяговых двигателей,Известны преобразователи постоянного напряжения в постоянное, обеспечивающие или частотно-импульсноеили широтно-импульсное регулирование 1 и 21.Из известных преобразователей . 10каиболее близким техническим решением является преобразователь постоянного напряжения в постоянное,содержащий включекный между входными и выходными выводами последовательно с входным фильтром регулирующий элемент, выполненный в видемоста на четырех тиристорах, в диагональ которого включен коммутирующий конденсатор и блок управленияосуществляющий широтно-импульсноерегулирование 1 2 .Однако этот преобразователь имеет относительно узкий диапазон регулирования выходного напряжения,так как минимальная длительностьвыходных импульсов в нем ограниченавременем перезаряда коммутирующегоконденсатора и собственным временемзапиракия тиристоров,30Целью изобретения является повыше;ние надежности и расширение диапаэона регулирования выходного напряжения.Поставленная цель достигается гтем, что блок управления содержит регулятор-переключатель напряжения, три элемента задержки, высокочастотный генератор, датчик уровня напряжения на коммутирующем кон-денсаторе и четыре формирователяимпульсов, при этом регулятор-переключатель капряжекия выполнен в виде трансформатора с регулируемымкоэффициентом трансформации, первичная обмотка которого расположена на подвижном каркасе с постоянным шагом намотки и подключенак выходу высокочастотного генератора, а три вторичных обмотки расположены ка общем неподвижном кар Окасе и выводы каждой из них подключены к выводам питания соответствующего элемента задержки, первая и вторая вторичные обмотки расположены послецовательно вдоль всейдлины каркаса с шагом намотки,уменьшающимся слева направо, идлчной обмотки большей, чем длинапервичной обмотки, а третья вторичная обмотка расйоложена вдоль всейдлины каркаса с шагом намотки, уве Оличивающимся слева направо, первыйи второй элементы задержки имеютобщий вход управления, подключенныйк выходу датчика уровня напряженияна коммутирующем конденсаторе, вы ход первого и один из выходов второго элемента задержки соединены свходом управления третьего элемента задержки, другой выход второгоэлемен;а задержки подключен к входам первого и второго формирователейимпульсов, выходы каждого з которых подключены к управляющимэлектродам соответствующей пары последовательно соединенных тиристоровмоста, а выход третьего элементазадержки соединен с входамп третьего и четвертого формирователей импульсов, выход каждого из которыхсоединен с управляющими "лектродами соответствующей диагональной пары тиристоров моста,На фиг. 1 изображена силоваясхема тиристорного преобразователя;на фиг. 2 - блок-схема системы управления, на Фиг. 3 - совмещеннаясхема первого и второго элементовзадержки; на фиг. 4 - схема третьего элемента задержки; на фиг. 5схема расположения обмоток регулятора-переключателя напряжения.Силовая схема включает индуктивность 1 и емкость 2 входного фильтра, тиристоры 3-6 силового моста,в диагональ которого включен коммутирующии конденсатор 7, сглаживающий дроссель В, обмотку возбуждения 9 и якорь 10 двигателя, обратный вентиль 11.Блок-схема системы управленияпреобразователем включает запускающий генератор 12, датчик 13 уровнянапряжения на коммутирующем конденсаторе, первый элемент задержки 14, второй элемент задержки 15,третий элемент задержки 16, формирователи импульсов 17-20, высокочастотный генератор 21, бесконтактный регулятор-переключатель напряжения 22.Первый и второй элемеиты задержки имеют конденсаторы 23 и 24, заряжаемые через резисторы 25 и 26 иобщий тиристор включения 27, управляющий электрод которого являетсяобщим выводом управления элементоВ14 и 15 от сглаживающих фильтров,состоящих из резисторов 28 и 29,конденсаторов 30 и 31, которые всвою очередь подключены к выходамвыпрямительных мостов 32.и 33,входные выводы которых образуютвыводы для подключения питания элементов 14 и 15,Кроме того, имеются тиристоры 34и 35, цепи управления которых черезстабилитроны 36 и 37 и диоды 38и 39 подключены,к их анодам, трансформаторы 40 и 34 и цепи сброса изапирания, состоящие из диодов42-44, тиристора 45, индуктивности46 и кокденсатора 47.98 2506 10 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Третий элемент задержки имеет конденсатор 48, заряжаемый через резистор 49 и тиристор включения 50 от сглаживающего фильтра, состоящего из конденсатора 51 и резистора52, подключенного через распределительный диод 53 к выходу выпрями- тельного моста 54, тиристор 55, управляющий электрод которого через етабилитрон 56 и диод 57 замкнут на анод, трансформатор 58, цепь запирания, состоящую из конденсатора 59, индуктивности 60, тиристора 61 и диодов 62 и 63.Высокочастотный генератор, цепь питания которого подключена к какому-либо постоянному источнику, может быть выполнен по любой схемев частности можно использовать тиристорный РС-генератор с анод- ным управлением).Бесконтактный регулятор-переключатель напряжения представляет собой трансформатор, у которого коэффициенты трансформации между первичной обмоткой и тремя вторичными обмотками регулируются за счет пе.ремещения первичной обмотки относительно вторичных. Три вторичные обмотки расположены на одном неподвижном каркасе, а первичная обмотка расположена на другом - подвижном каркасе.Первая и вторая вторичные обмотки расположены последовательно одна за другой слева направо вдоль всей длины каркаса и шаг намотки у каждой из этих обмоток уменьшается слева направо. Третья вторичная обмотка расположена под первой и второй вторичными обмотками вдоль всей длины каркаса и шаг намотки у нее увеличивается слева направо.К выходу высокочастотного генератора 21 подключена первичная обмотка Ю регулятора-переключателя напряжения. К первой вторичной обмотке Ф регулятора-переключателя напряжения через выпрямительный мост 32 подключена цепь питания первого , элемента задержки, к вторичной обмотке Щ 2 через выпрямительный мост 33 подключена цепь питания второго элемента задержки, к третьей вторичной обмотке Ф через выпря 3мительный мост 54 подключена цепь питания третьего элемента задержки,Цепь управления общего тиристора включения 27 первого и второго элементов задержки подключена к выходу датчика уровня направления на коммутирующем конденсаторе 13,Выводы первой обмотки импульсного трансформатора 40 первого элемента задержки подключены к цепи, управления тиристора включения 50 третьего элемента задержки и образуют выход элемента 14, вторая вторичная обмотка импульсного трансформатора 40 подключена к цепи управления общего тиристора запирания 45 первого и второго элемента зад .ржки.Первая вторичная обмотка импульсного трансформатора 41 второго элемента задержки подключена к цепи управления общего тиристора запирания 45 первого и второго элементов задержки. Вторая ьторичная обмотка импульсного трансформатора 41 подключена к цепи управления тиристора включения 50 третьего элемента задержки и образует первый выход элемента 15, а третья и четвертая обмотки импульсного трансформатора 41 подключены к цепям управления тиристоров включения формирователей импульсов 19 и 20 и образуют второй выход элемента 15. Первая и вторая вторичные обмотки импульсного трансформатора 58 третьего элемента задержки подключены к цепям управления тиристоров включения формирователей импульсов 17 и 18 и образуют выход элемента 16, Третья вторичная обмотка импульсного трансформатора 58 подключена к цепи управления тиристора запирания 61 третьего элемента задержки.При подаче напряжения на вход фильтра силовой схемы после достижения заданного уровня напряжения на конденсаторе 2 запускающий генератор 12, работающий с частотой, меньшей чем минимальная частота работы системы, выдает импульсы управления на тиристоры 3 и 5 силового моста. Когда напряжение на коммутирующем конденсаторе цостигает уров . ня, обеспечивающего необходимую коммутационную способность, срабатывает датчик уровня напряжения 13 и выдает импульсы управления на тиристор включения 27 первого и второго элементов задержки и на устройство блокировки запускающего генератора, которое блокирует запускающий генератор. При движении первичной обмотки регулятора-переключателя напряжения относительно вторичных слева напра 1во сначала напряжение питания подается с его обмоток на первый и третий элементы задержки, второй элемент задержки при этом не работает, При дальнейшем движении пер-. вичной обмотки регулятора-переключателя напряжения в том же направлении напряжение питания подается с его обмоток на второй и третий элементы задержки, первый элемент задержки при этом не работает.При срабатывании с регулируемой задержкой времени первый элемент задержки выдает импульс, открывающий тиристор включения 50 третьего элемента задержки одновременно управ- ы1 О 5 20 ричной сбмотками, за счет этого на 30 35 40 При срабатывании второго элемента задержки подаются импульсы управления на запирающий тиристор 45 первого и второго элементов задержки, на тиристор включения 50 45 третьего элемента задержки и одновременно на формирователи импульсов 19 и 20. При полярности напряжения на коммутирующем конденсатора 7, указанной на фиг. 1, срабатыва ет Формирователь импульсов 19 и выдает импульсы управления на тиристоры 3 и 4 силового моста, при рбратной полярности срабатывает формирователь импульсов 20 и выдает импульсы управления на тиристоры 5 и б силового моста, тем самым нагрузка непосредственно подключается к входному фильтру, Затем с регулируемой задержкой времени вы- дает импульсы третий элемент за ,цержки на формирователи 17 и 18, которые обеспечивают перезаряд ком" мутирующего конденсатора 7 и запирание всех четырех тиристоров силового моста. 65 ляющий импульс поступает на тиристор запирания 45 первого и второгоэлементов задержки и после перезаряда конденсатора 47 тиристорвключения 27 запирается, тем самымконденсаторы 23 и 24 первого и второго элементов задержки оказываются отключены от источника питания,С регулируемой задержкой временитретий элемент задержки срабатывает и выдает импульс на тиристорзапирания б 1 и одновременно выдает управляющие импульсы на формирователи импульсов 17 и 18, Цепи пита-ния всех формирователей импульсовподключенык коммутирующему конденсатору 7. При полярности напряжения указанном на фиг, 1, выдаетимпульсы угравления формирователь17 на цепи управления тиристоров 3и 5 силового моста, при обратной полярности напряжения выдает импульсы Формироьатель 18 на цепи управления тиристоров 4 и б силового моста, обеспечивая тем самым перезаряд коммутирующего конденсатораИзменяя время срабатывания первогоэлемента задержки. за счет регулирования уровня напряжения, снимаемого с регулятора-переключателя напряжения, путем перемещения его первичной обмотки, осуществляетсячастотно-импульсное регулированиена первых положениях первичной обмотки регулятора-переключателя напряжения относительно вторичных,на остальных положениях первичнойобмотки относительно вторичных, работают второй и третий элементы задержки, а первый элемент задержкине работает. Изменяя время срабатывания второго и третьего элементов задержки за счет перемещения первичной обмотки и регулятора-переключателя напряжения, осуществляется широтно- Импульсное регулирование преобразо вателем. При перемещении первичной обмотки и регулятора-переключателя напряжения слева направо отнбсительно вторичных обмоток вначале увеличивается коэффициент трансформации между первичной и первой вторичной обмотками и между первичной и третьей вторичной обмотками, Коэффици-.ент трансформации между первлчнойи второй вторичной обмоткой увеличивается несущественно по сравнениюс увеличением коэффициента трансформации между первичной и первой втопряжение на входе первого элемента задержкй гораздо больше, чем напряжение на входе второго элемента задержки, при этом происходит срабатывание первого элемента задержки, а второй элемент задержки не работает. Время задержки у первого и третьего элементов задержки уменьшается. Таким образом, осуществляется режим частотно-импульсного регулирования преобразователя.При дальнейшем перемещении первичной обмотки относительно вторичных в том же направлении начинает существенно увеличиваться коэффициент трансформации между первичной и второй вторичной обмотками, а коэффициент трансформации между первичной и первой вторичной обмотками существенно изменяется, за счет этого напряжение на входе второго элемента задержки становится больше, чем напряжение на входе первого элемента задержки, при этом происходит срабатыванИе второго элемента задержки, а первый элемент задержки не работает, Коэффициент трансформации между первичной обмоткой и третьей вторичной обмоткой продолжает плавно уменьшаться. Время задержки у второго элемента задержки уменьшается, а у третьего элемента задержки увеличивается. Таким образом, осуществляется режим широтно-импульсного регулирования преобразователя.Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы при срабатывании первого элемента задержки конденсатор 24 второго элемента задержки был разряжен и наоборот при срабатывании второго элемента задержки должен быть разряжен конденсатор 23 первого элемента задержки. Для обеспечения этого условия схемы первого и второго элементов задержки включают цепи сброса, по которымпроисходит разряд конденсатора 23 у первого элемента задержки в момент срабатывания второго элемента задержки, и в момент срабатывания первого элемента задержки происходит разряд конденсатора 24 второго элемента задержки,Предлагаемый тиристорный преобразователь выгодно отличается от прототипа и известных тиристорных преобразователей, так как существенно расширяется диапазон регулирования выходного напряжения.982506 Составитель И, ГоловиИ, Кузнецова Техред М.Далекорей ректор С. Шекм репак каз 6464 дписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 687 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Рауомитета ССС открытий кая наб., д