Преобразователь переменного напряжения (его варианты)

Номер патента: 1140211

Авторы: Голубев, Липковский, Новский, Тонкаль, Шидловский

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ежду равГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт электродинамики АН УССР (53) 621.314,27(088.8)(56) 1. Коробан Н.Т. и др. Построение и классификация непосредственных преобразователей частоты с искусственной коммутацией, Сб. "Современные задачи преобразовательной техники", ч. 2, Киев, 1975, с. 132-140.2. Карташов Р.П. и др. Тиристорные преобразователи частоты с искусственнок коммутацией. Киев, "Техника", 1979, с. 152.3. Авторское свидетельство СССР Ф 657547, кл. Н 02 М 5/27, 1974.4. Авторское свидетельство СССР В 871916, кл. С 05 Г 1/14, 1978.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ).(57) 1. Преобразователь переменногонапряжения, содержащий Щ -фазныйтрансформатор по крайней мере с двумяпервичными обмотками, одни концы которых образуют входные выводы преобразователя, а другие подключены ковходам первой группы основных Ф-фазных вентильных мостов, и по крайней мере две вторичные обмотки, одни концы которых образуют выходные выводыпреобразователя, а другие подключеныко входам другой группы основныхИ-фазных вентильных мостов, а такжеполностью управляемые ключи - основной, установленный на выходе одного ЯО 1140211 А 4(51) Н 02 М 5/27; С 05 Г 1/20 из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательного П 1-фазного вентильного моста, своим силовым входом подключенного к выходным выводам преобразователя,( о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения массы и габаритов при повышении его надежности, одноименные по полярности выходные выводы одной группы . основных мостов и одноименные по полярности выходные выводы другой группы основных мостов объединены между собой, а вентили всех основных мостов выполнены управляемыми.2. Преобразователь переменного ф напряжения, содержащий й 1-фазный трансформатор с одной первичной В- фазной обмоткой, подключенной к входным выводам преобразователя, и несколькими вторичными П 1-.фазными обмот- й ками, одними своими концами подключенными к выходным выводам преобразователя, другими в . ко входам основных щ-фазных вентильных мостов, а также полностью управляемые ключи - основной, установленный на выходе од. ного из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательногоЩ-фазного вентильного моста, своим входом подключенного к выходным выводам преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов преобразователя при повышении его надежности, одноименные по полярности выходные выводы основных и вспомогательных мостов объединены и собой, а их вентили выполнены уп ляемыми.11402Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может найти применение для построения регуляторов и стабилизаторов перемен 5 ного напряжения, преобразователей частоты, источников реактивной мощности, агрегатов бесперебойного пита. ния и т.д. средней и большой мощности.0.Известны трехфазные преобразователи частоты, содержащие трансформа" тор с одной первичной и тремя или более вторичными обмотками, одни концы первичной обмотки образуют вход, а вторичных - выходы преобразо. вателя, другие концы первичной обмот ки объединены в нулевую точку а вторичных подключены на входы основ-, ных трехфаэных вентильных мостов, р 0 выходные выводы преобразователя подключены ко входу вспомогательного вентильного моста, выходы мостов зашунтированы соответственно основными и вспомогательными тиристорами непосредственно или через коммутирующие дроссели, вспомогательный тиристор связан с каждым из основных с помощью конденсаторного или трансформаторного узлов коммутации - емкостная или индуктивная связь 11 и 21,30Однако такие преобразователи ха-рактеризуются большими массой и габаритами узлов коммутации и пониженной надежностью. 35Известен также преобразователь с общим узлом коммутации, содержащий . коммутирующий конденсатор и распределительные тиристоры, соединяющие его с электродами основных и вспомо гательных тиристоров 3 .Однако наличие большого числа распределительных тиристоров также повышает массу и габариты преобразователя. 45Наиболее близким к предлагаемому (его вариантам) являетсяо -фазный преобразователь переменного напряжения, содержащий т -фазный трансформатор с двумя первичными и двумя вто- ф 50 ричными В "фазными обмотками, объединенные разноименные концы первичных обмоток образуют вход, а вторичных - выход прЕобразователя, другие концы первичных и вторичных обмоток под ключены ко входам щ-фазных вентильных мостов с полностью управляемыми ключами на их выходах 43. 11 2В качестве полностью управляемых ключей могут быть использованы силовые транзисторы с формирователями управляющего сигнала или тиристоры с узлами искусственной коммутации. Количество ключей тем больше, чем выше требования к качеству выходного напряжения, что приводит к повышению массы и габаритов преобразователя и снижению его надежности.Целью изобретения является снижение массы и габаритов преобразователя при повышении его надежности.Указанная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения (первый его вариант), содержащем В-фазный трансформатор по крайней мере с двумя первичными обмотками, одни концы которых.образуют входные выводы преобразователя, а другие подключены ко входам первой группы основных В-фазных вентильных мостов, и по крайней мере две вторичные обмотки, одни концы которых образуют выходные выводы преобразователя, другие подключены ко входам другой группы основных п-фазных вентильных мостов, а также полностью управляемые ключи - основной, установленный на выходе одного из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательного Щ-фазного вентильного моста, своим силовым входом подключенного к выходным выводам преобразователя, одноименные по полярности выходные выводы одной группы основных мостов и одноименные по полярности выходные выводы другой группы ос" новных мостов объединены между собой, а вентили всех основных мостов выполнены управляемыми.Согласно второму варианту в преобразователе переменного напряжения, содержащему-фазный трансформатор с одной первичной В-фазной обмоткой, подключенной к входным выводам преобразователя, и несколькими вторичны ми ч -фазными обмотками, одними своими концами подключенными к выходным выводам преобразователя, другими - ко входам основных щ-фазных вентильных мостов,.а также полностью управляемые ключи - основной, установленный на выходе одного из основных укаэанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательного Ф"фаэного вентиль- ного моста, своим входом подключенного к выходным выводам преобразова теля, одноименные по полярности выходные выводы основных и вспомогательных мостов объединены между собой а их вентили выполнены управляемыми. 5Объединение соответственно анодов и катодов основных вентильных мостов позволяет снизить число основных полностью управляемых ключей до одного независимо от числа вентильныхмостов, снизив тем самым массу и габариты преобразователя при повышении его надежности благодаря замене неуправляемых вентилей управляемыми, позволяющими осуществлять сеточную защиту преобразователя в случае срыва коммутации.Та же цель и тем же путем достигается и в тех преобразователях переменного напряжения, которые содер жат я -фазный трансформатор с одной первичной обмоткой, соедине:пьой в "звезду" или в "треугольник" с не - сколькими вторичными Ф-фазными обмотками, либо с двумя илн более первичными Н-фазными обмотками и одной вторичной, соединенной в звезду или треугольник.Различие вариантов изобретения состоит в частоте, на которой осу ществляется передача энергии через трансформатор. В преобразователях, выполненных согласно первому варианту, возможна работа трансформатора на повышенной частоте, что позволяет э 5 снизить установленную мощность трансформатора, но преобразователь при этом сложнее и имеет более низкую надежность по сравнению с преобразователем, выполненным согласно второ му варианту. В последних трансформатор работает на частоте сети и имеет установленную мощность нагрузки. Поэтому в соответствии с решаемой задачей (снижение массы и габаритов преобразователя при повышении его надежности) предлагаемые варианты равнозначны.Однако использование изобретениядает наибольший положительный эффект 50именно в более сложной схеме, т.е.в схеме с трансформатором, имеющимбольшее число Гп-фазных выводов, подключенных ко входам 01-фазных вентильных мостов. 55На фиг.1 показана принципиальнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - структурная схема блока управления; на Фиг.3 - временные диаграммы управляющих импульсов и выходного напряжения фазы А; иа фиг.4- принципиальные схемы регулятора переменного напряжения; на фиг.5 схема преобразователя частоты с передачей энергии на частоте сети; на фиг.6 - схема агрегата бесперебойного питания.Преобразователь частоты (фиг.1) и регулятор переменного напряжения (фиг.4) предлагаются в качестве примеров конкретного выполнения изобретения согласно первому варианту.Преобразователь частоты (фиг.1) содержит 3-фазный трансформатор с двумя первичными 1 и 2 и тремя вторичными 3-5 обмотками. Первичные обмотки 1 и 2 одними своими разноименными концами подключены к входным выводам преобразователя, а другими - ко входам основных тиристорных мостов 6 и 7 соответственно. Вторичные обмотки 3-5 трансформатора одними своими концами подключены к выводам нагрузки 8, другими - ко входам основных тиристорных мостов 9-11, Аноды основных тиристорных мостов 6, 7 и 9-11 через коммутирующий дроссель 12, а катоды непосредственно подключены соответственно к катоду и аноду основного тиристора 13. Вход вспомогательного диодного моста 14 подключен к выводам нагрузки З,его выход анодом через второй коммутирующий дроссель 5, а катодом непосредствен. но подключен соответственно к катоду и аноду вспомогательного тиристора, Основной 13 и вспомогательный 16 тиристоры своими одноименными электродами соединены между собой через коммутирующие конденсаторы 17 и 18.Сиотема управления преобразователя частоты (фиг.2) содержит задающий генератор 19, модулятор 20 ширины импульсов, схему НЕ 21, распределитель 22 импульсов и формирователи 23-25 импульсов. Выход задающего генератора 19 подключен ко входу модулятора 20, выход которого подклю чен ко входам формирователя 23 импульсов управления основным тиристором 13 непосредственно, формирователя 24 импульсов управления вспомогательным тиристором 16 через схему НЕУ а также формирователя 25 пяти импульсных последовательностей 26-30 для управления тиристорами мостовФ 11402 6, 7, 9, 10 и 11 через расМтределитель 22 импульсов.Преобразователь работает следующим образом.Передача энергии сети в нагрузку, т,е. формирование импульса в выходном напряжении, осуществляется при включенных тиристорах одного из мос" тов 6 и 7 первичных обмоток, одного из мостов 9-11 вторичных обмоток и 1 О основного тиристора 13. Пауза в выходном напряжении формируется при выпеченном вспомогательном тиристоре 16, проводящем реактивный ток активно"индуктивной нагрузки 8 через диоды 1 вспомогательного моста 14 и коммутирующий дроссель 15. Выключение основного 13 (вспомогательного 16) тиристора происходит при включении вспомогательного 16 (основного 13) тиристора под действием приложенного к нему обратного напряжения коммутирующих конденсаторов, заряженных в процессе предшествующей коммутации. После выключения тиристора конденсаторы 17 и 18 перезаряжаются с изменением полярности на противоположную через вентили моста, находящегося до комму.Ю тации в проводящем состоянии. (например, мостов 6, 9). После, окончания процесса перезаряда конденсаторов 17 и 18 тиристоры мостов 6 и 9 также восстанавливают свои запирающие свойства под действием обратного напряжения перазарядившихся и готовых к следующей коммутации конденсаторов 17 и 18.Последовательность работы вентильных мостов и тиристоров поясняется временными диаграммами на фиг.З. Последовательность 31 импульсов с частотой модуляции 31 с выхода задающего генератора подается на модулятор 20, который формирует последоватецьцость 32 импульсов с переменной скважностью, соответствующей скваж 4 ности импульсов выходного напряжения. Регулирование скважности импульсов позволяет регулировать действующее значение выходного напряжения. Последовательность 33, задающая алго-ритмы работы основного тиристора 13 (Фиг.З, Б 13 - напряжение управления тиристором 13), в результате инвертирования в схеме НЕ 21 преобразуется в последовательность 34 импульсов, управляющих вспомогательным тиристором 16. Распределитель 22 импульсов . Формирует последовательности 29, 30 11 6и 31-33 импульсов управления тиристорами мостов 6, 7 и 9-11 соответственно. Поочередное соединение в"звезду" первичных обмоток 1 и 2 тиристорами мостов 6 и 7 создает в сер;дечнике трансформатора модулированный магнитный поток повышенной частоты, частоты модуляции, а в результате поочередного соединения в"звезду" вторичных обмоток 3-5 тиристорами мостов 9-11 на нагрузке формируется импульсное напряжение 0 ,частота основной составляющей которого определяется частотами сети изадающего генератора, а также алгоритмом управления тиристорными мостами аРегулятор переменного напряжения(фиг.4) содержит трехфазный трансформатор с двумя первичными 1 и 2и двумя вторичными 3 и 4 обмоткамис промежуточными выводами (отпайками). Одни концы первичных обмотокобразуют вход, а вторичных - выходрегулятора, другие концы первичных1 и 2 и вторичных 3 и 4 обмоток ипромежуточные выводы 35, 36 вторичных обмоток подключены ко входам основных тиристорных мостов, соответственно мостов 6, 7, 9-11, 37, анодыкоторых через коммутирующий дроссель12, а катоды непосредственно соединены соответственно с катодами и анодами основного тиристора 13. Электроды основного тиристора 13 черезкоммутирующие конденсаторы 17 и 18соединены с одноименными электродамивспомогательного тиристора 16, шун-.тирующего через второй коммутирующийдроссель выход вспомогательного диодного моста 14, вход которого подключен к выходным зажимам регулятораи к нагрузке 8,Регулятор работает следующим образом.При одновременной подаче управляющих импульсов на тиристоры одного иэмостов 6 .и 7 первичных обмоток 1 и 2и одного.из мостов 9-11, 37 вторичныхобмоток 3 и 4, а также на основнойтиристор 13 на нагрузке формируетсяимпульс напряжения с синусной огибающЕй, амплитуда и полярность которой зависит от соотношения и полярности включенных в "звезду" первичнойи вторичной обмоток. При подаче управляющих импульсов на вспомогательный тиристор 16 происходит выключение основного тиристора 13 и тирис"(фиг.6) содержит трансформатор с двумя первичнымии 2 и одной вторичной 3 обмоткой. Одни концы первич-.ных обмоток 1 и 2 подключены к двумнезависимым синхронным сетям, вторич.ной обмотки 3 - к выходным зажимами нагрузке 8 агрегата, другие концыпервичных обмоток подключены ко вхо- .дам основных тиристорных мостов 6 и7, вторичная обмотка 3 соединенав "звезду". Аноды основных тиристорных мостов 6 и 7 через коммутирующийдроссель 12, а катоды непосредственно соединены соответственно с катодом и анодом основного тиристора 13Электроды основного тиристора 13 через коммутирующие конденсаторы 17 и18 соединены с одноименными электродами вспомогательного тиристора 16,шунтирующего через второй коммутирующий дроссель 15 вспомогательныйдиодный мост 14, вход которого подключен к выходным зажимам агрегата. 7 1140торов основных мостов, как зто описано для преобразователя частоты, и.в выходном напряжении Формируетсяпауза, во время которой реактивныйток нагрузки 8 через диоды вспомогательного моста 14 и вспомогательныйтиристор 16 замыкается на коммутирующий дроссель 15. При циклическомпереключении первичных и вторичныхобмоток на нагрузке 8 формируется10кусочно-синусоидальное выходное напряжение, действующее значение иполярность которого зависит от алгоритма переключения вторичных обмотоки длительности нулевых пауз. Такимобразом может быть осуществлено глу 15боксе и узкодиапазонное регулирование выходного напряжения при передаче через трансформатор на повышеннойчастоте всей мощности нагрузки. Привключении нагрузки 38 между соответ 20ствующими входными и выходными зажимами возможно узкодиапазонное регулирование выходного напряжения с передачей через трансформатор на высо 25кой частоте части энергии нагрузки,,равной или меньше диапазона регулирования.В качестве примеров конкретногоиспользования изобретения согласновторому варианту предлагаются схемы З 0преобразователя частоты с передачейэнергии через трансформатор на частоте сети (фиг.5) и агрегата бесперебойного питания (фиг.6),Преобразователь частоты (фиг.5) 35содержит трансформатор с одной первичной 1 и тремя вторичными 3-5 обмотками. Одни концы первичной обмотки1 образуют вход, вторичных 3-5 - выход преобразователя, другие концы 40.первичной обмотки соединены в "звезду", вторичных - подключены ко входамтиристорных мостов 9-11, аноды которых через коммутирующий дроссель 12,а катоды непосредственно соединенысоответственно с катодом и анодомосновного тиристора 13. Электродыосновного тиристора 13 через коммутирующие конденсаторы 17 и 18 соединены с одноименными электродами вспомогательного тиристора 16, шунтирующего через второй коммутирующий дрос.сель 15 выход вспомогательного, диодного моста 14, вход которого подключен к выходным зажимам и нагрузке 8 55преобразователя.Преобразователь работает аналогично .преобразователю по фиг.1. Агрегат работает следующим образом.Когда обе сети исправны, нагрузка 8 питается от сети А (Б), тиристоры основного моста 6 (7) и основной тиристор 13 проводят ток. При нарушении или исчезновении сети А (Б) вклю. чается вспомогательный тиристор 16 на время, необходимое для восстановления запирающих свойств основного тиристора 13 и тиристоров основного моста 6 (7), после чего включаются тиристоры основного моста 7 (6) и основной тиристор 13. После кратковременного перерыва продолжается питание от сети Б (А) без нарушения работы потребителя. Агрегат согласно фиг.6 позволяет также осуществлять широтно-импульсное регулирование (стабилизацию) переменного напряжения на нагрузке. Все предложенные схемы преобразователей переменного напряжения, построенные согласно первому и второму вариантам изобретения, имеют общий узел коимутации, что существенно снимает установленные иощности, массы и габариты преобразователей и повышает их надежность эа счет сокращения количества элементов искусственной коммутации (дросселей, конденсаторов и распределительных вентилей) и замены1140211 12 Р У 5 неуправляеицх вентилей основных мостов управдяемыии, позволяющими осуществлять сеточн защиту преобразонаталя по цепям управленияристорами н случае срывамутации.

Смотреть

Заявка

3588322, 06.05.1983

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ АН УССР

ГОЛУБЕВ ВИТАЛИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, ЛИПКОВСКИЙ КОНСТАНТИН АЛЕКСАНДРОВИЧ, НОВСКИЙ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ, ТОНКАЛЬ ВЛАДИМИР ЕФИМОВИЧ, ШИДЛОВСКИЙ АНАТОЛИЙ КОРНЕЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G05F 1/20, H02M 5/27

Метки: варианты, его, переменного

Опубликовано: 15.02.1985

Код ссылки

<a href="https://patents.su/9-1140211-preobrazovatel-peremennogo-napryazheniya-ego-varianty.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Преобразователь переменного напряжения (его варианты)</a>

Похожие патенты