PL60207B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 02.VIII.1965 Wegry Opublikowano: 5.Y.1970 60207 KI. 21 d2, 12/03 MKP H 02 m, 7/42 UKD Twórca wynalazku: Tibor Kondor Wlasciciel patentu: Yillamosipari Kutató Intezct, Budapeszt (Wegry) Uklad polaczen do przeksztalcania napiecia stalego na regulowane, sinusoidalne napiecie przemienne Przedmiotem wynalazku jest uklad polaczen do przeksztalcania napiecia stalego na regulowane, si¬ nusoidalne napiecie przemienne.Znane sa uklady do przeksztalcania pradu stalego na sinusoidalny prad przemienny o okreslonej cze¬ stotliwosci, zbudowane na elementach pólprzewod¬ nikowych, charakteryzujace sie duza sprawnoscia.Jako elementy pólprzewodnikowe stosowane sa glównie tyrystory trójwarstwowe duzej mocy. Oka¬ zalo sie jednak, ze parametry elektryczne takich ty¬ rystorów zawarte w stosunkowo waskich przedzia¬ lach, ograniczaja szersze ich zastosowanie w nowo¬ czesnym przemysle. Proponowano równiez stosowa¬ nie do tego celu tyrystorów czterowarstwowych, gdyz dzieki ich korzystniejszej charakterystyce elek¬ trycznej mozliwe jest znaczne zwiekszenie przeno¬ szonej i przeksztalconej mocy elektrycznej oraz innych parametrów.Znany jest na przyklad przeksztaltnik pradu sta¬ lego na prad przemienny, w którym prad staly jest doprowadzany rjrzez przynajmniej dwa przeciwsob- nie skierowane tyrystory w sposób okresowo zmien¬ ny do obydwu wyprowadzen koncowych uzwojenia pierwotnego transformatora, które ma odczep srodkowy.Tyrystory te sa na przemian wygaszane za po¬ moca kondensatora i dlawika wygaszajacego. Jest przy tym niezbedne, by ladunek zmagazynowany w kondensatorze wygaszajacym w czasie polowy okresu wytwarzal napiecie o kierunku odpowiada¬ lo 15 20 25 30 jcicym kierunkowi przewodzenia aktualnie przewo¬ dzacego tyrystora i kierunkowi zaporowemu ty¬ rystora poprzednio przewodzacego. W obwodzie uzwojenia wtórnego transformatora wytwarzany jest prad przemienny.Wada takiego przeksztaltnika jest to, ze istnieje stala zaleznosc miedzy stalym napieciem zasilajacym i wytwarzanym napieciem przemiennym. Jest to spowodowane przez zastosowany w ukladzie trans¬ formatora o okreslonej niezmiennej przekladni.Proponowano umozliwienie zmiany tej zaleznosci w duzych granicach na przyklad przez modulacje szerokopasmowa za pomoca tyrystora wygaszaja¬ cego. Urzadzenia tego typu sa jednak bardzo klo¬ potliwe w eksploatacji, skomplikowane i kosztowne.Proponowano równiez "w przeksztaltnikach z ele¬ mentami pólprzewodnikowymi regulacje wytwarza¬ nego napiecia przemiennego za pomoca samonasy- ceniowego transduktora. W tym celu do wyprowa¬ dzen uzwojenia wtórnego transformatora wyjscio¬ wego przylaczono poprzez uzwojenia robocze trans¬ duktora po jednej diodzie, które sa wspólnie pola¬ czone z jednym zaciskiem zródla napiecia stalego.Drugi zacisk zródla napiecia stalego polaczony jest ze srodkowym odczepem uzwojenia wtórnego trans¬ formatora. Regulacja napiecia stalego nastepuje w tym przypadku przez regulacje wzbudzenia trans¬ duktora, przy czym samonasycanie transduktora za¬ pewnione jest przez diody wlaczone w szereg z jego uzwojeniami roboczymi. 602073 Kierunek napiecia w uzwojeniu wtórnym trans¬ formatora w danej polowie okresu jest dla jednej diody ujemny, a dla drugiej dodatni. Natezenie pradu plynacego przez diode dla której kierunek napiecia jest ujemny w stosunku do wartosci nate¬ zenia pradu, niezbednej do nasycenia rdzenia ze¬ laznego polaczonego z ta dioda, uzwojenia roboczego transduktora jest pomijalnie male, przy czym wzrasta ono gwaltownie przy zmianie obciazenia, a równoczesnie wzrasta dla tego uzwojenia calka funkcji napiecia wzgledem czasu. W koncu pier¬ wszego pólokresu kierunek napiecia w uzwojeniu wtórnym transformatora zmienia sie na przeciwny tak, ze od tego czasu zaczyna wzrastac calka funkcji napiecia wzgledem czasu dla drugiego uzwojenia roboczego transduktora.Jezeli jednak kierunek napiecia w uzwojeniu wtórnym transformatora zmieniony zostanie na przeciwny to przez diode plynie nadal w kierunku przewodzenia prad. Prad ten okreslany jest jako prad wtórny i plynie przez uzwojenie robocze ^pola- czone z ta dioda, az do odtworzenia calki napiecia wzgledem czasu. Poniewaz diody sa elementami biernymi, ich przewodzenie zalezy od kierunku przylozonego na nie napiecia wypadkowego, zlozo¬ nego z napiecia pochodzacego ze zródla pradu sta¬ lego i napiecia pochodzacego od uzwojenia wtórnego transformatora. Do tego nalezy dodac, ze obwód pradu wzbudzenia obciazony jest w celu obnizenia stalej czasowej duza rezystancja, której wartosc wielokrotnie przekracza wartosc reaktancji induk¬ cyjnej. W ten sposób powstaje wymuszony stan magnetyczny, tak ze obwód pradu wzbudzenia ma jedynie niewielki wplyw na odtwarzanie calki funkcji napiecia wzgledem czasu. W ten sposób za pomoca prostowników diodowych i samonasycanych transduktorów uzyskana zostaje regulacja napiecia w obwodzie wtórnym.W przypadku elementów czynnych na przyklad tyrystorów, gdy moment wprowadzenia elementu w stan przewodzenia nie zalezy od kierunku wypad¬ kowego napiecia, natomiast wlaczanie jest sterowa¬ ne z zewnatrz obwodu pradowego, nie zastosowano dotychczas regulacji napiecia w obwodzie wtórnym przeksztaltnika za pomoca samonasycalnych trans¬ duktorów.Celem wynalazku jest skonstruowanie przeksztalt¬ nika nie posiadajacego omówionych wad, w którym regulacje napiecia wyjsciowego uzyskuje sie za po¬ moca samonasycalnych transduktorów.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku w ten sposób, ze w obwodzie pierwotnym transformatora jest umieszczony regulator napiecia z samonasycal- nym transduktorem, którego uzwojenia robocze sa polaczone szeregowo z tyrystorami falownika, przy czym pomiedzy tyrystorami falownika a uzwoje¬ niami roboczymi transduktora wlaczony jest równo- nolegle kondensator sluzacy do odtwarzania calki funkcji napiecia wzgledem czasu.Uklad wedlug wynalazku jest wiec przystosowany do wytwarzania regulowanego napiecia sinusoidal¬ nego. Poniewaz transduktor wlaczony jest w obwód pierwotny transformatora to w obwodzie wtórnym, wystepuje napiecie regulowane. Zastosowanie trans¬ duktora zapewnia uzyskanie regulacji napieca w ob- 60207 :;'"'"'\: wodzie pierwotnym, oraz bardzo male zuzycie mocy* * w obwodzie wzbudzenia, a to dzieki temu, ze prady wtórne odprowadzane sa przez kondensator boczni¬ kujacy wejscie kondensatora wygaszajacego. 5 Uklad wedlug wynalazku umozliwia uzyskanie re¬ gulowanego w szerokim zakresie sinusoidalnego na¬ piecia przemiennego przy sprawnosci ukladu prze¬ kraczajacej 80%. Dodatkowa zaleta ukladu jest to, ze równiez przy zmieniajacym sie znacznie napieciu io zasilania mozliwe jest uzyskanie stalego napiecia przemiennego na wyjsciu. Ponadto mozliwe jest uzyskanie stromej, charakterystyki regulacji napiecia, zwlaszcza przy zbyt duzym obciazeniu az do zwar¬ cia, co zostanie wyjasnione w dalszym ciagu opisu. 15 Wynalazek jest przykladowo wyjasniony na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia przyklad roz¬ wiazania ukladu polaczen do przeksztalcania napie¬ cia stalego na sinusoidalne, regulowane napiecie przemienne, zas fig. 2 do 4 — schematy innych przy- 20 kladów rozwiazan ukladu wedlug wynalazku.Uklad przedstawiony przykladowo na fig. 1 ma transformator 22, w którego obwodzie pierwotnym wlaczany jest falownik z kondensatorem wygasza¬ jacym 27 i dlawikiem wygaszajacym 26 oraz z dio- 25 darni 28a i 28b skierowanymi przeciwnie w stosunku do tyrystorów 23a i 23b. Tyrystory 23a, 23b sa przy¬ laczone do zacisku 20a zródla napiecia stalego 20 przez dlawik 26. Miedzy zaciskami 27a i 27b, do których sa przylaczone tyrystory i kondensator wy- 30 gaszajacy a zaciskami 43a, 43b uzwojenia pierwot¬ nego 22a transformatora 22 wlaczone sa cewki 4la i 41b oraz uzwojenia robocze 40a i 40b transduktora 40, przy czym punkty polaczen cewki 41a i uzwo¬ jenia roboczego 40a oraz cewki 41b i uzwojenia ro- 35 boczego 40b sa polaczone przez kondensator 42.W obwód uzwojenia pierwotnego transformatora 22 wlaczony jest równiez zespól sterujacy 33 sluzacy do sterowania tyrystorów 23a i 23b. Zespól regulu¬ jacy 32 sluzy natomiast do zasilania uzwojenia ste- 4o rujacego 40c transduktora 40.W obwodzie uzwojenia wtórnego 22b transforma¬ tora 22 pomiedzy zaciskami 21a i 2lb wyjscia 21 przeksztaltnika a uzwojeniem wtórnym 22b trans¬ formatora 22 wlaczony jest czwórnik 30, sluzacy do 45 ksztaltowania przebiegu sinusoidalnego napiecia wyjsciowego. Pomiedzy zaciskami 21a i 21b wyj¬ scia 21 wlaczona jest impedancja 31.Sposób dzialania opisanego wyzej ukladu jest na¬ stepujacy. Tyrystory 23a i 23b zapalane sa na zmia- 50 ne za pomoca sygnalów z wyjsc 33a, 33b i 33c, 33d zespolu sterujacego 33. Zapalany tyrystor za pomo¬ ca kondensatora wygaszajacego 27, dlawika wyga¬ szajacego 26 oraz diod 28a i 28b wygasza uprzednio zapalony tyrystor. Calka funkcji napiecia wzgledem 55 czasu, która jest przejmowana przez uzwojenia ro¬ bocze 40a i 40b samonasycanego transduktora 40 podczas okresu roboczego w okresie spoczynkowym nie jest odtwarzana poprzez wygaszony tyrystor ale przez prad wtórny, który przeplywa przez przewi- 60 dziany do tego celu kondensator 42. Przebiegi elek¬ tryczne zachodzace w tyrystorowym falowniku i w1 samonasycanym transduktorze 40 oddzielone sa od siebie za pomoca cewek 41a i 41b.Jezeli po stronie wtórnej transduktora 40 plyna 65 prady bierne, sa one odprowadzane przez diody 45a r5 i 45b do zródla 20. W uzwojeniu wtórnym 22b trans¬ formatora 22 wystepuje przebieg prostokatny napie¬ cia. Przez zmiane wzbudzenia transduktora 40 mozna zwiekszac lub zmniejszac odstep miedzy po¬ lówkami przebiegu prostokatnego, przy czym szero¬ kosc samego przebiegu jest równoczesnie takze zmieniana w przeciwnym kierunku tak, by okres przebiegu byl staly. Z czwórnika 30, który zapewnia uzyskanie napiecia sinusoidalnego, otrzymuje sie miedzy zaciskami 2la i 21b wyjscia 21 takie napiecie sinusoidalne, którego amplituda zalezy nie tylko od napiecia zasilajacego zródla pradu 20, ale równiez od wzbudzenia transduktora 40. Transduktor 40 jest wzbudzany lacznie przez uzwojenie napiecia wstep¬ nego 40d i uzwojenia sterujacego 40c.Na fig. 2 przedstawiono schemat innego przykladu rozwiazania ukladu, który uproszczony jest przez wyeliminowanie oddzielajacych cewek 41a i 41b oraz przez polaczenie kondensatora wygaszajacego 21 z kondensatorem 42. Przebieg elektryczny w tym ukladzie jest taki sam jak w opisanym wyzej ukla¬ dzie przedstawionym na fig. 1.Fig. 3 przedstawia uklad zespolu regulujacego 32.Uzwojenie sterujace 40c transduktora 40 otrzymuje napiecie z wyjscia 32a, 32b mostka zbudowanego na liniowych oporach 57a, 57b, nieliniowych diodach Zenera 59a i 59b i polaczonych z nimi szeregowo oporach 58a i 58b. Mostek ten zasilany jest przez zródlo 20, przy czym na jego wyjsciu 32a, 32b odbie¬ rane jest napiecie stale.Odbierane z zacisków 2la, 21b wyjscia 21 sinuso¬ idalne napiecie przemienne przylozone jest na uzwojenie pierwotne 50a transformatora 50. Napie¬ cie na uzwojeniu wtórnym 50b tego transformatora jest prostowane bezposrednio przez diody 53a, 53d oraz, po przejsciu przez mostek przesuwnika fazy skladajacy sie z oporów 51a, 51b i kondensatorów 52a, 52b, przez diody 53b, 53c. Wyprostowane napie¬ cie wystepujace pomiedzy zaciskiem 32a a prze¬ wodem 50c jest stalym napieciem o malej skladowej zmiennej. Napiecie to zostaje zmniejszone o napiecie wystepujace na diodzie Zenera 54 i przylozone na wejscie wielostopniowej kaskady tranzystorowej 55a, 55b. Kolektor tranzystora 55a jest polaczony z zaciskiem 32a, zas jego emiter jest polaczony z za¬ ciskiem 32b.Sterowana kaskada tranzystorowa umozliwia skierowanie wzbudzanego na wyjsciach 32a, 32b ukladu mostkowego pradu sterujacego w ten sposób, ze na wyjsciu 21 otrzymuje sie sinusoidalne napiecie o stalej amplitudzie niezaleznie od wielkosci impe- dancji 31 i zmian napiecia zródla 20.Przyklad rozwiazania zespolu sterujacego 33 slu¬ zacego do sterowania tyrystorów 23a i 23b przedsta¬ wiony jest na fig. 4. W obwód kolektorów tranzys¬ torów 61a i 6lb wlaczone jest uzwojenie pierwotne 60a transformatora 60, zas w obwód bazy uzwojenie 60b tego transformatora. Oporniki 62 i 63 tworza obwód pradowy zapewniajacy odpowiednia opor¬ nosc obwodu bazy oraz warunki rozruchu. Wszyst¬ kie uzwojenia, za wyjatkiem uzwojenia 60e sa na¬ winiete na calym rdzeniu transformatora 60, na¬ tomiast uzwojenie 60e otacza tylko czesc rdzenia.Jezeli uzwojenie to zostanie zwarte za pomoca elek¬ tronicznego przelacznika 65, to wytwarzana czesto- 6 tliwosc sterujaca wzrasta od fi do f2. Ma to na celu zabezpieczenie zespolu 30 przed ewentualnym prze¬ ciazeniem na wyjsciu ukladu i zapewnienie sinuso¬ idalnego ksztaltu napiecia wyjsciowego w wyniku 5 skokowego wzrostu czestotliwosci przy zamykaniu przelacznika elektronicznego, powodujacego przer¬ wanie obwodu pradowego, a tym samym uniemozli¬ wienie przeciazenia ukladu. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Uklad polaczen do przeksztalcania napiecia sta¬ lego na regulowane, sinusoidalne napiecie przemien- 15 ne, skladajacy sie z transformatora i z wlaczonego w obwód pierwotny tego transformatora falownika wyposazonego w tyrystor, znamienny tym, ze w ob¬ wodzie pierwotnym transformatora (22) jest umiesz¬ czony regulator napiecia z samonasycalnym trans- 20 duktorem (40), którego uzwojenia robocze (40a, 40b) sa polaczone szeregowo z tyrystorami (23a, 23b) fa¬ lownika, przy czym pomiedzy tyrystory falownika a uzwojenia robocze (40a, 40b) transduktora (40) wlaczony jest równolegle kondensator (42), sluzacy 25 do odtwarzania calki funkcji napiecia wzgledem czasu.

2. Uklad, w którym falownik jest wyposazony w kondensator wygaszajacy, wedlug zastrz. 1, zna¬ mienny tym, ze kondensator wygaszajacy (27) fa- 30 lownika i kondensator (42), sluzacy do odtwarzania calki funkcji napiecia wzgledem czasu tworza jeden zespól (27, 42).

3. Uklad wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze obydwa konce uzwojenia pierwotnego transforma- 35 tora (22) sa polaczone kazdy poprzez jedna z diod (45a, 45b) o jednakowej biegunowosci z jednym za¬ ciskiem (20a) zródla napiecia stalego, natomiast od¬ czep srodkowy tego uzwojenia jest polaczony z dru¬ gim zaciskiem (22b) zródla napiecia stalego. 40

4. Uklad wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze jest zaopatrzony w czwórnik (32), sluzacy do regu¬ lacji napiecia, skladajacy sie z oporników (57a, 47b; 58a, 58b) i diod Zenera (59a, 59b) w ukladzie mostko¬ wym transformatora (50), przesuwnika fazowego, 45 diod (53a, 53b, 53c, 53d) i diody Zenera (54) przy czym wejscia czwórnika (32) sa polaczone ze zród¬ lem napiecia stalego (20), zas jego zaciski wyjsciowe (32a, 32b) sa zmostkowane przez tranzystory (55a, 55b) i diode (56) oraz polaczone z uzwojeniem ste- 50 rujacym (40c) transduktora (40), natomiast uzwoje¬ nie wtórne (50b) transformatora (50) jest polaczone przez mostkowy przesuwnik fazowy zlozony z kon¬ densatorów (52a, 52b) i oporów (51a, 51b), przez diody (53a, 53b, 53c, 53d) oraz diode Zenera (54) do 55 baz tranzystorów.

5. Uklad wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze tyrystory (23a, 23b) sa wyposazone w zespól steru¬ jacy (33) zabezpieczajacy przed przeciazeniem i zwarciem, który sklada sie z tranzystorów (6la, 60 61b), oporników (62, 63) tworzacych dzielnik napie¬ cia i transformatora (60) o wielu uzwojeniach, przy czym nawiniete na jednej czesci rdzenia transfor¬ matora (60) uzwojenie (60e) polaczone jest z prze¬ lacznikiem elektronicznym (65), natomiast pozostale 35 uzwojenia sa nawiniete na calym rdzeniu. /KI. 21 d2, 12/03 60207 MKP H 02 m, 7/42 rA5a Fig.1 Zla 21b ZOb Fig.ZKI. 21 d2, 12/03 60207 MKP H 02 m, 7/42 OZb bZa \s*a rl S7b\ 20b\ T Lm T T 20a S6b \s7a\\ YS9b 56 S5b \SSaA * 6- 5* 50c -^ i- r^%§2aatd w B^ U mjmk Fig.5 i f\ J I 21a SOb SoJ,721b ~l& FigA PL PL