RU2085014C1

RU2085014C1 - Ac voltage changer

Info

Publication number: RU2085014C1
Application number: RU94005032A
Authority: RU
Inventors: Вадим Витальевич Маслаев
Original assignee: Вадим Витальевич Маслаев
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; conversion of ac, 220 V supply voltage into fractional-power supply for feeding low-power loads. SUBSTANCE: thyristor changer has diode bridge rectifier connected to ac voltage supply through capacitor; connected to diode bridge output are series-interconnected transformer primary winding and gate-control thyristor. Output voltage can be steplessly regulated from no voltage to rated value by varying thyristor turn-on angle. EFFECT: simplified design. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для получения от сети 220 В напряжение необходимой величины для питания маломощных потребителей (около 1 Вт). Обычные трансформаторы на 50 Гц в этом случае должны иметь много витков в первичной обмотке (до 10000) из очень тонкого провода (до 0,02 мм). Изготовление таких трансформаторов технически сложно и требует дефицитных материалов. The invention relates to electrical engineering and is intended to receive from a 220 V network a voltage of the required value for supplying low-power consumers (about 1 W). Conventional 50 Hz transformers in this case must have many turns in the primary winding (up to 10,000) from a very thin wire (up to 0.02 mm). The manufacture of such transformers is technically difficult and requires scarce materials.

Поэтому широко применяются полупроводниковые преобразователи, которые сначала выпрямляют сетевое напряжение, а затем преобразуют его в переменное повышенной частоты. В этом случае обмотки трансформатора имеют мало витков, а его сердечник может быть меньше по сечению. Therefore, semiconductor converters are widely used, which first rectify the mains voltage, and then convert it to an alternating high frequency. In this case, the transformer windings have few turns, and its core may be smaller in cross section.

Известны также схемы преобразователей с тиристорами вместо транзисторов. Тиристор открывается в определенный момент синусоиды и через трансформатор проходит высокочастотный импульс, который и создает напряжение на вторичной обмотке. Такой преобразователь описан, например, в книге Б. С.Иванова "Электроника в самоделках", Москва, ДОСААФ, 1981 г. стр. 225 и 226. Converters with thyristors instead of transistors are also known. The thyristor opens at a certain moment of the sinusoid and a high-frequency pulse passes through the transformer, which creates a voltage on the secondary winding. Such a converter is described, for example, in the book of B. S. Ivanov "Electronics in DIY", Moscow, DOSAAF, 1981, pages 225 and 226.

Недостатком схемы Иванова является малый КПД из-за того, что через открытый тиристор продолжает протекать ток до окончания полуволны синусоиды и закрывания тиристора. Цикл работы схемы повторяется с частотой сетевого напряжения. Для ограничения тока через открытый тиристор служит специальный резистор, который нагревается и рассеивает значительную мощность. The disadvantage of the Ivanov circuit is its low efficiency due to the fact that current continues to flow through the open thyristor until the end of the half-wave of the sine wave and the thyristor closes. The cycle of the circuit is repeated with the frequency of the mains voltage. To limit the current through the open thyristor, a special resistor is used, which heats up and dissipates significant power.

Целью настоящего изобретения является уменьшение тока через открытый тиристор при сохранении резкого перепада напряжения в момент открывания тиристора. Схема позволяет регулировать в некоторых пределах выходное напряжение с помощью переменного резистора в цепи управляющего электрода тиристора. Небольшое усложнение предлагаемой схемы значительно расширяет диапазон регулирования путем более устойчивого запуска тиристора в момент включения преобразователя. The aim of the present invention is to reduce the current through the open thyristor while maintaining a sharp voltage drop at the time of opening the thyristor. The circuit allows you to adjust the output voltage to some extent using a variable resistor in the thyristor control electrode circuit. A slight complication of the proposed scheme significantly expands the control range by more stable starting of the thyristor at the moment the converter is turned on.

Указанная выше цель достигается включением преобразователя в сеть через конденсатор и диодный мост, который позволяет подать на тиристор двухполупериодное выпрямленное напряжение. Устойчивый запуск тиристора в момент включения достигается присоединением к управляющему электроду тиристора цепочки из диода и конденсатора. The above goal is achieved by connecting the converter to the network through a capacitor and a diode bridge, which allows you to apply a half-wave rectified voltage to the thyristor. A steady start of the thyristor at the moment of switching on is achieved by connecting a chain of a diode and a capacitor to the thyristor control electrode.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 изображена осциллограмма напряжения в точке "А"; на фиг. 3 изображена схема преобразователя с устойчивым запуском. Предлагаемый преобразователь состоит (фиг. 1) из трансформатора 1, тиристора 2, переменного резистора 3, постоянного резистора 4, диодного моста 5 и конденсатора 6. Сеть 220В подключена к диодному мосту 5 через конденсатор 6. Первичная обмотка трансформатора 1 одним концом подключается к положительному выводу диодного моста, а другим через тиристор 2 к отрицательному выводу. Управляющий электрод тиристора через резисторы 4 и 5 подключен к положительному выводу моста. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed Converter; in FIG. 2 shows a voltage waveform at point "A"; in FIG. 3 shows a diagram of a converter with a stable start. The proposed Converter consists (Fig. 1) of a transformer 1, thyristor 2, a variable resistor 3, a constant resistor 4, a diode bridge 5 and a capacitor 6. A 220V network is connected to the diode bridge 5 through a capacitor 6. The primary winding of the transformer 1 is connected to the positive one end the output of the diode bridge, and the other through the thyristor 2 to the negative output. The thyristor control electrode is connected to the positive terminal of the bridge through resistors 4 and 5.

Работает схема следующим образом: переменное сетевое напряжение через конденсатор 6 поступает на диодный мост 5. Двухполупериодное выпрямленное напряжение подается на трансформатор и тиристор. Как показано на фиг. 2, в момент времени T= 0 начинается возрастание напряжения в точке "А". Но ток через тиристор остается равным нулю. В момент времени T1 в соответствии с величиной резисторов 3 и 4 открывается тиристор и через трансформатор течет ток определенной величины, но в следующий момент напряжение на выходе диодного моста резко падает из-за того, что появляется ток через трансформатор и тиристор. Так как трансформатор импульсный, то его сопротивление мало. Сопротивление тиристора в открытом состоянии также мало. Поэтому подключившаяся к диодному мосту цепь трансформатор тиристор сильно подсаживает напряжение диодного моста. На входе моста напряжение также подсаживается, а на конденсаторе 6 резко увеличивается. В результате через обмотку трансформатора каждый полупериод протекает короткий импульс тока и преобразуется в импульс на вторичной обмотке. В отличие от схемы Иванова, в оставшееся время после импульса до конца полупериода, ток через тиристор сильно уменьшается и тем уменьшает потери и увеличивает КПД преобразователя. The circuit works as follows: AC voltage through a capacitor 6 is supplied to the diode bridge 5. A half-wave rectified voltage is supplied to the transformer and thyristor. As shown in FIG. 2, at time T = 0, an increase in voltage at point "A" begins. But the current through the thyristor remains equal to zero. At time T1, in accordance with the value of resistors 3 and 4, the thyristor opens and a current of a certain value flows through the transformer, but at the next moment the voltage at the output of the diode bridge drops sharply due to the fact that current appears through the transformer and the thyristor. Since the transformer is pulsed, its resistance is small. The thyristor resistance in the open state is also small. Therefore, the transistor-thyristor circuit connected to the diode bridge greatly increases the voltage of the diode bridge. At the input of the bridge, the voltage also drops, and on the capacitor 6 increases sharply. As a result, a short current pulse flows through the transformer winding each half-cycle and is converted into a pulse on the secondary winding. In contrast to the Ivanov circuit, in the remaining time after the pulse to the end of the half-cycle, the current through the thyristor greatly decreases and thereby reduces losses and increases the efficiency of the converter.

Включение конденсатора последовательно с нагрузкой в цепи переменного тока известно. Но работа такого конденсатора в предлагаемом преобразователе принципиально другая. Различие в том, что в известных схемах после диодного моста пульсирующее переменное напряжение сглаживается на конденсаторах фильтра и через последовательный конденсатор течет синусоидальный ток, а не импульсный, как в предлагаемом преобразователе. Конденсатор 6 служит для пропускания короткого импульса тока в момент включения тиристора и резкого уменьшения тока в оставшуюся часть полупериода. Для ограничения тока через управляющий электрод тиристора при регулировании момента включения переменным резистором 3 служит резистор 4. The inclusion of a capacitor in series with the load in the AC circuit is known. But the operation of such a capacitor in the proposed converter is fundamentally different. The difference is that in the known circuits after the diode bridge, the pulsating alternating voltage is smoothed out on the filter capacitors and a sinusoidal current flows through the series capacitor, but not pulsed, as in the proposed converter. The capacitor 6 is used to transmit a short current pulse at the moment the thyristor is turned on and to sharply decrease the current in the remainder of the half-cycle. To limit the current through the thyristor control electrode, when controlling the moment of switching on, the resistor 4 serves as a variable resistor 3.

Как показали испытания предлагаемого преобразователя, он работает на возрастающей половине каждого полупериода от 0 до 90 градусов, что объясняется дальнейшим падением управляющего тока. Если тиристор не открылся при 90 градусах, то на спаде синусоиды в последующие 90 градусов он тем более не откроется. В области, приближающейся к вершине полупериода, тиристор не всегда открывается, хотя при меньшем угле отсечки запускается устойчиво. Для гарантированного включения преобразователя в работу служит показанная на фиг. 3 цепочка из диода 7 и конденсатора 8. В момент подключения преобразователя к сети тиристор запускается через эту цепочку, но конденсатор 8 быстро заряжается, ток через него уменьшается и работа тиристора определяется в дальнейшем величиной резисторов 3 и 4. As the tests of the proposed converter have shown, it operates on an increasing half of each half-cycle from 0 to 90 degrees, which is explained by a further drop in the control current. If the thyristor did not open at 90 degrees, then on the decline of the sinusoid in the next 90 degrees, it will not open. In the region approaching the top of the half-cycle, the thyristor does not always open, although at a smaller cutoff angle it starts stably. For guaranteed inclusion of the converter into operation, the one shown in FIG. 3 a chain of diode 7 and capacitor 8. At the moment the converter is connected to the network, the thyristor is started through this chain, but the capacitor 8 is quickly charged, the current through it decreases and the thyristor operation is determined further by the value of resistors 3 and 4.

Изготовленная модель преобразователя с повышающим трансформатором для маломощного источника высокого напряжения позволяет плавно менять выходное напряжение от нуля до 10 киловольт. При этом на осциллограмме не заметно неустойчивости или дребезга при срабатывании тиристора. The manufactured model of the converter with a step-up transformer for a low-power high-voltage source allows you to smoothly change the output voltage from zero to 10 kilovolts. At the same time, the oscillogram shows no instability or bounce when the thyristor is triggered.

Claims

1. An AC voltage converter, in which the transformer primary winding and a thyristor are connected in series to the AC voltage source, to the control electrode of which a switching phase control circuit is connected, the output of the transformer secondary winding is the converter output, characterized in that it is connected to an additional bridge input diode rectifier connected to the source through a capacitor.

2. The converter according to claim 1, characterized in that a capacitor is connected between one of the terminals of the diode bridge and the control diode of the thyristor.