Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям для специальных электротехнологических установок.The invention relates to semiconductor converters for special electrotechnological installations.
Известен преобразователь для специальных электротехнологических установок, особенностями которого является возможность подключения низкоомной нагрузки к выходам постоянного и переменного тока без согласующего массогабаритного силового трансформатора (описан в патенте на изобретение №2415505, БИ №9 от 27.03.2011). Недостатками преобразователя являются: наличие в энергетической части преобразователя крупногабаритного блока накопительных конденсаторов в виде отдельных коммутируемых секций с коммутационными средствами, что снижает надежность преобразователя, и ограниченный дискретный диапазон регулирования, определяемый количеством коммутируемых секций.A known converter for special electro-technological installations, the features of which is the ability to connect a low-impedance load to the DC and AC outputs without a matching mass-size power transformer (described in patent for invention No. 2415505, BI No. 9 of 03/27/2011). The disadvantages of the converter are: the presence in the energy part of the converter of a large block of storage capacitors in the form of separate switched sections with switching means, which reduces the reliability of the converter, and a limited discrete regulation range, determined by the number of switched sections.
Цель изобретения состоит в снижении массогабаритных показателей преобразователя и повышения его надежности и расширения диапазона регулирования.The purpose of the invention is to reduce the overall dimensions of the converter and increase its reliability and expand the control range.
Поставленная цель достигается тем, что преобразователь с импульсной передачей энергии и питанием от сети переменного тока (фиг.1) содержит блок 1 накопительных конденсаторов в виде одного постоянно подключенного конденсатора 1, емкость которого равна суммарной емкости блока накопительных конденсаторов 1, одна обкладка которого соединена через нагрузку выхода переменного тока с катодом входного диода 2, подключенного анодом к первой клемме сети, а катодом - к аноду тиристора 5, катод которого является выходом нагрузки постоянного тока и управляемого синхронизируемой от сети системой фазового управления, состоящей из импульсного трансформатора 6 и звена 12 формирования сигнала управления тиристором 5 через развязывающий диод 11, второй вывод нагрузки постоянного тока образован точкой соединения второй клеммы сети с анодом диода 3, через который осуществляется разряд накопительного конденсатора 1 при отрицательной полуволне сетевого напряжения (фиг.2), а катод диода 3 соединен с другой обкладкой накопительного конденсатора 1 и анодом диода 4, через который осуществляется заряд конденсатора 1 при положительной полуволне сетевого напряжения (фиг.2), катод которого соединен с катодом тиристора 5, включаемого системой фазового управления 6, 11, 12 с каскадом временной задержки 12, и плюсовым выводом нагрузки постоянного тока, причем каскад временной задержки содержит формирователь 7 тактовых импульсов, подключенный входом к вторичной обмотке импульсного трансформатора 6, а выходом соединен со счетным С-входом N-разрядного счетчика 8 импульсов, разрядные выходы которого коммутируются переключателем 9, который подключен выходом к входу импульсного усилителя 10 и к R-входу обнуления счетчика 8, а выходное напряжение импульсного усилителя 10 через развязывающий диод 11 является напряжением включения тиристора 5.This goal is achieved in that the converter with pulsed energy transfer and powered by an alternating current network (Fig. 1) contains a storage capacitor unit 1 in the form of one permanently connected capacitor 1, the capacity of which is equal to the total capacity of the storage capacitor unit 1, one lining of which is connected through the load of the AC output with the cathode of the input diode 2 connected by the anode to the first terminal of the network, and the cathode to the anode of the thyristor 5, the cathode of which is the output of the DC load and connected by a network-controlled phase control system consisting of a pulse transformer 6 and a link 12 for generating a thyristor 5 control signal through an isolation diode 11, the second DC load terminal is formed by the connection point of the second network terminal with the anode of diode 3, through which the discharge capacitor 1 is discharged at the negative half-wave of the mains voltage (figure 2), and the cathode of the diode 3 is connected to another lining of the storage capacitor 1 and the anode of the diode 4, through which the charge a capacitor 1 at a positive half-wave of the mains voltage (Fig. 2), the cathode of which is connected to the cathode of the thyristor 5, turned on by a phase control system 6, 11, 12 with a cascade of time delay 12, and a positive output of a DC load, and the cascade of time delay contains a driver 7 clock pulses, connected by an input to the secondary winding of a pulse transformer 6, and by an output connected to a counting C-input of an N-bit counter 8 pulses, the bit outputs of which are switched by a switch 9, which is connected the output to the input of the pulse amplifier 10 and the R-input of zeroing the counter 8, and the output voltage of the pulse amplifier 10 through the decoupling diode 11 is the turn-on voltage of the thyristor 5.
При положительной полуволне сетевого напряжения конденсатор 1 заряжается током по цепи: первая клемма сети, диод 2, нагрузка переменного тока, конденсатор 1, диод 4, нагрузка постоянного тока и вторая клемма сети (фиг.1, фиг.2). При этом за счет отсутствия напряжения включения тиристор 5 цепи разряда конденсатора 1 закрыт. При отрицательной полуволне сетевого напряжения на счетный С-вход N-разрядного счетчика 8 с выхода формирователя 7 тактовых импульсов поступает первый счетный импульс с периодом следования Тт, равным периоду сетевого напряжения, затем второй, и так до тех пор, пока на выходе N-разрядного счетчика 8 на выходе, подключенном к переключателю 9, не появится напряжение, соответствующее определенному числу деления счетных импульсов, которое через импульсный усилитель 10 и развязывающий диод 11 включит тиристор 5 и по R-входу обнулит счетчик 8. При этом начнется повтор цикла работы счетчика 8, а конденсатор 1 энергетической цепи преобразователя при соответствующей отрицательной полуволне сетевого напряжения разрядится по цепи: нагрузка переменного тока, тиристор 5, нагрузка постоянного тока, диод 3. Затем процесс заряда-разряда конденсатора 1 повторяется с периодом следования Ty=N.Tr, где N-разряд, соответствующий числу деления счетных импульсов счетчика 8, к которому подключен переключатель 9. Изменением подключения переключателя 9 к соответствующим выходам N-разрядного счетчика 8 осуществляется соответствующая временная задержка включения тиристора 5 и, соответственно, разряд конденсатора 1. То есть реализуется широтно-частотное регулирование мощности нагрузки преобразователя при постоянно включенной неизменной емкости накопительного конденсатора 1.With a positive half-wave of the mains voltage, the capacitor 1 is charged with current through the circuit: the first terminal of the network, diode 2, AC load, capacitor 1, diode 4, DC load and the second terminal of the network (Fig. 1, Fig. 2). At the same time, due to the absence of a switching voltage, the thyristor 5 of the discharge circuit of the capacitor 1 is closed. With a negative half-wave of the mains voltage, the counting C-input of the N-bit counter 8 receives the first counting pulse with the follow-up period TT equal to the mains voltage period from the output of the clock pulse generator 7, then the second, and so on, until the output of the N-bit counter 8 at the output connected to the switch 9, there will be no voltage corresponding to a certain number of division of the counting pulses, which through the pulse amplifier 10 and the decoupling diode 11 will turn on the thyristor 5 and reset the counter 8 to the R-input a counter cycle of counter 8 starts, and the capacitor 1 of the converter’s energy circuit, at the corresponding negative half-wave of the mains voltage, is discharged along the circuit: AC load, thyristor 5, DC load, diode 3. Then, the charge-discharge process of capacitor 1 is repeated with the period Ty = N. Tr, where the N-bit corresponding to the number of division of the counting pulses of the counter 8, to which the switch 9 is connected. By changing the connection of the switch 9 to the corresponding outputs of the N-bit counter 8, the corresponding time delay for turning on the thyristor 5 and, accordingly, the discharge of the capacitor 1 is realized. That is implemented by the frequency-frequency regulation of the load power of the Converter with a constantly switched on constant capacity of the storage capacitor 1.
Предлагаемый управляемый преобразователь с подключением нагрузки к выходам постоянного тока или переменного тока может быть эффективно использован в системах электронагрева и контактной электросварки, в импульсно-ударном электроинструменте, в системах электроискровой обработки различных материалов, для регенеративного заряда химических аккумуляторов и в ряде других специальных электротехнологиях.The proposed controlled converter with connecting the load to the DC or AC outputs can be effectively used in electric heating and contact electric welding systems, in pulse-shock electric tools, in electric-spark processing systems of various materials, for the regenerative charge of chemical batteries and in a number of other special electrical technologies.
