SU1171932A1 - Преобразователь переменного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ , содержащий  чейку с п последовательно соединенными через разделительные диоды запоминающими конденсаторами, первый и второй промежуточные выводы каждого из которых через соответствующие разр дные диоды, а первый и второй крайние выводы непосредственно соединены соответственно с общей точкой зар дного и разр дного ключевых элементов и с первым выводом силового выпр мител  и с первым выходным выводом, при этом другой выходной вывод соединен со свободным выводом разр дного ключевого элемента, а свободный вывод зар дного ключевого элемента соединен с вторым выводом силового выпр мител , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  качества электрической энергии путем уменьшени  пульсаций входного напр жени , в него введена втора   чейка и в каждую  чейку введены тиристоры по числу разр дных диодов, включенные встречно-параллельно разр дным диодам, кроме того, в преобразователь введен узел сравнени  с опорой, св занный входами с первыми запоминающими конденсаторами различных  чеек, узел включени  входами соединенный с двум  выходами узла сравнени  и входными выводами , узел слежени , входами соединенный с входными выводами и выходом узла включени , узел совпадени , подключенный входами к выходам узлов сравнени , включени  и слежени , при этом цепи управлени  зар дных ключевых элементов соединены с выходом узлов включени  и совпадени , цепи управлени  разр дных ключевых элементов- с выходами узла совпадени , а цепи управлени  тиристоров - с выходом узла слежени . 2 Преобразователь по п. 1, отличающийс  в тем, что узел сравнени  с опорой содержит (Л генератор опорного сигнала и амплитудные компараторы, св занные через модул торы с первыми запоминающими конденсаторами различных  чеек и указанным генератором, узел включени  - формирователь пр моугольного напр жени  и реле времени, св занные с входными выводами, инвертор, подключенный к реле времени, и конъюнкторы , соединенные с инвертором, соответствующими выходами формировател  пр моугольных импульсов и амплитудными компараторами , узел слежени  - последовательно соединенные умножитель частоты, св занный со со го с входными выводами, и кольцевую пересчетную схему, делитель частоты, подключенный к умножителю частоты, конъюнкторы, соединенные с соответствующими  чейками кольцевой пересчетной схемы и реле времени, узел совпадени  - четыре конъюнктора, два из которых подключены к реле времени И делителю частоты, а другие дополнительно - к амплитудным компараторам.

Description

Изобретение относитс  к нреобразовательной технике, в частности к бестрансформаторным преобразовател м переменного напр жени  в посто нное.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества электрической энергии путем уменьшени  пульсаций выходного напр жени  и путем уменьшени  времени разр да конденсаторов на нагрузку.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразовател ; на фиг. 2 - схема управлени  ключевыми элементами; на фиг. 3 - диаграммы напр жений на отдельных элементах схемы.

Преобразователь переменного напр жени  в посто нное содержит две  чейки с п последовательно соединенными через разделительные диоды 1.1-9.1 (1.2-9.2) запоминающими конденсаторами 10.1 -19.1 (10.2- 19.2), обкладки-которых через разр дные диоды 20.1-37.1 (20.2-37.2), зар дные 38.1 (38.2) и разр дные 39.1 (39.2) ключевые элементы (транзисторы) соединены соответственно с выходом силового выпр мител  40 и выходными выводами 41, 42, и схему 43 управлени  (фиг. 2), тиристоры 44.1-61.1 (44.2-61.2), включенные встречно-параллельно разр дным диодам 20.1-37.1 (20.2- 37.2), узел 62 сравнени  с опорой (фиг. 2), св занный с запоминаюш.ими конденсаторами 10.1 и 10.2 различных  чеек, узел 63 включени , соединенный,с узлом 62 сравнени  и сетью переменного тока, узел 64 слежени , соединенный с сетью переменного тока и узлом 63 включени , узел 65 совпадени , подключенный к узлу 62 сравнени  с опорой, узлу 63 включени  и узлу 64 слежени , при этом цепи управлени  зар дных ключевых элементов 38.1 и 38.2 соединены с узлом 63 включени  и узлом 65 совпадени , цепи управлени  разр дных ключевых элементов 39.1 и 39.2 - с узлом 65 совпадени , а цепи управлени  тиристоров 44.1 - 61.1 (.44.2-62.2) - с узлом слежени . При этом узел 62 сравнени  с опорой содержит генератор 66 опорного сигнала и амплитудные компараторы 67 и 68, св занные через модул торы 69 и 70 с запоминаюш.ими конденсаторами 10.1 и 10.2 различных  чеек и указанным генераторам 66. Узел 63 включени  содержит формирователь 71 пр моугольного напр жени  и реле 72 времени, св занные с входными клеммами, инвертор (логическа  схема НЕ) 73, подключенный к реле 72 времени, и конъюнкторы (логические схемы И) 74 и 75, соединенные с инвертором 73, соответствующими выходами формировател  71 пр моугольного напр жени  и амплитудными компараторами 67 и 68. Узел 64 слежени  содержит последовательно соединенные умножитель 76 частоты, св занный с входными клеммами, и кольцевую пересчетную схему 77, делитель 78 частоты, подключенный к умножителю 76 частоты, конъюнкторы 79.1-79.т, соединенные с соответствующими  чейками кольцевой пересчетг ной схемы 77 и реле 72 времени, узел 65 совпадени  - четыре конъюнктора 80-83, два из которых 80 и 81 соединены с реле 72 времени и делителем 78 частоты, а другие 82 и 83 - дополнительно к амплитудным компараторам 67 и 68. На фиг. 3 представлено напр жение 84 на выходе выпр мител  40, импульсы 85-102 управлени , поступающие соответственно на тиристоры 44.1-61.1 (зачерченные импульсы) и 44.2-61.2 (пунктирные импульсы), напр жение 103, поступающее в противофазе на цепи управлени  разр дных ключевых элементов 39.1 и 39.2, и напр жение 104, поступающее в противофазе на цепи управлени  разр дных ключевых элементов 38.1 и 38.2.

Преобразователь переменного напр жени  в посто нное работает следующим образом .

При подключении преобразовател  к сети переменного тока узел 63 включени  обеспечивает побчередное включение на врем  -Т/2, где Т - период напр жени  сети, зар дных ключевых элементов 38.1 и 38.2 и зар д последовательно соединенных запоминающих конденсаторов 10.1 -19.1 и 10.2-19.2. Зар д запоминающих конденсаторов начинаетс  в момент перехода входного напр жени  сети через нуль, чем ограничиваетс  амплитуда зар дного тока. Момент выключени  зар дных ключевых элементов 38.1 и 38.2 определ ет узел 62 сравнени  с опорой, который св зан функционально с узлом включени  и который осуществл ет сравнение напр жений на запоминающих конденсаторах  чеек с напр жением генератора 66 опорного напр жени . После зар да запоминающих конденсаторов до напр жений, соответствующих напр жению генератора опорного напр жени , происходит выключение зар дных ключевых элементов 38.1 и 38.2. После интервала времени tiCi2T цепи управлени  зар дных ключевых элементов 38.1 и 38.2 переключаютс  к узлу 65 совпадени , а узел 64 слежени  обеспечивает управление тиристорами 44.1 - 61.1 и 44.2-61.2 согласно диаграмм 85-102. Так как амплитуда выпр мленного напр жени  84 измен етс  в течение полупериода входного напр жени , то за счет тиристоров 44.1-61.1 и 44.2-61.2, управл емых от узла слежени , осуществл етс  включение различного количества последовательно соединенных конденсаторов при их подзар дке. Так, при дес ти последовательно соединенных конденсаторах () 10.1 -19.1 и 10.2-19.2 в моменты (6°), 1з Т/20 (18°), (30°), t7 7T/60 (42°), t9 3T/20 (54°), IT/60 (66°), t,3 13T/60 (78°), (90°) амплитуды модул  входного напр жени  равны соответственно 0,1045; 0,3090; 0,5000; 0,6691; 0,8090; 0,9136; 0,978 и 1,000 амплитуды входного напр жени . Если выходное напр жение стабилизируетс  на уровне 0,1 Uim (где UiOT - максимальна  амплитуда входного напр жени ), то в интервале времени to-ti, когда зар жаютс  конденсаторы первой  чейки (10.1 - 19.1), необходимо подключить все конденсаторы параллельно. Достигаетс  это за счет подачи импульсов управлени  длительностью to-ti на все тиристоры первой  чейки (заштрихованные импульсы) и включить зар дный транзистор 38.1. В это врем  нагрузка получает питание от параллельно соединенных конденсаторов 10.2- 19.2 второй  чейки. При достижении напр жени  на конденсаторе 10.1 максимально допустимой величины 0,1 Uim управление с транзистора 38.1 снимаетс  (104), т. е. существует врем , в течение которого  чейка отключена от выпр мител  и от нагрузки. В момент времени ti напр жение управлени  103 снимаетс  с разр дного транзистора 39.2 и подаетс  (104) на включение зар дного транзистора 38.2. В это врем  нагрузка подключаетс  через разр дный транзистор 39.1 и к первой  чейке. Так как к времени is мгновенное значение входного напр жени  достигает величины 0,3090 Ui, то необходимо управление подать на тиристоры 55.2 ( 96 в интервале времени ti-ts пунктирный импульс), 46.2 (87), 58.2 (99), 49.2 (90) и 61.2 (102), что обеспечивает подключение к выпр мителю трех цепей из трех последовательно соединенных конденсаторов (10.2 11.2, 12.2, 13.2,14.2, 15.2, 16.2, 17.2 и 18.2)1 и зар дку каждого конденсатора до величины 0,1. При достижении напр жени  на конденсаторе 10.2 максимально допустимой величины 0,1 Uim зар дный транзистор 38.2 выключаетс . Последовательность поступлени  импульсов управлени  на тиристоры 44.1-61-1 представлены соответственно 85- 102 заштрихованными импульсами, а на тиристоры 44.2--61.2 и 85- 102 - пунктирными лини ми. При этом выключение тиристоров осуществл етс  без дополнительных коммутирующих контуров за счет подключени  указанной  чейки к нагрузке. Схе.ма управлени , обеспечивающа  управление силовой частью преобразовател  (фиг. 2), включает узел 62 сравнени  с опорой, узел 63 включени , узел 64 слежени  и узел 65 совпадени . Узел сравнени  имеет два выхода и обеспечивает формирование «1 на соответствующем выходе, когда напр жение на конденсаторах 10.1 или 10.2 соответствует (меньше) напр жению генератора 66 опорного напр жени . В узел сравнени  введены в общем случае модул торы 69 и 70, которые обеспечивают через высокочастотный согласующий трансформатор гальваническую разв зку силовых цепей и цепей управлени  и приведение в соответствие (обычно уменьшение) напр жений конденсаторов .и напр жени  (опорное напр жение). Амплитудные компараторы 67 и 68, которые  вл ютс  выводными элементами узла 62 сравнени  с опорой, формируют «1 на выходе, когда напр жение Uon больп1е выходного напр жени  модул торов 69 и 70, величины которых пропорциональны напр жению соответствующих конденсаторов 10.1 и 10.2. При достижении напр жений на указанных запоминающих конденсаторах заданной величины на выходе соответствующего амплитудного компаратора формируетс -«О, что обеспечивает в конечном итоге выключение зар дного ключевого элемента 38.1 или 37.2. Узел включени  имеет два выхода, которые подключены к цеп м управлени  зар дных ключевых элементов 38.1 и 38.2 и обеспечива ет управление зар дными ключевыми элемен тами 38.1 и 38.2 при включении преобразовател . В общем случае эти выходы могут быть подключены к сумматору (логической схеме ИЛИ), куда дополнительно подключены вы.ходы узла 65 совпадени . При включении преобразовател  переменное напр жение подаетс  на формирователь 71 пр моугольного напр жени  и на выходе в момент перехода входного напр жени  через «О начинает формироватьс  напр жение пр моугольной фор.мы с частотой напр жени  входной сети и совпадающее с ним по фазе. Переменное напр жение подаетс  и на реле 72 времени, на выходе которого формируетс  «О в течение времени 2Т после подачи на него напр жени  (включени  преобразовател ). В остальное врем  на выходе реле 72 времени формируетс  «1. На выходе инвертора 73 «1 формируетс  только в то врем , когда на выходе реле 73 времени формируетс  «О. Выходные сигналы (импульсы напр жени ) формировател  71 пр моугольного напр жени  и инвертора 73 поступают на конъюнкторы 74 и 75. Дополнительно на указанные конъюнкторы поступают сигналы («I и «О), с амплитудных компараторов 67 и 68. При включении преобразовател  на выходах амплитудных компараторов 67 и 68 формируютс  «1. Такое построение схемы управлени  обеспечивает при включении преобразовател  подачу сигналов управлени  (импульсы напр жени ) с выхода формировател  71 на цепи управлени  зар дных ключевых элементов 38.1 и 38.2 в момент перехода переменного напр жени  через «О, т. е. в течение одного полупериода переменного напр жени  зар жаютс  конденсаторы 10.1 -19.1 первой  чейки, а в течение второго полупериода зар жаютс  конденсаторы 10.2-19.2 второй  чейки. При достижении на конденсаторах 10.1 и 10.2 требуемых напр жений на выходах амплитудных компараторов 67 и 68 в соответствующие моменты времени формируетс  «О и управление с зар дных ключевых элементов (транзисторов) снимаетс . Предлагаемое включение преобразовател  исключает большие зар дные токи через зар дные ключевые элементы. Узел слежени  имеет m выходов, которые подключены к цеп м управлени  тиристоров 44.1-61.1 и

44.2-61.2. Напр жение сети переменного тока подаетс  на умножитель 76 частоты, где оно преобразуетс  в импульсы напр жени , частота которых превышает частоту входной сети в несколько раз в зависимости от соотношени  амплитуд входного и выходного напр ж- ний, жестко засинхронизированные с фазой входной сети. Полученные импульсы в момент t|, t2, ta и т. д. поступают на кольцевую пересчетную схему (регистр сдвига) 77, котора  обеспечивает формирование на выходе импульсов напр жени , распределенных во времени, длительностью to-ti, ti-12, t-ta и т. д. Из указанных импульсов напр жений получают необходимые импульсы 85-102 управлени  тиристорами 44.Г-61.1 и 44.2-61.2, которые поступают через конъюнкторы 79.1-79. На эти конъюнкторы подают, кроме того, сигналы (импульсы напр жени ) от реле 72 времени, которые исключают подачу импульсов управлени  на тиристоры при включении преобразовател . На выходе делител  73 частоты формируютс  пр моугольные напр жени  103, частотой в два раза ниже частоты выходных сигналов умножител  частоты, т. е.

положительное напр жение (пр моугольной формы) формируетс  в интервале времени 1з-ts, , tn-ti.3 ..., a отрицательные - в интервале времени ti-1з, ts-ty, tg-tu и т. д. Узел совпадени  состоит из конъюнкторов 80-83 и обеспечивает формирование импульсов управлени  дл  зар дных 39.1 и 39.2 ключевых элементов в нормальном режиме, напр жени  с выхода делител  частоты поступают на цепи управлени  разр дных ключевых элементов (например, транзисторы) 39.1 и 39.2 через конъюнкторы 80 и 81, на которые дополнительно поступает сигнал от реле времени, включающий подачу сигналов управлени  на разр дные транзисторы в интервале времени ti-2Т после включени  преобразовател . На конъюнкторы 82 и 83 поступают также сигналы от делител  78 частоты и реле 72 времени. Дополнительно на эти конъюнкторы поступают сигналы от амплитудных компараторов 67 и 68, которые обеспечивают включение соответствующих зар дных транзисторов при достижении напр жений на конденсаторах заданной величины .

.г аЛ5Лг/Л йЛ22....гТг«..

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий ячейку с η последовательно соединенными через разделительные диоды запоминающими конденсаторами, первый и второй промежуточные выводы каждого из которых через соответствующие разрядные диоды, а первый и второй крайние выводы непосредственно соединены соответственно с общей точкой зарядного и разрядного ключевых элементов и с первым выводом силового выпрямителя и с первым выходным выводом, при этом другой выходной вывод соединен со свободным выводом разрядного ключевого элемента, а свободный вывод зарядного ключевого элемента соединен с вторым выводом силового выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения качества электрической энергии путем уменьшения пульсаций входного напряжения, в него введена вторая ячейка и в каждую ячейку введены тиристоры по числу разрядных диодов, включенные встречно-параллельно разрядным диодам, кроме того, в преобра зователь введен узел сравнения с опорой, связанный входами с первыми запоминающими конденсаторами различных ячеек, узел включения входами соединенный с двумя выходами узла сравнения и входными выводами, узел слежения, входами соединенный с входными выводами и выходом узла включения, узел совпадения, подключенный входами к выходам узлов сравнения, включения и слежения, при этом цепи управления зарядных ключевых элементов соединены с выходом узлов включения и совпадения, цепи управления разрядных ключевых элементов— с выходами узла совпадения, а цепи управления тиристоров — с выходом узла слежения.

2 Преобразователь по π. 1, отличающийся тем, что узел сравнения с опорой содержит генератор опорного сигнала и амплитудные компараторы, связанные через модуляторы с первыми запоминающими конденсаторами различных ячеек и указанным генератором, узел включения — формирователь прямоугольного напряжения и реле времени, связанные с входными выводами, инвертор, подключенный к реле времени, и конъюнкторы, соединенные с инвертором, соответствующими выходами формирователя прямоугольных импульсов и амплитудными компараторами, узел слежения — последовательно соединенные умножитель частоты, связанный с входными выводами, и кольцевую пересчетную схему, делитель частоты, подключенный к умножителю частоты, конъюнкторы, соединенные с соответствующими ячейками кольцевой пересчетной схемы и реле времени, узел совпадения — четыре конъюнктора, два из которых подключены к реле времени И делителю частоты, а другие дополнительно — к амплитудным компараторам.