SU1417141A1 - Способ преобразовани переменного тока в переменный - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике о Цель изобретени  - повьше- ние качества выходного напр жени  i при обеспечении быстродействи  и минимума потерь Напр жение на нагрузке 1 1 форм1 уетс  сумм}гроваш ем двух последовательностей импульсов, изме- н юЕ(ихс  по экспоненте о Бозрастак ций фронт первой прследовательностн импульсов формируетс  при включешет тиристорных ключей 3, 1, спадающий фронт первой последовательности импульсов формируетс  при включении тиристорных ключей 8, -б,, Втора  последовательность импульсов форшфует- с  при включении тиристорных.ключей 2, 4 и 5, За счет суммировагш  на нагрузке поочередно возрастак це- го и спадающего фронтов импульсов каждой из последовательностей дости гаетс  поставленна  цель 4 ил.

Description

х

tssoL

фик/

Изобретение относитс  к электро- технинео

Цель изобретени  повьшение качества выходного напр жени  при обеспечении быстродействи  и минимума , потерь

На фиг с 1 прив едена принципиальна  схема силовой части однофазного варианта; на фиг 2 - блок-схема системы управлени ; на фиг 3 - принципиальна  схема силовой части многофазного варианта; на фиг,, 4 - временные диаграммыо

Способ преобразовани  переменного тока в переменный осуществл ют слеу ниим образом о

Из переменного тока источника питани  в результате периодического подключени  нагруз1си к источнику питани  и реактивному накапливающему элементу (дросселю) формируют две мпульсные последовательности с им- ульсами непр моугольной формы, прием начало формировани  второй импульсной последовательности задерживают относительно первой на интервал искретиза.циис, Переменное напр жение сточника питани  трансформируют в бапее низкое напр жение и затем усиивают двум  усилитач ми с различны- ш: коэффиидентами усилени  и создают два задающих .синусоидальных напр же- ни  различной амплитудЫд причем синусоида большей амплитуды используетс  дл  управлени  велт-гчиной тока в нагрузке, а синусоида меньшей амплитуды , составл гацей 6-19% от амплитуды большей синусоидь используетс  дл  периодического подключени  нагруз ки к источнику переменного тока и реактивному накапливающему элементуо Пер вое переклю тение нагрузки производ т в момент начала второй импульсной последовательности, а последующие переключени  - в момент равенства спадаюшдх токов импульсных последовательностей синусоидальному сигналу меньшей а шлитуды. На нагрузке в каждом интервале дискретизации суммируют возрастаюш 1Й участок одной импульсной последовательности с пада- участком другой импульсной последовательности токов. Дифференцируют ток нагрузки и синусоидальный сигнал большей амплитуды и на каждом интервале дискретизации сравнивают первую производную синусоиды с большей амплитудой и первую производную

тока нагрузки. Сигнал рассогласовани  между значени ми первых производных тока нагрузки и синусоиды с боль- шей амплитудой используют дл  регулировани  тока через нагрузку по. синусоидальному закону путем управлени  реактивным сопротивлением индуктивных формирующих элементов, наприд мер подмагничиванием дроссел  , на нарастающих участках экспонент токовых последовательностей. На конечном интервале дискретизации с целью получени  нулевого значени  тока нагруз5 ки сравнивают первую производную тока нагрузки с дополнительным опорным сигналом и в момент их равенства обеспечивают создание и суммирование на нагрузке спадающих участков токо0 вых последовательностей в

Однофазное устройство дл  осуществлени  способа преобразовани  переменного тока в переменный (фиг.1) содержит в силовой части четьрехпле5 чный мост из четырех тиристорных ключей на встречно-параллельно включенных тиристорах l-jSo К первой диагонали моста подключены выводы источника питани  переменного тока, к второй диагонали моста подключена цепочка из последовательно соединенных управл емых дросселей 9 и 10, К общей точке соединени  тиристорных ключей, образованных встречно-параллельно включенными тиристорами 5 и.7, 6 и8 и первого вьгеода источника питани  переменного тока включена нагрузка 11,

Последовательно в цепи нагрузки 11 и управл емых дросселей 9 и 10 включены измерители 12-14 тока, В качестве измерителей 12-14 могут быть применены трансформаторы тока с устройством дл  измерени  прерывистых токов, содержащих посто нную составл ющую ,,

Система .управлени  однофазным преобразователем (фиг о 2) содержит трансформатор 15, понижающий напр жение источника питани  переменного тока, выход которого подключен к двух- полупериодному выпр мителю 16 и од- нопериодным выпр мител м 17 и 18, Выход двухполупериодного выпр мител  16 подключен к усилител м 19 и 20 с различными коэффициентами усилени ,

5 Выход усилител  20 с бопьшим коэффициентом усилени  подключен к дифференцирующему блоку 21, выход которого подключен к первому входу компа0

5

0

5

0

3141

ратора 22,, к второму входу которого через дифференцирующий блок 23 подключен выход измерител  12 тока на- грузки о Ждущий мультивибратор 24 подключен к выходу двухпопупериодного выпр мител  16„ Выход компаратора 22 через ключи 25 и 26 подключен к управл ющим входам соответствующих управл емых дросселей 9 и 10 Выход усилител  19 с меньшим коэффициентом усилени  подключен к первому входу компаратора 27„ Выход компаратора 27 подключен к пр мым входам триггеров 28 и 29 и инверсному входу триггера 30 с логикой ИЛИ на входах. Выход усилит.ел  19 с меньшим коэффициентом усилени  соединен с первым входом компаратора 31 Выход компаратора 31 соединен с инверсными входами триг геров 28 и 29 -и пр мым входом триггера ЗОо Выход дифференцирук цего блока 23 св зан с первым входом компаратора 32, на второй вход которого подано опорное напр жение, определ - к цее длительность конечной стадии формировани  заданной формы тока в нагрузке Выход компаратора 32 подключен к инверсным входам триггеров 28 и ЗОо Выход ждущего мультивибратора 24 подключен к пр мым входам триггеров- 28 и 29 и через ждущий мультивибратор 33 к инверсным входам триггеров 28 и 29 и пр мому входу триггера 30

Пр мой выход триггера 29 подключен к управл гацему входу ключа 25, а ин версный выход - к. управл ющему входу ключа. 26 о Выход однополупериодного вьптр мител  18 соединен с входом усилител  34 о Выход одноползшериод ного выпр мител  17 соединен с входом усилител  35о Выход триггера 28 соединен с первыми входами логических элементов 36-39. Выход триггера 30 соединен с первыми входами логических элементов 40-43, Вькод усилител  34 оединен с вторыми входами логических элементов 36, 39, 40 и 43. Вькод усиител  35 соединен с вторыми входами огических элементов 37, 38, 41 и 42. Выход логического элемента 36 соединен с входами ждущего мультивибратоа 44, а выход логического элемента 40 - с входом ждущего мультивибратоа 45,

Выход логического элемента 37 соединен с входом ждущего мультивибраора 46, а выход логического элемен141

та 41 - с входом ждущего мультивибратора 47 Выход логического эпемен- .. та 38 соединен с вxoдo ждущего мультивибратора 48, а выход, логического элемента 42 - с входом ждущего уль- тивибратора 49. Выход логического элемента 39 соединен с входом ждущего мультивибратора 50, а выход логиo ческого элемента 43 - с входом ждущего мультивибратора 51 „ Вьосод ждущего мультивибратора соединен с входом усилител  52 мощности, выход ждущего мультивибратора 45 с входом

5 усилител  53 , выход жд тдего мультивибратора 46 - с входом усилител  54 мощности, выход ждущего мультивибратора 47 с входом усилител  55 мощности, выход ждущего мультивиб0 ратора 48 - с входом усилител  56 мощности , выход ждущего мультивибратора 49 - с входом усилител  57 мощности , выход здушего мультивибратора 50 - с входом усилител  58 мощности, а

5 выход ждущего мультивибратора 51 - с входом усилител  59 мощности. Выход усилител  52 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 60, выход усилител  53 мощ0 нести - к первичной обмотке импульсного трансф орматора 61, выход усилител  54 мощности - к первнчной обмотке иг-птульсногс трансформатора 62, выход усилител  55 мощности - к первичд ной обмотке импульсного трансформатора 63, выход усилител  56 мощности - к перви ной обмотке импульсного трансформатора 64, выход усилител  57 мощности к первичной обмотке импульс0 него трансформатора 65, выход усилител  58 мощности - к первичной обмотке импульсного трансформатора 66, а выход усилител  59 мощности к первичной обмотке импульсного трансформа5 тора 67о Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 60 и 61 соединены с зттравл ющим и главным вxoдa и 68 и 69 соответственно . Треть  вторична  обмотка

Q импульсного трансформатора 60 соединена с управл ющим входом тиристора 7 силовой части устройства. Вькоды ключей 68 и 69 объединены и соединены с управл ющим входом тиристора 3 си- ловой части устройства о Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 62 и 63 соединены с управл ющим и главным входами ключей 70 и 71 соответственно. Треть 

5 -14

вторична  обмотка импульсного трансформатора 62 соединена с управл ющим входом тиристора 5 силовой части устройства Выходы ключей 70 и-71 объединены с управл ющим входом тиристора 1 силовой части устройства о Пер™ вые и вторые вторичные обмотки импульсных .трансформаторов 64 и 65 соединены с управл ющим и главным вхо- даг-ш ключей 72 и 73 соответственное Треть  вторична  обмотка импульсного трансформатора 65 соединена с управл ющим входом тиристора 6 силовой части устройства Выходы ключей 72 и 73 объединены и соединены с управл ющим входом тиристора 2 силовой части устройства Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 66 и 67 соединены с управ л кшщм и главным входами ключей 74 и 75 соответственно Треть  вторич нак обмотка импульсного трансформатора 67 соединена с управл ющим входом тиpvlcтopa 8 силовой части устройства Выходы ганочей 74 и 75 объединены с управл юц5-1М входом тиристора 4 силовой части устройства Усилители 76 и 77 мощности включены между ключами 25 и 26 и входами соответствующих управл емых дросселей 9 и tO,

Сигнал с выхода измерител  14 через двухполупериодньй вьшр митель 78 подан на второй вход компаратора 31, а сигнап с выхода измерител  13 через двухполупериодный выпр митель

79на второй вход компаратора 27 Сигнап с вьсхода измерител  12 тока через двухполупериодный выпр митель

80поступает на вход дифференцирующего блока 23 о

В ьшогофазовом устройстве, реали предлагаемый способ (фиг.З) вторыми выходными вьгоодами дл  каж- дои фазы  вл ютс  выходные выводы двух смежных фаз, поэтому дл  щунти- ровани  нагрузки управл емыми дроссел ми в каждом плече моста используетс  по две пары тиристорных ключей о В остальном конструкда  каждой фазы многофазового варианта повтор ет однофазный

Устройство, например5 фазы А работает следующим образомс

Фазное напр жение источника питани  переменного ИФ тока понижаетс  трансформатором 15 и поступает на вхо двухполупериодных вьшр мителей 17 и 18„ Напр жение с выхода двухполупе

5

0

5

0

5

0

5

0

5

16

риодного- выпр м11тел  16 поступает на два усилител  19 и 20, а также на ждущий мультивибратор 24 контрол  перехода через ноль синусоидальной функции фазового напр жени  источника питани  переменного тока. Коэффициент усилени  усилител  19 меньше коэффициента усилени  усилител  20, в результате чего на выходе усилителей 19 и 20 создаютс  напр жени  и одинаковой формы, но различной амплитуды (фиг, 4), Кроме того, управл ющее напр жение U,, подаваемое на второй вход усилител  20, позвол ет измен ть его коэффициент усилени  и амплитуду напр жени  целью управлени  величиной тока и напр жени  на нагрузкео При переходе через ноль напр жени  источника питани  переменного тока положительным перепадом синусоидального напр жени  сети с выхода двухполупериодного выпр мител  16 запускаетс  ждущий мультивибратор 24, генерирующий импульс на запуск триггеров 28 и 29 с раздельными входами и расширител ми ИЛИ на . входахо Выходное однополупериодное напр жение однополупериодных выпр мителей 17 и 18 поступает на входы усилителей 34 и 35, работающих в режиме ограничени  сигналов, поэтому на выходе этих усилителей формируютс  из синусоидального входного напр жени  импульсы пр моугольной формы посто нной амплитуцыс, Выходной сигнал триггера 28 (фиг. 4) поступает на. первые входы логических элементов 36-39 При положительном полупериоде ,фазного напр жени  источника питани  переменного тока выходной сигна т усилител  35 поступает на вторые входы логических элементов 37, 38, 41 и 42 о Наличие сигналов на обоих входах логических элементов 37 и 38 приводит к по влению сигналов на из выходах Выходными сигна- лами логических элементов 37 и.38 запускаютс  ждущие мультивибраторы 46 и 48 соответственно. Выходные сигналы мультивибраторов 46 и 48 усиливаютс  усилител ми 54 и 56 мощности , нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 62 и 64 Импульсы положительной пол рности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 62 поступают на управл ющий и главный входы ключа 70 и непосредственно на управл нщие

входы тиристоров 5 (Uf, фиг 4), На управл ющий вход ти ристора 1 по- ложительньм импульс поступает через открьшшийс  ключ 70 (, фиг о 4) Импульс положительной п ол рности с выхода ключа 70 обеспечивает включение тиристора 1, положительный импул с третьей и четвертой вторичных обмоток импульсного трансформатора 62 обеспечивает включение тиристоров 5 в силовой части устройства Импульсы отрицательной пол рности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 6 постзшают на управл ющий и главный входы ключа 72, Импульсы отрицательной пол рности с выхода ключа 72, поступающие на управл ющий вход тиристора 2 (Uj . фиг с, 4), предназначены дл  запира ни  тиристора. 2 и не могут вызвать его открыти  Сигнал с первого выхода триггера 29 поступает на управл ющий вход ключа ( ФиГо4) 25, перевод  его во включенное состо ние Под действием положительного импульса на управл ющем входе тиристора 1 он переходит во включенное состо ние и по цепи: фаза А источника переменного тока, тиристор 1, управл емый дроссель 9, измеритель 13 тока, нагрузка фазы с(, нагрузка фаз Ь и с , включенные в данный момент времени элементы силовой части фазы fc , фазы В источника питани  начинает протекать ток

Сигнал, пропорциональный току нагрузки ij, и до момента t , ЛС (фиг о 4), где At - врем  задержки ждущего мультивибратора 33, равньй току 1 управл емого дроссел  9, с преобразовател  12 тока поступает через вьптр  итель 80 на вход диффе- ренцирукицего устройства 23 , выход которого соединен с первым входом компаратора 22 В компараторе 22 сигнал, пропорциональный первой производной тока нагрузки, сравниваетс  с первой производной задающего сигнала с выхода усилител  20, прошедшего операцию дифференцировани  в дифференцирующем устройстве 21„ Выходной сигнал компаратора 22 ( фиг о 4), след щий за равенством производных тока нагрузки iн и задающего синусоидального сигнала большей амплитуды и„, через включенньй ключ 25 поступает на усилитель 76 мощности , который управл ет реактивным сопротивлением управл емого дроссел  9,

5 0 5 о

о

5

5

0

5

обеспечива  таким образом синусоидальную форму тока нагрузки н участке О - t )фиг„ 4)о

Одновременно передним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 24 (U,,, фиг, 4) запускаетс  ждущий мультивибратор 33 (U , фиГо4) создакщий задержку времени /it, и в момент t (фиго 4) обеспечивающий запуск триггера 30 с расширителем РШИ на входе. Выходной сигнал триггера 30 (и, , фиг о 4) постзшает на первые входы логических элементов 40-43,

Так как на вторых входах логических элементов 4t и 42 уже имеетс  сигнал , поступивший с выхода о.днополупе- риодного выпр мител  17, на вьЕ:одах логических элементов 41 и 42 также по вл етс  сигнапс, Выходнымт сигналами логических элементов 41 и 42 за- пускаютс  ждущие мультивибраторы 47 и 49 соответственно. Выходные сигналы ждущих м шьтивибраторов 46 и 48 усиливаютс  усилител м11 55 и 57 мощности , нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 63 и 65 о Импульсы отрицательной пол рности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 63 поступают на управ- л гаций и главный входы ключа 71. Ключ 71 открьшаетс , и импульс отрицательной пол рности с его выхода поступает на управл ющий вход тиристора 1, вызыва  его закрьп-ие. Импульсы положительной пол рности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 65 поступают на управл ющий и главньй входы ключа 73 и непосредственно на управл ющие входы тиристоров 6 (U/ j, фиг. 4) силовой части устройства На управл ющий вход тиристора 2 положительный импульс поступает ч ерез открывшийс  ключ 73. Импульс положительной Пол рности с выхода ключа 73 обеспечивает включение тиристора 2j положительный и myльc с третьей и четвертой вторргчньк обмоток импульсного трансформатора 65 обеспечивает включение тиристора 6. Одновременно с переключением триггера 30 выходным импульсом ждущего мультивибратора 33 возвращаетс  в исходное состо ние триггеры 28 и 29. Выходными сигналами триггера 29 отключаетс  ключ 25 и включаетс  ключ 26 (Uj, фиг. 4), сигнал управлени  реактивным сопротив-. лением упраап емых дросселей прекращаетс  на входе усилител  76 мощноети и по вл етс  на входе усилител  77 мощности - начинаетс  процесс управлени  индуктивностью управл емого дроссел  10 в цепи тока i , После отключени  тиристора 1 отрицательным импульсом с выхода ключа 71 ток i управл емого дросел  9 начинает падать и протекает уже через нагрузку 11 (фазы с( ) , тиристорн 6 и нагрузки фаз Ь и с в многофазной схемео Одновременно в результате включени  тиристора 2 положительным импульсом с выхода ключа 73 начинает возрастать ток ig уиравл емог.о дроссел  10 Процесс одновременного спада тока i и возрастание тока i контролируетс  выходным сигналом компаратора 22 через ключ 26 и усилитель 77 мощности таким образом, что изменение тока нагрузки i подчин етс  синусоидальному закону изменени  переменного напр жени  источника питани „ В компараторе 27 уменьшающийс  ток i, , поступивший на его вход через двух- полупериодный выпр митель 79 сравни- ваетс  с преобразуемым синусоидальным сигналом и В момент t

меньшего уровн . ,, равенства указанных сигналов сигнал с выхода компаратора 27 (и, фиг о 4) переключает триггеры 28 и 30, а также триггер 29, обеспечива  повторное включение тиристора 1 отключение тиристора 2, включение

ключа 25 и отключение ключа 26о В си- „ времени,за который ток в нагрузке спа-

ловои части устройства в момент t включаютс  тиристоры 5 и ток i. начидает до нул  Наступление момента t

нает падать, а ток i , возрастать, при чем процесс возрастани  тока i контконтролируетс  величиной и знаком первой производной тока нагрузкио С указанной целью выходной сигнал с

ролируетс  сигналом с выхода компара- о дифференцирующего блока 23 подаетс 

тора 22 через включенный ключ 25 и на компаратор 32, где сравниваетс 

усилитель 76 мощности таким образом,

что и на участке (фиго 4) ток

нагрузки измен етс  по синусоидальнос некоторой опорной величиной напр жени  и

on 5

равного 90-95% максимального выходного напр жени  дифференци- 46 рующего блока 23, контролирующего скорость изменени  тока нагрузки о

му закону о В компараторе 31 уменьшающийс  ток ij, сравниваетс  с преобразуемым синусои,цальным сигналом U меньшего уровн , поступакицим на вход компаратора 27 после усилител  19 о Б момент tj равенства указанных сигналов компаратор 31 (Uj , фиго4) переключает триггеры 28 и 29, а также триггер 30 в состо ние, обратное моменту времени t, и аналогично момен

одновременно начинает возрастать ток ij, контролируемый сигналом компаратора 22 через включенный ключ 26 и усилитель 77 мощности таким образом , что и на участке нагрузки измен етс  по синусоидальному закону о Далее5 дл  четных и нечетных моментов времени процессы в устройстве повтор ютс  о t

Аналогично положительному полупе- риоду напр жени  источника питани  происходит процесс управлени  током и при отрицательном полупериоде При этом в силовой части устройства работают тиристоры 3, 7 и 4j .8„ В схеме управлени  преобразователем включаетс  в работу дополнительно однополупериодный выпр митель 18, логические элементы 36, 39, ДО и 43, ждущие мультивибраторы 44, 45, 50 и 51, усилители 52, 53, 58 и 59 мощности, импульсные трансформаторы 60, 61, 66 и 67,

ключи 68, 69, 74 и 75.

Q

Дл  возможности получени  нулевого значени  тока нагрузки в конце каждого полупериода на последнем интерва- 30 ле цосле момента t g в некоторый момент tg очередность переключени  тиристоров 1, 2 или 3, 4 нарушаетс  та- к им образом, что оба они остаютс  вы-. кцюченными на некоторьй промежуток

дает до нул  Наступление момента t

с некоторой опорной величиной напр жени  и

on 5

равного 90-95% максимального выходного напр жени  дифференци- рующего блока 23, контролирующего скорость изменени  тока нагрузки о

При равенстве входных сигналов компаратора 32 его выходной сигнал (Uj, фиг о 4) переключает триггеры 28 и 30 в положение, обеспечивагацее отключение тиристоров 1, 2 или 3, 4, независимо от команд с компаратора 27 или 31 на их включение. Дл  изменени  ам

ту t, обеспечивает включение тиристо-gg плитуды синусоидального тока нагруз- ра 2,f отклонение тиристора 1, отклю-ки з равл ющим напр жением на входе

чение ключа 25 и включение ключа 26 усилител  20 измен етс  его коэффи-

В силовой части устройства включаютс циент усилени , а следовательно, и

тиристоры 6 и-ток ii начинает падать,величина эталонного напр жени 

Claims (1)

1. Формулаизобретени 

   Способ преобразовани  переменного тока в переменный, основанный на формировании на нагрузке в течение положительного и отрицательного полупериодов напр жени  источника питани  импульсной последовательности токов путем периодического подключе- ни  нагрузки к источнику питани  через дроссель, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества выходного напр жени  при обеспечении быстродействи  и минимума потерь,

   формируют две идентичных последовательности , возрастающих и спадающих по экспоненте импульсов тока, причем начало формировани  второй последовательности задерживают относительно . первой последовательности на период переключени  нагрузки и на нагрузке в интервалах между переключени ми суммируют возрастающий участок одной последовательности со спадающим участ ком другой последовательности, кроме

   того, формируют из напр жени  источ- ьика питани  две задающие синус-онды с различными a s:шитyдaми, срав1швают в течение каждого периода дискретизации первую производную синусоиды с большей амплитудой и первую производ ную текущего значени  тока нагрузки, полученньм сигналом рассогласовани  корректируют форму тока через нагрузку , управл   реактивным сопротивлением дроссел  на иозрасгающем участке одной из экспонент, сравнивают синусоиду меньшей амплитуды с сигналом, пропорциональным спадающему току со- ответсвуклцей последовательности, в момент равенства упом нутых сигналов мен ют характер изменени  .токов в каждой из последовательностей на противоположный , на конечном интервале переключени  на нагрузке суммир тот спадающие участки тока обеих последовательностей , момент начала конечного интервала определ ют, сравнива  первую производную тока нагрузки и опорного сигнала.

   Фие. 2

   фиг.З

   ПЩД П О-ОЛ П П П П CLDLCl

   ПП П П П П П П П П

   П г

   П

   JL

   JL

   П П П П П П П П П П П П П П

   пл П П П П плитал

   П П П П П П П П П П П ГШ

   ппппп ппппппл

   П

   I

   LJLJLJLJLJ п.. п.. п.. п.JLJLJL

   innnrir и ц ц ц ПГ ц ц и

   %I п п п п п. п п п п п п п п LJ

   % ЦцДцПцП uVffV-g V

   fl fl и п J л П п п п п л

   фмг