SU1432694A1

SU1432694A1 - A.c. voltage converter

Info

Publication number: SU1432694A1
Application number: SU853923313A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Яковлевич Михальченко; Олег Арнольдович Алейников; Александр Иванович Муравьев
Priority date: 1985-07-08
Filing date: 1985-07-08
Publication date: 1988-10-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может примен тьс в регул торах переменного напр жени . ЦеЛь изобретени - обеспечение регулировани выходного напр жени и повышение надежности. Преобразователь содержит трехфазный трансформатор 1, подключенный к переключател м 2, 3, и блок 12 згправлени . За счет введени в переключатели 2 и 3 протекторных узлов, состо щих из диода 17, транзистора 18, и блока 12 управлени с одно- вибраторами 20.1-20.4, инверторами 21.1, 21.2 и фазосдвигающими блоками 22 и 23 обеспечиваетс регулирование и реверс фаз выходного напр жени . 2 ил. The invention relates to electrical engineering and can be applied in variable voltage regulators. The purpose of the invention is to control the output voltage and increase reliability. The converter contains a three-phase transformer 1 connected to the switches 2, 3, and a control unit 12. By introducing into the switches 2 and 3, the protector assemblies consisting of a diode 17, a transistor 18, and a control unit 12 with a single-vibrator 20.1-20.4, inverters 21.1, 21.2, and phase shifting blocks 22 and 23 provide for the control and reverse phases of the output voltage . 2 Il.

Description

«"

(Л(L

грЙГ/GRIG /

10ten

2525

Изобретение относитс к электроехнике , в частности к преобразова- тельной технике, и может найти примеение в регул торах и стабилизаторах еременного напр жени , преобразовател х частоты, с промежуточным звеном повышенной частоты.The invention relates to electrical equipment, in particular, to converter equipment, and can be used in regulators and stabilizers of alternating voltage, frequency converters, with an intermediate link of increased frequency.

Целью изобретени вл етс обеспечение регулировани выходного напр жени и повышение надежности преобразовател .The aim of the invention is to provide control of the output voltage and increase the reliability of the converter.

На фиг, 1 представлена схема преоб- разовател ; на фиг,. 2 - диаграммы, по сн ющие его работу,(5Fig. 1 shows a schematic of the converter; in fig. 2 - diagrams explaining his work, (5

Преобразователь переменного напр жени (фиг, 1) содержит трехфазный трансформатор 1, два переключател 2-3, каждый из которых содержит трехфазный диодный мост на диодах 4-9 с 20 полностью управл емым транзисторным ключом 10 на его выходе, три диодно- транзисторньгх ключа 11,1-11,3 переменного тока, выходы которых соединены со входами преобразовател , вы- ходы - с соответствующими входами трехфазного диодного моста и концами соответствующих первичных обмоток трехфазного трансформатора I, Блок 12 управлени включает источник 13 питани , последовательно соединенные, задающий генератор 14 и Т-триггер 15, два узла 16„1 и 16,2 разв зки с двум входами, противотактные выходы которых подключены к база-эмиттерным переходам транзисторов соответствуто- щих ключей 10, 11,1-11,3,The alternating voltage converter (FIG. 1) contains a three-phase transformer 1, two switches 2-3, each of which contains a three-phase diode bridge on diodes 4-9 with a 20 fully controlled transistor switch 10 at its output, three diode-transistor switches 11 1-11.3 AC, the outputs of which are connected to the converter inputs, the outputs to the corresponding inputs of the three-phase diode bridge and the ends of the corresponding primary windings of the three-phase transformer I, Control unit 12 includes a power supply 13, followed by Beside connected, the master oscillator 14 and T-flip-flop 15, two nodes 16 "1 and 16.2 disconnects with two inputs, the anti-tact outputs of which are connected to the base-emitter transitions of transistors of the corresponding keys 10, 11.1-11.3 ,

Каждый ключ каждого переключател снабжен протекторным узлом, состо щим из диода 17 и дополнительного транзистора 18, причем катод диода 17 соединен с коллектором транзистора 19 ключа, анод диода 17 соединен с базой дополнительного транзистора 18, эмиттер дополнительного транзистора 18 соединен с соответствующ11м гальванически разв занным выходом источника питани , а коллектор дополнительного транзистора 18 соединен с базой транзистора 19,Each switch key is provided with a protector assembly consisting of a diode 17 and an additional transistor 18, the cathode of diode 17 is connected to the collector of key transistor 19, the anode of diode 17 is connected to the base of additional transistor 18, the emitter of additional transistor 18 is connected to a correspondingly galvanically-developed output power supply, and the collector of the additional transistor 18 is connected to the base of the transistor 19,

Блок 12 кроме того содержит четыре одновибратора 20.1-20,4, два инвертора 21.1 и 21,2 и фазосдвигающие блоки 22 и 23, соответствующие выходы которых непосредственно через од- новибраторы 20,1 и 20,3 соединены с первыми входами узлов 16 и через последовательно соединенные инверторы 21,1, 21,2 и одновибраторы 20,2 иBlock 12 also contains four one-shot 20.1-20.4, two inverters 21.1 and 21.2, and phase-shifting blocks 22 and 23, the corresponding outputs of which are directly connected to the first inputs of nodes 16 through single-oscillators 20.1 and 20.3 and Inverters connected in series 21.1, 21.2 and one-shot 20.2 and

30thirty

3535

4040

4545

5050

5555

00

5five

0 0

00

5five

4040

4545

5050

5555

20.4 со вторыми входами узлов 16, В блоках 22 и 23 каждый блок включает последовательно соединенные генератор с 24 линейно измен ющегос напр жени , компаратор 25 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 26, выход которого образует выход блока 22 или 23, а один из входов соединен с выходом триггера 15.20.4 with the second inputs of nodes 16, In blocks 22 and 23, each block includes a series-connected generator with 24 linearly varying voltage, a comparator 25 and an EXCLUSIVE OR element 26, the output of which forms the output of block 22 or 23, and one of the inputs is connected to the output trigger 15.

На фиг,2 показаны: 27 - напр жение одной фазы питающей сети; 28 - импульсы задающего генератора 14; 29 - напр жение на выходе триггера 15; 30 и 31 - выходные напр жени генераторов 24 блоков 22 и 23 соответственно; 32 и 33 - управл ющие напр жени (Un, Uy ) преобразовател ; 34 и 35 - напр жени на выходах компараторов 25 блоков 22 и 23; 36 и 37 - выходные напр жени , блоков 22 и 23 соответственно; 38 и 39 - выходные напр жени инверторов 21,1 и 21,2 соответственно; 40-42 - напр жени на выходах одновибраторов .20.1-20,4 соответственно; 44 и 45 - напр жени - на инверсном и пр мом выходах узла 16.1 дл управлени ключами 11,1-11,3 и 10 второго переключател соответственно; 46 и 47 - напр жени на пр мом и инверсном выходах узла 16,2 разв зки дл управлени ключами 11,1-11,3 и 10 третьего переключател соответственно;.48 и 49 - выходные напр жени преобразовател дл управл ющих напр жений 32 и 33 соответственно .Fig. 2 shows: 27 is the voltage of one phase of the supply network; 28 - pulses of the master oscillator 14; 29 - voltage at the output of the trigger 15; 30 and 31 are the output voltages of the generators 24, blocks 22 and 23, respectively; 32 and 33 - control voltages (Un, Uy) of the converter; 34 and 35 — voltages at the outputs of the comparators 25 of blocks 22 and 23; 36 and 37 are output voltages, blocks 22 and 23, respectively; 38 and 39 are the output voltages of the inverters, 21.1 and 21.2, respectively; 40-42 are the voltages at the outputs of one-shot .20.1-20.4, respectively; 44 and 45 — voltages — at the inverse and direct outputs of the node 16.1 for controlling the keys 11.1-11.3 and 10 of the second switch, respectively; 46 and 47 are the voltages on the direct and inverse outputs of the node 16.2 decouples for controlling the keys 11.1-11.3 and 10 of the third switch, respectively .48 and 49 are the output voltages of the converter for the control voltages 32 and 33 respectively.

Рассмотрим принцип работы преобразовател .на примере одной из фаз питающей сети,Consider the principle of operation of the converter. On the example of one of the phases of the mains,

Лри подаче на вход преобразовател трехфазного питак}П ;его напр жени 27 (фиг, 2) и включении блока 12 на выходе задающего генератора 14 по вл етс последовательность тактовых импульсов 28, котора поступает на триггер 5 и на генераторы 24 фазо- сдвигающих блоков 22 23, причем выходное напр жение 30 генератора 24 блока 22 линейно падающее, а напр жение 31 генератора 24 блока 23 - линейно нарастающее. Напр жение с выхода генератора 24 поступает на один из входов компаратора 25, на другой вход которого подаетс напр жение 33 управлени , причем, если линейно измен ющеес напр жение превьштает напр жение управлени , то напр жение на выходе компаратора имеет уровень логической единицы, в противном слу10The supply of a three-phase Pitac} P converter to the input, its voltage 27 (FIG. 2) and switching on the block 12 at the output of the master oscillator 14 appears a sequence of clock pulses 28 that goes to the trigger 5 and to the generators 24 of the phase-shifting blocks 22 23, with the output voltage 30 of the generator 24 of the unit 22 being linearly falling, and the voltage 31 of the generator 24 of the unit 23 being linearly increasing. The voltage from the output of the generator 24 is supplied to one of the inputs of the comparator 25, to the other input of which the control voltage 33 is applied, and if the linearly varying voltage exceeds the control voltage, then the voltage at the comparator output has a level of logical one, otherwise 10

(5(five

чае напр жение на выходе компаратора имеет уровень нул . Таким образом, результатом взаимодействи напр жени 31 и напр жени 33 вл етс формирование напр жени 34 (фиг, 2) на в,1ходе компаратора 25 блока 22; результатом взаимодействи напр жений 30 и 33 вл етс напр жение 35 на выходе компаратора 25 блока 23,In addition, the voltage at the output of the comparator is level zero. Thus, the result of the interaction of the voltage 31 and the voltage 33 is the formation of the voltage 34 (Fig 2) at the input of the comparator 25 of the block 22; the result of the interaction of voltages 30 and 33 is the voltage 35 at the output of the comparator 25 of block 23,

Далее сигналы с выходов компарато- ipoB 25 и с триггера 15 поступают на входы элементов 26, на выходах которых формируютс напр жени 36 на элементе 25 блока 22 и 37 на элементе 25 блока 23, Длительность импульсов и ча- стота этих напр жений совпадает с длительностью импульсов и частотой напр жени с выхода триггера 15, а фаза определ етс величиной напр жени управлени . Фаза этих напр жений определ ет угол включени ключей переключателей 2 преобразовател и, следовательно , величину напр жени на нагрузке.Further, the signals from the outputs of the comparator ipoB 25 and from the trigger 15 are fed to the inputs of the elements 26, the outputs of which form voltages 36 on the element 25 of the block 22 and 37 on the element 25 of the block 23, the duration of the pulses and the frequency of these voltages pulses and the frequency of the voltage from the output of the trigger 15, and the phase is determined by the magnitude of the control voltage. The phase of these voltages determines the switching on angle of the switch 2 switches and, therefore, the voltage value at the load.

Напр жени 36 и 37 с выходов элементов 26 блоков 22 и 23 соответственно поступают на вход одновибрато- ров 20,1 и 20,3 и на вход инверторов 21.1 и 21,2, выходные напр жени 38 и ,- 39 которых поступают на вход одновиб- раторов 20,2 и 20,4, При этом одновиб- раторами формируютс импульсы с фиксированной длительностью, которые необходимы дл управлени узлами 16,1 и 16,2, При этом на пр мом выходе узла 16,1 действует напр жение 45, на инверсном - 44; на пр мом выходе узла 16;2 - напр жение 46, на инверсном - 47,Voltages 36 and 37 from the outputs of elements 26 of blocks 22 and 23, respectively, are fed to the input of single-oscillators 20.1 and 20.3 and to the input of inverters 21.1 and 21.2, the output voltages 38 and, - 39 of which are fed to the input of single-voltage - rators 20.2 and 20.4. In this case, single-oscillators generate pulses with a fixed duration, which are necessary to control the nodes 16.1 and 16.2. At the same time, the forward output of the node 16.1 is affected by a voltage of 45 inverse - 44; at the direct output of the node 16; 2 - voltage 46, at the inverse - 47,

Алгоритм работы ключей 10, 1 Kill , 3 обоих переключателей следзпощий (при действии напр жени 33); на интервале ключи 10,The algorithm of operation of keys 10, 1 Kill, 3 of both switches is following (under the action of voltage 33); on the interval of keys 10,

2020

2525

4040

0-t. (фиг,2) - замкнуты0-t. (FIG. 2) - closed

а ключи 11,1-11,3 обоих переключателей разомкнуты, при этом первичные обмотки тpaнcфopkaтopa 1 отключены от сети и вторичные закорочены , на вторичных обмотках напр жение равно нулю; tj-t - замкнуты ключи чател 2 и 10 переключател 3,and the keys 11.1-11.3 of both switches are open, the primary windings of the transponder 1 are disconnected from the network and the secondary are short-circuited, the voltage on the secondary windings is zero; tj-t - chatel 2 and 10 keys of switch 3 are closed,

При этом концы первичных обмоток трансформатора 1 закорачиваютс ключом 10, т,е, соедин ютс в звезду, а начала их подключаютс ключами 11,1-11,3 к сети, т,е, на вторичной обмотке формируетс положительное напр жение 49, на интервале замк45At the same time, the ends of the primary windings of the transformer 1 are short-circuited with the key 10, t, e, are connected to a star, and their beginnings are connected with keys 11.1-11.3 to the network, i, e, a positive voltage 49 is formed on the secondary winding lock45

нуты ключи 1I ,1-1.3 переключателей 2 и 3, ключи 10 обоих переключателей разомкнуты. При этом образуетс пепь в которой кажда первична обмотка закорочена и, следовательно, напр жение на каждой из вторичных обмоток равно нулю.The chunks keys 1I, 1-1.3 switches 2 and 3, the keys 10 of both switches are open. An ash is formed in which each primary winding is shorted and, therefore, the voltage on each of the secondary windings is zero.

На интервале замкнуты ключи 10 переключател и 11.1-11.3 переключател 3, остальные ключи разомкнуты При этом начала первичных обмоток трансформатора закорочены, а концы их подключены к сети через ключи 11.1 11.3; на вторичной обмотке формируетс отрицательное напр жение.In the interval, the keys of the 10 switches and 11.1-11.3 of the switch 3 are closed, the rest of the keys are open. At the same time, the beginnings of the primary windings of the transformer are shorted, and their ends are connected to the network via the keys 11.1 11.3; negative voltage is generated on the secondary side.

Далее алгоритм повтор етс .Further, the algorithm is repeated.

Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора 1 рассматриваемой фазы действует напр жение 49, величина которого определ етс уровнем напр жени управлени , а знак определ етс тем, начало или конец первичной обмотки подключены к сети; причем, если напр жение 32 лежит вьпие точки пересечени напр женгй генераторов 24 на такое, то напр жение противо- / фазно сетевому; если напр жение 32 лежит ниже этой точки, то напр жение синфазно сетевому.Thus, on the secondary winding of the transformer 1 of the phase in question, a voltage 49 acts, the magnitude of which is determined by the level of control voltage, and the sign is determined by the start or end of the primary winding connected to the network; moreover, if the voltage 32 lies above the point of intersection of the voltage of the generators 24 to such, then the voltage is counter-phase to the network; if voltage 32 lies below this point, then the voltage is in phase with the network.

Транзисторный ключ с протекторным узлом работает следующим образом.Transistor key with a tread node works as follows.

В исходном состо нии транзисторы 18 и 19 ключа (например, 11.1) и узла закрыты. При поступлении с узла 16,1 импульса напр жени поло штель- ной пол рности транзистор 19 ключа 11,1 начинает открыватьс , напр жение на его коллекторе падает и как только оно достигает величины напр жени источника 13, присоединенного к эмиттеру транзистора 18 (за вычетом падений напр жени на диоде 17 и ба- за-эмиттерном переходе транзистора 1 8 ;.протекторного узла), транзистор 18 открываетс и поддерживает открытое состо ние транзистора 19 ключа 11,1 за счет энергии источника 13, При поступлении напр жени отрицательной пол рности с узла 16,1In the initial state, the transistors 18 and 19 of the key (for example, 11.1) and the node are closed. When a voltage of the field polarity arrives from the node 16.1, the transistor 19 of the key 11.1 begins to open, the voltage on its collector drops and as soon as it reaches the value of the voltage of the source 13 connected to the emitter of the transistor 18 (minus the voltage drops across the diode 17 and the base-emitter junction of the transistor 1; 8; the tread node), the transistor 18 opens and maintains the open state of the transistor 19 of the key 11.1 due to the energy of the source 13, When the voltage of the negative polarity arrives node 16.1

.« -, ,. "-,,

11,1-11,3 на интервале переклю- транзистор 19 ключа 11,1 подзапираетс ,напр жение на его коллекторе возрастает и, при достижении им величины напр жени источника 13, за- крьтаетс транзистор 18 протекторно- 55 го узла и транзистор 19 ключа 11,1,11.1-11.3 on the interval, the switch-transistor 19 of the key 11.1 is energized, the voltage on its collector increases and, when it reaches the value of the voltage of the source 13, the protector-55 node transistor 18 closes and 11.1,

Таким образом, положительный импульс напр жени включает ключ II.1, а отрицательный импульс его выключа10Thus, the positive voltage pulse turns on the key II.1, and its negative pulse turns off 10

(5(five

- -

00

5five

00

5five

нуты ключи 1I ,1-1.3 переключателей 2 и 3, ключи 10 обоих переключателей разомкнуты. При этом образуетс пепь, в которой кажда первична обмотка закорочена и, следовательно, напр жение на каждой из вторичных обмоток равно нулю.The chunks keys 1I, 1-1.3 switches 2 and 3, the keys 10 of both switches are open. This creates a heap in which each primary winding is shorted and, therefore, the voltage on each of the secondary windings is zero.

На интервале замкнуты ключи 10 переключател и 11.1-11.3 переключател 3, остальные ключи разомкнуты. При этом начала первичных обмоток трансформатора закорочены, а концы их подключены к сети через ключи 11.1 11.3; на вторичной обмотке формируетс отрицательное напр жение.In the interval, the keys of the 10 switch are closed and 11.1-11.3 of the switch 3, the other keys are open. At the same time, the beginnings of the primary windings of the transformer are short-circuited, and their ends are connected to the network via keys 11.1 11.3; negative voltage is generated on the secondary side.

транзистор 19 ключа 11,1 подзапирает . Кроме того, протекторный узел обладает защитными свойствами по отношению к основному транзистору ключа: при повышении тока через основной транзистор 19 ключа 11.1 (режим перегрузки или короткого замыкани ) падение напр жени между коллектором и эмиттером растет. Это приводит к уменьшению базового тока транзистора 18 протекторного узла через диод 17, что ведет к уменьшению его коллекторного тока и, следовательно, базового тока основного транзистора 19. Это ведет к еще большему росту напр жени коллектор-эмиттер основного транзистора 19, следовательно, транзистор 18 еще подзапретс и, таким образом, процесс закрьшани происхо432694 the transistor 19 of the key 11,1 cogs. In addition, the tread assembly has protective properties with respect to the key transistor: as current rises through the main transistor 19 of the key 11.1 (overload or short circuit), the voltage drop between the collector and the emitter increases. This leads to a decrease in the base current of the transistor 18 of the tread node through the diode 17, which leads to a decrease in its collector current and, consequently, the base current of the main transistor 19. This leads to an even greater increase in the voltage of the collector-emitter of the main transistor 19, therefore, the transistor 18 it is still under way and, thus, the process of shaking proceeds 432694

юп1ей первичной обмотки трехфазного трансформатора, блок управлени , содержащий источник питани , последовательно соединеннь е задающий генератор и Т-триггер и два узла разв зки с двум входами, протиготактные выходы каждого из которых подключены к база- эмиттерным переходам транзисторов ди- одно-транзисторных ключей переменного тока и транзисторного ключа диодного моста соответствующего переключател , отличающий с Juple of the primary winding of a three-phase transformer, a control unit containing a power source, a series-connected master oscillator and a T-flip-flop and two junction nodes with two inputs, each of which is connected to the base-emitter junction of the transistors of the di-one transistor switches current and transistor switch of the diode bridge of the corresponding switch, distinguishing with

5five

10ten

тем, что, с целью обеспечени регули- 15 ровани выходного напр жени и повышени надежности преобразовател , источник питани снабжен гальванически разв занными выходами по числу ключей, каждьш диодно-транзисторный ключ кажтем , что, с целью обеспечени регули- ровани выходного напр жени и повышени надежности преобразовател , источник питани снабжен гальванически разв занными выходами по числу ключей, каждьш диодно-транзисторный ключ кажBy the fact that, in order to control the output voltage and increase the reliability of the converter, the power source is equipped with galvanically developed outputs according to the number of keys, each diode-transistor switch seems to be able to control the output voltage and increase reliability of the converter, the power source is provided with galvanically developed outputs by the number of keys, each diode-transistor switch each

дит лавинообразно и основной транзис- 2о дого переключател и транзисторный vdit is avalanche-like and main transis-2dog switch and transistor v

тор 19 оказьшаетс защищенным от перегрузки.torus 19 is protected against overload.

Claims

Thus, the proposed converter has the ability to control and reverse the phases of the output voltage, the duration of the control pulses fed to the transformers of the isolation nodes does not depend on the magnitude of the control voltage and the volt-second voltage areas in the positive and negative half-waves are equal, which is significantly facilitates the mode of operation of the transformer. The reliability of the transducer is increased due to the fact that the tread assembly has protective properties against the main transistor. Therefore, the converter has high speed and can work out sharp changes in the control signal without degrading the characteristics of the tick. Invention Formula

An alternating voltage converter containing a three-phase transformer, the secondary windings of which are the output of a converter, two switches, each of which contains a three-phase diode bridge, to the outputs of which are connected an emitter and a collector of a transistor switch, three diode-transistor AC terminals, whose inputs are the inputs of the converter, the output, each AC of the diode-transistor switches of alternating current is connected to the corresponding input of the three-phase diode bridge and with one output corresponding u35

the key of the three-phase bridge is equipped with a protector unit consisting of a diode and an additional transistor, the control unit is equipped with four one-oscillator, two inverters and two phase-shifting units, each of which contains a comparator, an element EXCLUSIVE OR, and a generator of linearly varying voltage , one unit - 30 linearly falling, another - linearly increasing, and in each key with a tread unit the cathode of the diode is treadively I o of the node connected to the collector of the transistor of the key, the anode of the node diode connected to the base complement nogo transistor of this angle, ad ditional emitter node coupled to the transistor sootvetstvuyushaya 1M galvanic isolator bound outlet of the power source, 4Q additional collector node of the transistor connected to the base of the corresponding transistor in the key blocks fazosdviga- control unit, inputs ge-. Negators of linearly varying voltages The scientific research institutes are connected to the output of the master oscillator, the generator output of a linearly varying voltage connected to the first input of the comparator, the output of which is connected to the first input of the element gQ that is EXCLUSIVE OR, the second inputs of the comparators are connected and are the control input of the control unit, the output of the trigger is connected to the inputs of the EXCLUSIVE OR elements, the output of each switch is connected through one single vibrator to the first input of the corresponding decoupling node and through one inverter and another the one-shot is connected to the second input of the same junction node.

five

the key of the three-phase bridge is equipped with a protector assembly consisting of a diode and an additional transistor, the control unit is equipped with four one-oscillator, two inverters and two phase-shifting blocks, each of which contains a comparator, an element EXCLUSIVE OR, and a generator of linearly varying voltage, one block - 0 linearly falling, the other - linearly increasing, and in each key with a tread unit the cathode of the diode is treadively I o of the node connected to the collector of the transistor of the key, the anode of the node diode connected to the base of the complementary unit The leg of this angle transistor, the emitter node of transistor further coupled to sootvetstvuyushaya 1M galvanic isolator bound outlet of the power source, Q additional collector node of the transistor connected to the base of the corresponding transistor in the key blocks fazosdviga- control unit, inputs ge-. Negators of linearly varying voltages The scientific research institutes are connected to the output of the master oscillator, the generator output of a linearly varying voltage connected to the first input of the comparator, the output of which is connected to the first input of the element Q is EXCLUSIVE OR, the second inputs of the comparators are connected and are controlled - the control unit input, the trigger output is connected to the inputs of the EXCLUSIVE OR elements, the output of each of them is connected to the first input of the corresponding decoupling node through one mono-vibrator and through one inverter and another The bottom of the vibrator is connected to the second input of the same junction node.