SU1653101A1 - Преобразователь переменного тока в переменный - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике Цель изобретени  - увеличение коэффициента использовани  материала сердечника, уменьшение веса и габаритов управл емых дросселей,, В предло- женном устройстве одновременно формируютс  две последовательности спадающих и возрастающих импульсов тока и суммируютс  на нагрузке на каждом конкретном интервале возрастающих и спадающих участков Выходной синусоидальный ток в за вл емом способе и устройстве практически не искажаетс , так как любые отклонени  его формы на нагрузке от формы задающего синусоидального сигнала компенсируютс  след щей системой управлени  За счет более низкой частоты дискретизации, исключени  выходных фильтров дл  подавлени  пульсации и полного перемагничивани  дросселей обеспечиваетс  достижение с поставленной цели 3 ил 8

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и предназначено дл  питани  различных потребителей переменного тока, например синхронного генератора

Цель изобретени  - увеличение коэффициента использовани  материала сердечника, уменьшение веса и габаритов управл емых дросселей,,

На фиг 1 изображена принципиальна  схема силовой части устройства; на фиг 2 - блок-схема системы управлени ; на фиг 3 - временна  диаграмма процессов преобразовани  переменного тока

Устройство дл  преобразовани  переменного тока в переменный в силовой части содержит четыре тиристорных ключа 1-8, включенных встречно-параллельно и полностью управл емых Первые выводы тиристорных ключей объединены и соединены с первым выводом источника переменного тока. Вторые выводы тиристорных ключей подключаютс  к крайним выводам токовых обмоток управл емых дросселей 9 и 10, нагрузка 11 подключена к второму выводу источника переменного тока (и„) через измеритель 12 тока нагрузки, свободный вывод которого через измерители 13 и 14 тока дросселей соединен со средними выводами токовых обмоток управл емых дросселей 9 и 10

В качестве управл емых дросселей используютс  индуктивности с поперечным подмагничиваюгвпч полем„

В качестве измерителей 12-14 тока могут быть применены трансформаторы тока с устройством дл  измерени  пре05

сд

со

рывистых токов, содержащих посто нную составл ющуюс

Блок-схема системы управлени  преобразователем (фиг 2) содержит трансформатор 15, понижающий напр жение источника питани  переменного тока, выход которого подключен к двухполу- периодному выпр мителю 16 и однополу- периодным выпр мител м 17 и 18. Выход двухполупериодного выпр мител  16 подключен к усилител м 19 и 20 с различными коэффициентами усилени ,. Выход усилител  20 с большим коэффициентом усилени  подключен к первому входу ком- паратора 22 и дифференцирующему устройству 210 К второму входу компаратора 22 через двухполупериодный выпр митель 23 подключен выход измерител  12 тока нагрузки

Выход двухполупериодного выпр мител  16 подключен к детектору 24 контрол  перехода через ноль переменного напр жени  источника питани с Выход компаратора 22 через ключи 25 и 26 подключен к входам дросселей 9 и 10„ Выход усилител  19с меньшим коэффициентом усилени  подключен к первому входу компаратора 27, выход которого соединен с пр мыми входами триггеров

28и 29 и инверсным входом триггера

30 с логикой 11Ш1 на входахс Выход усилител  19с меньшим коэффициентом усилени  соединен с первым входом компаратора 31, выход которого подключен к инверсным входам триггеров 28 и

29и пр мому входу триггера 30t Выход компаратора 32 подключен к инверсным входам триггеров 28 и 30, это первый вход соединен с выходом дифференци- , рующего устройства 21, а его второй вход - с источником посто нного опорного напр жени , выход детектора 24 подключен к пр мым входам триггеров 28 и 29 и через ждущий мультивибратор 33 к инверсным входам триггеров 28 и 29, а также к пр мому входу триггера 30„ Пр мой выход триггера 29 подключен к управл ющему входу ключа 25, а инверсный выход этого триггера подключен к управл ющему входу ключа 26„ Выход одноиолупериодного выпр мител  10 соединен с входом усилител  34„ Выход однополупериодного выпр мител  17 соединен с входом усилител 

35р Выход триггера 28 соединен с первыми входами логических элементов 36 - 39о Выход триггера 30 соединен с первыми входами логических элемен

5

5

0

5

0

тов 40-43. Выход усилител  34 соединен с вторыми входами логических элементов 36, 39, 40 и 430 Выход усилител  35 соединен с вторыми входами логических элементов 37, 38, 41 и 42„ Выход логического элемента 36 соединен с входом ждущего мультивибратора 44, выход логического элемента 40 соединен с входом ждущего мультивибратора 45 Вьгход логического элемента

37соединен с входом ждущего мультивибратора 46, выход логического элемента 41 -с входом ждущего мультивибратора 47, выход логического элемента

38- с входом ждущего мультивибратора 48, выход логического элемента 42 -

с входом ждущего мультивибратора 49, выход логического элемента 39 - с входом ждущего мультивибратора 50, выход логического элемента 43 - с входом ждущего мультивибратора 510

Система управлени  содержит также усилители 52-59 мощности,. Вьгход ждущего мультивибратора 44 соединен с входом усилител  52 мощности, выход ждущего мультивибратора 45 - с входом усилител  53 мощности„ Выход усилител  52 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 60, выход усилител  53 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 61„ Система управлени  содержит импульсные трансформаторы 62-67, а также блоки 68-75 ключей„ Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 60 и 61 соединены с управл ющим и главным входами блока ключей 68 и 69 соответственно „ Выходы блоков 68 и 69 ключей объединены и соединены с управл ющими входами тиристоров 3 и 8 силовой части устройства,. Выход ждущего мультивибратора 46 соединен с входом усилител  54 мощности, выход ждущего мультивибратора 47 - с входом усилител  55 мощности. Выход усилител  54 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 62, выход усилител  55 мощности - к первичной обмотке им гульсного трансформатора 63„ Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 62 и 63 соединены с управл ющим и главным входами блоков 70 и 71 ключей соответственное Выходы блоков 70 и 71 ключей объединены и соединены с управл ющими входами тиристоров 1 и 6 силовой части устройства. Выход жду516

цего мультивибратора 48 соединен с входом усилител  56 мощности, выход ждущего мультивибратора 49 - с входом усилител  57 мощности,, Выход усчлите- |л  56 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 64, а выход усилител  мощности 57 - к первичной обмотке импульсного трансформаторов 64 и 65 „ Первые л вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 64 и 65 соединены с управл ющим и главным входами блоков 72 и 73 ключей соответственноо Выходы блоков 72 и 73 ключей объединены и соедине- ны с управл ющими входами тиристоров 2 и 5 силовой части устройства„ Выхид ждущего мультивибратора 50 соединен с входом усилител  58 мощности, выход ждущего мультивибратора 51 - с входом усилител  59 мощности,, Выход усилител  58 мощности подключен к первичной обмотке импульсного трансформатора 66 выход усилител  59 мощности - к первичной обмотке импульсного трансформа тора 67„ Первые и вторые вторичные обмотки импульсных трансформаторов 66 и 67 соединены с управл ющим и главным входами блоков 7.4 и 75 ключей соответственно о Выходы блоков 74 и 75 ключей объединены и соединены с управл ющими входами тиристоров 4 и 7 силовой части устройства,, Выход компаратора 22 через ключи 25 и 26 и усилители 76 и 77 мощности подключен к управл ющим входам управл емых дросселей 9 и 10„ Второй вход компаратора 27 через двухполупериодный выпр мител

78подключен к выходу измерител  13 токао На второй вход компаратора 21 через дпухлолупериодный выпр митель

79подаетс  сигнал с выхода измерител  14 тока,; Коэффициент усилени  усилител  19 меньше коэффициента усилени  усилител  20, в результате чего н выходе усилителей 19 и 20 создаютс  напр жени  Un) и ип„ одной формы, но различной амплитуди (фиг„ )„ При переходе через ноль напр жени  источника питани  переменного тока детек- тор 24 генерирует импульс на запуск триггеров 28 и 29 с раздельными входами и расширител ми ПЛИ на входах„ Выходное однополупериодное напр жение выпр мителей 17 и 18 поступает на входы усилителен 34 и 35, работающих

в режиме ограничени  сигналов, так что на выходе этих усилителей формируютс  из синусоидального входного на16

ир жетш импульсы пр моугольной формы посто нной амплитуды Выходной сигнал триггера 28 поступает на первые входы логических элементов 36 - 490 При положительном иолуисриоде напр жени  источника питани  переменного тока выходной сигнал усшштел  35 поступает на вторые входы логических элементов 37, 38, 41 и 42, Наличие сигналов на обоих входах логических злементов 37 и 38 приводит к по влению сигналов на их выходах, Вьгходными сигналами логических элементов 37 и 38 запускаютс  ждущие мультивибраторы 46 и 48 соответственно, выходные сигналы которых усиливаютс  усилител ми 54 и 56 мощности, нагруженными на первнчнпе обмотки импульсных трансформаторов 62 и 64„ Импульсы положительной и от- рицатр.льной пол рности с нторичных обмоток импульсного трансформатора 62 поступают на управл ющий и главный входы блока 70 ключей Импульс отрицательной пол рности с выхода блока 70 ключей поступает на управл ющий вход тиристора 6 и не может вызвать его включени 0 Импульс положительной и отрицательной пол рности с вторичной обмотки импульсного трансформатора 64 поступает на управл ющий и главный входы блока 72 ключей , импульс положительной пол рности с выхода блока 72 ключей поступает на управл ющий вход тиристора 2 и обеспечивает его включение. Импульс отрицательной пол рности с выхода блока 72 ключей, поступающий на управл ющий вход тиристора 5, предназначен дл  запирани  тиристора 5 и не может вызвать его включени , Сигнал с пр мого выхода триггера 29 поступает на управл ющий вход ключа 25, перевод  его во включенное состо ние ,„ Под действием положительных импульсов на управл ющих входах тиристоры 1 и 2 переход т во включенное состо ние и по цепи: вывод 1 источника переменного тока - тиристоры 1 и 2 - левые половины токовых обмоток управл емых дросселей 9 и 10 - измерители 13 и 14 тока - измеритель 12 тока - нагрузка 11 - вывод источника переменного тока, начинает протекать ток„

Сигнал, пропорциональный току нагрузки i ц и до момента t, Л t (фиг. 3), где kt - врем  задержки мультивибратора 33, равный току i

управл емого дроссел  9, с измерител  12 тока поступает на вход двухпо- лупериодного выпр мител  23, выход которого соединен с первым входом компаратора 22„ В компараторе 22 сигнал, пропорциональный току нагрузки , сравниваетс  с первой производной задающего сигнала с выхода усилител  20. Выходной сигнал компа- ратора 22, след щий за равенством сигнала, пропорционального току нагрузки t i,(, и напр жени  Un большей амплитуды, через включенный ключ 25 поступает на усилитель 76 мощности, который управл ет индуктивностью управл емого дроссел  9, обеспечива  таким образом синусоидальную форму тока нагрузки на участке 0 - ( 1 (фиго 3) „

Одновременно передним фронтом выходного импульса детектора 2А запускаетс  ждущий мультивибратор 33, создающий задержку времени u t и в момент t, обеспечивающий запуск триг- гера 30, поступает на первые входы логических элементов 40 - 43, Так как на вторых входах логических элементов 41 и 42 уже имелс  сигнал, поступивший с выхода однополупериодного выпр мител  35, то на выходах логических элементов 41 и 42 также по вл етс  сигнале Выходным сигналом логических элементов 41 и 42 запускаютс  ждушие мультивибраторы 47 и 49 соот- ветственнос Выходные сигналы ждущих мультивибраторов 47 и 49 усиливаютс  усилител ми 55 и 57 мощности, нагруженными на первичные обмотки импульсных трансформаторов 63 и 65, Нмпуль- сы положительной и отрицательной пол рности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 63 поступают на управл ющий и главный входы блока 71.«/ключей Блок 71 ключей открывает- с  и импульс отрицательной пол рности с его выхода поступает на управл ющий вход тиристора 1, вызыва  его закрытие, а импульс положительной пол рности с его выхода поступает на управл ющий вход тиристора 6, вызыва  его открытие с.

Имлгульсы положительной пол рности с вторичных обмоток импульсного трансформатора 65 поступают на управл ющи и главный входы блока 73 ключейс Импульсы положительной пол рности с выхода блока ключей 73 обеспечивают включение тиристоров 5 и 2, Ток управл емого дроссел  9 начинает уменьшатьс , а ток управл емого дроссел  10 продолжает увеличиватьс „ Одновременно с переключением триггера 30 выходным импульсом ждущего мультивибратора 33 возвращаютс  в исходное состо ние триггеры 28 и 29„ Выходными сигналами триггера 29 отключаетс  ключ 25 и включаетс  ключ 26„ Сигнал управлени  индуктивностью управл емых дросселей прекращаетс  на входе усилител  76 мощности и возникает на входе усилител  77 мощности, т„е„ начинаетс  процесс управлени  реактивным сопротивлением управл емого дроссел  10 в цепи тока i управл емого дроссел  10„

Процесс одновременного спада тока i( и возрастани  тока i контролируетс  выходным сигналом компаратора 22 через ключ 26 и усилитель 77 мощности таким образом, что изменение тока нагрузки i H подчин етс  синусоидальному закону изменени  переменного напр жени  источника питани „

В компараторе 27 сигнал, пропорциональный току i , сравниваетс  с напр жением U меньшего уровн , поступающим на вход компаратора с усилител  19„ В момент t2 равенства указанных сигналов компаратор 27 переключает триггеры 28 и 30, а также триггер 29, обеспечива  повторное включение тиристора 1, отключение тиристоров 2 и 5 и включение тиристора 6, включение ключа 25 и отключение ключа 26„

С момента t ток 12 начинает падать , одновременно происходит процесс возрастани  тока if, контролируемый сигналом с компаратора 22 через включенный ключ 25 и усилитель 76 мощности , таким образом, что на участке L - t (фиг,, 3) ток нагрузки измен етс  по синусоидальному закону0

В компараторе 31 уменьшающийс  ток .Ј сравниваетс  с напр жением Un меньшего уровн , поступающим на второй вход компаратора 27 после усилител  19 „

В момент t у равенства указанных сигналов компаратор 31 переключает триггеры 28 и 29, а также триггер 30 в состо ние, обратное моменту вре- мечи t, обеспечива  включение тиристоров 2 и 5, отключение тиристоров 1 и 6, отключение ключа 25 и включение ключа 26.

С момента t- ток i, нлчннает падать , одновременно возрастает ток i , контролируемый сигналом компаратора 22 через включенный 26 и усилитель 77 мощности, таким образом, что и на участке t-j - t4 ток нагрузки измен етс  по синусоидальному закону,, Дл  четных и нечетных моментов времени процессы в устройстве повтор ютс „

Аналопгчно положительному полупериоду напр жени  источника питани  происход т процессы управлени  током и при отрицательном полупериоде„ При этом в силовой части устройства набегают тиристоры 3, 7 и 4, 8, а также управл емые дроссели 9 и 10, измерители 12-14 тока, нагрузка 11„ В системе управлени  включаютс  в работу одкополупериодный выпр митель 34, логические элементы 36, 39, 40 и 43, ждущие мультивибраторы 44, 45, 50 и 51, усилители 52, 53, 58 и 59 мощности , импульсные трансформаторы 60, 61, 66 и 67, а также блоки 68, 69, 74 и 75 ключей„

Дл  получени  нулевого значени  гока нагрузки в конце каждого полупериода на последнем интервале процесса управлени , например, дл  положительного полупериода после момента времени t,., в некоторый момент времени t очередность переключени  тиристоров 1, 2 или 3, 4 нарушаетс  таким образом, что оба они выключенными на некоторый промежуток времени, за который ток в нагрузке спадает до нул  Наступление момента времени t«контролируетс  величиной и знаком первой производной тока нагрузки С указанной целью сигнал с дифференцирующего устройства 21 подаетс  на компаратор 32, где сравниваетс  с некоторой опорной величиной посто нного напр жени  Uon, равного 90-95% максимального выходного напр жени  дифференцирующего устройства 21, контролирующего скорость изменени  тока нагрузкио

При равенстве входных сигналов компаратора 32 его выходной сигнал переключает триггеры 23 и 30 в положение , обеспечивающее отключение тиристоров 1, 2 или 3, 4 независимо от

5

С

5

0

5

0

5

0

команд с компаратора 27 или 31 на I.:, включение L,

Дл  тменени  амплитуд.i то1,а нагрузки измен етс  величина напр жени  питани  первичной обмотки трансформатора 15j Таким образом, на нагрузке создаетс  переменное напр жение повышенного качества, отклонение формы выходного тока от формы напр жени  источника питани  практически не происходит благодар  непрерывног-гу слежению за величиной тока нагрузки и компенсации возможных отклонении путем алгебраического сум огровани  на нагрузке импульсов тока непр моугольной формы с нар ас таю; ц гм передним и спасающим задним фронтами и дополнительной коррекции формы тока нагрузки путем изменени  индуктивности дросселей .,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь переменного тока в переменный, содержащшг четыре ти- ристорных ключа на встречно-параллельно включенных полностью управл емых тиристорах, два управл емых дроссел , измеритель . нагрузки, включенный последовательно с выходными выводами, и два измерител  дросселей , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  коэффициента использовани  материала сердечника, уменьиени  массы и габаритов управл емых дросселей, токовые обмотки управл емых дросселей выполнены со средними точками, первые выводы тиристор- ных ключей объединены и соединены с первым входным выводом, вторые выводы первых двух тиристорьк ключей подключены к соответствующим крайним выводам токовой обмотки .первого управл емого дроссел , вторые выводы двух других тирнсторных ключей подключены к крайним выводам токовой обмотки второго управл емого дроссел , средние выводы дросселей соединены через соответствующие измерители тока дросселей со свободным выводом измерител  тока нагрузки, при этом свободный выходной вывод соединен с вторым входным выводом

   ;i Тжж5 Ф7 i

   Un

   Фиг.1

   Фиг.З