SU1679587A1

SU1679587A1 - Controllable ac-to-ac converter

Info

Publication number: SU1679587A1
Application number: SU894756081A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Федорович Валуев; Владимир Васильевич Сидоров
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6543
Priority date: 1989-09-15
Filing date: 1989-09-15
Publication date: 1991-09-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике . Цель изобретени - расширение области применени путем оптимизации формы кривой выходного напр жени . В предложенном устройстве в отличие от прототипа катод первого диода соединен с катодом второго диода 12 и анодом излучающего элемента первого оптронного тиристора 1, а катод последнего - с анодом излучающего диода второго оптронного тиристора 2. Указанные св зи позвол ют подавать на грузку импульсы переменного напр жени , в которых в первый полупериод открывание силового оптронного тиристора происходит с задержкой на половину периода, за счет чего достигаетс поставленна цель. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.The invention relates to electrical engineering. The purpose of the invention is to expand the field of application by optimizing the shape of the output voltage curve. In the proposed device, in contrast to the prototype, the cathode of the first diode is connected to the cathode of the second diode 12 and the anode of the radiating element of the first optocoupler thyristor 1, and the cathode of the last diode to the anode of the radiating diode of the second optocoupler thyristor 2. These connections allow you to apply alternating voltage pulses in which in the first half period the opening of the power optocoupler thyristor occurs with a delay of half a period, due to which the goal is achieved. 3 hp f-ly, 3 ill.

Description

Изобретение относитс к электротехнике .The invention relates to electrical engineering.

Цель изобретени - расширение области применени путем оптимизации формы кривой выходного напр жени и диапазона регулировани .The purpose of the invention is to expand the field of application by optimizing the shape of the output voltage curve and the control range.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 и 3 - варианты выполнени блока регулировани .Figure 1 presents the scheme of the device; Figures 2 and 3 show embodiments of the control unit.

Устройство содержит двунаправленный вентильный оптрон в виде тиристорных оп- тронов 1 и 2, включенных встречно-параллельно , первый вывод которого соединен с первым выводом дл подключени сети 3, а второй вывод- с выводом дл подключени нагрузки 4 через трансформатор 5. К второму выводу дл подключени сети 6 присоединен оставшийс вывод дл подключени трансформатора 5 и первые выводы первого конденсатора 7 и первого резистора 8, вторые выводы которых соединены с первым выводом 9 дл подключени напр жени переменного тока однофазного выпр мительного моста 10, а второй вывод переменного однофазного выпр мительного моста 10 соединен с выводом дл подключени сети 3. Параллельно выводам переменного тока однофазного выпр мительного моста 10 присоединена последовательна цепочка , состо ща из первого 11 и второго 12 диодов, и излучающие элементы тиристорных оптронов 1 и 2, при этом анод первого диода 11 соединен с первым выводом переменного тока однофазного выпр мительного моста 10, катоды первого 11 и второго 12 диодов объединены и соединены с анодом излучающего элемента тиристорного оптро- на 1, катод которого соединен с анодом излучающего элемента фототиристора тиристорного оптрона 2, а анод второго диода 12 соединен с вторым выводом переменноготока однофазного выпр мительного моста 10. Блох 13 регули- ровани , присоединенный своим первым выводом 14 к выводу выпр мленного напр жени однофазного выпр мительного моеслThe device contains a bi-directional valve optocoupler in the form of thyristor optocouplers 1 and 2, connected in anti-parallel, the first terminal of which is connected to the first output for connecting the network 3, and the second output - with the output for connecting the load 4 through a transformer 5. To the second output for connecting the network 6 is connected to the remaining output for connecting the transformer 5 and the first terminals of the first capacitor 7 and the first resistor 8, the second terminals of which are connected to the first terminal 9 for connecting the AC voltage of a single phase of the direct bridge 10, and the second output of the alternating single-phase rectifying bridge 10 is connected to the output for connecting network 3. Parallel to the outputs of the alternating current of the single-phase rectifying bridge 10, a series circuit consisting of the first 11 and second 12 diodes is connected, and the radiating elements of the thyristor optocouplers 1 and 2, with the anode of the first diode 11 connected to the first AC output of a single-phase rectifying bridge 10, the cathodes of the first 11 and second 12 diodes are combined and connected to the anode of the radiating element The optocoupler 1, whose cathode is connected to the anode of the radiating element of the photothyristor of the thyristor optocoupler 2, and the anode of the second diode 12 is connected to the second output of the alternating current of the single-phase rectifying bridge 10. The adjusting flea 13 is connected by its first output 14 to the output of the rectified voltage. single phase rectifier

сwith

ON VION VI

СЛ 00 Х|SL 00 X |

та 10 с положительной пол рностью, вторым вывддом 15 - к катоду излучающего элемента фототиристора тиристорного опт- рона 2, а третьим выводом 16 - к выводу выпр мленного напр жени однофазного выпр мительного моста 10 с отрицательной пол рностью, включает второй резистор 17, резисторы 18 и 19, пороговый ключевой элемент 20, второй конденсатор 21 и переменный резистор 22. При этом резистор 19 формирует цепь зар да второго конденсатора 21, первый вывод второго резистора 17 соединен с первым выводом порогового ключевого элемента 20, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора 18 и образует первый вывод 14 блока 13 регулировани . Второй вывод резистора 18 соединен с первым выводом резистора 19 и с первым выводом второго конденсатора 21, второй вывод которого соединен с пер- вым выводом переменного резистора 22, с вторым выводом второго резистора 17 и образует третий вывод 16 блока 13 регулировани , а второй вывод резистора 19 и второй вывод переменного резистора 22 объединены и образуют второй вывод 15 блока 13 регулировани . Пороговый ключевой элемент 20 и второй резистор 17 формируют цепь разр да.This 10 with a positive polarity, the second output 15 to the cathode of the radiating element of the photo thyristor of the thyristor optron 2, and the third output 16 to the output of the rectified voltage of the single-phase rectifying bridge 10 with negative polarity, includes the second resistor 17, the resistors 18 and 19, the threshold key element 20, the second capacitor 21 and the variable resistor 22. At the same time, the resistor 19 forms the charge circuit of the second capacitor 21, the first terminal of the second resistor 17 is connected to the first terminal of the threshold key element 20, the second terminal of which It is connected to a first terminal of a resistor 18 and forms a first terminal 14 of control unit 13. The second terminal of the resistor 18 is connected to the first terminal of the resistor 19 and the first terminal of the second capacitor 21, the second terminal of which is connected to the first terminal of the variable resistor 22, to the second terminal of the second resistor 17 and forms the third terminal 16 of the control unit 13, and the second terminal of the resistor 19 and the second terminal of the variable resistor 22 are combined and form the second terminal 15 of the control unit 13. The threshold key element 20 and the second resistor 17 form a discharge circuit.

Устройство работает следующим обра- зом,The device works as follows.

При запертом пороговом ключевом элементе 20 (в качестве которого используетс , например, динистор) в блоке 13 регулировани ток протекает от второго вывода 15 к третьему выводу 16 по двум параллельным цепочкам: последовательно соединенным резистору 19, второму конденсатору 21 и переменному резистору 22, от первого вывода 14 к третьему выводу 16 через третий резистор 18 и второй конденсатор 21 с параллельной ему цепочкой из резистора 19 и переменного резистора 22. В результате больша часть тока, ограниченного первым конденсатором 7 и первым резистором 8, протекает через излучающие элементы фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2, включа их синхронно каждый полупериод, и зар жает второй конденсатор 21 до тех пор, пока напр жение на пороговом ключе- вом элементе 20 не достигнет его порогового значени и он не откроетс . При открытом пороговом ключевом элементе 20 ток в блок 13 регулировани поступает только через его первый вывод 14, т.к. второй резистор 17 предназначен дл ограничени броска тока при отпирании ключевого элемента 20 и сопротивление между первым 14 и третьим 16 выводами блока 13 регулировани много меньше сопротивлени между When the threshold key element 20 is locked (for which, for example, a dynistor is used) in the control unit 13, the current flows from the second terminal 15 to the third terminal 16 along two parallel chains: a series-connected resistor 19, a second capacitor 21 and a variable resistor 22, from the first pin 14 to the third pin 16 through the third resistor 18 and the second capacitor 21 with a parallel circuit from resistor 19 and variable resistor 22. As a result, most of the current bounded by the first capacitor 7 and the first resistor 8, flows through the emitting elements of the photothyristors of the thyristor optocouplers 1 and 2, including their synchronous each half period, and charges the second capacitor 21 until the voltage on the threshold key element 20 reaches its threshold value and it does not open. With the open threshold key element 20, the current to the control unit 13 is supplied only through its first pin 14, since the second resistor 17 is designed to limit the inrush current when unlocking the key element 20 and the resistance between the first 14 and third 16 terminals of the control unit 13 is much less than the resistance between

его третьим 16 и вторым 15 выводами, Ток через излучающие диоды тиристорных оптронов 1 и 2 прекращаетс , а второй конденсатор 21 разр жаетс через две параллельные цепочки: первую - через резистор 18, открытый ключевой элемент 20, второй резистор 17 и вторую - через резистор 19 и переменный резистор 22. Открытое состо ние ключевого элемента 20 ,и, следовательно, пауза в работе преобразовател (фототиристоры тиристорных оптронов 1 и 2 заперты) продолжаетс до запирани порогового ключевого элемента 20.its third 16 and second 15 pins, the Current through the emitting diodes of the thyristor optocouplers 1 and 2 is stopped, and the second capacitor 21 is discharged through two parallel chains: the first through a resistor 18, the open key element 20, the second resistor 17 and the second through a resistor 19 and a variable resistor 22. The open state of the key element 20, and therefore the pause in the operation of the converter (the photo thyristors of the thyristor optocouplers 1 and 2 are locked), continues until the threshold key element 20 is locked.

Через ключевой пороговый элемент 20 протекает ток, имеющий две составл ющие - уменьшающуюс по экспоненциальному закону от разр да второго конденсатора 21 и пульсирующую двухполупериодную, ограниченную первым конденсатором 7 и выпр мленную однофазным выпр мительным мостом 10. Запирание порогового ключевого элемента 20 возможно тогда, когда ток в нем станет меньше тока удержани , т.е. в моменты, когда пульсирующа составл юща близка к нулю. С этого момента начица- ет поступать ток в излучающие диоды фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2, а т.к. двухполупериодный ток, обтекающий излучающие элементы, опережает напр жение сети примерно на половину полупериода (дл этого сопротивление резистора 8 должно быть много больше сопротивлени переменному току конденсатора 7), то тот из фототиристоров 1 или 2, на аноде которого напр жение положительно, включитс , как только ток в его излучающем аноде достигнет значени отпирающего тока . Таким образом на трансформатор 5 будет подаватьс переменное напр жение, начина с неполного, более чем на половину полупериода.Through the key threshold element 20 a current flows, having two components — decreasing exponentially from the discharge of the second capacitor 21 and a pulsing full-wave limited by the first capacitor 7 and rectified by a single-phase rectifying bridge 10. Locking of the threshold key element 20 is possible when the current it will have less holding current, i.e. in moments when the pulsating component is close to zero. From this point on, the current begins to flow into the emitting diodes of the photothyristors of the thyristor optocouplers 1 and 2, and since full-wave current flowing around the radiating elements leads the network to approximately half the half-time (for this, the resistance of resistor 8 must be much greater than the resistance to alternating current of capacitor 7), then photo-thyristor 1 or 2, on the anode of which the voltage is positive, turns on as only the current in its radiating anode will reach the value of the unlocking current. Thus, an alternating voltage will be applied to the transformer 5, starting from an incomplete, more than half a half period.

Изменение величины сопротивлени переменного резистора 22 измен ет величину тока, зар жающего второй конденсатор 21, и в меньшей степени разр дного тока, следовательно, длительность включенного и выключенного состо ний фототиристоров тиристорных оптронов 1 и 2 регулируетс переменным резистором 22. При малой величине сопротивлени переменного резистора 22 напр жение на втором конденсаторе 21 не достигает значени порогового напр жени порогового ключевого элемента 20 и оптотиристоры тиристорных оптронов 1 и 2 посто нно включены. Вместо двух оптотиристоров возможно использование оптронного симисто- ра, при этом его излучающий диод замен ет два излучающих элемента фототиристоров 1 и 2 и включаетс в том же направлении.A change in the resistance value of the variable resistor 22 changes the value of the current charging the second capacitor 21, and to a lesser extent the discharge current, therefore, the duration of the on and off states of the photo thyristors of the thyristor optocouplers 1 and 2 is regulated by the variable resistor 22. 22, the voltage on the second capacitor 21 does not reach the threshold voltage of the threshold key element 20, and the optothyristors of the thyristor optocouplers 1 and 2 are permanently on. Instead of two optothyristors, it is possible to use an optocoupler, while its emitting diode replaces the two emitting elements of the photothyristors 1 and 2 and turns on in the same direction.

На фиг,2 показана схема блока 13 регулировани , в которую введен третий 23, четвертый 24 и п тый 25 диоды и стабилизатор тока, состо щий из третьего конденсатора 26 стабилитрона 27, резистора 28 и бипо- л рного транзистора 29. Стабилизатор тока поддерживает посто нным ту часть разр дного тока второго конденсатора 21, котора протекает через открытый пороговый ключевой элемент 20, делает независимой дли- тельность паузы от температурных и других изменений тока удержани порогового ключевого элемента 20, что повышает стабильность работы устройства, Кроме того, включение переменного резистора 22 па- раллельно второму конденсатору 21 при по- сто нной части тока разр да этого конденсатора, протекающей через пороговый ключевой элемент 20, расшир ет диапазон регулировани , т.к. при увеличении величины сопротивлени переменного резистора 22 уменьшаетс врем зар да второго конденсатора 21 и увеличиваетс врем его разр да, и наоборот, при уменьшении величины сопротивлени перемен- ного резистора 22 увеличиваетс врем зар да и уменьшаетс врем разр да второго конденсатора 21.FIG. 2 shows the circuit of the control unit 13 into which the third 23, fourth 24 and fifth 25 diodes and the current stabilizer are included, consisting of the third capacitor 26 of the zener diode 27, the resistor 28 and the bipolar transistor 29. The current stabilizer maintains a constant This part of the discharge current of the second capacitor 21, which flows through the open threshold key element 20, makes the duration of the pause from temperature and other changes in the holding current of the threshold key element 20 independent, which increases the stability of the device operation, In addition, the inclusion of the variable resistor 22 in parallel to the second capacitor 21, with a constant part of the discharge current of this capacitor flowing through the threshold key element 20, expands the control range, since increasing the resistance of the variable resistor 22 decreases the charging time of the second capacitor 21 and increases its discharge time, and vice versa, reducing the resistance of the variable resistor 22 increases the charging time and decreases the discharge time of the second capacitor 21.

На фиг.З показана схема блока 13 регулировани , позвол юща включать фототи- ристоры 1 и 2 в момент закрывани порогового ключевого элемента 20, т.е. при условии RS Хст, где Re - сопротивление резистора 8; Хс сопротивление конденсатора 7 в середине полупериода, что чаще всего считаетс оптимальным дл подключени нагрузки через трансформатор Схема фиг.1 при ее простоте обеспечить такое включение не может, т.к. пороговый ключевой элемент 20 закрываетс при значении пульсирующего тока в нем, равном нулю, после чего этот ток начинает нарастать с нул в излучающих диодах фототиристоров 1 и 2. Приближение к середине полупериода момента равенства тока току отпирани ти- ристора требует большего тока, т.е. большей емкости первого конденсатора 7 и, следовательно, при тех же циклах работы преобразвоател , увеличени емкости второго конденсатора 21 и рассеиваемой мощ- ности резисторами 17,18,19 и 22 и полупроводниковых элементов на большие допустимые токи. В итоге габариты преобразовател растут и уменьшаетс его КПД.Fig. 3 shows the scheme of the adjustment unit 13, which allows to turn on the phototransistors 1 and 2 at the moment of closing the threshold key element 20, i.e. subject to RS Hst, where Re is the resistance of resistor 8; Xc is the resistance of the capacitor 7 in the middle of the half period, which is most often considered optimal for connecting the load through a transformer. The circuit of FIG. 1, while being simple, cannot provide such switching, since the threshold key element 20 closes when the pulsating current in it is zero, after which this current begins to increase from zero in the emitting diodes of the photothyristors 1 and 2. Approximation of the current of the thyristor current to the midpoint of the half-period requires more current, i.e. . a larger capacitance of the first capacitor 7 and, therefore, with the same cycles of the converter, increasing the capacitance of the second capacitor 21 and the dissipated power by resistors 17,18,19 and 22 and semiconductor elements by high allowable currents. As a result, the dimensions of the converter grow and its efficiency decreases.

Дл решени задачи включени оптоти- ристоров в середине первого полупериода без существенного ухудшени КПД и увеличени габаритов в схему фиг.З введены шестой диод 30. третий резистор 31 и бипол рный транзистор 32, причем излучающие элементы тиристоров 1 и 2 включены между катодом диода 25 и выводом 16 блока 13 регулировани .In order to solve the problem of switching on optohistorists in the middle of the first half-period without a significant deterioration in efficiency and increase in size, the sixth diode 30 is introduced into the circuit of FIG. 3. A third resistor 31 and a bipolar transistor 32, with the emitting elements of thyristors 1 and 2 connected between the cathode of diode 25 and the output 16 of the control unit 13.

Схема фиг.З работает следующим образом .Scheme fig.Z works as follows.

При открытом пороговом ключевом элементе 20 третий конденсатор 26 зар жен пульсирующим током до порогового напр жени стабилитрона 27, которое прикладываетс к цепочке из резистора 28 и перехода эмиттер-база бипол рного транзистора 29. Из-за этого часть разр дного тока второго конденсатора 21, протекающа по пороговому ключевому элементу 20, посто нна и равна приблизительно пороговому напр жению стабилитрона 27. поделенному на сопротивление резистора 28 Бипол рный транзистор 32 заперт положительным напр жением на базе, т.к. по открытому шестому диоду 30 протекают и пульсирующий и посто нный токи. Закрывание порогового ключевого элемента 20 после резкого спадани разр дного тока второго конденсатора 21 в момент, когда пульсирующий ток з пороговом ключевом элементе 20 станет равным нулю, вызовет разр д третьего конденсатора 26 через переход эммитер-ба- за бипол рного транзистора 32 и третий резистор 31, как следствие, открывание этого транзистора и импульсный разр д третьего конденсатора 32 на излучающие элементы тиристоров 1 и 2. В результате в момент запирани порогового ключевого элемента 20, а при условии RB Хс этот момент приходитс на середину полупериода, один из фатотиристоров (1 или2}открываетс , подава напр жение на первичную обмотку трансформаторов 5, начина с середины полупериода и далее синхронно, пока зар жаетс второй конденсатор 21When the threshold key element 20 is open, the third capacitor 26 is charged with a pulsating current to the threshold voltage of the Zener diode 27, which is applied to the chain from the resistor 28 and the emitter-base junction of the bipolar transistor 29. Because of this, the portion of the discharge current of the second capacitor 21 flowing the threshold key element 20 is constant and approximately equal to the threshold voltage of the zener diode 27. divided by the resistance of the resistor 28; the bipolar transistor 32 is locked by a positive voltage at the base, since pulsed and constant currents flow through the open sixth diode 30. Closing the threshold key element 20 after a sharp drop in the discharge current of the second capacitor 21 at the moment when the pulsating current across the threshold key element 20 becomes zero will cause the discharge of the third capacitor 26 through the emitter-bipolar transistor 32 and the third resistor 31 As a result, the opening of this transistor and the pulse discharge of the third capacitor 32 to the radiating elements of thyristors 1 and 2. As a result, at the moment of locking the threshold key element 20, and under the condition of RB Xc, this moment occurs a middle half-cycle, one of fatotiristorov (1 or2} opened, supplying voltage to the primary winding of transformer 5, starting from the middle half cycle and then synchronously until the charged second capacitor 21

Claims

1. Adjustable AC-to-AC converter containing a bi-directional valve optocoupler connected in series with terminals for connecting the load and terminals for connecting the network connected in parallel between them the first capacitor and the first resistor, single-phase rectifying bridge, the AC terminals of which are connected in series with the first the capacitor and the terminals for connecting the network, in addition to the control unit and two diodes, anodes connected to the single-phase AC terminals ypr mitelnogo bridge, the control unit comprises a second capacitor charged ,, bottom chain which is incorporated radiating elements via the photocoupler-cathode between the rows of diodes and a minus terminal

a single-phase rectifying bridge, a discharge circuit from a threshold key element and a second resistor, shunting the DC outputs of a single-phase rectifying bridge and a second capacitor circuit, in addition, a variable resistor connected in parallel to the second capacitor circuit characterized by the fact that in order to broaden the field of application by optimizing the shape of the output voltage curve, the radiating elements of a bidirectional valve optocoupler are connected in series, the cathodes of the first and second diodes are combined and connected dinene with the anode of the first radiating element

2. The converter according to claim 1, of which is a transducer with the fact that a simistor optocoupler is used as a bidirectional gate optocoupler.

3 A converter as claimed in claim 1, from l and h in order to expand the control range, a third, fourth and fifth diodes, a third capacitor, and a current stabilizer on series-connected bipolar transistors are introduced into the control unit a resistor and a zener diode; the first output of the discharge circuit is connected to the second capacitor through a third diode, the anode of the third diode is connected to the first output of the second capacitor, the second output of the discharge circuit is connected to the second output of the second capacitor

the third capacitor, the power circuit of the current regulator and the fourth diode, the fifth diode are connected to the charge circuit of the second capacitor, shunted by a variable resistor, the anode of the fifth diode is connected to the cathode of the fourth diode and to the second output of the second capacitor connected to the negative terminal of a single-phase rectifier, the first terminal of the third capacitor is connected to the cathode of the zener diode.

j

4 A converter as claimed in claim 3, from L and H of the coupling to the fact that a sixth diode, a third resistor, and a bipolar transistor are inserted into the control unit, the second discharge terminal being connected to the third capacitor through the sixth diode, the cathode the sixth diode is connected to the cathode of the Zener diode and the emitter of the third transistor, the base of which is connected to the anode of the sixth diode by the first output of the third resistor and the second output of the discharge circuit the second output of the third resistor is connected to the anode of the zener diode, in addition, the first output of the second capacitor nen to the junction of the cathodes of the first and second diodes, the cathode of the fifth diode radiating elements via the optocoupler is connected to a minus terminal of the single-phase bridge rectifying unit, the collector of the bipolar transistor is connected to the cathode of the fifth diode.

Phie.1

i. a,

/ J

Zh24 25f

Z5

27

sixteen

F

te2

iT2