Преобразователь переменного напряжения
Изобретение относится к электротехнике и может применяться в регуляторах переменного напряжения. ЦеЛь изобретения - обеспечение регулирования выходного напряжения и повышение надежности. Преобразователь содержит трехфазный трансформатор 1, подключенный к переключателям 2, 3, и блок 12 згправления. За счет введения в переключатели 2 и 3 протекторных узлов, состоящих из диода 17, транзистора 18, и блока 12 управления с одновибраторами 20.1-20.4, инверторами 21.1, 21.2 и фазосдвигающими блоками 22 и 23 обеспечивается регулирование и реверс фаз выходного напряжения. 2 ил.
,у«Ф ,ф, « .ф у ф СОК33 СОНЕТСНИХ
:=--,,Ф- =, СОЯИАЛИСтИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„1432694 А1 (511 4 Н 02 И 5/27
МСР(.A+ Щ g
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, 13 : ... !3
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 392331 3(24-07 (22) 08,07. 85 (46) 23.10.88. Бюл. М- 39 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при
Томском институте- автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Г.Я.Михальченко, О.А.Алейников и А.И.Муравьев (53) 621.314.27(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 1282284, кл. Н 02 М 5/27, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может применяться в регуляторах переменного напряжения. Цель изобретения — обеспечение регулирования выходного напряжения и повышение надежности. Преобразователь содержит трехфазный трансформатор 1, подключенный к переключателям 2, 3, и блок
12 управления. За счет введения в переключатели 2 и 3 протекторных узлов, состоящих из диода 17, транзистора
18, и блока 12 управления с одновибраторами 20.1-20.4, инверторами
21.1 21,2 и фазосдвигающими блоками
22 и 23 обеспечивается регулирование и реверс фаз выходного напряжения.
2 ил, 14 32694
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение в регуляторах и стабилизаторах переменного напряжения, преобразователях частоты, с промежуточным звеном повышенной частоты.
Целью изобретения янляется обеспечение регулирования выходного напряжения и повышение надежности преобразователя, На фиг. 1 представлена схема преоб, разователя; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу. !5
Преобразователь переменного напряжения (фиг. 1) содержит трехфазный трансформатор 1, два переключателя
2-3, каждый из которых содержит трехфазный диодный мост на диодах 4-9 с 20 полностью управляемым транзисторным ключом 10 на его выходе, три диоднотранзисторных ключа 11;1-11.3 переменного тока, выходы которых соединены со входами преобразователя, вы- 25 ходы — с соответствующими входами, трехфазного диодного моста и концами соответствующих перничньгх обмоток трехфазного трансформатора 1. Блок
12 управления включает источник 1 3 30 питания, последовательно соединенные. задающий генератор 14 и T-триггер 15, два узла 16.1 и 16.2 развязки с двумя входами, противотактные выходы которых подключены к база-эмиттерным
35 переходам транзисторов соответствую, щих ключей 10, 11.1-11.3, Каждый ключ каждого переключателя снабжен протекторным узлом, состоящим из диода 17 и дополнительного транзистора 18, причем катод диода
17 соединен с коллектором транзистора 19 ключа, анод диода !7 соединен с базой дополнительного транзистора
18, эмиттер дополнительного транзистора 18 соединен с соответствующим гальванически развязанным ныходом источника питания, а коллектор дополнительного транзистора 18 соединен с базой транзистора 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, соотнетствующие выходы которых непосредстненно через одновибраторы 20.1 и 20,3 соединены с
55 первьии входами узлов 16 и через последовательно соединенные инверторы
21,1, 21,2 и одновибраторы 20.2 и
20.4 со вторыми входами узлов l6. Б блоках 22 и 23 каждый блок включает последовательно соединенные генератор с 24 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 25 и элемент
ИСКЛ!0ЧА!0!!(ЕЕ ИЛИ 26, выход которого образует выход блока 22 или 23, а один из входов соединен с выходом триггера 15 °
На фиг,2 показаны: 27 — напряжение одной фазы питающей сети; 28 — импульсы задающего генератора 14; 29 — напряжение на выходе триггера 15; 30 и 31 выходнь|е напряжения генераторов 24 блоков 22 и 23 соответственно; 32 и
33 — управляющие напряжения (U, U )
Ь 12 преобразователя, 34 и 35 — напряжения на выходах компараторов 25 блоков 22 и 23; 36 и 37 — выходные напряжения, блоков 22 и 23 соответственно; 38 и
39 — выходные напряжения иннерторов
?1.1 и 21.2 соответственно; 40-42— напряжения на выходах одновибраторов .20,1-20.4 соответственно; 44 и 45 напряжения — на инверсном и прямом вьгходах узла 16,1 для управления ключами 11.1-11.3 и 10 второго переключателя соответственно; 46 и 47 — напряжения на прямом и инверсном выходах узла 16 .2 развязки для управления ключами 1!.1 — 11.3 и 10 третьего переключателя соответственно;,48 и 49 — выходные напряжения преобразователя для управляющих напряжений 32 и 33 соответственно.
Рассмотрим принцип работь| преобразователя на примере одной из фаз питающей сети.
При подаче на вход преобразователя трехфазного питающего напряжения 27 (фиг. 2) и включении блока 12 на выходе задающего генератора 14 появляется последовательность тактовых импульсов 28, которая поступает на триггер 15 и на генераторы 24 фазосдвигающих блоков 22 и 23, причем выходное напряжение 30 генератора 24 блока 22 линейно падающее, а напряжение 31 генератора 24 блока 23 — линейно нарастающее. Напряжение с выхода генератора 24 поступает на один из входов компаратора 25, на другой вход которого подается напряжение 33 управления, причем, если линейно изменяющееся напряжение превьппает напряжение управления, то напряжение на выходе компаратора имеет уровень логической единиць|, н противном слу1432694 чле нлпряже не на выходе компаратора имеет уровень нуля. Таким образом, результатом взаимодействия напряжения 31 и напряжения 33 является формирование напряжения 34 фиг, 2)
/ 5 на выходе компаратора 25 блока 22; результатом взаимодействия напряжений 30 и 33 является напряжение 35 на выходе компаратора 25 блока 23.
Далее сигналы с выходов компарато ров 25 и с триггера 15 поступают на входы элементов 26, на выходах которых формируются напряжения 36 на элементе 25 блока 22 и 37 на элементе 25 блока 23. Длительность импульсов и ча стота этих напряжений совпадает с длительностью импульсов и частотой напряжения с выхода триггера 15, а фаза определяется величиной напряжения управления. Фаза этих напряжений определяет угол включения ключей переключателей 2 преобразователя и, следовательно, величину напряжения на нагрузке. 25
Напряжения 36 и 37 с выходов элементов 26 блоков 22 и 23 соответственно поступают на вход одновибраторов 20.1 и 20,3 и на вход инверторов
21.1 и 21.2, выходные напряжения 38 и
39 которых поступают на вход одновибраторов 20,2 и 20.4, При этом оцновибраторами формируются импульсы с фиксированной длительностью, которые необходимы для управления узлами 16.1 и
16.2. При этом на прямом выходе узла
16.1 действует напряжение 45, на инверсном — 44; на прямом выходе узла
16.2 — напряжение 46, на инверсном—
47, Алгоритм работы ключей 10, 11.111.3 обоих переключателей следующий (при действии напряжения 33); на интервале 0-t (фиг.2) — замкнуты ключи 10, а ключи 11,1-11.3 обоих пе45 реключателей разомкнуты, при этом первичные обмотки трансформатора 1 отключены от сети и вторичные закорочены, на вторичных обмотках напряжение равно нулю; t,-t — замкнуты ключи 11.1-11,3 на интервале переклю50 чателя 2 и 10 переключателя 3.
При этом концы первичных обмоток трансформатора 1 закорачиваются клю1! tk чом 10, т.е. соединяются в звезду., а начала их подключаются ключами
11.1-11.3 к сети, т.е. на вторичной обмотке формируется положительное напряжение 49, на интервале t<-t> замккуты ключи ll,1 †,3 переключлтелей
2 и 3, ключи 10 обоих переключателей разомкнуты. При этом обрлзуется цепь, в которой каждая кервичнля обмотка закорочека и, следовательно, напряжение на каждой из вторичных обмоток равно кулю, На интервале t - замкнуты ключи
10 переключателя и 11.1-11.3 переключателя 3, остальные ключи разомкнуты, При этом начала первичных обмоток трансформатора 1 закорочены, а концы их подключены к сети через ключи ll.)
11 -3; на вторичной обмотке формируется отрицательное напряжение, Далее алгоритм повторяется.
Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора 1 рассматриваемой фазы действует напряжение 49, величина которого определяется уровнем напряжения управления, а знак определяется тем, начало или конец первичной обмотки подключены к сети; причем, если напряжение 32 лежит выше точки пересечения напряжен и генераторов
24 на такое, то напряжение противо-. фазно сетевому; если напряжение 32 лежит ниже этой точки, то напряжение синфазно сетевому.
Транзисторный ключ с протекторным узлом работает следующим образом, В исходном состоянии транзисторы
18 и 19 ключа (например, 11.1) и узла закрыты. При поступлении с узла
16,1 импульса напряжения положительной полярности транзистор 19 ключа
11.1 начинает открываться, напряжение на его коллекторе падает и клк только оно достигает величины напряжения источника 13„ присоединенного к эмиттеру транзистора 18 (за вычетом падений напряжения на диоде 17 и база-эмиттерном переходе транзистора
18 . :протекторного узла), транзистор
18 открывается и поддерживает открытое состояние транзистора 19 ключа
11.1 за счет энергии источника 13.
При поступлении импульса напряжения отрицательной полярности с узла 16.1 транзистор 19 ключа 11 1 подзапирается, напряжение ка его коллекторе возрастает и, при достижении им величины напряжения источника 13, закрывается транзистор 18 протекторного узла и транзистор 19 ключа 11,1.
Таким образом, положительный импульс напряжения включает ключ 11.1, а отрицательный импульс его выключа40
55
5 I43 ет. 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 замыкания) падение напряжения между коллектором и эмиттером растет. Это приводит к уменьшению базового тока транзистора
18 протекторного узла через диод l7, что ведет к уменьшению его коллекторного тока и, следовательно, базового тока основного транзистора 19.
Это ведет к еще большему росту напряжения коллектор-эмиттер основного транзистора 19, следовательно, транзистор 18 еще подзапрется и, таким образом, процесс закрывания происходит лавинообразно и основной транзистор 19 оказывается защищенным от перегрузки.
Таким образом, предлагаемый преобразователь имеет возможность регулирования и реверса фаз выходного напряжения, длительность импульсов управления, поступающих на трансформаторы узлов развязки, не зависит от величины управляющего напряжения и вольт-секундные площади напряжения н положительную и отрицательную полуволны равны, что существенно облегчает режим работы трансформатора. Надежность преобразователя повышается вследствие того, что протекторный узел обладает защитными свойствами пс отношению к основному транзистору.
Поэтому преобразователь обладает высоким быстродействием и может отрабатыватв резкие изменения сигнала управления без ухудшения характерис-, тик °
Формула изобретения
Преобразователь переменного напряжения, содержащий трехфазный транс форматор, вторичные обмотки которого являются выходом преобразователя, дна переключателя, каждый из которых содержит трехфазный диодный мост, к выходам которого подключены эмиттер и коллектор транзисторного ключа, три диодно-транзисторных ключа пере— менного тока, входы которых являются входами преобразователя, выход каждого из диодно-транзисторных ключей переменного тока соединен с соответствующим входом трехфазного диодного моста и с одним выводом соответству5
35 ющей первичной обмотки трехфазного трансформатора, блок управления, содержащий источник питания, последовательно соединенные задающий генератор и Т-триггер и два узла развязки с двумя входами, протиготактные выходы каждого из которых подключены к базаэмиттерным переходам транзисторов диодно-транзисторных ключей переменного тока и транзисторного ключа диодного моста соответствующего переключателя, отличающий с я тем, что, с целью обеспечения регулирования выходного напряжения и повышения надежности преобразователя, источник питания снабжен гальванически развязанными выходами по числу ключей, каждык диодно-транзисторный ключ каждого переключателя и транзисторный к ключ трехфазного моста снабжен протекторным узлом, состоящим из диода и дополнительного транзистора, блок управления снабжен четырьмя одновибраторами, двумя иннерторами и двумя фазосдвигающими блоками, каждый из которых содержит компаратор, элемент
HCKJX×À1Î1tIEÅ ИЛИ и генератор линейно изменяющегося напряжения, один блок— линейно падающего, другой — линейно нарастающего, причем в каждом ключе с протекторным узлом катод диода протекторного узла соединен с коллектором транзистора ключа, анод диода узла соединен с базой дополнительного транзистора этого угла, эмиттер дополнительного транзистора узла соединен с соответствующим гальнанически развязанным выходом источника питания, коллектор дополнительного транзистора узла соединен с базой транзистора соответствующего ключа в фазосдвигающих блоках блока управления, входы генераторов линейно изменяющихся напряжений соединены с выходом задающего генератора, выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, соединенном с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом элемента HCI ИСКЛ10ЧАИЩЕЕ ИЛИ, выход каждого из которых через один одновибратор соединен с первым входом соответствующего узла развязки и через один инвертор и другой однонибратор соединен с вторым входом того же узла разнязки. 1432694 > Составитель В.Миронов Редактор Г.Волкова Техред А.Кравчук Корректор Н. Король Заказ 5457/50 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Uyt Уую Ъi 1 23 (72 8. ур (зз) а err и2 Тираж ббб Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делан изобретений и открытий (113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
