устройство регулирования и преобразования напряжения

Формула изобретения

1. Устройство регулирования и преобразования напряжения, содержащее трансформатор, в цепь одной из обмоток которого включен полупроводниковый регулирующий элемент, и систему управления этим элементом, отличающееся тем, что регулирующий элемент выполнен в виде однофазного мостового выпрямителя, в диагональ постоянного тока которого включен тиристор, а к зажимам переменного тока - RC-цепочка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый регулирующий элемент включен в первичную цепь для регулирования переменного напряжения на входе трансформатора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полупроводниковый регулирующий элемент включен во вторичную цепь трансформатора для регулирования переменного напряжения вторичной обмотки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система управления содержит маломощный трансформатор, подключенный первичной обмоткой к питающей сети, а вторичной - к входу маломощного выпрямителя, выход которого отрицательным полюсом соединен с отрицательным полюсом моста регулирующего элемента, а положительным полюсом через цепочку, состоящую из резистора и последовательно с ним включенного тиристора, - с управляющим электродом тиристора диагонали моста, причем параллельно тиристору цепочки включены последовательно соединенные конденсатор и переменный резистор, параллельно которому включен диод, соединенный анодом с обкладкой конденсатора, которая через другой диод подключена к управляющему электроду тиристора цепочки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания различных потребителей как переменного, так и постоянного тока. Наиболее целесообразно его применение в области электросварки и для зарядки аккумуляторных батарей.

Известно устройство регулирования переменного напряжения трансформаторов с помощью скользящих по поверхности обмоток контактов (Петров Г.Н. Электрические машины. Ч.1.-М.: Энергия, 1974, с. 180). Недостатком такого устройства является наличие скользящих щеточных контактов.

Известно бесконтактное устройство регулирования напряжения с помощью ответвлений от обмоток трансформатора, причем каждое ответвление подключено к входу диодного моста, выход которого закорочен тиристором (Игольников Ю.С. , Дубовов Г. И. Устройство регулирования переменного напряжения. Авт. св. СССР N 494730, 1975). Однако такое устройство позволяет осуществлять только ступенчатое регулирование выходного напряжения с применением искусственной коммутации тиристоров.

В качестве регулирующего элемента неуправляемый диодный мост с тиристором в выходной цепи применяется для регулирования переменного напряжения на активной нагрузке. Однако при работе на индуктивную нагрузку он имеет существенные ограничения и не применяется для регулирования переменного напряжения на первичной или вторичной обмотке трансформатора (Лекоргие Ж. Управляемые электрические вентили и их применение. -М.: Энергия. 1971, с. 432). Отдельно такой регулирующий элемент применяется для регулирования постоянного напряжения также при работе на активную нагрузку.

Наиболее близким к предложенному является устройство регулирования переменного напряжения трансформатора, в котором в качестве регулирующего элемента используются встречно-параллельно соединенные тиристоры (Гельман М. В. , Лохов С.П. Тиристорные регуляторы переменного напряжения.-М: Энергия, 1975, с. 72).

Недостатком такого устройства является наличие двух тиристоров, необходимость слежения за магнитным состоянием сердечника трансформатора, обеспечения строгой симметрии управляющих импульсов во избежание постоянного подмагничивания, индивидуальное управление каждым из тиристоров. Кроме того, такое устройство принципиально не позволяет получать и регулировать постоянное напряжение на том же элементе регулирования, т.е. на встречно-параллельно соединенных тиристорах.

Технический эффект заключается в обеспечении глубокого регулирования переменного напряжения и на первичной, и на вторичной стороне трансформатора при высокой симметрии полуволн напряжения, а также в исключении необходимости контролировать магнитное состояние сердечника трансформатора. Кроме того, при необходимости регулирующий элемент может быть использован в этом устройстве в сочетании с трансформатором и для регулирования постоянного напряжения.

Сущность заключается в том, что в устройстве регулирования и преобразования напряжения, содержащем силовой трансформатор, в цепь одной из обмоток которого включен полупроводниковый регулирующий элемент, и систему управления этим элементом, регулирующий элемент выполнен в виде однофазного мостового выпрямителя, в диагональ постоянного тока которого включен тиристор, а к зажимам переменного тока - RC-цепочка.

При этом регулирующий элемент включен в первичную цепь для регулирования переменного напряжения на входе трансформатора, а для регулирования переменного напряжения вторичной обмотки он включен во вторичную цепь.

Для регулирования постоянного напряжения мостовой выпрямитель включен ко вторичной обмотке трансформатора, причем в диагональ моста последовательно с тиристором включена нагрузка.

Во всех вариантах включения регулирующего элемента система управления тиристором остается одна и та же и содержит маломощный трансформатор, подключенный первичной обмоткой к питающей сети, а вторичной - к входу маломощного выпрямителя, выход которого отрицательным полюсом соединен с отрицательным полюсом моста регулирующего элемента, а положительным полюсом через цепочку, состоящую из резистора и последовательно с ним включенным тиристором - с управляющим электродом тиристора диагонали моста, причем параллельно тиристору цепочки включены последовательно соединенные конденсатор и переменный резистор, параллельно которому включен диод, соединенный анодом к обкладке конденсатора, которая через другой диод подключена к управляющему электроду тиристора цепочки.

На фиг. 1 показана схема устройства при регулировании напряжения на первичной стороне трансформатора; на фиг. 2 и 3 - схема устройства при регулировании постоянного и переменного напряжения соответственно.

Устройство (фиг. 1) содержит мостовую схему 1, представляющую регулирующий элемент, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора 2. К входу мостового выпрямителя также включена RC-цепочка 3, а к выходу моста 1, т.е. в диагональ, включен тиристор 4. Система управления 5 тиристора 4 содержит маломощный трансформатор 6, подключенный с целью обеспечения синхронизации сигнала управления тиристора 4, первичной обмоткой ко входу питающей сети устройства, вторичная обмотка питает маломощный выпрямитель 7. Выход этого выпрямителя через резистор 8, маломощный тиристор 9 и фазосдвигающую схему 10 обеспечивает управляющий сигнал тиристора 4. Фазосдвигающая схема 10 включает в себя последовательно соединенные конденсатор 11 и регулируемый резистор 12, параллельно которому включен диод 13, а в цепь управляющего электрода тиристора 9 включен диод 14. Изменение фазы управляющего сигнала достигается изменением величины резистора 12 фазосдвигающей схемы 10.

Для регулирования постоянного напряжения (фиг. 2) мостовая схема 1 подключается входом ко вторичной обмотке трансформатора 2, а нагрузка включена последовательно с тиристором 4.

При необходимости регулирования переменного напряжения на вторичной стороне трансформатора 2 мостовая схема включена в соответствии с фиг. 3, при этом диагональ моста также замыкается тиристором 4, а выходом служит один из зажимов переменного тока моста и вторичной обмотки трансформатора. Следует отметить, что система управления 5 всех трех вариантов схем (фиг. 1 -3) остается неизменной, а мощность, снимаемая в нагрузку в вариантах схем 2 и 3, определяется допустимыми параметрами диодов моста 1 и тиристора 4 при использовании их в первичной цепи.

Работа устройства осуществляется следующим образом (фиг. 1).

Двухполупериодное выпрямление с помощью моста 7 является управляющим сигналом тиристора 4 и синхронизировано с полуволнами переменного напряжения регулятора 1. При этом ток управления протекает от выхода мостового выпрямителя 7 через резистор 8, тиристор 9 и управляющий электрод тиристора 4. При увеличении величины сопротивления резистора 12 конденсатор 11 зарядится до величины напряжения, открывающего тиристор 9 с задержкой относительно предыдущего состояния. При уменьшении величины этого сопротивления конденсатор зарядится раньше. Таким образом, изменяя величину сопротивления резистора 12 возможно изменять угол задержки управляющего сигнала в пределах 0 - 150 эл. град. Аналогично осуществляется регулирование и в схемах 2 и 3. RC-цепочка 3 обеспечивает допустимую величину du/dt для тиристора 4 и демпфирует перенапряжения, обусловленные индуктивностью трансформатора.

Работа RC-цепочки осуществляется по известному принципу ограничения скорости нарастания анодного напряжения на тиристоре. Так при индуктивном характере нагрузки регулятора (каковой является и сам трансформатор) при прекращении протекания тока через тиристор диагонали моста, на стадии запирания к нему почти скачкообразно прикладывается напряжение, в пределе достигающее амплитуды, что может привести к самопроизвольному отпиранию тиристора без управляющего сигнала. RC - цепочка замедляет процесс нарастания анодного напряжения в связи с постепенным нарастанием напряжения на конденсаторе, и тем самым обеспечивает работу схемы без сбоев. Разряд конденсатора происходит на интервале проводимости тиристора.

Следует отметить высокую степень симметрии полуволн напряжения. Экспериментальная проверка подтвердила высокую надежность регулирования напряжения для разных трансформаторов в широком диапазоне.