устройство для регулирования напряжения

Формула изобретения

Устройство для регулирования напряжения, содержащее первый зарядный полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к положительному зажиму источника питания, реактор, включенный последовательно между первым и вторым конденсаторами, перезарядный, полностью управляемый тиристор, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора и с первым свободным зажимом первого конденсатора, а катодом соединенный со вторым свободным зажимом второго конденсатора, а также два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора и реактора, а второй общий зажим указанных тиристоров соединен с катодом перезарядного тиристора, причем к обоим зажимам второго конденсатора подключена нагрузка, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй зарядный полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания, два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора, а общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на электрическом подвижном составе в качестве преобразователей постоянно-постоянного тока со звеном переменного тока для питания вспомогательных электрических потребителей и цепей управления.

Известно устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1700710 от 11.01.90, МКИ H 02 М 3/135, 7/515, опубл. 23.12.91, БИ N 47, Мазнев А. С.), содержащее цепь из последовательно соединенных зарядного, полностью управляемого тиристора, реактора и двух конденсаторов, подключенную к источнику питания. Кроме того, устройство содержит цепь из встречно-параллельно соединенных перезарядного и дополнительного тиристоров, которая шунтирует последовательную цепь: реактор и два конденсатора. Нагрузка подключена к зажимам второго конденсатора.

Недостаток этого устройства состоит в том, что все напряжение источника питания распределяется на конденсаторах, а энергия перезаряда реактора перераспределяется на оба конденсатора одновременно, что создает дополнительные потери в этих цепях, и, кроме того, это устройство не позволяет значительно расширить диапазон регулирования выходного напряжения.

Известно устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1739460 от 18.06.90, МКИ Н 02 М 7/515, опубл. 07.06.92, БИ N 21, авторы Мазнев А.С., Рогов А.Н., Ширяев А.В.). Указанное устройство содержит те же элементы, что и в предыдущем изобретении. Однако последовательность включения между собой реактора и двух конденсаторов отличается от предыдущей тем, что реактор включен между конденсаторами. При этом первый конденсатор свободным зажимом подключен к катоду зарядного тиристора, а дополнительный тиристор шунтирует только последовательную цепь, содержащую реактор и второй конденсатор.

Недостаток этого устройства, как и предыдущего, состоит в том, что все напряжение питания распределяется на обоих конденсаторах, что также создает дополнительные потери в цепях заряда, и, кроме того, эта схема не позволяет значительно расширить диапазон регулирования выходного напряжения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для регулирования напряжения (см. авт. св. СССР N 1735987 от 18.06.90, МКИ H 02 М 7/515, опубл. 23.05.92, БИ N 19, Мазнев А.С.), в котором, как и в предыдущем устройстве, к источнику питания подключается цепь, содержащая последовательно включенные в порядке перечисления зарядный, полностью управляемый тиристор, первый конденсатор, реактор и второй конденсатор. Нагрузка подключена также к выводам второго конденсатора, перезарядный тиристор полностью управляемый. При этом в устройстве функционирует цепь, содержащая два встречно-параллельно включенных тиристора. Один их общий вывод соединен с катодом перезарядного тиристора, а другой - с общим зажимом первого конденсатора и реактора.

Эта схема устройства позволяет расширить диапазон регулирования амплитудного значения напряжения на конденсаторах при заряде и перезаряде, что позволяет снизить потери и повысить КПД.

Однако при этом величина напряжения источника питания распределена на обоих конденсаторах, что не позволяет дополнительно регулировать величину выходного напряжения и тем самым увеличить КПД схемы.

Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия путем увеличения коэффициента заполнения.

Указанная задача достигается тем, что в устройство для регулирования напряжения, содержащее первый зарядный, полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к положительному зажиму источника питания, реактор, включенный последовательно между первым и вторым конденсаторами, перезарядный, полностью управляемый тиристор, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора и с первым, свободным, зажимом первого конденсатора, а катодом соединенный со вторым, свободным, зажимом второго конденсатора, а также два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора и реактора, а второй общий зажим указанных тиристоров соединен с катодом перезарядного тиристора, причем к обоим зажимам второго конденсатора подключена нагрузка, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй зарядный, полностью управляемый тиристор, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания, два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора, а общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что в него дополнительно введены второй зарядный тиристор, являющийся полностью управляемым. Анодом этот тиристор подключен к катоду перезарядного тиристора, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания. Кроме того, в устройство введены два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора, причем свободный катод одного из них соединен с катодом первого зарядного тиристора, свободный анод другого соединен с анодом второго зарядного тиристора. Общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов фильтра, свободный зажим первого из которых подключен к аноду первого зарядного тиристора, а свободный зажим второго подключен к катоду второго зарядного тиристора.

Это позволяет улучшить форму кривой выходного напряжения за счет регулирования продолжительности протекания зарядного тока при уменьшении величины входного напряжения и тем самым увеличить коэффициент заполнения.

Сказанное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый зарядный, полностью управляемый тиристор 1, анод которого подключен к положительному зажиму источника питания 2; реактор 3, включенный последовательно между первым 4 и вторым 5 конденсаторами; перезарядный, полностью управляемый тиристор 6, анодом соединенный с катодом первого зарядного тиристора 1 и с первым, свободным, зажимом первого конденсатора 4, а катодом соединенный со вторым, свободным, зажимом второго конденсатора 5; два первых встречно-параллельно соединенных дополнительных тиристора 7 и 8, один общий зажим которых подключен к общему зажиму первого конденсатора 4 и реактора 3. Второй общий зажим указанных тиристоров 7 и 8 соединен с катодом перезарядного тиристора 6, причем к обоим зажимам второго конденсатора 5 подключена нагрузка 9. Дополнительно в устройство введен второй зарядный, полностью управляемый тиристор 10, анодом подключенный к катоду перезарядного тиристора 6, а катодом - к отрицательному зажиму источника питания 2. Кроме того, введены два других дополнительных, соединенных последовательно между собой тиристора 11 и 12. Свободный катод одного из них 11 соединен с катодом первого зарядного тиристора 1, свободный анод другого 12 соединен с анодом второго зарядного тиристора 10. Общий анодно-катодный зажим указанных дополнительных тиристоров 11 и 12 подключен к общему зажиму двух последовательно включенных конденсаторов 13 и 14 фильтра. Свободный зажим первого 13 из них подключен к аноду первого зарядного тиристора 1, а свободный зажим второго 14 подключен к катоду второго зарядного тиристора 10.

Устройство работает следующим образом.

При одновременном включении зарядного тиристора 1 и дополнительного тиристора 12 начинается колебательный заряд конденсаторов 4 и 5 по цепи: "плюсовой" зажим конденсатора 13 фильтра - зарядный тиристор 1 - конденсатор 4 - реактор 3 - конденсатор 5 - тиристор 12 - "минусовой" зажим конденсатора 13. После достижения током заряда определенной величины тиристор 1 выключается и включается тиристор 7. В результате ток реактора 3 будет протекать по цепи: реактор 3 - конденсатор 5 - тиристор 7, тиристор 12 при этом запирается одновременно с тиристором 1. Энергия, запасенная в реакторе 3, передается только конденсатору 5. После снижения тока до нуля тиристор 7 закроется, а конденсатор 5 разряжается на нагрузку 9.

Затем включается перезарядный тиристор 6, начинается перезаряд конденсаторов по цепи: конденсатор 4 - тиристор 6 - конденсатор 5 - реактор 3. В определенный момент времени, например при напряжении на конденсаторе 4, равном нулю, перезарядный, полностью управляемый тиристор 6 выключается и включается тиристор 8. Ток реактора 3 будет протекать по контуру: реактор 3 - тиристор 8 - конденсатор 5. Энергия реактора 3 передается конденсатору 5, полярность напряжения на его обкладках меняется на противоположную (указана на чертеже в скобках). После снижения тока тиристора 8 до нуля он выключается и начинается разряд конденсатора 5 на нагрузку 9. В результате формируется второй полупериод выходного напряжения.

По окончании разряда конденсатора 5 формируется следующий период выходного напряжения: включаются второй зарядный тиристор 10 и дополнительный тиристор 11. Начинается новый колебательный заряд конденсаторов 4 и 5 по цепи: "плюс" конденсатора 14 - тиристор 11 - конденсатор 4 - реактор 3 - конденсатор 5 - зарядный тиристор 10 -"минус" конденсатора 14. После достижения током заряда определенной величины тиристор 10 выключается, соответственно закрывается тиристор 11 и включается тиристор 7. А далее процесс передачи энергии от реактора 3 конденсатору 5 и следующие за этим процессы повторяются, как это было после отключения тиристоров 1 и 12.

Регулируя продолжительность протекания тока через тиристоры 1, 10 и 6, можно менять выходное напряжение от нуля до величины, определяемой соотношением параметров конденсаторов. При этом за счет уменьшения входной величины напряжения и увеличения длительности открытого состояния тиристоров 1 и 10 увеличивается коэффициент заполнения, а следовательно, улучшается форма кривой выходного напряжения и КПД устройства.