ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников питания для дуговой сварки на постоянном токе.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий тиристорный резонансный инвертор с обратными диодами, LC контур, трансформатор, выпрямитель и емкостной фильтр (SU, А.С. N 1489934, кл. B 23 K 9/00, 9/10, 1989). Недостатками этого преобразователя являются: относительно низкая частота преобразования, обусловленная тем, что к запираемым тиристорам прикладывается небольшое обратное напряжение, значительная разница между действующим и средним значениями токов в обмотках трансформатора, большие пульсации напряжения на выходе преобразователя.

Известен преобразователь (SU патент N 1802765, МКИ B 23 K 9/00, 9/10, 1993), содержащий инвертор с основными и включенными встречно-параллельно с ними обратными тиристорами, резонансный LC-контур, силовой трансформатор, выпрямитель, емкостной сглаживающий фильтр и систему управления, подающую через равные промежутки времени отпирающие импульсы на основные и обратные тиристоры инвертора. Частота работы инвертора и собственная частота резонансного контура выбраны таким образом, что отпирание обратных тиристоров происходит с задержкой относительно момента перехода через нуль тока в основных тиристорах. Благодаря этому к запираемым основным тиристорам до момента отпирания обратных тиристоров прикладывается напряжение намного большее, чем напряжение проводящего вентиля. Это позволяет ускорить выключение основных вентилей и обеспечить безаварийную работу инвертора даже в таких режимах, когда обратные вентили не могут быть включены из-за высокого напряжения на конденсаторе фильтра.

Недостатком прототипа является то, что длительность импульса тока обратного тиристора равна длительности импульса тока основного тиристора, а между этими импульсами образуется вторая пауза такой же длительности, как и первая. Наличие не влияющей на выключение тиристоров второй паузы снижает частоту работы инвертора и увеличивает пульсации выходного напряжения. Вторым фактором, ухудшающим частотные свойства и массогабаритные показатели преобразователя является относительно большая длительность импульса тока обратного тиристора. Поскольку в номинальном режиме амплитуда этого тока меньше чем амплитуда тока прямого тиристора, это также увеличивает пульсацию выходного напряжения и, кроме того, способствует увеличению действующего тока в обмотках трансформаторов, что приводит к увеличению его массы и габаритов.

Целью изобретения является повышение частоты инвертирования, уменьшение габаритов реактивных элементов, уменьшение пульсаций выходного напряжения, снижение амплитуды импульса тока основных тиристоров.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в постоянное, содержащем основные и обратные тиристоры, образующие инвертор, конденсатор и реактор резонансного контура, силовой трансформатор, включенный в диагональ переменного тока инвертора, выпрямитель и емкостной сглаживающий фильтр, обратные тиристоры включены встречно-параллельно основным тиристорам и включенным последовательно с ними обмоткам реактора резонансного контура.

На фиг. 1 приведена схема полумостового варианта предлагаемого преобразователя. Преобразователь содержит основные тиристоры 1, 2, конденсаторы резонансного контура 3, 4, реакторы резонансного контура 5, 6, обратные тиристоры 7, 8, трансформатор 9, выпрямитель 10 и емкостной сглаживающий фильтр 11.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя. Пусть в начальный момент времени отпирающий импульс подается на тиристор 1. В цепи этого тиристора, реактора 5, в обмотках трансформатора 9 и конденсаторах 3, 4 формируется импульс тока приблизительно синусоидальной формы

где
α коэффициент затухания;
E входное напряжение;
приведенное к первичной обмотке выходное напряжение;
U*c

напряжение на конденсаторе 4 в начальный момент времени;
угловая частота;
L₁ L_p + L_s суммарная индуктивность на интервале включенного состояния тиристора 1;
L_p индуктивность реакторов 5 и 6;
L_s индуктивность рассеяния трансформатора 9;
C емкость конденсаторов 3 и 4.

После окончания импульса тока первого тиристора конденсатор 3 заряжается до амплитудного значения V_m, тиристор 1 закрывается и к нему прикладывается обратное напряжение . Отметим, что в номинальном режиме это напряжение значительно превышает напряжение на открытом диоде.

С некоторой задержкой относительно момента окончания тока первого тиристора подается отпирающий импульс на тиристор 7 и в цепи трансформатора формируется импульс обратной полярности

где угловая частота;
U_m амплитуда напряжения на конденсаторе.

Поскольку угловая частота ω₂ больше ω₁, длительность импульса тока обратного тиристора меньше длительности импульса основного тиристора, а его амплитуда больше амплитуды импульса тока обратного тиристора в прототипе.

После окончания тока в обратном тиристоре 7 отпирающий импульс подается на основной тиристор 2 и процессы в преобразователе повторяются с участием тиристоров 2 и 8.

Увеличение частоты инвертирования достигается благодаря уменьшению интервала проводимости обратных вентилей и устранению паузы между моментом окончания импульса тока обратного тиристора и подачей отпирающего сигнала на очередной основной тиристор. Уменьшение действующего тока обмоток трансформатора при неизменном среднем токе возможно за счет увеличения амплитуды обратного тока и уменьшения его длительности по сравнению с прототипом при одновременном уменьшении амплитуды прямого тока, поскольку длительность импульса прямого тока можно увеличить за счет длительности обратного тока и второй паузы. Уменьшение габаритов реактивных элементов происходит вследствие действия нескольких факторов: увеличение частоты позволяет снизить требуемую емкость конденсаторов 3, 4 и 11, уменьшить габариты трансформатора и реакторов; уменьшение действующего тока позволяет уменьшить сечение проводов обмоток трансформатора; благодаря тому, что ток обратных тиристоров не протекает через реакторы, сечение проводов этих реакторов можно уменьшить по сравнению с прототипом. Снижение пульсаций выходного напряжения происходит благодаря увеличению частоты и выравниванию амплитуд импульсов токов прямых и обратных тиристоров.

Использование: изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке источников питания для дуговой сварки на постоянном токе. Сущность изобретения: преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит основные и обратные тиристоры, конденсаторы резонансного контура, реакторы резонансного контура, трансформатор, выпрямитель и емкостный сглаживающий фильтр. Обратные тиристоры включены встречно-параллельно основным тиристорам и включенным последовательно с ними обмоткам реактора резонансного контура. 2 ил.

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий основные и обратные тиристоры, конденсатор и реактор резонансного контура, силовой трансформатор, выпрямитель и емкостный сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что обратные тиристоры включены встречно параллельно основным тиристорам и включенным последовательно с ними обмоткам реактора резонансного контура.