ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H02M3/315 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям постоянного тока напряжения, и может быть использовано в преобразователях постоянного высоковольтного напряжения (в частности, 4 кВ) в заданное количество постоянных напряжений различных уровней, одно из которых предназначено для питания электродвигателя.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий основную и две дополнительные инверторные ячейки, каждая из которых выполнена на двух тиристорах, выходные трансформаторы, подключенные к выпрямителю, и генератор коммутирующих импульсов (авт. св. СССР N 1705981, кл. H 02 M 3/305, 29.06.89).

Однако известное устройство не способно обеспечивать достаточную точность поддержания выходных напряжений и надежную работу при широком изменении входного высоковольтного напряжения, особенно при работе на индуктивную нагрузку.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения, содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты (патент GB N 2045550, кл. H 02 M 3/24, 1980).

Однако и это известное устройство не способно обеспечивать надежную работу при наличии в качестве нагрузки электрического двигателя, функционирующего в повторно-кратковременном режиме работы.

Техническим результатом изобретения является обеспечение надежной работы при наличии в качестве нагрузки электрического двигателя, функционирующего в повторно-кратковременном режиме работы, и снижение потерь мощности.

Для этого в преобразователь постоянного напряжения, содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты, введены две дополнительные вторичные обмотки силового трансформатора с дополнительными выпрямителями, переключающий логический элемент, датчик тока, однооперационный ключ, дополнительный диод, блок задержки, компаратор, логический элемент И, дополнительный блок формирования сигналов управления и две шины ступенчатого выходного напряжения, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек, управляющие входы которых объединены с управляющим входом полупроводникового ключевого элемента, причем второй вывод первичной обмотки силового трансформатора соединен с объединенными выводами конденсаторов первой стойки моста, выход генератора задающей частоты подключен к входу переключающего логического элемента, парафазные выходы которого подключены к входам соответствующих блоков формирования сигналов управления, датчик тока включен между выводами первой дополнительной вторичной обмоткой силового трансформатора и входами первого дополнительного выпрямителя, первый выход которого соединен с первой шиной ступенчатого выходного напряжения, вторая шина которого через однооперационный ключ соединен с первым выходом второго дополнительного выпрямителя, второй выход которого соединен с вторым выходом первого дополнительного выпрямителя и через обратно включенный дополнительный диод с второй шиной ступенчатого выходного напряжения, при этом выход датчика тока подключен через блок задержки и через компаратор к первому и второму выходам логического элемента И соответственно, выход которого через дополнительный блок формирования сигналов управления соединен с управляющим входом однооперационного ключа.

Сущность изобретения заключается в том, что введение вышеуказанных элементов и их соответствующее соединение позволяют снизить пусковые токи и величину мгновенной мощности до приемлемых значений, благодаря чему обеспечивается надежное функционирование преобразователя, снижаются потери мощности при работе его на индуктивную нагрузку в виде электродвигателя, функционирующего в повторно-кратковременном режиме.

Сравнение предлагаемого преобразователя с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии изобретения критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о выполнении критерия "изобретательский уровень". Предварительные испытания позволяют утверждать о возможности широкого промышленного использования.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит шины 1, 2 входного высоковольтного напряжения, к которым подключены одни выводы конденсаторов 3, 4 образующих плечи первой стойки моста. Другие выводы конденсаторов 3, 4 через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора 5 и конденсатора 6, подключены к первому выводу первичной обмотки 7 силового трансформатора 8, вторичные обмотки 9-1...9-K которого через выпрямители 10-1...10-K и соответствующие фильтры 11-1...11-K подключены к шинам 12-1... 12-K, 13-1...13-K выходного напряжения.

Первый вывод первичной обмотки 7 силового трансформатора 8 подключен к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, выполненным в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек 14-1...14-N и 15-1...15-N, управляющие входы которых соединены с выходом соответствующего блока 16 или 17 формирования сигналов управления, вход каждого из которых подключен к соответствующему парафазному выходу 18 или 19 переключающего логического элемента 20. Вход последнего соединен с выходом генератора 21 задающей частоты.

Кроме того, преобразователь содержит компаратор 22, две дополнительные вторичные обмотки 23-1, 23-2 силового трансформатора 8, датчик 24 тока, два дополнительных выпрямителя 25-1, 25-2, однооперационный ключ 26 с обратно включенным диодом 27, блок 28 задержки, логический элемент И 29, дополнительный блок 30 формирования сигналов управления и две шины 31 и 32 ступенчатого выходного напряжения.

Каждая тиристорная ячейка содержит тиристор 33 с обратно включенным диодом 34.

Переключающий логический элемент 20 может быть выполнен в виде счетного триггера, а в качестве однооперационного ключа 26 может использоваться тиристор.

Преобразователь работает следующим образом.

При наличии входного напряжения генератор 21 постоянно с требуемой частотой и длительностью вырабатывает сигналу управления на переключающий логический элемент 20, который поочередно на выходах 18 или 19 вырабатывает импульсы, по фронту либо по срезу которых блоки 16 и 17 поочередно формируют сигналы управления на открывание тиристоров 33 силовых ячеек 14-1...14-N и 15-1...15-N соответственно.

Входное постоянное напряжение при поочередное открывании тиристоров 33 силовых ячеек 14-1...14-N верхнего плеча и тиристоров 33 силовых ячеек 15-1. ..15-N нижнего плеча преобразуется на реакторе 5 и конденсаторе 6 колебательного контура в однофазное переменное напряжение и подается на первичную обмотку 7 силового трансформатора 8, которое из одного уровня преобразуется во вторичных обмотках 9-1...9-K и 23-1, 23-2 в напряжения других уровней, которые после выпрямителей 10-1...10-K и сглаживающих фильтров 11-1...11-K образуют на положительных выходных шинах 12-1...12-K и отрицательных выходных шинах 13-1...13-K требуемые выходные напряжения преобразователя.

При этом в исходном положении к нагрузке, которая подсоединяется через внешние коммутаторы к шинам 31 и 32, подключен через диод 27 и перемычку только выпрямитель 25-1. При появлении тока в данной нагрузке на датчике 24 тока появляется прямо пропорциональный ему сигнал, который поступает на входы блок 28 задержки и компаратора 22. Блок 28 задержки при наличии тока в нагрузке через заданное время вырабатывает первый сигнал разрешения для элемента И 29. Второй сигнал разрешения вырабатывает компаратор 22 при величине тока нагрузки менее заданного значения.

При совпадении двух разрешающих сигналов элемент И 29 формирует импульс, по фронту либо по срезу которого блок 30 формирования вырабатывает сигнал на открывании однооперационного ключа 26. Ключ 26 открывается и к нагрузке подключается полное требуемое напряжение питания от согласно-последовательно соединенных выпрямителей 25-1 и 25-2.

Таким образом, при пуске за счет питания нагрузки пониженным напряжением от выпрямителя 25-1 и меньшего коэффициента трансформатора между обмотками 23-1 и 7 обеспечиваются малые пусковые токи и значение мгновенной мощности в преобразователе.

Таким образом, обеспечивается решение поставленной задачи: повышение надежности и снижение потерь мощности при работе на индуктивную нагрузку.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям постоянного высоковольтного напряжения одного уровня в постоянные напряжения других уровней. Для обеспечения надежности функционирования при работе на индуктивную нагрузку и снижения потерь мощности в преобразователь постоянного напряжения введены две дополнительные вторичные обмотки силового трансформатора с дополнительными выпрямителями, переключающий логический элемент, датчик тока, однооперационный ключ, дополнительный диод, блок задержки, компаратор, логический элемент И, дополнительный блок формирования сигналов управления и две шины ступенчатого выходного напряжения, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек. 1 ил.

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты, отличающийся тем, что введены две дополнительные вторичные обмотки силового трансформатора с дополнительными выпрямителями, переключающий логический элемент, датчик тока, однооперационный ключ, дополнительный диод, блок задержки, компаратор, логический элемент И, дополнительный блок формирования сигналов управления и две шины ступенчатого выходного напряжения, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек, управляющие входы которых объединены с управляющим входом полупроводникового ключевого элемента, причем второй вывод первичной обмотки силового трансформатора соединен с объединенными выводами конденсаторов первой стойки моста, выход генератора задающей частоты подключен к входу переключающего логического элемента, парафазные выходы которого подключены к входам соответствующих блоков формирования сигналов управления, датчик тока включен между выводами первой дополнительной вторичной обмотки силового трансформатора и входами первого дополнительного выпрямителя, первый выход которого соединен с первой шиной ступенчатого выходного напряжения, вторая шина которого через однооперационный ключ соединена с первым выходом второго дополнительного выпрямителя, второй выход которого соединен с вторым выходом первого дополнительного выпрямителя и через обратновключенный дополнительный диод - с второй шиной ступенчатого выходного напряжения, при этом выход датчика тока подключен через блок задержки к первому входу логического элемента И и через компаратор - к второму входу логического элемента И, выход которого через дополнительный блок формирования сигналов управления соединен с управляющим входом однооперационного ключа, при этом первый дополнительный выпрямитель подключен согласно последовательно с вторым дополнительным выпрямителем к шинам нагрузки.