РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H02M7/12 H02M5/27 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве реверсивного выпрямителя или непосредственного преобразователя частоты с однофазным выходом.

Известен реверсивный преобразователь, выполненный по m-фазной мостовой схеме [1] . Он содержит 2m диодных мостов, в диагональ каждого из которых включен полностью управляемый ключ (транзистор, запираемый тиристор или однооперационный тиристор с узлом искусственной коммутации).

Недостатком этого устройства является большое количество вентилей и, в том числе, полностью управляемых.

Известен также m-фазный реверсивный преобразователь, в котором общее число вентилей сокращено на 30%, а количество полностью управляемых ключей уменьшено в два раза [2]. Этот преобразователь взят за прототип. Он содержит m однофазных мостов на однооперационных тиристорах, в диагональ каждого из которых включен полностью управляемый ключ, шунтированный встречной ему диодной ветвью, к общей точке соединения диодов которой подключается соответствующая фаза m-фазной сети, а выводы одной и другой тиристорной ветви каждого однофазного тиристорного моста соответственно подключены к одному и другому зажиму нагрузки.

Однако и этот преобразователь имеет большое количество диодов и полностью управляемых ключей, что указывает на сложность как силовой схемы, так и системы управления. Указанный недостаток прототипа, который особенно проявляет себя в многофазных устройствах, обусловлен связями между элементами схемы, при которых число полностью управляемых ключей и диодных ветвей определяется числом фаз преобразователя.

Задачей изобретения является упрощение m-фазного устройства при сохранении его энергетических показателей и динамических свойств.

В результате решения поставленной задачи в устройстве уменьшено в m/2 раз число диодов и полностью управляемых ключей при неизменном количестве однооперационных тиристоров.

Это упрощение при сохранении лучших качеств прототипа, а также то, что в новом конструктивном исполнении устройство стало содержать собственно серийно-выпускаемый двухкомплектный преобразователь с добавлением к нему, независимо от числа фаз двух диодных ветвей и двух полностью управляемых ключей, указывает на высокую готовность устройства к производству.

Решение поставленной задачи достигается тем, что тиристорные мосты выполнены m-фазными с подключением их ветвей к соответствующим фазам сети, а нагрузка подключена между общими точками диодов двух диодных ветвей.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства, например, трехфазного (m=3), а на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип формирования выходного напряжения, в частности, при двухкратном переключении ключей на каждом полупериоде напряжения сети.

Реверсивный преобразователь (фиг. 1) содержит первый трехфазный тиристорный мост с нечетными фазными ветвями 1, 3, 5 и второй трехфазный тиристорный мост с четными фазными ветвями 4, 6 и 2, соответственно подключенными к фазам A, B и C сети; первую диодную ветвь 7, состоящую из двух последовательно и однонаправленно соединенных диодов и подключенную встречно параллельно первому полностью управляемому ключу 9, включенному в диагональ первого трехфазного тиристорного моста; вторую диодную ветвь 8, состоящую из двух последовательно и однонаправленно соединенных диодов и подключенную встречно-параллельно второму полностью управляемому ключу 10, включенному в диагональ второго трехфазного тиристорного моста; нагрузку 11, подключенную между общими точками диодов первой и второй диодных ветвей. При этом, в качестве полностью управляемых ключей 8 и 10, в устройстве могут быть использованы запираемые тиристоры или транзисторные ключи.

Устройство (фиг. 1) представляет собой собственно шесть однофазных коммутаторов переменного тока, включенных по схеме трехфазного моста с нагрузкой в диагонали этого моста. Нечетные коммутаторы содержат соответствующие нечетные тиристорные ветви 1, 3, 5 и общую для них диодную ветвь 7, одновременно ко всем из которых встречно параллельно подключен полностью управляемый тиристорный ключ 9, а четные коммутаторы переменного тока содержат соответствующие четные фазные тиристорные ветви 2, 4, 6 и общую для них диодную ветвь 8, одновременно ко всем из которых встречно параллельно подключен второй полностью управляемый ключ 10.

Принцип формирования устройством (фиг. 1) постоянного или переменного напряжения с регулируемыми параметрами сводится к переключению в определенной последовательности шести вышеупомянутых однофазных коммутаторов переменного тока. При этом на каждом временном интервале в работе находятся два коммутатора (один из четной и один из нечетной группы). Среднее значение выпрямленного напряжения нагрузки 11 постоянного тока или действующее значение напряжения нагрузки переменного тока регулируется изменением длительности импульсов внутри периода коммутации. При этом формирование последовательности импульсов (положительных и отрицательных) производится включением двух коммутаторов разных фаз, а формирование пауз с закорачиванием нагрузки - включением двух коммутаторов одной фазы.

Включение коммутаторов переменного тока и поддержание его в работе при смене знака тока производится широких или коротких управляющих импульсов на полностью управляемый ключ и широких или пачек высокочастотных импульсов на оба однооперационных тиристора соответствующей ветви, относящиеся к этому коммутатору) а выключение - прерыванием тока через коммутатор на время восстановления запирающих свойств однооперационных тиристоров при помощи полностью управляемого ключа.

Последовательность подключения коммутаторов в процессе формирования выпрямленного напряжения U_d показана на фиг. 2. На этой же диаграмме показаны интервалы прерывания тока γ, интервалы проводящего состояния полностью управляемых ключей и управляющие импульсы для однооперационных тиристоров. Номера диаграмм соответствуют номерам элементов схемы, представленной на фиг. 1,
Нечетные коммутаторы формируют потенциал ϕ₁, четные - потенциал ϕ₂, а вся схема формирует на нагрузке 11 разность этих потенциалов (фиг. 2)
U_d= ϕ₁-ϕ₂.
Из фиг.2 видно, что период коммутации выходного выпрямленного напряжения равен (α+β)/2, длительность импульсов (α-β)/2 и длительность паузы β.
Среднее значение выпрямленного напряжения
U_d= U_d0(α-β)/(α+β), (1)
где α и β - временные интервалы со взаимно изменяющейся длительностью внутри неизменного коммутационного периода; U_d0 = 2,34; U_фс - максимальное фазное значение выпрямленного напряжения; U_фс - фазное напряжение сети.

Из выражения (1) видно, что при α = β напряжение на нагрузке 11 равно нулю, а при α > β оно положительное с наибольшим значением. U_d = U_d0 при β = 0, а при α < β оно отрицательное с наибольшим значением U_d = -U_d0 при α = 0.
Заявляемое устройство, как более простое, обладающее меньшим числом элементов, может заменить известный реверсивный преобразователь со смешанной коммутацией.

Источники информации
1. Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Пер, с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983 (с. 310, рис. 8.25).

2. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, а.с. СССР N 1050066, 1983, H 02 M 7/12.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Реверсивный преобразователь содержит два m-фазных тиристорных моста с естественной коммутацией, каждый из которых шунтирован полностью управляемым ключом и дополнен диодной ветвью. Нагрузка подключается между дополнительными диодными ветвями указанных мостов. Техническим результатом является по сравнению с известным в преобразователе уменьшение в m/2 раз число диодов и полностью управляемых ключей при неизменном количестве однооперационных тиристоров и при сохранении тех же энергетических показателей и динамических свойств. Устройство может быть использовано в качестве реверсивного выпрямителя или непосредственно преобразователя частоты. 2 ил.

Реверсивный преобразователь, содержащий m-фазные входные зажимы, предназначенные для подключения сети, и два моста на однооперационных тиристорах, в диагональ каждого из которых включен полностью управляемый ключ, причем встречно параллельно каждому полностью управляемому ключу подключена диодная ветвь, состоящая из двух последовательно соединенных диодов, отличающийся тем, что тиристорные мосты выполнены m-фазными с подключением их фазных ветвей к соответствующим фазам входных зажимов а нагрузка подключена между диодными ветвями.