УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано на электрическом подвижном составе в качестве преобразователей постоянно-постоянного тока для питания вспомогательных электрических потребителей и цепей управления-
Известно устройство (см. патент РФ N 2020723 от 06.02.92, МКИ Н 02 Р 5/16,3/08, опубл. 30.09.94, БИ N 18, Мазнев А.С. Электропривод), в котором нагрузка подключена к источнику постоянного тока через последовательно с нею включенные главный тиристор и диод. Встречно-параллельно главному тиристору включен обратный диод. Кроме того, параллельно главному тиристору подключена цепь из последовательно соединенных первого управляемого ключа, первого реактора и первого конденсатора таким образом, что анод управляемого ключа соединен с анодом главного тиристора. К общему зажиму первого реактора и первого конденсатора подключен анод второго управляемого ключа, с катодом которого соединен один вывод второго реактора. Другой вывод последнего соединен с минусовым зажимом источника питания. Параллельно второму реактору через третий диод подключен второй конденсатор. Второй конденсатор шунтирован резистором.

Это позволяет накопить энергию коммутации в первом конденсаторе по цепи, содержащей второй управляемый ключ и второй реактор. Разряд первого конденсатора осуществляется при выключении второго управляемого ключа и открытии первого управляемого ключа встречно прямому току главного тиристора. В результате главный тиристор выключается. Это позволяет уменьшить время потребления энергии двигателем, что при заданном минимальном напряжении на двигателе повышает частоту работы преобразователя.

Однако такое схемное решение снижает коэффициент полезного действия устройства, так как назначение второго реактора состоит в обмене энергией со вторым конденсатором и рассеивании ее в резисторе. Кроме того, наличие конденсаторов как накопителей энергии приводит к ухудшению массогабаритных показателей устройства.

Известно другое устройство, наиболее близкое к заявляемому, а именно "Автономный инвертор напряжения" (см. авт. св. СССР N 1310976 от 02.01.86, МКИ Н 02 М 7/515, опубл. 15.05.87, БИ N 18, Булатов О.Г, Петр Лыщак и Одынь С.В.). Указанное устройство подключено входными зажимами к источнику постоянного тока, а к выходным зажимам его подключена трехфазная нагрузка. Инвертор содержит трехфазный мост основных тиристоров с обратными диодами и трехфазный мост распределительных тиристоров. Последний подключен к линейному реактору, соединенному с входными зажимами через двухоперационные тиристоры и через вспомогательные тиристоры.

Это позволяет при определенной последовательности включения и отключения указанных тиристоров для запирания любого главного тиристора в период коммутации использовать реактор в качестве источника коммутационной энергии.

Недостаток рассмотренного устройства заключается в том, что оно предназначено для питания нагрузки переменного тока. В случае же регулирования напряжения цепей постоянно-постоянного тока требуется другое схемное решение.

Задача изобретения состоит в повышении коэффициента полезного действия и улучшении массогабаритных показателей преобразователя путем использования в узле коммутации только коммутирующего реактора.

Указанная задача достигается тем, что устройство для регулирования напряжения содержит главный тиристор, анодом подключенный к плюсовому зажиму источника питания. Катодом главный тиристор подключен к первому зажиму нагрузки. Кроме того, устройство содержит обратный диод, включенный встречно-параллельно к главному тиристору и два двухоперационных тиристора. Анод первого из них подключен к аноду главного тиристора, а катод второго - к минусовому зажиму источника питания. Между катодом первого и анодом второго указанных тиристоров включен коммутирующий реактор.

Дополнительно в устройство включены два диода таким образом, что первый из них анодом подключен к минусовому зажиму источника питания, а катодом - к катоду первого двухоперационного тиристора; второй диод катодом подключен к катоду главного тиристора и анодом - к аноду второго двухоперационного тиристора. При этом второй зажим нагрузки подключен к минусовому зажиму источника питания.

Новым в предлагаемом устройстве является включение коммутирующих диодов в цепь обратного тока нагрузки, что позволяет использовать только реактор в качестве коммутирующего элемента. Коммутация тока главного тиристора обеспечивается путем регулирования длительности протекания тока коммутирующего реактора.

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

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство для регулирования напряжения содержит главный тиристор 1, анодом подключенный к плюсовому зажиму источника 2 питания, катодом - к первому зажиму нагрузки 3, обратный диод 4, включенный встречно-параллельно к главному тиристору 1, два двухоперационных тиристора 5 и 6, причем анод тиристора 5 подключен к аноду главного тиристора 1, катод тиристора 6 подключен к минусовому зажиму источника 2 питания. Между катодом тиристора 5 и анодом тиристора 6 включен накопительный реактор 7. Дополнительно в устройство включены два диода 8 и 9. Диод 8 анодом подключен к минусовому зажиму источника 2 питания, катодом - к катоду первого двухоперационного тиристора 5. Второй диод 9 катодом подключен к катоду главного тиристора 1, анодом - к аноду второго двухоперационного тиристора 6. Второй зажим нагрузки 3 подключен к минусовому зажиму источника 2 питания.

Устройство работает следующим образом.

После отпирания главного тиристора 1 ток нагрузки протекает по цепи: плюсовой зажим источника питания 2 - главный тиристор 1 - нагрузка 3 - минусовой зажим источника питания 2.

После подачи сигналов управления на открытие тиристоров 5 и 6 возникает контур тока по цепи: "плюс" источника питания 2 - тиристор 5 - реактор 7 - тиристор 6 - "минус" источника питания 2. В результате в реакторе 7 накапливается энергия для запирания главного тиристора 1.

Для запирания тиристора 1 выключается тиристор 6. В результате ток накопительного реактора 7, превышающий к этому моменту времени значение тока нагрузки, запирает главный тиристор 1 по контуру: реактор 7 - диод 9 - главный тиристор 1 - тиристор 5 - реактор 7. Затем ток реактора 7 протекает по цепи: реактор 7 - диод 9 - диод 4 - тиристор 5 - реактор 7. При этом главный тиристор 1 оказывается под обратным напряжением, равным падению напряжения на диоде 4, и восстанавливает свои запирающие свойства.

В следующий момент времени подается запирающий сигнал на тиристор 5, и ток реактора 7 протекает через нагрузку 3 по цепи: реактор 7 - диод 9 - нагрузка 3 - диод 8 - реактор 7.

Регулируя момент времени подачи запирающего сигнала на тиристор 6 относительно момента времени подачи отпирающих импульсов на тиристоры 5 и 6, можно изменять значение тока реактора в зависимости от значения тока нагрузки.

Диоды, включенные в цепь обратного тока нагрузки, обеспечивают коммутацию главного тиристора и протекание тока нагрузки после его выключения, а использование только реактора в узле коммутации снижает потери, повышает КПД преобразователя и улучшает массогабаритные показатели.

Использование: на электроподвижном составе. Технический результат заключается в увеличении КПД путем регулирования коммутационных процессов цепей постоянного тока. Устройство содержит главный тиристор, анодом подключенный к плюсовому зажиму источника питания, катодом - к первому зажиму нагрузки, встречно-параллельно главному тиристору включен обратный диод, а также два двухоперационных тиристора. Первый из них анодом подключен к аноду главного тиристора, другой - катодом к минусовому зажиму источника питания. Между катодом первого и анодом второго указанных тиристоров включен коммутирующий реактор. Дополнительно в устройство включены два диода. Один из них анодом подключен к минусовому зажиму источника питания, а катодом - к катоду первого двухоперационного тиристора. Второй диод катодом подключен к катоду главного тиристора, анодом - к аноду второго двухоперационного тиристора. Второй зажим нагрузки подключен к минусовому зажиму источника питания. 1 ил.

Устройство для регулирования напряжения, содержащее главный тиристор, анодом подключенный к плюсовому зажиму источника питания и катодом подключенный к первому зажиму нагрузки, обратный диод, включенный встречно-параллельно главному тиристору, два двухоперационных тиристора, анод первого из которых подключен к аноду главного тиристора, а катод второго подключен к минусовому зажиму источника питания, между катодом первого и анодом второго указанных тиристоров включен коммутирующий реактор, отличающийся тем, что в него дополнительно включены два диода таким образом, что первый из них анодом подключен к минусовому зажиму источника питания, катодом - к катоду первого двухоперационного тиристора, второй диод катодом подключен к катоду главного тиристора, анодом - к аноду второго двухоперационного тиристора, при этом второй зажим нагрузки подключен к минусовому зажиму источника питания.