Импульсный преобразователь постоянного тока с последовательной конденсаторной коммутацией Советский патент 1983 года по МПК H02M3/135 

+ 9

if/

05 4

СА2

00 СО

фиг.1

Изобретение относится к электротехнике в частности к импульсным преобразователям постоянного тока, и может быть использовано в электротехнологии, электроприво де и т. п.

Известен тиристорный импульсный преобразователь постоянного тока с последовательной конденсаторной коммутацией, содержащий конденсатор, включенный последовательно по цепи тока нагрузки при помощи тиристоров, собранных по мостовой схеме. На выходе преобразователя включен обратный вентиль, ограничивающий напряжение на обкладках конденсатора на уровне напряжения питания. Преобразователь характеризуется высокой коммутационной способностью (естественная коммутация вентилей), устойчивой работой в режиме короткого замыкания нагрузки (энергия, передаваемая в нагрузку строго ограничена), простотой управления и т. д. 1.

К недостаткам преобразователя относятся неудовлетворительная форма кривой выходного напряжения (амплитуда равна двойному напряжению питания), что в ряде случаев ведет к недопустимым перенапряжениям На нагрузке и поэтому требует дополнительных сглаживающих фильтров, а также ограниченный диапазон регулирования выходного тока и напряжения, что вызвано ограниченными функциональными возможностями (реализуется только частотно-импульсное регулирование).

Наиболее близок к предлагаемому импульсный преобразователь постоянного тока с последовательной конденсаторной коммутацией, содержащий однофазный тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока и дроссель, включенные последовательно в цепь источника питания и нагрузки, и два вентиля, один из которых включен к обратном направлении параллельно последовательной цепи из тиристорного моста и дросселя, а второй включен к обратном направлении параллельно последовательной цепи нагрузки и дросселя.

Выходное напряжение данного преобразователя имеет форму, близкую к прямоугольной, и амплитуду, не превышающую напряжения питания. Преобразователь, по сравнению с предыдущим имеет расширенный диапазон изменения тока нагрузки при условии, что выходное и входное напряжение изменяется в небольших пределах (2J.

Недостатком данного преобразователя как и предыдущего, являются его ограниченные функциональные возможности, а именно невозможность реализации шнротноимпульсного способа регулирования (ШИР) что ведет к ограничению диапазона регулирования выходного напряжения и, как следствие, к ограничению областей его применения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобразователя

путем расширения диапазона регулирования выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный преобразователь постоянного тока с последовательной конденсаторной коммутацией, содержащий однофазный тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока и дроссель, включенные последовательно в цепь источника питания И нагрузки, и два вентиля, один из которых включен к обратном направлении параллельно последовательной цепи из тиристорного моста и дросселя, а второй включен в обратном направлении параллельно последовательной цепи Нагрузки и дросселя, дополнительно снабжен тиристором, включенным последовательно в цепь тока-источника питания и встречно-параллельно соединенным с ним диодом.

Преобразователь может быть снабжен дополнительным обратным диодом, включенным между выходными выводами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема первой модификации преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы его работы, На фиг. 3 и 4 - принципиальная схема второй модификации преобразователя и временные диаграммы его работы соответственно.

Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный мост на тиристорах с конденсатором 5 в диагонали, обратный вентиль 6, дроссель 7, включенный между точкой соединения вентиля 6 с тиристорным мостом и положительным выходным выводом, диод .8, подсоединенный между положительным выходным выводом и общей точкой аНодов однофазного моста, тиристор 9 и встречно-параллельно соединенный с ним диод 10, включенные последовательно в цепь тока источника питания. К выходным выводам подключена нагрузка 11.

Преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

Допустим, к моменту to (фиг. 2) конденсатор 5 заряжен до напряжения источника питания и с полярностью, показанной на фиг. 1 в скобках. Ток нагрузки i замыкается через вентиль 6 и дроссель 7. В момент to включаются тиристоры 1 и 2 импульсами iy,,. Конденсатор 5 начинает перезаряжаться в образовавшемся LC-контуре. Через диод 6 продолжает протекать ток нагрузки. В момент t по истечении времени i (время задержки включения определяется системой управления) открывается импульсом iyj тиристор 9 и через него начинает протекать ток нагрузки 1ц. Вентиль 6 запирается, попадая под обратное напряжение, равное напряжению питания плюс напряжение на конденсаторе 5 (U6 + Uc). Ток перезаряда конденсатора 5 изменяется скачком и становится равным току дросселя 7 ()- Через диод 8 протекает ток, равный ратнике токов дросселя 7

и нагрузки (ig : 1ь-IH)- В момент tg ток дросселя 7 становится равным току нагрузки (|(, 1н, 18 0), диод 8 обесточивается и восстанавливает свои управляющие свойства. При этом к нему прикладывается, обратное напряжение, несколько меньшее напряжения питания. В момент tj конденсатор 5 перезаряжается до напряжения источника питания, открывается вентиль 6 и тиристоры 1, 2 и 9 обесточиваются и восстанавливают свои управляющие свойства. Через время. t включаются импульсами iy тиристоры 3 и 4 и процессы в преобразователе повторяются. Время IB должно быть больше времени, необходимого для восстановления управляемости тиристора 9. Выходное напряжение можно регулировать путем изменения подачи управляющих импульсов на тиристор 9 по отношению к моменту включения тиристоров .и 2 (либо 3 и 4), что соответствует щиротно-импульсному регулированию напряжения, либопутем изменения интервала IB. что соответствует, частотноимпульсному регулированию напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать комбинацию различных способов управления напряжением на нагрузке, что существенно расширяет его функциональные возможности. В том случае, если амплитуда тока LC-контура значительно превьпиает амплитуду тока нагрузки, интервал времени tn (фиг. 2), равный длительности импульса напряжения на нагрузке мало, и зависит от тока нагрузки и определяется параметрами LC-контура, включающего дроссель 7 и конденсатор 5,

tn j VLC(1)

Устройство позволяет значительно расширить функциональные возможности схемы и Вто же время имеет возможность работы на нагрузку с резко меняющимися параметрами в широких пределах вплоть до КЗ нагрузки, характеризуется простотой отключения КЗ нагрузки путем снятия импульсов управления и ограниченной скоростью изменения прямого напряжения на тиристорах моста с конденсатором в диагонали).

Диод 10 предназначен для вывода энергии, накопленной в дросселе 7 при сбросе Нагрузки преобразователя, либо ее полного отключения на интервале паузы tg.

В схему преобразователя (фиг. 3) введей дополнительный обратный диод 12, включенный между выходными выводами. Включение вентиля 12 позволяет устранить отрицательный выброс выходного напряже ния UH и те.м самым улучшить форму выходного напряжения.

Работа преобразователя по фиг. 3 несколько отличается от работы преобразователя по фиг. 1 (см. временные диаграммы фиг. 4)..

Допустим, до момента t,, ток нагрузки замыкается в контуре: нагрузка - вентиль

6 - дроссель 7. В момент to включаются импульсами iy, тиристоры 1 и 2. При этом к вентилю 6 через открывшийся диод 12 прикладыв,ается обратное напряжение, равное -напряжению, выделяющемуся на дросселе 7. Образуются два контура: контур перезарядки конденсатора 5, включающий тиристор 1, конденсатор 5, тиристор 2, дроссель 7 и диод 8, и контур протекания тока нагрузки, включающий йагру:зку 11 и диод 12. В момент tj через время задержки tt включается импульсом iy, тиристор 9 и ток нагрузки начинает протекать через него. Конденсатор 5 продолжает перезаряжаться током дросселя 7 (.). В момент Ij ток Нагрузки становится равным току дросселя 7

(1„ 1), диод 8 запирается и конденсатор продолжает перезаряжаться током нагрузки. В момент tj напряжение на конденсаторе 5 достигает величины напряжения питания, включается импульсом irj вентиль 6 и ток

нагрузки замыкается по контуру: вентиль 6дроссель 7- нагрузка II. Тиристоры 1, 2 и 9 восстанавливают свою управляющую способность. В момент t включаются импульсами iyj очередные тиристоры моста 3 и 4 и процессы в схеме повторяются. Форма

импульса напряжения на нагрузке в преобразователе по фиг. 1 близка к прямоугольной, что в ряде случаев является необходимым. Диод 10 в преобразователе по фиг. 1 предназначен для ограничения перенапрял ений на элементах схемы и сброса энергии,

накопленной на дросселе 7 при сбросе нагрузки или обрыве в цепи нагрузки на интервале паузы Ig.

Таким образом, предлагаемые преобразователи позволяют реализовать наряду с частотно-импульсным регулированием напряжения на нагрузке широтно-импульсное регулирование либо комбинацию указанных способов регулирования. Последнее позволяет расширить диапазон регулирования

напряжения на нагрузке, уменьшить габариты выходного фильтра и увеличить быстродействие системы в целом. Преобразователям свойственна высокая надежность работы на нагрузку с резко переменными параметрами, изменяющимися вплоть до коротного замыкания. Ограниченное количество энергии, передаваемой в нагрузку за один такт, позволяет легко организовать защиту преобразователя .и нагрузки по цепи управления. Широкие функциональные возможности преобразователя позволяют расширить диапазон регулирования -выходного сигнала, облегчить сглаживающие фильтры, что определяет перспективность .его применения в электроприводе, электротехнологин, электрохимии и других областях. Высокая

надежность и простота управления и организации защиты позволяют снизить эксплуатациойНые расходы. jf.

+ 0цIЮ

оi-и

//

фиг. 3 фиг. 2

фиг Л

1. ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ КОММУТАЦИЕЙ, содержащий однофазный тиристорный мост с конденсатором в диагонали переменного тока и дроссель, включенные последовательно в цепь источника питания и нагрузки, и два вентиля, одив из которых включен в обратном направлении . параллельно последовательной цепи из тиристорного моста и дросселя, а второй включен в обратном направлении параллельно последовательной цепи нагрузки и дросселя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, он дополнительно снабжен тиристором, включенным последовательно в цепь тока источника питания и встречно-параллельно соединенным с ним диодом. 2. Импульсный преобразователь по л. I, отличающийся тем, что он снабжен допол g нительным обратным диодом, включенным (Л между выходными выводами.