Тиристорный конвертор Советский патент 1984 года по МПК H02M3/315 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при преобразовании постоянного тока с одним уровнем нa пряжения в постоянный ток с другим уровнем напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, на пример, в Источниках питания радиотехнической аппаратуры, которай предъявляет требование гальванической развязки нагрузки в первичной сети.

Известен тиристорный конвертор со звеном повышенной частоты, содержащий двухобмоточный дроссель, подклю.ченный к источнику питания постоянного тока и несколько тиристоров, включенных последовательно с дросселем и образуюшях вместе с ним цепь заряда-разряда конденсатора. Вторичная обмотка дросселя через выпрямительный диод Соединена с цепью заряда-разряда и нагрузкой. В результате такого соединения элементов и узлов, преобразователя энергия, накопленная дросселем в течение интервала проводимости тиристора, передается в цепь нагрузки через выпрямительный элемент в течение интервала времени, когда тиристоры заперты Cl

Известны также тиристорные конверторы, .содержащие работающий на фиксированной частоте тиристорный инвертор с коммутирующей последовательной резонансной цепью, отделенной от нагрузки, и накопительным индуктивным элементом, цепь рекуперации избыточной энергии этого элемента и однополупериодные выпрямители с емкостными фильтрами. Причем в С2 1 выпрямитель выполнен на управляемом вентиле, а цепь рекуперации на Неуправляемом, а в ЗЗ - наоборот Эти устройства по сравнению с устройством, описанным в fl,позволяют фиксировать частоту преобразования, что приводит к уменьшению спектра излучаемых частот.

Однако во всех этих устройствах в качестве элемента гальванической развязки используется дроссель-трансформатор, через который протекает постоянная составляющая тока источника питания конвертора, что при-водит к резкому ухудшению массогабаритных показателей преобразователя, сужая область его использования.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий полумостовой резонансный тиристорный инвертор, с раздельной коммутирующей емкостью и трансформаторным выходом. В данное устройство кроме инвертора введена также цепь сброса изйлточной энергии, выполненная на основе многообмоточного элемента, в качестве которого исйольэут

ется выходной трансформатор инвертора 4 .

Однако в данном устройстве сброс энергии в источник питания возможен только при значительных изменениях соотношения напряжений на нагрузке и источника питания, исполнение цепи сброса энергии по известной схеме при наличии нелинейной нагрузки (выпрямитель с емкостным фильтром) оказывается малоэффективным, так как изменение соотношения напряжений на нагрузке и источника питания может привести к тому, что большая часть энергии колебаний будет поступать в цепь рекуперации энергии, а, кроме того, при таком построении цепи сброса энергии, энергия, запасаемая в . индуктивности рассеивания трансформатора, всегда будет поступать в цепь нагрузки.

Таким образом, недостатком данного преобразователя является наличие резкого возрастания напряжения на аноде запертого тиристора относительно установившегося значения При работе преобразователя на выпрямитель со сглаживающим фильтром в режиме пуска, когда выходное напряжение блико к нулю. При этом возможно открывание запертого тиристора по аноду, что приводит к появлению сквозного тока через оба тиристора т.е. к аварийному режиму.

Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства путем максимального ограничения напряжений на тиристорах в режиме пуска при работе инвертора на выпрямитель со сглаживающим LC-фильтром.

Поставленная цель достигается . тем, что в тиристорном конверторе, содержащем последовательный резонансный тиристорный инвертор с трансформаторным выходом, а также цепь сброса избыточной энергии, выполненную на основе многообмоточного элемента, вторичная обмотка которого через вентиль связана с шинами питания инвертора, указанная цепь сброса выполнена на дросселе срглаживающего LC-фильтра.

Устройство надежно работает как в установившемся, так и в переходном режимах, однако при уменьшении нагрузки частота запуска тиристоров должна изменяться в больших пределах (при изменении нагрузки преобразователя от номинальной до нуля частота меняется от максимальной до нулевой), что определяет широкий спектр акустических помех, и, кроме того, возрастают пульсации выходно,го напряжения, что ухудшает стабильность выходного laпpяжeния.

Для улучшения эксплуатационных параметров путем повышения точности стабилизации выходного напряжения и уменьшения спектра акустических помех устройство снабжено последовательно соединенными пороговым эле ментом и формирователем запускающих импульсов, а также источником опорного напряжения, при этом выход последнего соединен с одним входом порогового элемента, другой вход которого, подключен к выходным выводам конвертора, вентиль выполнен управляелплм и своими силовыми элект родами включен последовательно с вторичной обмоткой дросселя LCфильтра, а управляющим входом - с выходом формирователя запускаюищх импульсов. На фиг. 1 приведено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же, вариант. Устройство (фиг. 1) содержит последовательный резонансный тиристор ный инвертор 1, на выходе которого включен трансформатор 2, вторичная обмотка которого подключена к входу двухполупериодного выпрямителя 3, выходкоторого через первичную обмот ку дросселя 4 индуктивности соединен с емкостным фильтром 5 и зажимами для подключения нагрузки б, при этом начало первичной обмотки дросселя 4 соединяется с выходом дв хполупериод ного выпрямителя 3, диод 7, катод которого соединен с положительной шиной питания инвертора, а анод - с дополнительной индуктивностью 8, вто рой вывод которой имеет соединение с началом вторичной обмотки индукти нести 4, конец которой подключен к отрицательной шине питания инвертора. При этом величина дополнительной -тндуктивности выбирается равной величине индуктивности первичной обмот ки дросселя 4, а соотношение витков первичной и вторичной обмоток зависит от соотношения напряжения питания инвертора 1 и напряжения на емкостном фильтое 5. Это соотношение .выбирается таким, чтобы пои наличии номинального напряжения на выходе конвертора, т.е. на емкостном фильт ре 5, напряжение/ наводимое на вторичной обмотке, было бы меньше, чем напряжение питания инвертора 1. Дроссель 8 предназначен для сохранения колебательного процесса в контуре инвертора 1 при включении диода 7. Введение в устройство цепи, состоящей из дросселя 8 и диода 7, поэво ляет ограничить величину энергии колебаний в контуре инвертора 1 в режиме пуска устройства на уровне, незначительно превышающем значение в установившемся режиме. Это достига ется благодаря введению в устройство дополнительного потребителя энер гии, причем он вводится только на время переходного процесса. Принцип действия вводимой цепочки основан на переводе режима работы дросселя 4 в режим трансформатора. При появлении напряжения на емкостном фильтре 5 и 4его увеличении до номинального значения амплитуда напряжения, наводимого на вторичной обмотке, уменьшается и становится меньше, чем напряжение питания инвертора. .Это означает, что цепочка отключается и при нормальной работе инвертора Не оказывает влияния на его работу. Устройство (фиг, 2) содержит последовательный резонансный тиристор ный инвертор 1, на выходе которого включен трансформатор 2, вторичная обмотка которого подключена к входу двухполупериодного выпрямителя 3, выход которого через первичную об мотку дросселя 4 соединен с емкостным фильтром 5 и выводами для подключения нагрузки б, соединенными с входом порогового устройства 7, второй вход которого соединен с выходом, источника 8 опорногс напряжения, а выход через формирователь 9 запускающих импульсов - с управляющим электродом дополнительного тиристо- ра 10, катод которого соединен с положительной шиной питания последовательного резонансного инвертора 1, а анод - с концом вторичной обмотки дросселя 4 индуктивности, начало которой соединено с отрицательной шиной питания инвертора 1, при этом за начало первичной обмотки дросселя 4 принимается вывод, соединенный с выходом двухполупериодного выпрямителя 3. При этом соотношение витков первичной и вторичной обмоток дросселя 4 выбирается таким, чтобы при включенном тиристоре 10 диоды выпрямителя 3 были бы запераи обратно Приложенным напряжением, наведенным на обмотку дросселя 4. При работе устройства в режиме максимальной мощности и минимального -напряжения источникапитания энергия,передаваемая инвертором 1 в цепь нагрузки, равна энергии, рассеиваемой на нагрузке за тот же интервал времени, в результате чего напряжение на емкостном фильтре 5 не возрастает до верхнего порогового значения, задаваемого источником 8 опорного напряжения. При этом дополнительно введенный тиристор 10 не включается и принцип действия устройства не отличается от принципа действия известного преобразователе. При сбросе нагрузки либо при возрастании напряжения; источника питания энергия, передаваемая инвертором в цепь нагрузки за одинцикл

1. ТИРИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР, содержащий последовательный резонан ный тиристорный инвертор с трансфор маторным выходом, а также цепь сбро са избыточной энергии, выполненную на основе многообмоточного элемента вторичная обмотка которого через вентиль связана с шинами питания инвертора, отличающийся тем, что, с целью понлшения надежности в работе устройства путем максимального ограничения напряжений на тиристорах при работе инвертора на выпрямитель со сглаживающим LC-фильтром в режиме пуска, указанная .цепь сброса выполнена на дросселе сглаживающего Ь,С-фильтра. 2. Конвертор по п. 1, о т л и -, чающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных параметров путем повышения точности стабилизации выходного напряжения и умень шения спектра акустических помех, он снабжен последовательно соединненными пороговым элементом и формирователем запускающих импульсов, а также источником опорного напряжения, причем выход последнего соединен с одним входом порогового эле-. мента, другой вход которого подклю чен к выходным выводам конвертора, вентиль выполнен управляемом и своими силовыми .электродами включен по следовательно с вторичной обмоткой дросселя LC-фильтра, а управляющим входом - с выходом формирователя напускающих импульсов.