Преобразователь постоянного напряжения в переменное Советский патент 1984 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобра зовательной технике, и может быть использовано в автономных устройст вах электропитания стационарных и подвижных объектов, а также для преобразования постоянного напряже ния в переменное в системах электр снабжения. Известны преобразователи, содержащие ряд преобразовательных тирис торных ячеек, входы которых подключены к общим входным выводам, а выходы соединены последовательно для обеспечения равномерного распределе ния токов нагрузки между ячейками. При параллельном включении ячеек по выходу требуется принятие cne-i циальных мер для выравнивания выходных токов 1 и 2 . Многоячейковые преобразователи имеют низкий КПД в области малых нагрузок при резко переменном графике энергопотребления. Известны способы и реализующие их устройства для обеспечения парал лельной работы преобразователей, отдельных преобразовательных ячеек и распределения токов параллельных ветвей с полупроводниковыми приборами З и . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является источник электроснабжения, использующий несколько параллельно включенных на входе преобразователей 8 В данной системе электроснабжения каждый из параллельно включенных инверторов снабжен индивидуальным регулятором напряжения и диодными переключателями управления регуляторами. В случае перегрузки одного из инверторов диодные переклю- чатели переключают импульсы управле ния на другие инверторы, чем и обес печивается распределение нагрузки. Такое управление распределением нагрузки связано с дискретным подключением инверторовJ что может создавать неустойчивость многоконту ной системы регулирования и снижать ее эксплуатационную надежность. Наличие индивидуальных регуляторов с коммутирующей аппаратурой для каждого инвертора усложняет систему электроснабжения. Кроме того, при резкопеременномграфике нагрузки ра сматриваемая система параллельно работающих инверторов имеет низкий КПД в области малых нагрузок. 932 Целью изобретения является улучшение эксплуатационной надежности, упрощения регулирования выходного напряжения и обеспечение максимального КПД при переменном графике нагрузки. Поставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения в.переменное , содержащий и однотипных параллельно включенных по цепи питания синхронно работающих инверторных ячеек и блок регулирования напряжения, дополнительно снабжен п однотипными однофазньп трансформаторами, каждый с одной первичной и двумя вторичными обмотками, причем их первичные обмотки соединены согласно-последовательно, образуя результирующую первичную обмотку с отводами, которая через блок регулирования напряжения, выполненный в виде одного общего регулятора переменного напряжения, подключена к выходным выводам, каждая вторичная обмотка каждого трансформатора включена между соответствующими выходными выводами преобразователя и инверторной ячейки, причем концы первой половины и начала второй половины вторичных обмоток подключены соответственно к одноименным по полярности выходным выводам инверторных ячеек, а начала первой половины этих обмоток и концы второй их половины соответственно связаны с началом и соединены с концом результирующей первичной обмотки, а между отводами этой обмотки включены ключи переменного тока введенного )цепового переключателя, управляющие входы которых связаны с введенным р выходную цепь датчиком тока. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя постоянного напряжения в переменноеJ на фиг. 2 - график зависимости КПД в функции мощности нагрузки , на фиг. 3 - вариант схемной реализации коммутирующего устройства и датчика тока. Преобразователь постоянного напряжения в переменное содержит тиристорные инверторные ячейки 1 , входы которых подключены к входньм выводам 2 и 3, а выходы ячеек через вторичные обмотки 4 трансформаторов 5 подключены к выходным выводам 6 и 3 7. При этом общая точка соединения групп вторичных обмоток подключена к выходному выводу через датчик 8 выходного тока преобразователя, выход которого соединен с входами ключей (tt -1)-цепового переключателя 9. Первичные обмотки 10 трансфор маторов 5 соединены согласно-последовательно , образуя результирующую первичную обмотку с отводами, которая через блок .11 регулирования напряжения и датчик 8 выходного тока преобразователя подключена к выходным выводам 6 и 7. Датчик 12 напряжения блока 11 регулирования напряжения подключен входом непосредственно к выходным выводам 6 и 7, а выходом - к входу регулирующего органа 13 через усилитель-преобразователь 14. Преобразователь постоянного напряжения в переменное работает следующим образом. Синхронно работающие инверторные ячейки 1 преобразуют постоянное напряжение источника, подводимое к входньм выводам 2 и 3, в пер менное напряжение, которое подводится к выходным вьтодам 6 и 7 через вторичные обмотки 4 и датчик выходного тока преобразователя. При этом с напряжением входных выводов 2 и 3 суммируется напряжение втор1:чных обмоток 4. В связи с тем что первичные обмотки 10 трансформаторов 5 включены согласно-послед вательно, происходит перераспредел ние напряжения мезвду ними, поступающего через блок регулирования напряжения. В результате этого обе печивается вьтравнивание токов на выходе инвертирующих ячеек 1. Физи ческие явления процесса выравнивания состоят в следующем. При любом нарушении равенства выходных токов ячеек происходит перераспределение напряжений первичных обмоток 10, так как ампервитки вторичных обмоток 4 направлены встречно ампервит кам первичных обмоток 10. Вследствие этого происходит изменение вольтодобавочных напряжений вторич ных обмоток 4 таким образом, чтобы скомпенсировать разбаланс токов ячеек. Процесс этот протекает автоматически по принципу параметрического регулирования. Кроме того, благодаря введению в выходные цепи 4 ячеек вольтодобавочных напряжений обмоток 4 обеспечиваются условия для надежного включения тиристоров всех ячеек. Таким образом, введение в схему преобразователя дополнительных по количеству инвертирующих ячеек трансформаторов позволяет одновременно одними и теми же элементами решить задачу распределекия (выравнивания) выходных токов ячеек и обеспечить надежное включение тиристоров плеч моста, что в целом повышает эксплуатационную надежность преобразователя. Упрощение регулирования выходного напряжения обеспечивается включением в цепь первичных обмоток 10 блока 11 регулирования напряжения, который изменяет величину напряжения на первичных обмотках 10, что приводит к изменению напряжения вольтодобавки вторичных обмоток 4. Благодаря этому с напряжением источника питания (входные выводы 2 и 3) суммируется регулируемое напряжение вторичных обмоток 4. Стабильность напряжения на выходе обеспечивается благодаря наличию цепи обратной связи, включающей датчик 12 выходного напряжения, усилитель-преобразователь 14 и исполнительный орган 13. Как следует из схемы, приведенной на фиг. 1, элементы, участвующие в распределении токов ячеек и поповьщ1ающие надежность включения тиристоров, одновременно решают вопросы непосредственного регулирования выходного напряжения, что упрощает устройство регулирования напряжения. Известно, что зависимость КПД многоячейкового преобразователя от мощности нагрузки Р„ имеет вид кривой, представленной на фиг. 2 (кривая Л ). Из графика следует, что при изменении мощности нагрузки от нуля до максимального значения величина КПД ()| ) также существенно изменяется. Наиболее низкие значения КПД наблюдаются в режиме работы преобразователя при небольших мощностях. Для этого режима целесообразно , чтобы преобразователь работал с одной или несколькими ячейками, тогда, например, при работе одной ячейки можно обеспечить f f (Рц ) , изменяющийся по кривой о (фиг. 2). С целью выбора оптимального режима 5 (по максимуму КПД) предлагается в зависимости от текупгего значения мощности отключить различное количество ячеек, но не превьшающее |г-1. Определение нужного количества работакяцих ячеек обеспечивает датчик тока выходного тока преобразователя, который выходным сигналом .управляет ключами (п,-1)-Цепового переключателя 9, которые замыкают накоротко первичные обмотки 10 ft трансформаторов. Благодаря этому . напряжение вторичной обмотки транс форматора, первичней обмотка котор го замкнута накоротко, равно нулю и ячейка, с которой связаны вторич ные обмотки 4, не инвертирует напряжение источника, так как напря жениями вторичных обмоток работающих ячеек заперты тиристоры отключаемой ячейки. На фиг. 3 представлен один из в риантов схемной реализации (n.-1) цепового переключателя 9 и датчика 8 тока. В качестве датчика тока применен трансформатор тоХа, первичная обмотка 15 которого включен в разрыв цепи выходного вьюода 7 преобразователя, а вторичная обмот ка 16 через двухполупериодный выпр митель 17 нагружена на последовательно соединенные обмотки 18.118.(П.-1), которые управляют соответственно герконами 19.1-19.(н-1). Нормально замкЙутые контакты 19.119.(n-D подключены к соответствующим первичным обмоткам 10 трансформаторов 5 (фиг. 1). Ампервитки обмоток 18. 1-18. (ft-1) подобраны таКИМ образом, что при токе нагрузки, не превышающем номинальный ток одной инвертирующей тиристорной ячейки 1 (фиг. 1), все контакты. 19 находятся в замкнутом состоянии. При увеличении тока нагрузки свьпие номинального тока одной ячейки размыкаются, например, контакты 19.1, что предопределяется ампервитками срабатывания обмотки 18. 1. Затем, по мере увеличения тока преобразователя последовательно размыкаются контакты 18.2, 18.3 и т.д., так как ампервитки срабатывания обмоток 18.1-18. (1г-1) подобраны с шагом срабатьшания на величину увеличения тока преобразователя, равную номинальному выходному току тиристорной ячейки. При снижении тока нагрузки процесс протекает в обратной последовательности. Резисторы 20.1-20. (И.-1) предназначены для точной настройки срабатывания контактов 19. 1-19. (lt-1). Возможны также и другие схемы реализации коммутирующего устройства и датчика тока.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ, содержапщй П- однотипных параллельно вклю ченных по цепи питания синхронно работающих инверторных ячеек и блок регулирования напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышенияэксплуата1Щрнной надежности, упрощения регулирования выходного напряжения и обеспечения максимального КПД при переменном графике нагрузки, он дополнительно снабжен П однотипными однофазными трансформаторами, каждый с одной первичной и двумя вторичными обмотками , п1)ичем их первичные обмотки соединены согласно-последовательно, образуя результирующую первичную обмотку с отводами, которая через блок регулирования напряжения, выполненный в виде одного общего регулятора переменного напряжения, подключена к выходным выводам, каждая вторичная обмотка каждого трансфор(Л матора включена между соответствующими выходными выводами преобразователя и инвертерной ячейки, причем концы первой половины и начала второй половины вторичных обмоток подключены соответственно к одноименным по полярности выходньм выводам инверсо торных ячеек, а начала первой полоо вины этих обмоток и концы второй их СО половины соответственно связаны с ;о началом и соединены с концом резульсо тирующей первичной обмотки, а междз отводами этой обмотки включены ключи переменного тока введенного (П, - 1)-цепового переключателя, управляющие входы которых связаны с введенным в выходную цепь датчиком тока.

1..У

Л(г/.Г

Фиг. 2