Импульсный преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1985 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к преобразовательной технике и мо);:ет быть использовано в промышленности и на транспорте, в частности на электровозах постоянного тока. Известен импульсный преобразователь, содержавши силовые управляемы вентили и схему коммутации 1 }. Однако в известном преобразователе велика устаиовленная ноп1ность коммутируюдего конденсатора и понижена надежность в связи с высокой скоростью нарастания тока и напряжения управляемых вентилей. Наиболее близким к предлагаемому является импульсньй преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовые управляемые вентили, одни одноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуют выводы для подключения цепи нагрузки, обратные диоды, ограничивакяцие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объе диненным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другими одноименными силовыми электродами управляемых вентилей, причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между вьгаодом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации 1.2, Этот преобразователь имеет пониженную частоту в связи с увеличенны временем выключения разделительных управляемых вентилей при отсутствии смещения; пониженную надежность изза высокой скорости нарастания напр жения на вентилях; пониженные весогабаритные показатели в связи со зн чительными габаритами и весом защит ных цепей и пониженньй КПД из-за потерь в защитных цепях. Цель изобретения - обеспечение возможности повышения частоты при одновременном повьшении надежности, коэффициента полезного действия и 832 улучшении весогабаритных показателей. Указанная цель достигается тем, что в импульсньй преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовые управляемые вентили, одни одноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуют выводы для подключения цепи нагрузки, обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другими одноименными силовыми электродами управляемых вентилей, причем коммутирующий блок вьтолнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а, через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации, дополнительно введен конденсатор, подключенный к зажиму для подключения нагрузки и к второму выводу коммутирующего блока. В качестве второго ограничивающего дросселя может быть использована индуктивность рассеяния монтажных кабелей при достаточной ее величине. На фиг. 1-3 приведены варианты принципиальной схемы предлагаемого устройства, отличающиеся способом подключения цепи нагрузки. Импульсный преобразователь содержит силовые управляемые вентили 1, обратные диоды 2, шунтирую 1р1е нагрузку 3, разделительные вентили 4, коммутирующий конденсатор 5, источник подзаряда 6, полностью управляемый ключ или его аналог 7, ограничивающие дроссели 8 и 9, вторичная обмотка которого через диод 10 подключена к коммутирующему конденсатору 5, и конденсатор 11. В цепь нагрузки могут быть включены дроссели 12 (фиг. 2 и 3). Преобразователь работает следующим образом. Ток нагрузки 3 протекает по силовым управляемым вентилям 1. Полнос3

тью управляемый ключ или его аналог 7 заперт. Коммутирующр1й конденсатор 5 заряжен от источника подзаряда 6, конденсатор 11 разряжен. Для запирания силовых управляемых вентилей 1 в случае использования в качестве разделительных вентилей 4- диодов отпирают полностью управляемьпЧ ключ 7. Скорость нарастания тока заряда конденсатора 11 ограничивается дросселем 9, а скорость нарастания тока в контуре коммута1щи - дросселем 8. Напряжение коммутирующего конденсатора 5 прикладывается к силовым управляемым вентилям 1, ток через которые снижается до нуля, а ток нагрузок 3 начинает протекать по цепи дроссель 9 - конденсатор 5 ключ 7 - разделительный вентиль 4 (фиг. 1). Вентили 1 запираются. Через время, равное времени их восстановления, запирают полностью управляемый ключ 7. Конденсатор 11 разряжается током нагрузки. Скорость нарастания напряжения на силовых управляемых вентилях 1 и ключе 7 определяется скоростью разряда конденсатора 11. После разряда конденсатора 11 ток нагрузок 3 замыкается через обратные диоды 2. Энергия, накопленная в дросселе 9, через диод 10 передается коммутирующему конденсатору 5, который дозаряжа ется от источника подзаряда 6.

При использовании в качестве разДелительных вентилей 4 управляемых вентилей коммутацию силовых управляемых вентилей 1 осуществляют со сдвигом во времени. Возрастает частота коммутатдии, уменьшается пульсация напряжения источника питания, уменьшается установленная мощность коммутирующего конденсатора 5 и полностью управляемого ключа 7.

За счет знергии, накопленной в и дуктивности монтажных кабелей, прои ходит перезаряд конденсатора 11 и к выключаемому разделительному вентилю 4 прикладывается обратное напря жение. Уменьшается реальное время выключения разделительных управляемых вентилей.

При включении между силовьм управляемым вентилем 1 и нагрузкой 3 дросселя 12 (фиг. 2-3) уменьшается пульсация напряжения и тока на нагрузке.

Напряжение источника подзаряда 6 выбирается из условия, чтобы на каж33383 . 4

дый запираемый силовой вентиль 1 приходилось 30-50 В.

В качестве источника подзаряда может быть использован низконольт5 ный неуправляемый выпрямитель.

В качестве полностью управляемого ключа возможно использование тиристора с малым временем восстановления и индивидуальным узлом коммутации.

10 При отпирании полностью управляемого ключа 7 скорость нарастания тока заряда конденсатора 11 ограничивается дросселем 9. Энергия, накопленная в дросселе 9, через риод 10

15 отдается коммутирующему конденсатору 5. При коэффициенте трансформации дросселя 9 равном 1 напряжение на конденсаторе 11 превышает напряжение источника питания на удвоенную величину напряжения коммутирующего конденсатора 5 (без учета влияния, индуктивности монтажных кабелей), т.е. практически равно напряжению питания.

5 Заряд и разряд конденсатора 11 происходит с минимальными потерями, энергия конденсатора при разряде отдается в нагрузку, что позволяет практически без снижения КПД обеспечить требуемую скорость нарастания напряжения на вентилях и свести к минимуму мощность дополнительных защитных RC-цепей, снизить потери в 3aii5iTHbix цепях и уменьшить их габариты и вес.

Энергия, накопленная в дросселе 9 во время заряда конденсатора 11, отдается коммутирующему конденсатору 5 во время его разряда Током нагрузки при вьжлючении силового управляемого вентиля, что позволяет уменьшить емкость коммутирующего конденсатора, его вес и габариты.

Так, при номинальном напряжении источника питаюся 3300 В, коммутируемом токе 500 А (пусковой режим) и полностью управляемом ключе с мгновенной коммутацией при емкости конденсатора 11 равной 2,5 мкФ обеспечивается скорость Нарастания напряжения на управляемых вентилях 200 В/МКС.

При использовании аналога полностью управляемого вентиля скорость нарастания напряжения на вентилях 200 В/МКС обеспечивается при емкости конденсатора 11 равной ,0,825 мкФ.

ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовые управляемые вентили, одни одноименные силовые электроды которьк объединены, а другие образуют выводы для подключения цейи нагрузки, обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирунмцего блока через разделительные вентили соединен с другими ..Л-,. fF 11 i г : 4J одноименными силовыми электродами управляемых вентилей,причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации, отлич. ающийс я тем, что, с целью обеспечения возможности повышения частоты при одновремен(Л ном повышении надежности,КПЛ и улучшения весогабаритных показателей дополнительно введен конденсатор, подключенный к зажиму для подключения нагрузки и к второму выводу коммутирующего блока. ел оо О9 00 ОО