Способ преобразования постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1987 года по МПК H02M3/135 

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быт1; использо- вано в устройствах принудительной коммутации реверсивных тиристорных импульсных преобразователей постоянного напряжения, нрименяемых в электроприводе, электроснабжении и электротехнологии .

Цель изобретения - повышение КПД при преобразовании постоянного напряжения в постоянное.

На фиг.1 приведена схема преобра- зовател постоянного напряжения в постоянное, реализующая предпоженный способ; на фиг.2 - последовательность действий с электрическими цепями преобразователя по предложенному способу; на - временные диаграммы токов i и напряжений U в устройстве, индексы которых соотБетс 1 в пот номерам входящих в устройство элементов.

Преобразователь содержит активно- индуктивные нагрузки 1 и 2, первые выводы которых объединены в общую точку, связанную с выводами источника 3 напрялсения через блок 4 коммута ции, и два тиристора 5 и 6 Тиристоры 5 и 6 п унтированы обратными тирис торами 7 и 8 соответственно. Вторые выводы нагрузок 1 и 2 соединены с ис точником 3 напряжения -через блок 4 коммутации и через два других тиристора 9 и 10, 11 и 12 соответственно. Тиристоры 9 и 11 шунтированы обратными тиристорами 13 и 14 соответственно,, а тиристоры 10 и 12 шунтированы обратными диодами 15 к 16 соответственно. Блок 4 коммутации .выполнен на токоограничивающем реакторе 17, начало рабочей обмотки 18 которого соединено с концом размагничивающей обмотки 19 и ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ выводом источника 3 напряжения, начало обмот ки 19 соединено с катодом рекупери- р-ующего диода 20, конец обмотки 18 - с анодом разделительного тиристора 21, катод которого соединен с анодом коммутирующего тиристора 22, шунтиро ванного цепочкой из последовательно соединенных коммутирующего реактора 23 и коммутирующего конденсатора 24. Катод тиристора 22 и анод диода 20 соединены с отрицательным выводом ис точника 3 напряжения.

Сущность предложенного способа заключается в следую цем.

398022

Постоянное напряжение источника питания преобразуют в импульсное напряжение на нагрузках формированием периодически повторяю1П1ихся электрических цепей переменной структуры, содержащих индуктивности, емкости, управляемые ключевые элементы (тиристоры) и неуправляемые ключевые эле1Q менты (диоды).

Преобразователь постоянного напряжения, реализующий предложенный способ (фиг.1), работает следующим образом.

5 Коммутация тиристоров, подключивших раздельно вторые выводы нагрузок

Iи 2 к выводу постоянного тока мостовой схемы, происходит одновременно. Этот момент следует с постоянной

2Q частотой, выбираемой исходя из условия минимальных потерь энергии как Б нагрузках 1 и 2, так ив блоке 4 коммутации. В пределах периода повторения момента коммутации (межкоммута25 ционного интервала) тиристоры, по которым протекает ток одной нагрузки, например., 10 и 12 при первом направлении нагрузочного тока или 9,

I1при втором направлении могут вклю- 3Q чаться с различными задержками относительно предыдуьцего момента коммутации. Вследствие этого достигается взаимный сдвиг во времени между включением каждого из тиристоров, по которому протекает ток одной нагрузки, и раздельное регулирование среднего значения напряжения на каждой из нагрузок. Это удовлетворяет требованию раздельного регулирования энергии, подводимой или отводимой от нагрузок

1 и 2.

Один из тиристоров, по которому одновременно протекает ток двух нагрузок, например тиристор 5 при пер- во.м направлении Н 1груз очного тока или тиристор 6 при втором направлении, в интервале холостого хода остается включен-ным и является общей ветвью контуров реактивных токов нагрузок.

35

40

45

50

При подаче управляющих Импульсов на тиристоры 5, 10, 12 нагрузки 1 и

2подключают к выводам постоянного тока и токи нагрузок 1 и 2 протекают

по контурам: источник 3 - обмотка

18 - тиристор 5 - обмотка 18 - тиристор 5 - нагрузка 1 - тиристор 10 - нагрузка- 2 - тиристор 12 - источник

3(фиг,2а). В момент t, (фиг.За-д),

onpeAenneNJbm системой управления, включается тиристор 22. Ток предварительно заряженного конденсатора 24, протекая в контуре: конденсатор 24 - реактор 23 - тиристор 22 - конденсатор 24, перезаряжает его и в момент t, тиристор 22

-j тиристор // выключается.

Управляющие импульсы на тиристоры 21, 1 3 и 1 4 подаются одновременно в момент времени t(фиг.3, в) . Этот момент определяется с задержкой, равной не менее половины периода колебаний энергии в LC-KOHType: конденсатор 24 - реактор 23 - тиристор 22 - конденсатор 24 относительно момента t.

Ток конденсатора 24 протекает (фиг.26) в контурах: конденсатор 24 тиристор 10 - тиристор 13 - тиристор 21 - реактор 23 - конденсатор 24 и конденсатор 24 - тиристор 12 - тиристор 14 - тиристор 21 - реактор 23 - конденсатор 24, обеспечивая в момент времени tj выключение тиристоров 10 и 12-. После выключения этих тиристо- ров избыток коммутирующего тока в те

чение времени выключения

Ч tj- протекает в контурах: конденсатор 24 - диод 15 - Тиристор 13 - тиристор 21 реактор 23 - конденсатор 24 и конденсатор 24 - диод 16 - тиристор 14 - тиристор 21 - реактор 23 - конденсатор 24. Под воздействием ЭДС самоиндукции реактивные токи нагрузок 1 и 2 протекают в том же направлении и замыкаются в контурах холостого хода нагрузка 1 - тиристор 13 - тиристор 5 - нагрузка 1 и нагрузка 2 - тиристор 14 - тиристор 5 - нагрузка 2.

В момент времени t. токи диодов 15 и 16 равны нулю и эти диоды выключаются, размыкая контуры колебательного тока общей LC-ветви: реактор 23 - конденсатор 24. В интервале t - ty к обмотке 18 приложено напряжение источника 3 питания, так как падение напряжения на общей LC-ветви ре- актор 23 - конденсатор 24 в этом интервале близко к нулю. Таким образом в момент времени t снимают напряжение с ВЫВОДОВ постоянного тока и переключают нагрузочные контуры на один вывод постоянного тока.

Начиная с момента tg, когда напряжения на обмотках 18, 19 реактора 17 изменили знак, а напряжение на обмотке 19 превысило напряжение источника 3 питания, в источник 3 по контуру (фиг.2в) обмотка 19 - источник

3 -

диод 20 - обмотка 19 протекает ток рекуперации энергии, накопленной в магнитопроводе реактора 17. В ин

0

5

5

0

0

5

0

5

0

5

тервале

t6 t происходит спад до

нуля тока конденсатора 24, и тиристор 21 выключается.

В следующие периоды продессы повторяются. Для перехода к реверсированию тока в нагрузках 1 и 2 включают тиристоры 21, 8, 7 и выключают тиристор, проводивший обший нагрузочный ток, например тиристор 5 при первом направлении тока. В интервале холостого хода нагрузочные токи замыкаются в контурах нагрузка 1 - тиристор 10 - тиристор 8 - нагрузка 1 и нагрузка 2 - тиристор 12 - тиристор 8 - нагрузка 2 (фиг.1).

В следующий период включают тиристоры 21, 13, 14 и выключают тиристоры, проводившие ток одной нагрузки, например тиристоры 10 и 12 при первом направлении тока. При этом нагрузочные токи замыкаются через источник 3 напряжения по контурам нагрузка 1 - тиристор 13 - обмотка 18 - источник 3 - тиристор 8 - нагрузка 1 и нагрузка 2 - тиристор 14 - обмотка 18 - источник 3 - тиристор 8 - нагрузка 2 до момента, когда нагрузочные токи снижаются к нулю, после чего тиристоры 13, 14 и 8 выключаются. В дальнейшем включают тиристоры 9, 11 и нагрузочные токи протекают по контурам: источник 3 - обмотка 18 - тиристор 9 - нагрузка 1 - тиристор 6 - источник 3 и источник 3 - обмотка 18 - тиристор 11 - нагрузка 2 - тиристор 6 - источник 3 до момента выключения тиристоров 9 и 11.

Так как момент 13 включения тиристоров 13, 14 (фиг.3б,в) определяется моментом равенства суммы нагрузочных токов току конденсатора 24, то для надежного включения тиристоров 21, 13, 14 длительность импульсов управления зтими тиристорами должна быть равна длительности интервала tj

Таким образом, реализации предложенного спосо ба преобразования постоянного напряжения напряжения в постоянное исключает избыточный расход энергии, накопленной в коммутирующем конденсаторе при отключении нагрузок от обоих выводов постоянного тока, и ведет к повьш1ению КПД при исключении взаимного влияния процессов в цепях коммутации и в цепях нагрузок,

51

так как переключение нагрузочных кон туров на один вывод постоянного тока выполняют одновременно со снятием на пряжения с выводов постоянного тока.

Формула изобретения

Способ преобразования постоянного напряжения в постоянное, заключающий ся в том, что от источника постоян него напряжения колебательным током заряжают коммутирующий конденсатор и подают через тиристорную мостовую схему постоянное напряжение от источ ника к нагрузкам для пропуска через них тока, а для снятия постоянного напряжения с нагрузок переключают это на пряжение на токоо раничиваю1ций реак

:-

39802

тор, колебательным током изменяют полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе, отключая при этом нагрузки от вывода постоянного тока тиристорной мостовой схемы, и формируют нагрузочные контуры путем подключения нагрузок к одному выводу постоянного тока тиристорной мостовой схемы, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, указанное снятие постоянного напряжения, отключение нагрузок от вывода постоянного тока тиристорной мостовой схе- 15 мы и подключение нагрузочных контуров на один вывод постоянного тока тиристорной мостовой схемы производят одновременно.

10

Изобретение относится к электротехнике и может.быть использовано в устройствах принудительной коммутации реверсивных тиристорньпс импульсных преобразователей постоянного напряжения. Цепь изобретения - повьше- ние КПД. Способ состоит в том, что от источника постоянного напряжения 3 колебательным током заряжают коммутирующий конденсатор 24. Подают через мостовую схему на тиристорах 5 - 14 постоянное напряжение к активно- индуктивным нагрузкам 1, 2 для пропуска через них тока. При снятии постоянного напряжения с нагрузок 1, 2 переключают это напряжение на токо- ограничивающий реактор 23. Колебательным током изменяют полярность напряжения на койденсаторе 24. Отключают нагрузки 1, 2 от обоих выводов мостовой схемы и подключают все нагрузочные контуры на один вывод постоянного тока мосговой схемы. При этом снятие напряжения с выводов постоянного тока мостовой схемы и указанное переключение нагрузок осуществляют одновременно. Это исключает избыточный расход энергии, накопленной в конденсаторе 24 при отключении нагрузок, а также взаимное влияние процессов в цепях коммутации и цепях нагрузок. 3 ил. с $ сл

о - fl Su.o X Jf f ./- ± - isWTL -Л1,-

Фиг. 2

igti

hh 4 tfl/ff t/7

Фиг J

Составитель Т. Добровольские Редактор С. Патрушева Техред М.Ходанич Корректор С. Р екмар

4240/51

Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полигр афическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4