Преобразователь Советский патент 1987 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к преобразователям со звеном постоянного тока и искусственной коммутацией вентилей, используемым в качестве источников гарантированного питания потребителей переменного ток от ИСТОЧН1ЖОВ питания постоянного тока, например аккумуляторной батареи, и, наоборот, для заряда этой батареи от сети переменного тока. В первом случае преобразователь работает в инверторном, во втором - в вьшрями- тельном режиме. Кроме того, преобразователь целесообразно использовать для питания регулируем ых электродвигателей переменного тока, а также для компенсации реактивной мощности потребителей энергии сети переменног тока, источником питания которой является синхронный генератор.

Целью изобретения является повьше ние надежности преобразователя.

На фиг.1 приведена силовая схема преобразователя; на фиг.2, 3 - то же ее модификации; на фиг.4 - кривые напряжений; на фиг.5 - пример вьтолне- ния системы управления вентилями.

Преобразователь (фиг.1) содержит мост основных вентилей 1-6, групповы коммутирующие вентили 7-10, причем первая пара последовательно включенных вентилей 7, 8 подключена между входными силовыми вьшодами преобразователя, а вторая пара аналогично соединенных вентилей 9-10 - между шинам моста вентилей 1-6. Индивидуальные коммутирующие вентили 11-16 соединены по схеме моста, вьюодами переменного тока подключенного к выходным вьшо- дам моста основных вентилей I - 6 .Для ограничения тока внутреннего короткого замыкания между разноименными электродами вентилей 8, 9 и 7, 10 включены дроссели 17, 18 соответственно. Коммутирующий конденсатор 19 включен между точкой соединения вентилей 8, 9 и 7, 10 и точкой объединения выводов постоянного тока моста коммутирующих вентилей 11-16. Управление вентилями 1-16 осуществляют с помощью блока 20 управления.

В модификации преобразователя (фиг.2) введены дополнительные групповые коммутирующие вентили 21-24, причем вентили 21, 22 соединяют в соответствующей полярности одну правую обкладку коммутирующего конденсато

5

ра I8 с соответствующим выводом постоянного тока моста индив1вдуальных коммутирующих вентилей 11 - 16. Между вьшодами постоянного тока вентилей И - 16 и шинами питания моста основных вентилей 1-6 могут включаться обратные вентили 23, 24.

В другой модификации (фиг.З) источник питания преобразователя должен выполняться со средней точкой, которая через групповые коммутирующие вентили 25, 26 в проводящем и непроводящем направлениях соответст- 5 венно подключена к одной (левой) обкладке коммутирующего конденсатора 19 и через аналогично включенные вентили 27, 28 (служащие для улучшения формы кривой напряжения преобразователя) - к другой (правой) обкладке конденсатора 19. Дроссели 29-34, включенные последовательно в цепи каждого вентиля 1-6 (так же, как и дроссели 17, 18 на фиг.1), служат для ограничения тока внутреннего короткого замыкания и перезаряда коммутирующего конденсатора при малом токе нагрузки.

Система управления (фиг.5) включает в себя последовательно включенные задающий генератор 35 и распредег литель 36 импульсов, выполненный по пересчетной схеме. К выходам распределителя 36 импульсов подключены формирователи 37 импульсов, выполненные, например, в виде одновибраторов, и одновибраторы 38 с управляющими входами, выходы которых связаны с управляющими входами соответствующих вентилей через формирователи 39 импульсов . Управляющие входы одновибраторов 38 через последовательно включенные нуль-орган 40 и выпрямитель 41 подключены к обкладкам коммутирующего конденсатора 19. В нуль-органе 40 вырабатьшается сигнал, равный разности напряжения U (с конденсатора 19) и напряжения задания

Принятые на фиг.4 обозначения:

0

5

0

5

50

и.., и

- потенциал точки А относид - л тельно потенциала условной средней

точки источника питания при.номинальной нагрузке и при перегрузке; U-,g - напряжение на коммутирующем конденса- 55 торе 19; Ug - напряжение на вентиле, обратном запираемому.

Рассмотрим работу преобразователя показанного на фиг.1, в инверторном i

режиме при индуктивно-активной нагрузке с cos cf О,55.

Пусть Б системе установился стационарный периодический процесс и в момент, предшествующий моменту t (фиг.4)5 ток нагрузки проводят вентили 1, 2, 3, конденсатор 19 заряжен до напряжения этом 2Ug-7 Uj.p Ug, где Ug- - напряжение на шинах звена (батареи) постоянного тока, положительно заряжена правая обкладка конденсатора. В момент t с помощью системы 20 управления подают отпирающие г-гмиульсы на вентили 7 к 11. Вследствие этого вентиль I оказьшается под напряжением конденса™ тора i 9 за вычетом напряжения U . и падения напряжения на дросселе 17, а вентиль 4 - только под напряжением конденсатора. Вентиль 1 обесточивается и начинается восстановление его вентильных свойств, Конденсатор 19 разряжается и перезаряжается током нагрузки - током фазы А,

Величина емкости конденсатора и напряжение на нем выбирают такими, что к моментз снижения напряжения на конденсаторе до П;- Ug + U, при данной величине тока нагрузки вентильные свойства запираемого вентиля 1 восстанавливаются, где и., - напряжение запаса (U 10-50 В)

При перезаряде конденсатора током нагрузки до напряжения (U) U;.. по- дают отпирающий импульс на вентиль 12, а вентиль 7 запирается по цени j2-19-7-18-2-12. Потенциал точки А становится равным по абсолютной величине, но противофазным по знаку потенциалу этой же точки в момент, непосредственно предшествующий моменту tp. Ток фазы А нагрузки, ранее протекавший по цепи конденсатора 19 и вентиля 11, начинает протекать по цепи вентилей 11-12, разгрзгакая тем самым вентиль 2, На вентиль 4 может быть подан отпирающий импульс. Вентиль 4 начинает работать в дежурном режиме.

Вентиль 4 начинает проводить ток фазы А после того, как будет израсходована энергия магнитного поля, накопленная нагрузкой этой фазы. Процесс запирания вентиля 2 начинается с подачи отпирающих импульсов на вентили 8 и 12, Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогична рассмотренному вьше.

При питании потребителей, требующих большой перегрузочной способности, целесообразно дополнять схему (фиг.1) еще двумя групповыми коммутирующими вентилями - 9 и 10. В этом случае энергия, накопленная в конденсаторе 19, при коммутации полностью используется для восстановления вентильных свойств запираемого вентиля. Для этого после начала коммутации и снижения Uj. до U 7 U + Uj подают отпирающий импульс на тот из групповых коммутируюгядсс вентилей, который противофазен ранее включенному групповому вентилю. Например, при запирании вентиля 1 в моментJ. соответствующий названной велА-гчиие Uj-., подают отпирающий иьшульс на вентиль 9, Благодаря этому на запираемом вентиле снова увелич1свается обратное напряжение (на величину Up + U.,) . Одновременно запт-грается вентиль 7, Задержка подачи отпирающего импульса на вентиль 9 относительно вентиля 7 определяется одновибратором 38} на управляемый вход которого подается сигнал от нуль органа 40, производящего сравнение заданного напряжения U ,, конденсатора 19 с фактическим его напряжением Up, предварительно Бьшрямленным с помощью выпрямителя 41 (фиг.5).

Коммутационная способность преобразователя значительно увеличивается

Да.г1ьнейша я работа преобразователя происходит аналогично рассмотренному

rfa фиг.2 приведена модификация преобразователя, которьм благодаря

наличию вентилей 21-24 может работать при выбранной форме кривой напряжения и при нагрузке с cos ,55, поскольку кривая его напряжения становится инвариантной к характеру нагрузки. Благодаря калич1то управляемых вентилей 2, 22 вентили 7, 8 могут быть неуправляемыми. Преобразователь по фиг.2 работает аналогично преобразователю по фиг.1 с той лишь разницей, что в моменты запирания основных вентилей отпираюш е импульсы подают на вентили 21 (22), а не 7(8); Кроме того, при подаче отпирающих импульсов на вентиль 12 (при запираНИИ вентиля 1) одновременно или с некоторым запаздьгоанием, равным и.пи большим времени перезаряда конденсатора 19, подают отпирающ ш иьшульс на вентиль 24, а при запирании венти-

ля четной группы подают отпирающий импульс на вентиль 23.

В другой модификации преобразователя (фиг.З) используется отвод от I средней точки источника питания шин постоянного тока, В качестве этого отвода может быть использована средняя точка, образованная делителем

напряжения на конденсаторах, что поз- д кривых напряжения. Кроме того, сниже- воляет еще больше снизить напряжение на крутизна нарастания анодного нана вентиле, противофазном запираемому, в наиболее ответственном режиме - режиме перегрузки. Для этого после снижения напряжения на конденсаторе 19, последовавшего за включением вентиля 7 (при запирании вентиля 1) сначала отпирающий импульс подают на вентиль 27 и лишь потом на вентиль 9. Тем самьм импульс обратного напряжения на запираемом вентиле и, соответ- ственно, на противофазном ему вентиле в ходе одной коммутации возникает не один (кривая 1), не два (кривая UJ,), а три раза.

Дроссели 29 - 34, включенные в ветви мостовой,схемы (фиг.З),могут быть включены аналогично и на схемах фиг.1 и 2. И, наоборот, вместо дросселей 29 - 34 или в дополнение к ним в схему фиг.3 могут быть включены дроссели 17, 18.

В предлагаемом устройстве повьш1е- ние надежности достигается подключением цепи из двух групповых коммутирующих вентилей между шинами постоянного тока в обратном направлении по отношению к напряжению на упомянутых шинах; подключением второй цепи из двух последовательно соединенных вентилей между шинами постоянного тока преобразователя согласно с напряжением на упомянутых шинах; дополнением системы зшравления преобразователя блоком управления этими вентилями, включающим в себя узел задержки подачи управляющих импульсов, к входу которого подключен выход введенного датчика напряжения коммутирующего конденсатора или датчика тока нагрузки.

Выполнение перечисленных мероприятий позволяет снизить максимальное : : напряжение на основных вентилях, крутизну спада тока в запираемом йенти- ле и, как следствие, время, требуемое для восстановления вентильной прочности запираемого вентиля, а также уменьшить содержание высших гарионических в кривой напряжения коммутирующего конденсатора. Снижение до нуля Бремени между очередными коммутациями (отпадает необходимость пре- доставля.ть время рля восстановления вентильной прочности упомянутых групповых коммутирующих вентилей) расширяет возможности по формированию

пряжения на вентилях. Повьштение коммутационной (перегрузочной) способности преобразователя также повышает его надежность.

Снижение максимального напряжения на вентилях позволяет выполнять преобразователь на вентилях более низко- го класса по напряжению, что создает

предпосылки для применения вентилей с меньшей величиной времени восстановления вентильной прочности, которое функционально связано с их классом по напряжению.

Ф о р м ула изобретения

1. Преобразователь, содержащий основные вентили, соединенные по мостовой схеме, индивидуальные коммутирующие вентили, подсоединенные к ветвям мостовой схемы и объединенные в анодную и катодную группы, обш;ие точки которых соединены с первой обкладкой коммутирующего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к средней точке первой цепи из двух соединенных последовательно групповых коммутирующих вентилей, подключенной между шинами постоянного тока преобразователя, а также систему управления, обеспечивающую одновременную подачу отпирающих импульсов на очередной индивидуальньй и соответствующий групповой коммутирующие вентили, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения напряжения на основных вентилях, цепь групповых комму- . тирующих вентилей подключена в обратном направлении по отношению к напряжению на шинах.

2. Преобразователь по п.1, о т - 5дличающийся тем, что он снабжен второй цепью из двух последовательно соединенных групповых вентилей, включенной между шинами постоянного тока преобразователя сог7 1359873

ласно с напряжением на этих шинах, а равляющих импульсов, к входу которого система управления дополнена.блоком - подключен выход введенного датчика управления этими вентилями, включаю- напряжения коммутирующего конденса- щим в себя узел задержки подачи уп- тора или тока нагрузки.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является повьшение надежности преобразователя. Устройство содержит мост основных вентилей 1-6 и групповые коммутирующие вентили 7-10. Индивидуальные коммутирующие вентили 11-16 соединены по схеме моста. Для ограничения тока внутреннего короткого замыкания между разноименными электродами вентилей 7-10 включены дроссели 17, 18. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. IB с- € (Л С /« 16 гг ш А -о в С Ч) со СП СО СХ) vj 00 20 3 Ux-//f

Ги

rff

.А

-о

е

-O V.

с

-о

1

JZ

qOus.2

I

Фиг.

к 6ентилю7

К8ецтилю$ 33 I

(/с (от W

К SeHfTJujyc Ю

К 8eHmujjHf8 -

К (рармиробателям импупьа)8 оентилеи 1-6, п-16

Фиг. 5

Составитель Г.Мыцык Редактор А.Маковская Техред М.Дидык Корректор А.Тяско

Заказ 6161/54 Тираж 659Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие.Ужгород,ул.Проектная, 4