Преобразовательная установка Советский патент 1988 года по МПК H02M7/537 

00 оо

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах для преобразования напряжения первичного источника питания в переменное напряжение регулируемой величины и частоты.

Целью изобретения является повышение надежности преобразовательной установки путем уменьшения величины напряжения, прикладываемого к транзисторам мостового инвертора.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразовательной установки; на фиг.2 - электрическая принципиальная схема мостового и полумостового инверторов; на фиг.З - пример выполнения схемы формированиг задержанных импульсов; на фиг.4 - пример выполнения усилительно-развязывающего узла системы управления мостового инвертора; на фиг.З - пример выполнения фазосдвигающего блока; на фиг.6 - пример выполнения элемента задержки; на фиг.7 - пример выполнения усилительно-развязывающего узла схемы управления полумостовым инвертором; на фиг.8 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразовательной установки.

Преобразовательная установка содержит источник 1 питания, связанный через полумостовой инвертор 2 с мостовым инвертором 3, а также систему 4 управления мостовым инвертором и блок 5 управления полумостовым инвертором 2. Плечи 6 полумостового и мостового инверторов (фиг.2) выполнены в виде соединенных последовательно тиристоров 7 и транзисторов 8, зашунти- рованных обратными диодами 9. Параллельно каждому транзистору 8 включена защитная цепочка 10, содержащая соединенные последовательно когвденса- тор 11 и диод 12, а также резистор 13, включенный параллельно диоду 12. Система 4 управления содержит соединенные последовательно задающий генератор 14, фазорасщепитель 15 и фазо- сдвигающий блок 16, к входу и выходу которого через схемы 17 формирования задержанных импульсов подсоединены усилнтельно-развязьгаающие узлы 18 и 19, выходами связанные с управляющими цепями тиристоров мостового инвертора 3. Вход и выход фазос,твигающего блока непосредственно подсоединены к уси- лительно развязьтающ1-см узлам 19, вы0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ходы которых связаны с управляющими цепями транзисторов мостового инвертора 3.

Блок 5 управления полумостовым инвертором 2 (фиг.) содержит два формирователя 20 управляющих импульсов, каждый из которых вьшолнен в виде соединенных последовательно элемента 21 задержки,а также усилительно-развязывающего узла 22, связанного выходами с управляющими цепями тиристоров полумостового инвертора 2. Кроме того, формирователи 20 управляющих импульсов содержат усилительно-раз- вязьгаающие узлы 23, входами подключенные к входам элементов 21 задержки, а выходами связанные с управляющими цепями транзисторов полумостового инвертора 2. Блок 5 управления содержит также элемент 24 И-НЕ, входом и выходом связанный с входами формирователей 20 управляющих импульсов и входом подсоединенный к счетному входу синхронизируемого триггера фазосдвигающего блока 16.

Задающий генератор 14 может быть выполнен по схеме симметричного мультивибратора, а фазорасщепитель 15 - на одном триггере, работающем в режиме деления частоты.

Схема 17 формирования задержанных импульсов может быть выполнена на логических элементах типа 2И-НЕ (фиг.З) в виде двух однотипных каналов обработки сигнала. Величина задержки импульсов регулируется путем изменения параметров интегрирующей цепи.

Усилительно-развязывающие узлы 18. и 19 могут быть вьшолнены по схеме усилителя мощности с трансформаторным выходом (фиг.4).

Фазосдвигающий блок 16 может быть вьтолнен (фиг.5) в виде соединенных последовательно схемы 25 выделения импульсов, генератора 26 пилообразного напряжения, дифференциального усилителя 27, фазоинвертора 28 и синхронизируемого триггера 29, а также делителя 30 напряжения, связанного с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 27.

Усилительно-развязьшающий узел 22 блока управления полумостовым инвертором может быть выполнен по схеме усилителя с оптеэлектронной развязкой (фиг.7) гальванически несвязанными дополнительными источниками питания .

314

Установка работает следующим образом.

Задающий генератор 14 системы 4 управления формирует на выходе напряжение 31, которое поступает на вход фазорасщепителя 15. При этом на выходах фазорасщепителя формируются импульсы 32 и 33 с длительностью положительной и отрицательной полуволн, равной величине полупериода. Поступая на вход усилительно-развязывающего узла 19, импульсы 32 и 33 обеспечивают формирование на управляющих переходах транзисторов 8 мостового инвертора 3 в течение полупериода отпирающего и запирающего импульсов (диаграмма 34). На выходах схемы 17 формирования задержанных импульсов формируются последовательности импульсов 35 и 36, обеспечивая формирование на выходе усилительно-развязывающего узла двухполярного управляющего тиристорами 7 импульсного напряжения 37.

На вход схемы 25 выделения импульсов фазосдвигающего блока 16 поступают противофазные импульсы 32 и 33, формируя на ее выходах последовательность импульсов 38, управляющую работой генератора 26 пилообразного напряжения. В момент сравнения пилообразного напряжения 39 с управляющим напряжением 40 (диаграмма 41) поступающим с делителя 30, на выходе дифференциального усилителя 27 изменяется полярность напряжения, при этом на вьгходе буферного усилителя фазоинвертора 28 формируется напряжение 42. Поступая на счетный вход синхронизируемого триггера 29, импул сы 42 обеспечивают на его выходах фо мирование последовательностей импульсов 43 и 44, Жесткая синхронизация работь триггера 29 обеспечивается по ледовательностями импульсов 32 и 33, подаваемыми на управляющие входы три г гера. Поступая на вход усилительно- развязываюп его узла 19, импульсные последовательности 43 и 44 обеспечивают формирование на управляющих пе- рерсодах транзисторов 8 мостового инвертор-) двухполярного импульсного напряжения 45. На выходах усилительно-развязывающего узла 18 при этом формируется двухполярное управляющее тиристорами 7 напряжение 46. Таким образом осуществляется регулирование среднего за полупериод значения вы874

ходрюго напряжения 47 иргоертора. Изменение величи1гы управляющего напряжения 40 при водит к изменению длительности нулевой паузы в кривой напряжения 47.

Метчду моментом отпирания транзисторов и моментом отпирания тиристоров водится задержка. Длительность

Q задержки выбирается такой, чтобы ранее проводивший ток транзистор успел перейти из режима насыщения в режим отсечки до открытия очередного тиристора противофазно-управляемого

5 плеча инвертора. Этим исключается возможность протекания сквозного тока по стойке мостового инвертора. Такой алгоритм переключения транзисторов и тиристоров в плечах одной стойки мос0 тового инвертора не только исключает сквозные токи, но и обеспечивает минимальные динамические потери в транзисторах при его включении, так как переход транзистора из режима отсечки в режим

5 насьпцения происходит при коллекторном токе, равном О, ввиду того, что тиристоры только через время С, начинают пропускать ток. Динамические потери при этом оказьшаются локализованы

0 только в тиристорах, которые менее критичны (в отличие от транзисторов) к этому параметру. Включение тиристоров достигается за счет уменьшения величины тока в них с помощью транзисторов до значения менее величины тока удержания. В этом случае через время, равное времени восстановления запирающих свойств тиристора, последние переходят в запертое состояние.

0 Алгоритм управления силовыми ключами полумостового инвертора пол-t : ностью аналогичен рассмотренному алгоритму работы силовых ключей мостового инвертора. Силовые ключи обоих g плеч управляются противофазно с задержкой MOMeHta отпирания тиристоров относительно моментов отпирания транзисторов. Введение дополнительного полумостового инвертора позволяет

р уменьщить величину напряжения, при- кладывае1-(ого к запертым транзисторам мостового инвертора, до единиц вольт. Это достигается за счет отключения мостового инвертора от источ1шка пиgg тания на интервале времени О - t и t.-t, и подк.шочения его к источнику питания на интервале времени t,-t и tj-t. С этой целью напряжение 42, поступающее с выхода фазоинвертора

5

5l

28, подается на элемент И-НЕ и с его .входа и выхода на формирователь 20 управляюпшх импульсов. Непосредственно с входа элемента И-НЕ напряжение 42 поступает на усилительно-раз- вязьшающий узел 23, формируя в базовой цепи транзистора 8 полумостового инвертора токовый импульс 48. Напряжение 42,задержанное с Номощью элемента 21 задержки (фиг.6) подается на усилительно-развязьшающий узел 22 обеспечивая формирование в управляющей цепи тиристора 7 полумостового инвертора токового импульса 49. С выхода элемента И-НЕ управляющее напряжение поступает на усилительно-развязывающий узел 23 другого плеча, формируя в базовой цепи транзистора 8 токовый импульс 50, а также, будучи задержанным на время , формирует на выходе усилительно-развязывающего узла 22 импульс 51 в управляющей цепи тиристора 7 другого плеча. Задержка на f, между включением транзистора и тиристора в плечах по- яумостового. инвертора существенио уменьшает величину динамических потерь в транзисторах 8 полумостового инвертора. Для уменьшения величины динамических потерь в транзисторах полумостового инвертора при их выключении установлены защитные цепочкн 10. В запертом состоянии к транзисторам полумостового инвертора при- кладьюается полное напряжение питания. Отключение мостового инвертора на время 0-t, к t от питающей сети и тунтирование его на это время тиристором 7 и транзистором 8 Позволяет обеспечить процесс переключения силовых ключей мостового инвертора при напряжениях порядка нескольких вольт, а также обеспечить протекание реактивного тока нагрузки Если бы не было защитных цепочек, то после перехода тиристора и транзистора в запертое состояние и повтор- иого приложения напряжения, прикладываемого к запертому транзистору, указанная величина определялась бы его внутренним сопротивлением. Значительно уменьшить эту величину можно было бы, включив параллельно транзистору резистор с величиной сопротивления на один - два порядка ниже величины внутреннего сопротивления запертого тиристора. Однако более эффективно примене1гае защитных цепочек

74.6

10, в момент выключения тиристора сопротивление такой цепочки практически близко к нулю. В результате в течение всего запертого состояния к силовым транзисторам мостового инвертора приложено напряжение на уровне 1-2В. Таким образом, транзисторы мостового инвертора оказьгоаются в облегченном

режиме работы.

Изобретение повьппает надежность преобразовательной установки за счет уменьшения коэффициента нагрузки по напряжению транзисторов мостового инвертора. Введение дополнительного полумостового инвертора формально приводит к некоторому повьш1ению интенсивности отказов преобразовательной установки ввиду увеличения общего числа элементов схемы. Однако помимо

уменьшения напряжения на транзисторах мостового инвертора полумостовой инвертор одновременно является исполнительным органом быстродействующей

системы защиты инвертора от перегрузок, что также повыпает надежность функционирования мостового инвертора.

Формула изобретения

Преобразовательная установка, содержащая источник питания, связанный с ним мостовой инвертор, каждое плечо которого выполнено в виде соединенных последовательно тиристора и

транзистора, зашунтированных обратным диодом, а также систему управления, выполненную в виде соединенных последовательно задающего генератора, фазорасщепителя и фазосдвигающего

блока, выход которого образован пара- фазными выходами синхронизируемого триггера, причем к входу и выходу фа- зосдвигающего блока подсоединены через схемы формирования задержанных

импульсов усилительно-развязывающие узлы, выходами связанные с управляющими цепями тиристоров, а также уси- лительно-развязьшающие узлы, выходами связанные с управляющими цепями

транзисторов мостового инвертора, отличающаяся тем, что, с целью повьш1ения надежности путем уменьшения величины напряжения, при- кладьшаемого к транзисторам мостового инвертора, она дополнительно снабжена полумпстовым инвертором, плечи которого, вьтолненные в виде последовательно соединенных тиристора и транзистора, зпшунтированы обратнц

диодами и крайними выводами подключены к источнику питания, а общим выводом подключен к диагонали постоянного тока мостового инвертора защитными цепочками по числу плеч мостового и полумостового инверторов, каждая из которых включена параллельно транзистору соответствующего плеча и выполнена в виде соединенных последовательно конденсатора и диода, а также резистора, включенного параллельно диоду, и блоком управления полумостовым инвертором, содержащим элемент И-НЕ, к входу и

188748

выходу которого подсоединены два формирователя управляющих импульсов,каждый из которых выполнен в виде со«диg ненных последовательно элемента задержки и усилительно-развязывающего узла, связанного с управляющей цепью тиристора, а также усилительно-развя- зьтающего узла, входом подключеииого к входу элемента задержки а выходом- к управляющей цепи транзистора одного из плеч полумостового инвертора, причем вход элемента И-НЕ подключен к счетному входу синронизируемого триг-i гера.

10

15

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразовательных устройствах. Цель изобретения - повышение надежности. Преобразовательная установка содержит источник 1 питания, связанный через полумостовой инвертор 2 с мостовым инвертором 3, систему 4 управления мостовым инвертором, и блок 5 управления полумостовым инвертором. Алгоритмы управления ключами полумостового и мостового инверторов аналогичны. Силовые ключи обоих плеч управляются противофазно с задержкой Момента отпирания тиристоров относительно моментов отпирания транзисторов . Повышение надежности обеспечивается за счет уменьшения коэффициента нагрузки по напряжению транзисторов мостового инвертора. 8 ил. (Л

Ёи г

Гот -- I . I

1Гг

С

а-с -гЩ-Щ

f

-I-

С

/7

-Щ

-0

гно

Фи2.5

U U

Фиг.

Фиг. 5

Фи2.6

t,-

49 fO

51

t,iar-b.f5

flr-j

JL

,