Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1990 года по МПК H02M7/162 

СП

СО

о

Ј СО

СЈ

31536 93

Изобретение относится к преобраовательной технике и может быть исользовано для электропитания автоомных инверторов напряжения, двигаелей постоянного тока и других анаогичных устройств.

Цель изобретения - упрощение и сниение потерь энергии при коммутации.

На фиг.1 показана принципиальная JQ схема преобразователя переменного наряжения в постоянное; на фиг.2 - временные диаграммы токов и напряжений в преобразователе, поясняющие принцип его работы в выпрямительном режиме; на фиг.З - то же, в инвертор- ном режиме.

Преобразователь содержит входные выводы для подключения к источнику 1 переменного напряжения, который через 2Q индуктивный реактор 2 соединен с входом переменного тока силового тирис- орного моста, управляемого от узла 3 управления, Параллельно входу пееменного тока указанного моста вклю- 25 ены узел искусственной коммутации и уферный узел. Последний выполнен в виде двух параллельно соединенных цепей, одна из которых содержит последовательно включенные встречно-параллельно соединенные тиристор k и диод 5 с конденсатором 6. Аналогичным образом включены тиристор 7, диод 8 и конденсатор 3, Узел искусственной коммутации выполнен в виде последовательно соединенных между собой 35 встречно включенных тиристоров 10 и 11, конденсатора 12 и дросселя 13. Выводы постоянного тока силового ти- ристорного моста на тиристорах 14-17 образуют выходные выводы для подклю- 0 чения нагрузки 18„

В выпрямительном режиме пресбразо-1 ватель работает следующим образом.

При включении источника 1 переменного напряжения происходит заряд 5 демпфирующих конденсаторов 6 и 9 через диоды 5 и 8. Предположим, что они зарядились до величины напряжения, несколько превышающего амплитуду напряжения источника питания Uc, 50 за счет колебательного характера процесса их заряда-, напряжением противоположного знака. Включением тиристора 10 коммутирующий конденсатор 12 заряжается до амплитуды напряжения 55 источника питания отрицательным знаком относительно нижнего вывода источника пит-ания. Для обеспечения сек30

Q 5 5 0

5 0 5

0

торного регулирования выходного напряжения, в соответствии с требуемой величиной напряжения в нагрузке, в момент времени t, (фиг.2) включаются тиристоры 1 и Т/,

При включении указанных тиристоров в нагрузке 18 начинает протекать ток ic источника 1 переменного напряжения В момент времени t включается тиристор 4 и производится частичный разряд демпфирующего конденсатора 6. При этом конденсатор разряжается током Д° напряжения источника питания, отдавая энергию в нагрузку 18 и в источник переменного напряжения. Далее тиристор выключается, и с момента времени ц конденсатор дозаряжается до амплитуды напр яжения источника питания через диод 5. В момент времени t,, происходит формирование заднего фронта сектора напряжения в нагрузке. Для этого включается тиристор 11, подключая при этом к входу тиристор- ного моста напряжение коммутирующего конденсатора UCK полярностью, противоположной полярности полуволны напряжения источника переменного напря- i жения. В этот же момент времени исключается тиристор 15 (или 16) для замыкания тока нагрузки при ее индуктивном характере.

Конденсатор 12 начинает перезаряжаться по цепи: конденсатор 12 - дроссель 13 - источник 1 - реактор 2 - тиристор 11 - конденсатор 12 и по цепи: конденсатор 12 - дроссель 13 - тиристор 17 - тиристор 15 - тиристор 11 - конденсатор 12, выключая при этом тиристор 17. Напряжение на конденсаторе 12 изменяет знак на противоположный и в момент времени t напряжение на нем достигает величины напряжения на демпфирующем конденсаторе 6 и основная часть тока перезаряда конденсатора 1. 1СК отводится в демпфирующую емкость 6. При этом демпфирующая емкость б и коммутирующий конденсатор 12 заряжаются до напряжения, незначительно большего амплитуды напряжения источни.ка 1 переменного напряжения, за счет того, что емкость демпфирующего конденсатора 6 выбирается много большей, чем емкость коммутирующего конденсатора 12, что позволяет исключить перенапряжение в преобразователе. После окончания коммутационного процесса, тиристор 11 выключается и напряжение на емкости 6

(Ucc

153

-cpi) не изменяется до прихода следующей положительной полуволны напряжения. При этом остаются включенным тиристоры 14 и 15.

При отрицательной полуволне питающего напряжения в момент времени t6 включаются тиристоры 16 и 15, формиру при этом передний фронт напряжения в нагрузке. Происходит выключение тиристора Ik, через который замыкается ток нагрузки 18, обусловленный наличием в ней индуктивности по цепи: нагрузка 18 - тиристор 15 тиристор 14 - нагрузка 18, напряжением источника 1 питания, подключенным по цепи: источник 1 - тиристор 16 - тиристор 14 - реактор 2 - источник 1.

В момент времени t7 производится частичный разряд конденсатора 9 включением тиристора 1. В момент времени to конденсатор 9 разряжается до напряжения источника питания током i и далее дозаряжается до амплитуды напряжения источника питания. В момент времени ц включается тиристор 10, подключая при этом коммутирующий конденсатор 12 к входу тиристорного моста по цепям: конденсатор 12 - тиристор 10 - тиристор 15 и конденсатор 12 - дроссель 13 - тиристор 16. В этот же момент времени включаются тиристоры 16 и 17, замыкая ток нагрузки 18 по цепи: нагрузка 18 - тиристор 1 - тиристор 16 - нагрузка 18.

Тиристор. 15 выключается током перезаряда коммутирующего конденсатора 12 по цепи: конденсатор 12 - тиристоры 10-15-17 дроссель 13 конденсатор 12 в момент времени t10 ; напряжение на коммутирующем конденсаторе 12, изменив знак, достигает величины напряжения на демпфирующем конденсаторе 9, и происходит дозаряд. После окончания коммутационного процесса тиристор 10 запирается. При смене знака питающего напряжения процесс происходит аналогичным образом.

При включении тиристоров 14 и 17 выключается тиристор 16. Далее процесс повторяется. На диаграммах напряжение и ток на входе силового тиристорного моста обозначены символами UM и 1М соответственно.

В инверторном режиме преобразователь работает следующим образом. (фиг.З).

Предположим, что в момент времени tj, конденсаторы 6, 9 и 12 заряжены до

ыми

юруяв яаи:

юиряатнс.

10

амплитуды питающего напряжения (конденсатор 6 - положительной полярностью, а конденсаторы 9 и 12 - отрицательной полярностью) и включены тиристоры 14 и 15 по которым протекает ток нагрузки 18. В момент времени t| включают тиристоры 11 и 16. При этом ток нагрузки 18 замыкается по цепи: нагрузка 18 - тиристоры 15 и 11 - конденсатор 12 - дроссель 13 тиристор 16, перезаряжая коммутирующий конденсатор 12. В момент времени t напряжение на коммутирующем конденсаторе

г 12 достигает величины напряжения источника 1 питания, начинает протекать ток нагрузки 18 встречно напряжению источника питания, т.е. происходит рекуперация энергии из нагрузки в пи20 тающую сеть.

В процессе нарастания этого тока он частично заряжает демпфирующий конденсатор 6 через диод 5. В момент времени t 3 напряжение на индуктивном ре25 акторе 2 снижается до нуля и прекращаются процессы перезаряда коммутирующего конденсатора 12 и дозаряда демпфирующей емкости 6, Тиристор 11 выключается. В момент времени t| вклю, чается тиристор 4 и конденсатор 6 на интервале времени t|-t разряжается до величины напряжения источника питания, В момент времени tg включается тиристор 17. Ток нагрузки 18 в источнике напряжения 1 начинает спадать и

35 в момент времени t спадает до нуля. При этом формируется задний фронт сектора тока в источнике 1.

В отрицательный полупериод напряжения источника переменного напряжения преобразователь работает аналогично. При этом работают демпфирующий конденсатор 9, коммутирующий тиристор 10 и тиристоры 17 и 14. После прохождения тока нагрузки в источник переменного напряжения ток нагрузки замыкается через включенные тиристоры 14 и 15. Далее процесс повторяется.

40

45

Первоначальный заряд демпфирующих конденсаторов и коммутирующей емкости обеспечивается подключением источника переменного напряжения к преобразователю в момент времени, когда напряжение на его выводах равно нулю, чтобы исключить возможность заряда емкостей до напряжения, значительно большего, чем напряжение источника питания за счет колебательного характера заряда демпфирующих и коммутирующего конденсаторов.

Формула изобретения

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой тиристорный мост, вход переменного тока которого связан с вход ными выводами, а выход постоянного тока соединен с выходными выводами, узел искусственной коммутации, выполненный в виде цепи последовательно соединенных между собой дросселя, конденсатора и основного тиристора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и снижения потерь энергии при коммутации, дополнительно

введены тиристор, индуктивный реактор и буферный узел, при этом дополнительный тиристор включен встречно- параллельно основному в узле искусственной коммутации, включенном также как и буферный узел, параллельно входу переменного тока силового ти- ристорного моста, а индуктивный реактор включен между одним из входных выводов и входом переменного тока указанного моста.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что буферный узел выполнен в виде двух параллельно соединенных цепей, каждая из которых содержит последовательно включенные конденсатор и встречно-параллельно соединенные диод и тиристор.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для электропитания автономных инверторов напряжения, двигателей постоянного тока и других аналогичных устройств. Цель изобретения - упрощение и снижение потерь энергии при коммутации. Эффект обусловлен сокращением количества элементов узла искусственной коммутации, который содержит два тиристора 10,11, дроссель 13, конденсатор 12 и включен в диагональ переменного тока силового моста на тиристорах 14-17. Наличие индуктивного реактора 2 в цепи соединения источника 1 переменного тока и силового тиристорного моста позволяет совместно с буферным узлом, выполненным на тиристорах 4,7, диодах 5,8 и конденсаторах 6,9, улучшить защиту от внешних перенапряжений и перекрестных помех, связанных с коммутационными процессами, при групповой работе преобразователей. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

М

Фиг. 2

Р//ЯЗ