Преобразователь постоянного напряжения в постоянное Советский патент 1990 года по МПК H02M3/135 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях с регулированием величин тока на их выходе.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного тока в начальном интервале пуска до значений, больших номинального, и уменьшение потерь электроэнергии и стой- мости оборудования.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы напряжений и токов в элементах преоб- разователя в начальном интервале пуска и установившемся режиме работы.

Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) содержит силовые (ключевые) тиристоры 1 и 2, выпрямительные вентили (тиристоры) 3 и 4, автотрансформатор 5, сглаживающий реактор 6, генератор 7 импульсов напряжения коммутации, включающий автономный инвертор напряжения на тиристорах 8-11с встречными диодами 12-15 и колебательный контур, содержащий реактор 16 и конденсатор 17, для коммутации тока тиристоров инвертора, импульсный трансформатор 18, вторичные об- мотки 19 и 20 которого включены последовательно в цепь выхода инвертора, образзпощую выходы генератора импульсов, а выводы первичной обмотки 21 соединены с выходными клемма- ми инвертора, дополнительные тиристоры 22 и 23, дополнительные диоды 24 и 25, соединенные с отпайками автотрансформатора 5, и блок 26 управления, формирующий импульсы тока уп- равления в заданной временной последовательности для отпирания тиристоров преобразователя. Нагрузка 27 преобразователя присоединена к сред5

0

Q

„ 5

ней точке 28 автотрансформатора 5 через реактор 6, а выходы генератора 7 импульсов напряжения коммутации соединены с выводами 29 и 30 преобразователя через дополнительные тиристоры 23 и 22.

Выходы блока 26 управления через блоки 31-38 гальванической развязки связаны с управляющими переходами соответственно тиристоров 1,2,8,9, 10,11,22,23,3 и 4. На входе преобразователя включен Г-образный LC- фильтр, содержащий реактор 39 и конденсатор 40.

Преобразователь работает следующим образом.

л

В начальном интервале пуска преобразователя импульсы тока управления поступают в цепи управляющих переходов тиристоров 8,9 и 10,11 и с некоторой задержкой относительно импульсов напряжения коммутации в цепи управляющих переходов тиристоров 22 и 23.

После окончания начального интервала пуска тиристоры 8,9 и 22, а также 10,11 и 23 отпираются одновременно. При этом с некоторым опережением по отношению к импульсам напряжения коммутации, определяемым величиной напряжения на выходе или током нагрузки, поступают импульсы тока управления в цепи управляющих переходов тиристоров 1 и 2 и в моменты выключения вентилей генератора импульсов коммутации в цепи управляющих переходов тиристоров 3 и 4.

В начальный период пуска тиристоры 1,2 и 3,4 заперты и преобразование постоянного напряжения осуществляется автономным инвертором генератора импульсов напряжения коммутации и выпрямительными диодами 24 и 25.

В момент времени t импульс тока

La

поступает в цепи управляющих

переходов тиристоров 8 и 9. При этом на выходе инвертора и на первичной обмотке трансформатора 18 формируется прямоугольный импульс напряжения UR положительной полярности (фиг.2). Амплитуда этого импульса трансформатором 1 8 увеличивается на 16-20%. Б момент времени t2 импульс тока 1аз поступает в цепь управляющего перехода

реходов тиристоров 10 и 11, отпирание которых приводит к появлению импульса напряжения U к положительной полярности на выходе инвертора в точке Ь. Амплитуда этого импульса трансформатором 18 также увеличивается на 10-20%. Далее при появлении импульса тока управления в цепи управляющего перехода тиристора 23 электромагнитные процессы в преобразователе протекают аналогично описанным.

Б установившемся режиме работы преобразователя в начальном периоде пус-

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях с регулированием величины тока на их выходе. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного тока в начальном интервале пуска до значений, больших номинального, и уменьшение потерь электроэнергии и стоимости оборудования. Устройство состоит из двух цепочек, подключенных к входному Г-образному LC-фильтру, каждая из которых состоит из силового тиристора 1 (2) и управляемого выпрямительного вентиля 3 (4). К точкам соединения тиристора 1 с вентилем 3 и тиристора 2 с вентилем 4 подключена обмотка автотрансформатора 5 и через дополнительные тиристоры 22, 23 - выходы генератора импульсов напряжения коммутации. Вывод 28 от средней точки обмотки автотрансформатора через реактор 6 соединен с нагрузкой 27, другим выводом соединенной с общим выводом. Обмотка автотрансформатора снабжена дополнительными отпайками, каждая из которых через дополнительный диод 24 (25) соединена с общим выводом. Блок управления 26 формирует импульсы управления тиристорами и выпрямительными вентилями, причем для последних формирование импульсов осуществляется после завершения начального интервала пуска преобразователя. Указанное выполнение устройства обеспечивает увеличение тока через нагрузку при неизменном уровне тока через тиристоры 1, 2 или 22, 23. Это обеспечивает устойчивую работу устройства при увеличении тока нагрузки без увеличения амплитуды импульса тока через колебательный контур 16-17. 3 ил.

тиристора 22, отпирание которого при- 15 ка напряжение на его выходе определяется выражением

,, K2 2f (ТИ-Т1К ) ; TjK ta-t3,

где Е К.К

водит к появлению импульса напряжения и| в контуре, образованном конденсатором 40, вторичной обмоткой трансформатора 18, тиристором 22, полуобмоткой автотрансформатора 5, ре- 20 актором 6 и нагрузкой 27. При этом через нагрузку протекает результирующий ток, обусловленный током в цепи указанного контура и током, наведенным во второй иолуобмотке автотранс- 25 форматора 5. Через тиристоры 8 и 9 протекает результирующий ток нагрузки и контура коммутации. Поскольку амплитуда импульса тока 1К контура коммутации превышает макси- 30 мальное значение тока нагрузки более чем в 2 раза, то в момент времени Ц ток через вентили инвертора меняет свое направление, и обратная полуволна тока протекает через диоды 12 и 13. С этого момента вермени начинается процесс восстановления запирающих свойств тиристоров 8 и 9. Для обеспечения устойчивой работы преобразователя необходимо выполнение условия, при котором амплитуда импульса тока контура коммутации больше максимального значения тока нагрузки и длительность импульса тока через встречные диоды 12 и 13 больше време- ни восстановления запирающих свойств тиристоров инвертора.

В момент времени t ток через дио-

f ТЛ.

Т

li(

35

40

напряжение источника питания; коэффициенты трансформации трансформаторов 5 и 18; частота инвертирования; длительность импульсов напряжения коммутации; время задержки отпирания дополнительных тиристоров по отношению к моментам отпирания тиристоров инвертора. Ток через нагрузку iH благодаря большой индуктивности реактора 6 име- ет пульсации пилообразной формы ам- пли туд ой 3 5 %.

После уменьшения времени задержки отпирания тиристоров 22 и 23 до нуля вводятся в работу силовые тиристоры 1 и 2, которые отпираются импульсами тока 1у5ДмЈ.«

В момент времени tj импульс тока iijj поступает в цепь управляющего перехода тиристора 1, отпирание которого вызывает протекание тока ivl по контуру, образованному конденсатором 40, тиристором 1, полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27. С этого момента времени напряжение в нагрузочной цепи иьых практически равно напряжению на конденсаторе 40.

Б момент времени t импульс тока

ды 12 и 13 становится равным 0 и на

вентилях 8,12 и 9,13 восстанавливает- поступает в цепь управляющего песя напряжение. При этом тиристоры 8рехода тиристоров 8,9 и 22, отпирание

и 9 остаются в запертом состоянии.которых приводит к увеличению напряПосле выключения диодов 12 и 13 токжения U6wx на величину напряжения на

нагрузки протекает по контуру, в ко-вторичной обмотке трансформатора 18.

торый входят секция обмотки автотранс-vrВ результате напряжение на аноде тиформатора 5, сглаживающий реактор 6ристора 1 становится отрицательным

и нагрузка.и он запирается. С этого момента вреВ момент времени t$ импульс токамени начинается процесс восстановлеijk поступает в цепи управляющих пе-ния его запирающих свойств, А ток нагде Е К.К

0 5 0

f ТЛ.

Т

li(

5

0

напряжение источника питания; коэффициенты трансформации трансформаторов 5 и 18; частота инвертирования; длительность импульсов напряжения коммутации; время задержки отпирания дополнительных тиристоров по отношению к моментам отпирания тиристоров инвертора. Ток через нагрузку iH благодаря большой индуктивности реактора 6 име- ет пульсации пилообразной формы ам- пли туд ой 3 5 %.

После уменьшения времени задержки отпирания тиристоров 22 и 23 до нуля вводятся в работу силовые тиристоры 1 и 2, которые отпираются импульсами тока 1у5ДмЈ.«

В момент времени tj импульс тока iijj поступает в цепь управляющего перехода тиристора 1, отпирание которого вызывает протекание тока ivl по контуру, образованному конденсатором 40, тиристором 1, полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27. С этого момента времени напряжение в нагрузочной цепи иьых практически равно напряжению на конденсаторе 40.

Б момент времени t импульс тока

грузки протекает но контуру, образованному конденсатором 40, тиристором 8, вторичной обмоткой трансформатора 18, тиристором 22, иолуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27. В момент времени Ц ток через вентили 8 и 12 меняет направление и переходит с тиристора 8 в цепь диода 12. Таким образом, процесс коммутации тока через тиристоры 8 и 9 происходит аналогично описанному. В момент времени t4 ток через диод 12 становится равным 0. С этого- момента времени, если завершился начальный интервал пуска, с выхода блока 26 управления поступает импульс тока в цепь управляющего пер хода тиристора 3, он отпирается и напряжение UK в точке а становится равным падению напряжения на его аноде и нагрузочный ток протекает по контуру: тиристор 3, нолуобмотка автотрансформатора 5, реактор 6 и на

30

грузка 27. В начальном интервале пус-25 ма тяговых двигателей транспортного

средства отпирающие импульсы тока не подаются в цепи управляющих переходов тиристоров 3 и 4 и ток нагрузки с отпайки автотрансформатора протекает либо через диод 24, либо через диод 25, обеспечивая при этом увеличение тока через нагрузку при сохранении на прежнем уровне тока через тиристоры 1,2 или 22,23. Это позволяет обеспечить уст.ойчивую работу преобразователя при большем токе через нагрузку без увеличения амплитуды импульса тока через колебательный контур 16-17.

35

ка тиристор 3 остается в запертом состоянии и ток нагрузки протекает через диод 24.

В момент времени ts импульс тока управления 1уь поступает в цепь управляющего перехода тиристора 2. Его отпирание вызывает протекание тока нагрузки iv по контуру, образованному конденсатором 40, тиристором 2, второй полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27. С этого момента времени напряжение U. снова становится равным напряoblx

жению на конденсаторе 40.

В момент времени t5 импульс тока . iy, поступает в цепь управляющих пе- реходов тиристоров 10,11 и 23, отпирание которых приводит к увеличению напряжения UK в точке b на величину напряжения на вторичной обмотке транс- входной, выходной и общий выводы для форматора 18, и происходит запирание подключения источника постоянного на- тиристора 2. С этого момента времени пряжения и нагрузки соответственно, ток нагрузки протекает по контуру: Г-образный LC-фильтр, включенный межконденсатор 40, тиристор 10, вторичная обмотка трансформатора 18, тиристор 23, вторая полуобмотка автотрансформатора 5, реактор 7 и нагрузка 27.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий

ду входным и общим выводами, подключенные к выходу фильтра две цепочки, каждая из которых состоит из «Остречно включенных силового тиристоВ момент времени t7 ток через диод 14 становится равным 0. С этого момента времени с выхода блока управления по-, ступает импульс тока в цепь управ- ляющего перехода тиристора 4, он отпирается и напряжение UK в точке b становится равным падению напряжения

0

на его аноде и нагрузочный ток протекает но контуру: тиристор 4, вторая полуобмотка трансформатора 5, реактор 6 и нагрузка 27. Далее электромагнитные процессы в преобразователе периодически повторяются.

Напряжение на первичной обмотке автотрансформатора WT, имеет прямоугольную форму со ступеньками, обусловленными импульсом напряжения коммутации UK и паузой в работе тиристоров 1 и 2.

Ток через нагрузку преобразовате- 5 ля iH при наличии в ее цени большой индуктивности в установившемся режиме его работы имеет пилообразную форму с длительностью спадающего интервала, равной паузе открытого состояния тиристоров 1 и 2.

В результате того, что диоды 24 и 25 на схеме фиг. 1 катодами подключены к отпайкам автотрансформатора 5, в начальном интервале пускового реживходной, выходной и общий выводы для подключения источника постоянного на- пряжения и нагрузки соответственно, Г-образный LC-фильтр, включенный межФормула изобретения

входной, выходной и общий выводы дл подключения источника постоянного н пряжения и нагрузки соответственно, Г-образный LC-фильтр, включенный ме

Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий

входной, выходной и общий выводы для подключения источника постоянного на- пряжения и нагрузки соответственно, Г-образный LC-фильтр, включенный между входным и общим выводами, подключенные к выходу фильтра две цепочки, каждая из которых состоит из «Остречно включенных силового тиристо

ра и управляемого выпрямительного вентиля, а также вход генератора импульсов коммутации силовых тиристоров, выходы которого через дополнительные тиристоры подключены к общим точкам соединения силовых тиристоров с выпрямительными вентилями

соответствующих указанных цепочек, автотрансформатор, фазные выводы обмотки которого подключены к соответствующим указанным общим точкам соединения силовых тиристоров с выпрямительными диодами, а ее вывод от средней точки через сглаживающий реактор подключен к выходному вывод и блок управления, выходы которого через соответствующие блоки гальванической развязки соединены с управляющими входами силовых тиристоров и управляемых вентилей, отличающийся тем, что, с целью .расширения диапазона регулирования

tit,

выходного тока в начальном интервале пуска до значений, больших номинального, уменьшения потерь электроэнергии и стоимости оборудования, обмотка автотрансформатора снабжена дополнительными отводами, расположенными по разные стороны от средней точки, каждый из которых через дополнительно введенный диод соединен с общим выводом, а блок управления выполнен обеспечивающим формирование импульсов управления для выпрямительных вентилей после завершения начального интервала пуска преобразователя.

Ыя

ъь

Фиг. г

Редактор А.Огар

Составитель Т.Добровольские

Техред М.Ходанич Корректор М.Кучерявая

Заказ 227

Тираж 486

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Шиг.З

Подписное