Преобразователь постоянного напряжения в постоянное с плавным регулированием Советский патент 1991 года по МПК H02M3/315 

1

(21)4313064/07; 4331499/07

(22)05.10.87

(46) 23.03.91. Бгол. № 11

(71)Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта

(72)Л.Г.Кощеев

(53)621.314.57(088.8)

(56)Бедфорд.Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов. -:М.: Энергия, 1969.

Авторское свидетельство СССР № 474084, кл. Н 02 М 3/315, 1975.

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НА- ПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

(57)Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования на электроподвижном составе постоянного тока. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования напряжения на выходе преобразователя, уменьшение установленной мощности оборудова ния и повышение К1Щ Устройство содержит инверторную ячейку, состоящую из основных тиристоров 1 и 2, выпрямительных диодов 3 и 4, автотранс форматора 5, сглаживающего реактора 6 и генератора 7 импульсов напряжения коммутации. Генератор 7 состоит из тиристоров 8-11 с встречными диодами 12-15 и колебательного контура, состоящего из реактора 16 и конденсатора 17. Вторичные обмотки 19 и 20 импульсного трансформатора 18 через дополнительные тиристоры 22 и 23 соединены с катодами основных тиристоров. Для оптимизации установленной мощности оборудования генератора импульсов напряжения коммутации преобразователь может быть выполнен с общим генератором импульсов напряжения и коммутации и содержащим аналогичные инверторные ячейки 29 и 30. 1 з.п. ф-лы, 4 ил

tg

(Л

о

00

о со ел оъ

Изобретение относится к преобрази нательной технике и предназначено для использования на электроподвиж- ном составе постоянного тока. Целью изобретения является рас- ширение диапазона регулирования на пряжения на выходе преобразователя, уменьшение установленной мощности оборудования и повышение КЦЦ

На и 2 приведены принци- пиальные схемы преобразователя с одной ячейкой и N дополнительными ячейками; на и -4 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу в начальный период пуска и в установившемся режиме

Преобразователь (фиг.1) содержит основные тиристоры 1 и 2, выпрямительные диоды 3 и 4, автотрансформа- тор 5, сглаживающий реактор 6, генератор 7 импульсов напряжения коммутации, включающий тиристорный мост из тиристоров 8-11 с встречными диодами 12-15, колебательный контур, со- держащий реактор 16 и конденсатор 17 для коммутации тока вентилей тирис- торного моста, импульсный трансформатор 18 с вторичными обмотками 19 и 20, причем выводы первичной обмотки 21 соединены с выходными клеммами указанного моста, а вторичные обмотки 19 и 20 включены последовательно в цепь выхода указанного моста и через дополнительные тиристоры 22 и 23 соединены с катодами основных тиристоров Кроме этого, в преобразователь входят Г-образный LC-фильтр, содержащий реактор 24 и конденсатор 25, и блок 26 управления, формирующий им- пульсы тока управления в,заданной временной последовач ельности для отпирания тиристоров преобразователя Нагрузка 27 преобразователя присоединена к средней точке 28 автотрансфер- матора 5 через реактор 6

Элементы 1-6, 22 и 23 образуют ячейку 29, причем устройство на фиг содержит N ячеек, в частности дополнительную аналогичную ячейку 30

Выходы блока 26 управления через блоки 31 и 33 гальванической развязки связаны с управляющими переходами тиристоров 1 и 2, блоки 33 и 34 - тиристоров 8, 9 и 10, 11, блоки 35 и 36 - тиристоров 22 и 23. В начальном интервале пуска преобразователя блок 26 управления обеспечивает подачу импульсов тока управления только в

цепи управляющих переходов тиристоров 8, 9 и 10, 11 тиристорного моста и с некоторой задержкой относительно импульсов напряжения коммутации - в цепи управляющих переходов дополнительных тиристоров 22 и 23

После окончания начального интервала пуска блок 26 управления обеспечивает одновременное отпирание соответственно тиристоров 8, 9 и 22 и 10 11 и 23 При этом с некоторым опережением по отношению к импульсам напряжения коммутации, определяемым величиной напряжения на выходе или током нагрузки, с выходов блока управления поступают импульсы тока управления в цепи управляющих переходов тиристоров 1 и 2.

С целью оптимизации установленной мощности оборудования генератора импульсов напряжения коммутации преобразователь (фиг.2) может быть выполнен с общим генератором импульсов напряжения и содержащим N аналогичных инверторных ячеек При этом блок управления выполнен обеспечивающим поочередную подачу импульсов тока управления тиристорами 8, 9 и 10, 11 тиристорного моста генератора импульсов напряжения коммутации и синхронизированную подачу управляющих импульсов на соответствующие основные и дополнительные тиристоры с частотой, в п раз меньшей частоты управляющих импульсов вентилями ти- ристорного моста указанного генератора, с регулируемой тадержкой относительно момента их подачи и сдвинутых между собой на угол ЧГ/N.

Преобразователь работает следующим образом

В начальный период пуска тиристоры 1 и 1 заперты и преобразование постоянного напряжения осуществляется генератором импульсов напряжения коммутации, дополнительными тиристорами 22 и 23 и выпрямительными диодами 3 и 4

В момент времени t импульс тока ivj поступает в иепи управляющих переходов тиристоров 8 и 9 При этом на первом выходе генератора импульсов напряжения коммутации и на первичной обмотке трансформатора 18 формируется прямоугольный импульс напряжения UK положительной полярности (). Амплитуда этого импульса обмоткой 19 трансформатора 18 увеличи-

вается на 16-20%. В момент времени tЈ импульс тока i у3 поступает в цепь управляющего перехода тиристора 22, отпирание которого приводит к появ- лению импульса напряжения U в конту ре, образованном конденсатором 25, вентилями 8 и 12 инвертора, вторич- ной обмоткой 19 трансформатора 18, тиристором 22, полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27 При этом через нагрузку протекает результирующий ток, обусловленный током в цепи указанного контура и током, наведенным во второй полуобмотке автотрансформатора 5.Через тиристоры 8 и 9 протекает результирующий ток 1 8нагрузки иконту ра коммутации Поскольку амплитуда импульса тока 1кконтура коммутации превм тает максимальное значение тока нагрузки более чем в 2 раза, то в момент времени t ток через вентили 8, , 12 и 9, 13 меняет свое направление и обратная полуволна тока протекает через диоды 12 и 13. С этого момента времени начинается процесс восстановления запирающих свойств тиристоров 8 и 9. Для обеспечения устойчивой работы преобразователя необходимо выполнение условия, при котором амплитуда тока нагрузки и длительность импульса тока через встречные диоды 12 и 13 больше времени восстановления запирающих свойств тиристоров генератора импульсов напряжения коммутации

В момент времени t. ток через диоды 12 и 13 становится равным нулю и на вентилях 8, 12 и 9, 13 восстанавливается напряжение При этом тиристоры 8 и 9 остаются в запертом состоянии. После выключения диодов 12 и 13 ток нагрузки протекает по контуру, в который входит секиия обмотки автотрансформатора 5, сглаживающи реактор 6, нагрузка 27 и диод 3.

В момент времени t. импульс тока

:)2

поступает в цепи управляющих переходов тиристоров 10 и 11, отпирание которых приводит к появлению импульса напряжения U положительной полярности на втором выходе генератора Амплитуда этого импульса обмоткой 20 трансформатора 18 также увеличивается на 16-20%. Далее при появлении импульса тока управления 1уф в цепи управляющего перехода тиристора 23 электромагнитные процессы в пре-

15

20

образоватепе протекают анапогично описанным.

В установившемся режиме работы преобразователя в начальном периоде - пуска напряжение на его выходе определяется выражением

иц 2EK,Kzf(Tu - Тзк);

Ю Т5К tl- Ь3

где Е - напряжение источника питания;К и К - коэффициенты трансформации

трансформаторов Ь и 18; f - частота инвертирования; Т - длительность импульсов напряжения коммутации; Т - время задержки отпирания дополнительных тиристоров по отношению к моментам отпирания тиристоров инвертора.

Ток через нагрузку i благодаря большой индуктивности реактора 6 25 имеет пульсации пилообразной формы частотой, в 2 раза большей частоты импульсов напряжения коммутации.

После уменьшения времени задержки отпирания тиристоров 22 и 23 до нуля Зо вводятся в работу силовые тиристоры 1 и 2, которые отпираются импульса ми тока iyg- и i yg

В момент времени t. импульс тока i-vig- (фиг.З) поступает в цепь управляющего перехода тиристора 1, отпирание которого вызывает протекание тока i V) по контуру, образованному конденсатором 25, тиристором 1, полуобмоткой автотрансформатора 5, ре 4Q актором 6 и нагрузкой 27. С этого момента времени напряжение в нагру зочнои цепи практически равно напряжению на конденсаторе 25.

В момент времени t импульс тока .g i у, поступает в цепь управляющего перехода тиристоров 8, 9 и 22, отпирание которых приводит к увеличению напряжения U 6b|)c на величину напряжения на вторичной обмотке 19 трансфер 5Q матора 18. В результате этого напря жение на аноде тиристора 1 становится отрицательным и он запирается С этого момента времени начинается цесс восстановления его запирающих гс свойств, а ток нагрузки протекает по контуру, образованному конденсатором 25, тиристором 8, вторичной обмоткой 19 трансформатора 18, тиристором 22, полуобмоткой автотрансформатора 5

35

реактором 6 и нагрузкой 27 В момент времени t. 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 ток через диод 12 становится равным нулю С этого момента времени напряжение U вьц( становится равным падению напряжения на диоде 3, и нагрузочный ток протекает по контуру: диод 3, полуобмотка автотрансформатора 5, ре актор 6 и нагрузка 27

В момент времени t импульс тока управления Ју, поступает в цепь управляющего перехода тиристора 2 Его отпирание вызывает протекание тока нагрузки lug по контуру, образованному конденсатором 25, тиристором 2, второй полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27 С этого момента времени напряжение UebK снова становится равным напряжению на конденсаторе 25

В момент времени tg. импульс тока 1ц„ поступает в цепь управляющих переходов тиристоров 10, 11 и 23, отпирание которых приводит к увеличению напряжения U ВЫ)( на величину напряжения на вторичной обмотке 20 трансформатора 18, и происходит запирание тиристора 2 С этого момента времени ток нагрузки протекает по контуру: конденсатор 25, тиристор 10, вторичная обмотка трансформатора 18, тиристор 23, вторая полуоб- мотка автотрансформатора 5 реактор 6 и нагрузка 27. В момент времени t7 ток через вентили 10 и 14 меняет направление и переходит с тиристора 10 в цепь диода 14 В момент времени t ток через диод 14 становится равным нулю С этого момента времени напряжение U 8Ых становится равным падению напряжения на диоде 4 и нагрузочный ток протекает по контуру: диод 4, вторая полуобмотка трансформатора 5, реактор 6 и нагрузка 27. Далее электромагнитные процессы в преобразователе периодически повторяются

Напряжение на первичной обмотке автотрансформатора UTp имеет прямоугольную форму со ступеньками, обусловленными импульсом напряжения коммутации UK и паузой ров 1 и 2

в работе тиристо-

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

2 Преобразователь по п.1, о т - личающийся тем, что он снабжен N дополнительными инвертор- ными ячейками, где N - целое число, а блок управления выполнен обеспечивающим подачу управляющих импульсов на основные тиристоры, сдвинутые между собой на угол fr/N.

t

SN

s.

s

ЙГ

Jl

§

с- u сг

VO

LT1 О