Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения Советский патент 1991 года по МПК H02M3/315 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке преобразователей постоянного напряжения средней и большой мощности с тиристорными инверторами напряжения.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предложенного устройства управления преобразователем постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения; на фиг. 2 - кривые напряжений и токов в преобразователе при токе нагрузки, равном половине ее номинального тока:

а)напряжения Uc на коммутирующем конденсаторе и тока Н в первичной обмотке инверторного трансформатора;

б)тока 1т1 в первой паре тиристоров;

в)тока ITS во второй паре тиристоров;

г)напряжения URI на нагрузочном резисторе первого датчика тока;

д)напряжения на выходе компаратора первого датчика тока;

С

О (л) V

е) напряжения 11д на выходе первого датчика тока.

Преобразователь постоянного напряжения с устройством управления содержит источник 1 постоянного напряжения, тири- сторный инвертор 2, включающий диодный мост 3 обратного тока, подключенный диагональю постоянного тока к выводам одноименной полярности источника 1 постоянного напряжения, токоограничива- ющие дроссели 4, 5, тиристорный мост 6 с тиристорами 7-10 и коммутирующим конденсатором 11 в диагонали переменного тока, подключенный диагональю постоянного тока через токоограничивающие дроссели 4, 5 к выводам противоположной полярности источника 1 постоянного напряжения, трансформатор 12с первичной обмоткой 13 с тремя секциями 14, 15, 16 и вторичной обмоткой 17, крайние выводы первичной обмотки подключены к диагонали переменного тока тиристорного моста 6, а средние - к диагонали переменного тока диодного моста 3 обратного тока, выходной выпрямитель 18, подключенный к выводам вторичной обмотки 17 трансформатора 12, индуктивно-емкостный фильтр 19, подключенный входом к выходному выпрямителю

18,нагрузку 20, подключенную к фильтру

19,устройство управления 21, включающее формирователь (блокинг-генератор) 22 управляющих импульсов тиристоров 7 и 8, формирователь (блокинг-генератор) 23 управляющих импульсов тиристоров 9 и 10, подключенный через диоды 24, 25 и дифференцирующие цепи 26 и 27, к управляющим входам формирователей 22 и 23, задающий генератор (мультивибратор) 28, выключатель 29 питания задающего генератора 28, два датчика 30 и 31 тока, каждый из которых содержит трансформатор 32 тока на входе, его нагрузочный резистор 33, источник 34 опорного напряжения, компаратор 35, подключенный инвертирующим входом к нагрузочному резистору 33, а неинвертирующим - к источнику 34 опорного напряжения, дифференцирующую цепь 36 и диод 37 на вы,- ходе компаратора, трансформатор тока датчика 30 включен в цепь катода тиристора 8, а выход этого датчика подключен к входу формирователя 23, трансформатор тока датчика 31 включен в цепь катода тиристора 10, а выход этого датчика подключен к входу формирователя 22.

Устройство работает следующим образом.

Пуск преобразователя осуществляется с помощью задающего генератора (мультивибратора) 28 включением выключателя 29.

Выходные противофазные напряжения задающего генератора 28 укорачиваются дифференцирующими цепями 26 и 27, импульсы с которых через разделительные диоды 24 vt

25 поступают на управляющие входы формирователей (блокинг-генераторов) 22 и 23. Выходные импульсы формирователей 22 и 23 являются управляющими для тиристоров инвертора: формирователя 22 - для тири0 сторов 7 и 8, формирователя 23 - для тиристоров 9 и 10. Частота задающего генератора выбирается равной граничной частоте инвертора, при которой мгновенные токи тиристоров в номинальном режи5 ме становятся равными приведенному к числу витков первичной обмотки инверторо- ного трансформатора номинальному току нагрузки 1но в момент переключения тиристоров. Граничная частота является наи0 большей рабочей частотой инвертора.

Напряжение Uo источников 34 опорного напряжения датчиков 30 и 31 тока принимаются равными Uo - , где К - коэффициент пропорциональности. Напряжение UR на

5 нагрузочных резисторах 33 датчиков 30 и 31 тока пропорционально токам iT тиристоров, т. е. UR К IT. При таком условии компараторы 35 датчиков 30 и 31 тока формируют выходные импульсы напряжения UK в мо0 менты, когда напряжение UR становится равным напряжению U0, т. е., когда токи т тиристоров становятся равными току Но.

Так как при работе инвертора от задающего генератора токи т тиристоров в момен5 ты переключения равны току Но при номинальном токе нагрузки и превышают значение IHO при токах нагрузки, меньших номинального, то при всех значениях тока нагрузки на выходах датчиков 30 и 31 тока

0 возникают управляющие импульсы Уд, совпадающие по времени с соответствующими импульсами на выходах дифференцирующих цепей 26 и 27, поступающими от задающего генератора 28, т. е. управляющие

5 импульсы ид датчиков тока практически дублируют управляющие импульсы от задающего генератора 28 и, следовательно, не влияют на работу формирователей 22, 23 управляющих импульсов тиристоров.

0 После пуска задающий гегнератор 28 отключается и включение тиристоров 7 и 8 осуществляется импульсами датчика 3t тока, а включение тиристоров 9 и 10 - импульсами датчика 30 тока, формируемыми в

5 моменты снижения токов iT тиристоров до значения тока IHO. При номинальном токе нагрузки рабочая частота инвертора остается равной граничной, а при меньших токах нагрузки соответственно уменьшается. Работа устройства после отключения задающего генератора 28 иллюстрируются кривыми на фиг. 2.

Допустим, в моменты t0 импульсом датчика 31 тока включились тиристоры 7 и 8. Вследствие колебательного перезаряда конденсатора 11 напряжение Uc на нем изменяется от Ucm до -Ucm (фиг. 2а). В момент ti, когда напряжение Uc становится равно -Ucm, открываются диоды диодного моста 3 и ток hi тиристоров 7 и 8 начинает линейно снижаться от значения IT1 (ti) I™ (фиг. 26). Амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе UCm (1 + КВЗ)Е, где КВэ - коэффициент возврата, равный отношению числа витков возвратных секций 14 и 16 первичной обмотки 13 инверторного трансформатора 12 к числу витков ее средней секции 15, Е - напряжение источника питания 1.

Напряжение URI на нагрузочном рези- сторе 33 датчика тока 30 пропорционально току in тиристоров 7 и 8, т, е. URI К 1ц .

В момент ta ток iTi тиристоров 7 и 8 становится равным току 1Но, а напряжение URI становится равным напряжению U& источника 34 опорного напряжения, и на выходе компаратора 35 возникает импульс напряжения Uki (фиг. 2д), который укорачивается дифференцирующим звеном 36 (фиг. 2е), и через диод 37 поступает на вход формирователя 23 управляющих импульсов тиристоров 9 и 10, вследствие чего последние включаются.

Ток 1т2 тиристоров 9 и 10 (фиг. 2в) имеет такую же форму, как и ток in тиристоров 7 и 8 (фиг. 26), но сдвинут относительно последнего на половину периода. Коммутации тока в выходном выпрямителе начинаются в моменты прохождения напряжения Uc че- рез нулевые значения. На фиг. 2а показана кривая тока И первичной обмотки инверторного трансформатора в предположении мгновенной коммутации тока нагрузки, равного 0,. Следующее включение тиристо- ров 7 и 8 происходит в момент ts, когда ток 1т2 тиристоров 9 и 10 становится равным току 1но, Далее процессы повторяются.

Устройство для управления преобразователем постоянного/напряжения с ти- ристорным инвертором напряжения позволяет ограничить мощность потерь энергии в инверторе и соответственно повысить КПД преобразователя.

.Формула изобретения

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения с тири

5 10

0

5 0

5 ®

0

5

сторным инвертором напряжения, аход которого подключен к источнику питания, а выход через выпрямитель и фильтр - к нагрузке, содержащее два формирователя управляющих импульсов каждый с двумя синфазными выходами, предназначенными для подключения к управляющим электродам двух тиристоров инвертора в противоположных плечах разных вентильных групп, две дифференцирующие цепи, два диода, задающий генератор переменного прямоугольного напряжения с двумя противофаз- ными выходами, первый из которых подключен через дифференцирующую цепь и диод к входу одного формирователя управляющих импульсов, а второй - к входу другого формирователя управляющих импульсов, выключатель в цепи питания задающего генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД преобразователя, в него введены два датчика тока, каждый из которых включает трансформатор тока, нагрузочный резистор, источник опорного напряжения, компаратор, подключенный инвертирующим входом к нагрузочному резистору, а неинвертирующим - к источнику опорного напряжения, дифференцирующую цепь, подключенную к выходу компаратора, диод, подключенный анодом к выходу дифференцирующей цепи, трансформатор тока первого датчика тока предназначен для включения в цепь катода первого тиристора катодной группы, а катод диода первого датчика тока подключен к входу формирователя управляющих импульсов второго тиристора катодной группы и соответствующего ему тиристора анодной группы, трансформатор тока второго датчика тока предназначен для включения в цепь катода второго тиристора катодной группы, а катод диода второго датчика тока подключен к входу формирователя управляющих импульсов первого тиристора катодной группы и соответствующего ему тиристора анодной группы, причем величина напряжения источников опорного напряжения равна мгновенному напряжению на нагрузочном резисторе при мгновенном токе тиристора, равном номинальному току нагрузки IHO, приведенному к числу витков первичной обмотки инверторного трансформатора, частота задающего генератора равна граничной частоте инвертора, при которой мгновенный ток тиристоров в момент переключения тиристоров равен току Но при номинальном токе нагрузки.

МЕЕМ

JW У 9

37

i

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения. Целью изобретения является повышение КПД преобразователя постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения путем ограничения мощности потерь электрической энергии в его тиристорном инверторе напряжения во всем диапазоне изменения тока нагрузки. С помощью импульсов двух датчиков 30 и 31 тока, содержащих трансформатор 32 тока, нагрузочный резистор 22, источник 34 опорного напряжения, компаратор 35, дифференцирующую цепь 36 и диод 37 переключение тиристоров 7 - 10 инвертора 2 во всем диапазоне изменения тока нагрузки 20 осуществляется формирователями 22 и 23 управляющих импульсов в моменты времени, когда ток тиристоров становится равным величине номинального тока нагрузки преобразователя, приведенной к числу витков первичной обмотки 13 трансформатора 12. 2 ил.