Устройство для преобразования постоянного тока в переменный Советский патент 1935 года по МПК H02M7/51 

Настоящее изобретение представляет собой устройство, предназначенное как выпрямлять переменный ток, так и преобразовывать постоянный ток в переменный. Последнее достигается введением в схему особым образом управляемого вентиля. Обычное введение вспомогательного вентиля в схему управляемого выпрямителя вообще существенно улучщает работу последнего; уменьшается содержание гармоник в кривой напряжения выпрямленного тока, улучшается коэфициент мощности в питающей выпрямитель сети и т. д. Зато, снабженная таким вентилем выпрямительная схема лишается одного ценного свойства, которым обладают некоторые другие схемы управляемых выпрямителей; она не дает возможности производить обратное преобразование энергии из постоянного тока в переменный.

Обыкновенную параллельную схему управляемого выпрямителя простым изменением величины угла зажигания легко перевести из выпрямленного режима работы в преобразовательный.

Схемы управляемых выпрямителей с вспомогательным вентилем этим свойдо)

ством не обладают и преобразовывать постоянный ток в переменный не могут. Происходит это потому, что при переходе от выпрямительного режима работы к преобразовательному должна быть изменена полярность на шинах постоянного тока, а именно, в этом случае нужно подвести к нулевой точке силового трансформатора плюс, а на катоды управляемых вентилей (тиратронов) подать минус.

Но в обычных схемах с вспомогательным вентилем такую перемену знака напряжения произвести нельзя, так как в этом случае указанный вентиль попросту замкнет накоротко источник постоянного тока.

Поэтому в настоящем предложении описывается новый тип преобразовательных устройств, которые могут работать как в, выпрямительном, так и в преобразовательном режиме и вместе с тем обладают всеми достоинствами схем с вспомогательным вентилем.

На чертеже фиг. 1 изображает примерную принципиальную схему предлагаемого устройства для случая двухполупериодной (двухфазной) схемы.

фиг. 2 - соответственные кривые токов и напряжений.

Здесь 1, 2 и 3 (фиг. 1) обозначают управляемые вентили. Это могут быть , хотя бы тиратроны или какие-либо другие вентили, в которых можно по желанию управлять моментом зажигания. . Для сглаживания пульсаций в цепи постоянного тока включена индукционная катушка 4. Для правильного функционирования преобразовательного устройства индуктивность этой катушки долнша быть достаточно велика, чтобы текущий через нее постоянный ток никогда не падал до нуля. 5 - шины постоянного тока. Когда предлагаемое устройство передает энергию из сети постоянного тока в сеть переменного тока полярность шин такая, как это показано на чертеже в скобках. При работе же его в режиме управляемого выпрямителя приключенный к катоду провод служит плюсом, а средняя точка силового трансформатора - минусом. 6 - сеть переменного тока, 7 - силовой трансформатор, 8 и 9 - приспособления для сдвига по фазе напряжения, подаваемого на сетку вспомогательного вентиля. Например, это могут быть комбинации из емкостей или индуктивностей и омических сопротивлений. И источник напряжения смещения. Для простоты показана батарея, но это может также быть маленький выпрямитель (например, купроксный или кенотронный) и т. п. 10 - источник переменного тока, который служит для того, чтобы подать на сетку буферного тиратрона напряжение, частота коего в т раз выше частоты преобразуемого переменного тока (/и - число фаз преобразовательного устройства).

-Подавать на сетку вспомогательного тиратрона такую умноженную частоту необходимо вследствие того, что буферный Тиратрон, как в дальнейшем будет указано, должен зажигаться т раз в течение одного периода преобразуемого nepeiMeHHoro тока.

В изображенном на чертеже двухполупериодном преобразователе применен поэтому удвоитель частоты. Источник переменного тока 10 рационально выбрать таким, чтобы отдаваемое им напряжение (т. е. то напряжение, которое

подается на сетку вспомогательного тиратрона) имело пикообразную форму. То же относится к напряжению, подаваемому на сетки тиратронов 1 и 2.

Это необходимо для того, чтобы обеспечить зажигание тиратронов точяо в заранее назначенный момент.

В случае работы преобразователя в качестве управляемого выпрямителя лучше всего дать буферному тиратрону самое раннее зажигание (чтобы он работал как газотрон), а регулировку величины напряжения, отдаваемого выпрямителем постоянного тока, производить путем изменения угла зажигания тиратронов 1 и 2.

Можно, конечно, производить регулировку величины выпрямленного напряжения, держа углы зажигания тиратронов 1 и 2 постоянными, а менять угол зажигания вспомогательного тиратрона. Но это не рекомендуется делать, так как при таком способе регулировки величины выпрямленного напряжения сильно возрастают пульсацни последнего (увеличиваются амплитуды гармоник, содержащихся в напряжении выпрямленного тока).Работы предлагаемого устройства в случае преобразования постоянного тока в переменный происходят следующим образом.

Кривые токов и напряжений даны на фиг. 2, Кривые Е и Е изображают напряжения, подаваемые соответствэнно на аноды тиратронов 1 и 2. Обведенная жирной линией кривая U-напряжение между нуле№ трансформатора и като- дом тиратронов. I/ -напряжение источника постоянного тока; оно равно среднему арифметическому кривой U.J и J - токи через тиратроны 1 и 2. J - ток через вспомогательный тиратрон. У --напряи ени;е, подаваемое на сетку последнего. Сеточные напряжения тиратронов 1 и 2 не показаны, дабы не затемнять чертежа. Е vi J- - напряжение и ток в сети переменного тока; их взаимное расположение соответствует тому, что устройство отдает энергию в сеть переменного тока.

В случае преобразования постоянного тока в переменный углы зажигания р

тиратронов 1 и 2 задаются близкими к 180°. Максимальная величина этих углов определяется тем, что угол у 180° - f, должен быть достаточно велик, чтобы в течение соответствующего ему промежутка времени буферный тиратрон успевал деионизироваться.

В дальнейшем углы tp не меняются, :а изменение режима работы устройства производится исключительно изменением угла зажигания вспомогательного тиратрона (угол зажигания которого обозначен через ф).

Изображенные на чертеже кривые соответствуют тому случаю, когда угол .важигания вспомогательного тиратрона

равен - (90 электрических градусов).

Механизм прохождения токов в этом случае следующий. Пусть первоначально ток течет, например, через тиратрон 1. В момент времени / на сетку вспомогательного тиратрона подается положительный импульс, и он зажигается. , шедший через тиратрон 1, пбтечет теперь через вспомогательный тиратрон. Происходит это потому, что напряжение, действующее в цени последнего, выше, чем напряжение в цепи тиратрона 1, так с анодом последнего соединена та фаза силового трансформатора, напряжение которой в момент времени t отрицательно, и следовательно, вычитается из напряжения источника постоянного тока. Общий же ток, текущий через индукционную катушку 4, поддерживается постоянным благодаря значительной индуктивности последней. Цоэтому при начале прохождения тока через вспомогательный тиратрон ток через тиратрон 1 должен прекратиться.

Проходить через вспомогательный тиратрон ток будет до момента времени . В этот момент подается положительный импульс на сетку Т1(|ратрона 2. В момент ( напряжение, действующее в цепи тиратрона 2, выше, чем напряжение в цепи лвспомогательного тиратрона, так как в цепи первого к напряжению источ«ика постоянного тока прибавляется «ще напряжение соответствующей фазы трансформатора (в момент времени t

это напряжение имеет положительное значение). Поэтому теперь ток перестанет проходить через вспомогательный тиратрон, а начнет течь через тиратрон 2.

В течение промежутка времени вспомогательный тиратрон должен успеть деионизр:роваться. Предположим, что это условие удовлетворено (время tg-ta больше постоянной деионизации вспомогательного тиратрона). Тогда, несмотря на то, что после момента tg напряжение в цепи вспомогательного тиратрона будет выше напряжения в цепи тиратрона 2, ток, все-таки, будет продолжать течь через последний, так как вспомогательный тиратрон к этому времени будет уже заперт отрицательным сеточным напряжением.

Через тиратрон 1 ток теперь также не может итти, так как и этот тиратрон заперт отрицательным сеточным напряжением. Время наличия отрицательного напряжения на аноде тиратрона 1 было равно промежутку времени между t. и f,,. Можно считать, что за это время он успел деионизироваться/ и после момента, когда напрян ение на его аноде станет снова положительным, он будет заперт сеточным рапряжением. В момент t ток снова перекинется на вспомогательный тиратрон; затем в t

он опять начнет проходить через тиратрон 1 и т. д. Можно легко показать, что подводимое к данной схеме напряжение постоянного тока связано с напряжением переменного тока соотношениемг

т. Е f

V

HL 1 cosv - , д

Очевидно, что меняя угол зажигания 9g вспомогательного тиратрона, можно выбрать рациональный режим для любого значения У.

Согласно изобретению для правления режимом работы устройства достаточно изменять угол зажигания только одного вспомогательного тиратрона, а не всех управляемых вентилей, как это имеет место в обычных схемах.

Коэфициент мощности в сё%и переменного тока, на которую работает такое преобразовательное устройство

сохраняет высокое значение в довольно широких пределах регулирования напряжения (при изменении угла .,

Кроме того, в предлагаемом устройстве должны получиться более благоприятные, чем в обычных преобразовательных схемах, значения для амплитуд высоких гармонических, содержащихся в кривой коммутированного переменного напряжения.

Надо все же отметить, что при низких значениях отношение амплитуды основной гармоники к постоянной слагающей может быть больше 2. Это происходит потому, что угол 9i С 180°.

Предмет изобретения.

1. Устройство для преобразования постоянного тока в переменнь1й с применением вентилей с сеточным управлением (например, тиратронов), присоединенных к первичной обмотке трансформатора, соединенной звездой, отличающееся тем, что параллельно цепи постоянного тока включен вспомогательный вентиль 3 с сеточным управлением (например, тиратрон), при помощи отдельного источника 10, переменногр тока частота которого в т раз более частоты преобразованного переменного тока, причем, т равно числу фаз последнего.

2. Применение при-устройстве по п. 1, для изменения момента зажигания вентиля- 3, какого-либо приспособления для; сдвигания по фазе напряжения, пода ваемого на его сетку.

Фиг1

х7 .

.. . 3 f

к

- (-И

Г Л п.

ITT

, Шг(Ot -

vy