Преобразователь постоянного тока в переменный Советский патент 1975 года по МПК H02M7/48 

1

Изобретение относится к преобразователям электрической энергии, и может найти применение, в частности, на городском электрифицированном транспорте для питания собственных нужд вагона.

Совершенствование подвижного состава городского электрического транспорта привело к необходимости увеличения мощности собственных нужд, т. е. мощности электроэнергии, потребляемой на освещение, цени управления и заряда аккумуляторной батареи.

Появление новых источников света (люминесцентное освещение), а также щирокое внедрение путевой сигнализации и радиофикации подвижного состава поставили задачу создания источников переменного тока различного напряжения и мощности.

Таким образом, в современном подвижном составе наряду с низковольтным источником постоянного тока необходимо иметь источник переменного тока стабильной частоты. В качестве соответствующих источников питания в настоящее время применяют электромащинные преобразователи энергии, имеющие больщой вес на единицу преобразованной энергии, малый срок службы и низкую надежность.

Специфика работы подвижного электрического транспорта (возможность появления

скачкообразного изменения нагрузки, изменение напряжения контактной сети в щироком диапазоне, недопустимость излучения радиопомех) предъявляет особые требования к преобразователям электроэнергии при его эксплуатации.

К таким требованиям относятся необходимость автоматического регулирования потребляемой мощности, стабилизации выходного напряжения, а также стабилизации рабочей частоты. Поэтому очень важны такие технико-экономические показатели, как вес, габариты и стоимость каждого преобразователя.

Имеющийся опыт эксплуатации преобразователей показал, что при коэффициентах мощности нагрузки свыще 0,6-0,7 параллельные преобразователи имеют меньшую установленную электромагнитную мощность силовых элементов, более высокий к. п. д. и меньший вес на один квт преобразованной электроэнергии по сравнению с последовательными и последовательно-параллельными преобразователями.

Известен преобразователь, содержащий параллельную однофазную схему с коммутирующим конденсатором, силовой трансформаторвыпрямитель и нагрузку по постоянному

току.

Принцип работы такого преобразователя заключается в следующем.

Постоянный ток высокого напряжения, нолучаемый из контактной сети, преобразуется с помощью тиристоров в переменный ток, поступающий в первичную обмотку трансформатора. С помощью трансформатора переменное напряжение понижается до нужного уровня, выпрямляется другим преобразователем и используется для подзаряда аккумуляторной батареи и питания собственных нужд. Переменный ток может быть использован для питания ламп дневного света и других потребителей.

С целью одновременного преобразования постоянного тока одного напряжения в постоянный и переменный ток другого напряжения стабильной частоты при произвольно меняющейся нагрузке и изменяющемся входном напряжении, предложенный преобразователь снабжен двумя управляемыми дросселями насыщения и вторым силовым трансформатором, при этом две последовательные цепочки, одна из которых образована одним из управляемых дросселей насыщения и упомянутым силовым трансформатором, а вторая - другим управляемым дросселем насыщения и вторым силовым трансформатором, подключены параллельно выводам коммутирующего конденсатора. На выходе первой и второй цепочек включены соответственно нагрузка но постоянному току и нагрузка но неременному току, а между выходом первого трансформатора и вторым силовым трансформатором установлен ник-инвертор.

Па фиг. 1 изображена блок-схема статического преобразователя напряжения (СПП) постоянного тока; на фиг. 2 - его принциниальная схема.

Электронный ключ 1 представляет собой параллельную однофазную схему с обратными диодами 2-7, тиристорами 8-13, включенными носледовательно в каждое плечо коммутирующего конденсатора 14, и воздущными дросселями 15 и 16.

Выходы электронного ключа 1 соединены с последовательно включенными первичными обмотками управляемого дросселя насыщения 17 и трансформатора 18 и с последовательно включенными первичными обмотками управляемого дросселя насыщения 19 и трансформатора 20, которые соединены параллельно.

Средняя точка первичных обмоток трансформаторов 18 и 20 соединена с минусом контактной сети.

Каждый из дросселей насыщения 17 и 19 собран на двух П-образных магнитопроводах и имеет две раздельные рабочие обмотки и одну обмотку управления. Управляемые дроссели обеспечивают стабилизацию выходного напряжения при изменении нагрузки и входного напряжения, а также .предотвращают коммулятивный эффект в тиристорах при импульсе силового тока. Обмотки управления дросселей насыщения 17 и 19 соединены с

блоками стабилизации 21, 22, состоящими из сравнительного органа и усилителя постоянного тока.

Трансформатор 1Ь с выпрямительным мостом 23 и П-образным фильтром 24-27 представляет собой понижающий силовой трансформатор.

Выходной фильтр 24-27 соединен со входом, собранного на логических элементах блока управления 28, выход которого соединен с управляющими входами электронного ключа 1.

Па входе преобразователя имеется последовательный входной фильтр, состоящий из

конденсатора 29 и трансформатора 30. Защита преобразователя от перенапряжений, возникающих в контактной сети, осуществляется лавинным тиристором 31 и линейным автоматом 32.

Пик-инвертор 33 представляет собой последовательный инвертор с вынесенными конденсаторами 26, 27 и состоит из тиристоров 34, 35 дросселя 36 и трансформатора 20. Пикинвертор питается от аккумуляторной батареи 37.

Трансформатор 20 является понил ающим силовым трансформатором с отсекающими диодами 38, 39 в средней точке. Выход пик-инвертора 33 соединен с обмоткой трансформатора 20, от которой осуществляется питание нагрузок переменного тока в момент перехода подвижным составом токоразделов. Предлагаемый статический преобразователь напряжения постоянного тока работает следующим образом.

Замыканием кнопки 40 (фиг. 2) питание от аккумуляторных батарей 37 подается на блок управления 28, который вырабатывает импульсы с частотой 400 гц, необходимой крутизны переднего фронта. Импульсы поочередно .поступают через блоки формирователей на управляющие электроды тиристоров 8- 13, открывая то одно, то другое плечо электронного ключа 1, на выходе которого появляется переменный ток с частотой 400 гц.

Величина однополярного переменного тока зависит от нагрузки и напряжения контактной сети. Однополярные силовые импульсы,

смещенные относительно друг друга во времени, поступают к разделенным рабочим обмоткам дросселей насыщения 17 и 19 и силовых трансформаторов 18, 20, создавая в магнитопроводах переменный магнитный поток частотой 400 гц. Рабочее напряжение переменного тока на вторичных обмотках силовых трансформаторов 18, 20 с частотой 400 гц сфазировано по магнитному потоку с электронным ключом 1.

Изменение нагрузки или напряжения в контактной сети вызывает изменение величины напряжения на выходе преобразователей, контролируемых блоками стабилизации 21 и 22. Возникаемые изменения выходных напряжений сравниваются в измерительных органах блоков стабилизации 21, 22 с опорным напряжением, в результате чего вырабатываются разностные сигналы, которые после усиления подаются на обмотки управления соответствующего дросселя насыщения до тех пор, пока величина разностного сигнала не станет близкой к нулю. Этим осуществляется замкнутая система стабилизации выходных напряжений. Изменение магнитного состояния дросселей вызывает автоматическое регулирование потребляемой мощности, стабилизирует выходное напряжение и увеличивает устойчивость преобразователя. Контактная сеть оборудована секционными изоляторами, при проезде которых СПН не получает питание от контактной сети. Поэтому для обеспечения непрерывного питания нагрузок переменного и постоянного тока на выход преобразователя в схеме предусмотрен пик-инвертоо 33.

В работающем СПН вырабатываемые схемой управления сигналы с частотой 400 гц поступают на управляюпдие электроды тиристоров 8-13, 34, 35, которые фазированы по магнитному потоку силового трансформатора 20 на пути к управляютдим электрода1 т типисторов 34, 35 стоит элемент «запрет (не показано), работающий в зависимости от наличия напряжения в контактной сети.

С исчезновением напряжения контактной сети запрет снимается и сип-тальт уппавлекия поступают на тиристоры 34. 35. В пез льтато включается пик-инвертор 33 и создает переменный магнитный поток с частотой 400 гц. согласованный по фазе с магнитным потоком силового трансформатора 20. Таким образом. на период отсутствия напряжения в контактной сети пик-инвертор 33 обеспечивает питание нагрузки переменного тока от аккумуляторной батареи 37. Диоды 38 н 39 осуществляют частичную развязку по мощности во время работы пик-инвертора 33 для исключения передачи мощности на первичную обмотку трансформатора 20.

Предмет изобретения

Преобразователь постоянного тока в переменный преимущественно для питания подвил ного объекта от сети постоянного тока, содержащий параллельный инвертор на тиристорах, ко вторичной обмотке выходного

трансформатора которого подключены выпрямитель и фильтр, вспомогательный выходной трансформатор, первичная обмотка которого связана с коммутирующим конденсатором, а также буферный преобразователь, выполненный в виде пик-инвертора и регулирующие дроссели насыщения, включенные последовательно в первичные обмотки указанных трансформаторов. отличающийся тем. что. с целью одновременного преобразования

постоянного тока одного напряжения в постоянный и переменный ток другого напряжения стабильной частоты с автоматическим регулированиел потребляемой мощности и стзбилизттровпнным выходным напряжением npi

произвольно м няющихся нагрузке и входном напряжении, первичная обмотка дополнительного выходного трансформатора подключена параллельно к коммутирующему конденсатору через развязывающие диоды, а пик-инвертор подсоединен ко вторичной обмотке этого трансформатора.

220ё 400гц (риг.-

f

30

t t t

Ht (H

18

:у II

pj

JO

9иг.2