Тиристорный преобразователь с принудительной коммутацией Советский патент 1977 года по МПК H02M3/135 

1

Устройство предназначено для иреобразования электроэнергии и может быть использовано для отключения нагрузки в цепях постоянного и переменного тока.

Известен тиристорный преобразователь с принудительной коммутацией, содежащий тиристор или группу тиристоров, трансформатор, вторичная обмотка которого включена последовательно с силовым тиристором, а первичная - последовательно с транзистором, а также источник коммутирующей ЭДС. Такой преобразователь относительно сложен и имеет низкий КПД, что обусловлено эффектом накопления энергии в коммутируемых элементах.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его КПД. Это достигается в предлагаемом преобразователе за счет того, что параллельно силовому тиристору и последовательно соединенной с ним цепи нагрузки подключен дополнительный транзистор, причем управляющие входы основного и дополнительиого транзисторов связаны с соответствующими вспомогательными об.мотками трансфор.матора.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя; на фиг. 2 - диагра.мма работы ключевых элементов преобразователя; на фиг. 3- характеристика перемагничивания сердечника коммутируемого трансформатора.

Преобразователь содержит силовой тиристор 1, коммутируемый трансформатор 2 с первичной 3 « вторичной 4 об.мотками, основной транзистор 5, автономный источник 6

коммутирующей ЭДС, цепь нагрузки 7, конденсатор 8, дополнительный транзистор 9, дополнительные обмотки 10 и 11 трансформатора 2, связанные с управляющим входом основного и дополнительного транзисторов

соответственно, диод 12, резистор 13, блок управления 14 и перемычку 15, шунтирующую конденсатор 8. Диод 12 и резистор 13 предназначены для надежного пуска преобразователя при работе его в автогенераторном режиме. Конденсатор 8 необходим лишь в то.м случае, если требуется предельно повысить частоту работы преобразователя.

Преобразователь рабогает следующим образом.

Предположим, что рабочая точка сердечника трансформатора находится иа участке отрицательного насыщения в точке а (см. фиг. 3). Транзистор 5 включен в соответствии с диаграм.мой, показанной на фиг. 2, напряжение источника 6 прикладывается к первичной обмотке 3 трансформатора, а напряжение обмотки 10 поддерживает транзистор 5 в открытом состоянии в течение времени включения тиристора 1. При этом напряжение об.мотки 1 запирает транзистор 9, а напряже3

Hue вторичной обмотки 4 трансформатора направлено согласно с напряжением анодного источника питания. Рабочая точка перемещается по восходяо ей линии и через транзистор 5 протекает ток холостого хода. После включения тиристора 1 рабочая точка продолжает смещаться вверх, но через транзистор 5 начинает протекать ток, амплитуда которого меньще амплитуды анодного тока тиристора в я раз (п-коэффициент трансформации). К нагрузке прикладывается напряжение, равное сумме напряжений анодного источника питания и вторичной обмотки трансфоматора, величииа которого в п раз меньще, чем напряжение источника коммутирующей ЭДС. По достижении в конце периода рабочей точкой точки б петли гистерезиса начинает запираться транзистор 5 и отпирается транзистор 9 и рабочая точка начинает перемещаться вниз. После отпирания транзистора 9 и запирания транзистора 5 напряжение анодного источника питания (при наличии конденсатора 8- сумма напряжений анодного источника питания и конденсатора) прикладывается к втора-1чной обмотке трансформатора. Транзистор 9 шунтирует нагрузку 7 и тиристор 1. Тиристор выключается. В течение всего интервала коммутации через транзистор 9 практически протекает только ток холостого хода трансформатора, так как обмотки 3 и 10 отключены и трансформатор нагружен лищь мощностью, необходимой для поддержания в открытом состоянии транзистора 9, масса и габариты которого в связи с этим могут быть относительно небольшие.

По достижении рабочей точки в транзистор 9 начинает лавинообразно запираться, а транзистор 5 отпираться. Начинается следующий период работы.

Для нормальной работы преобразователя необходимо число витков вторичной обмотки выбирать так, чтобы при включении транзистора 9 трансформатор переключился за время к (СМ. фиг. 2), а число витков первичной обмотки - из условия, что трансформатор переключается в противоположное положение за время /тр, равное

/ - т/

тр - к

к(Т-()

е. I

2SB,

U..i 2SB,

где UK - напряжение источника KOMMytiHpyющей ЭДС,

f/a - напряжеиие анодного питания тиристора,

Т - период работы преобразователя,

к - время выключения тиристора, величина которого должна быть больще времени запирания тиристоров,

S - сечение сердечника транформатора,

Вг индукция насыщения трансформатора. При этом

г7к()

(4)

Из выражения (4) следует, что амплитуда тока, протекающего через транзистор 5, в л раз меньще, чем амплитуда тока нагрузки, и уменьщается так же, как и в известном преобразователе с увеличением напряжения автономного источника коммутирующей ЭДС.

В то же время, как это следует из рассмотренного принципа работы преобразователя, коммутируемый трансформатор 2 перемагничивается по предельному гистерезисному циклу и работает без постоянной составляющей намагничивающей силы, что устраняет эффект накопления энергии, а следовательно, необходимость в элементах рассеивания накапливаемой энергии.

Формула изобретения

Тиристорный преобразователь с принудительной коммутацией, содержащий транзистор, силовой тиристор, коммутирующий конденсатор и трансформатор, первичная обмотка которого включена между коллектором упомянутого транзистора и одной из клемм для подключения источника питания, а вторичная - в анодную цепь силового тиристора, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя и повыщения его КПД, параллельно цепи, состоящей из указанного тиристора и последовательно соединенной с ним цепи нагрузки, включена цепь,

(1) (2) состоящая из дополнительного транзистора и указанного конденсатора, причем управляющие входы основного и дополнительного транзисторов связаны с соответствующими вспомогательными обмотками трансформатора.