Преобразователь постоянного напряжения в переменное Советский патент 1980 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменноеИзвестен преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий мост из силовых тиристоров, два вспомогательных источника напряжения, подк.пючае1 ых к силовым тиристорам с помощью полностью управляемого ключа l.

Известен также преобразователь, содержащий один вспомогательный источник напряжения, подк.пючаемый к силовым тиристорам с помощью полностью управляемого ключа и распределительных тиристоров 2.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, а выходные цепи соединены посл.едочательно и связаны, с выходными выводами, и общий узел принудительной коммутации, образованный вспомогательным источником комутирующего напряжения и полностью управляемым ключом, свя- занный с тиристораиии вентильных плеч с помощью распределительных тиристоров З.

Недостатком такого преобразова10теля является низкий КПД при малых входных напряжениях (от нескольких до 24 в), так как в цепь тока первичной обмотки трансформатора каждой из ячеек включено последова15тельно два тиристора, пащение напряжения на которых составляет значительную часть входного напряжения .

Для формирования той же кривой

20 выходного напряжения в нулевом варианте преобразователя требуется вдвое больше преобразовательных ячеек, чем в мостовом, так как в нулевом преобразователе для полу25чения ступеньки напряжения с длительностью, меньшей 180 зл. град,, требуется две ячейки, в то время как в мостовом - одна. Суммарная iQ установленная мощность трансфер-.

маторов ячеек у нулевого преобразователя примерно в 1,57 раза больше, чем у мостового. Это приводит к усложнению преобразователя и увеличению его массы.

Цель изобретения - упростить преобразователь, уменьшить его массу и повысить его КПД.

Это достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в переменное, содержащем, по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, а выходные цепи соединены последовательно и связаны с выходными выводами, и общий узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными вспомогательным источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом, преобразовательные ячейки выполнены, каждая, по нулевой схеме, причем половины первичных обмоток трансформаторов ячеек ЗсШ1унтированы, каждая, дополнительными тиристорами, которые через дополнительные распределительные тиристоры и дополнительный полностью управляемый ключ связаны с дополнительным источником коммутирующего напряжения.

Источники коммутирующего напряжения могут быть выполнены, например, в виде двухтактного нулевогр инвертора напряжения на транзисторах с трансформатором/ к каждой из двух вторичных обмоток которого подключен выпрямитель и фильтр.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема преобра зователя; на фиг. 2 - схема преобразователя с включением с обратной полярностью тиристоров, подсоединенных рараллельно половинам первичных обмоток трансформаторов ячеек .

Преобразователь содержит например, две преобразовательные тиристорные ячейки, одна из которых вклчает в себя I трансформатор 1, тиристоры 2 и 3, подключающие половины первичной обмотки трансформатор 1 к источнику питания Еруп дополнительные тиристоры 4 и 5, включенные параллельно половинам первичной обмотки трансформатора 1, и обратные диоды б и 7 (соответствующие элементы другой ячейки обозначены дифрами 8-14).

Входал ячеек подключены к общим входным выводам преобразователя, а выходные цепи яче.ек соединены послдощательно и подключены к выходным выводам. В узел принудительной коммутации тиристоров 2, 3, 9 и 10 входят распределительные тиристоры 15-18 и общий ключ - транзистор-19

в узел принудительной коммутации тиристоров 4, 5 11 и 12 входят дополнительные распределительные тиристоры 20-23 и общий ключ - транзистор 24. Транзисторы 25 ,и 26 5 являются вспомогательными. Транзистор 25 служит для запирания распределительных тиристоров 15-18, транзистор 26 - для запирания распределительных тиристоров 20-23. ИсточQ НИКИ коммутирующего напряжения,

входящие в узлы принудительной коммутации, представляют собой, например, питающиеся от маломощного преобразователя (инвертора) постоянного напряжения на транзисторах 27,

5 28 и трансформаторе 29 выпрямители на диодах 30-33. В узел принудительной коммутации тиристоров 2, 3, 9, 10, 20-23 входит выпрямитель на диодах 30, 31, в узел прйнудитель0 ной коммутации тиристоров 4, 5, 11, 12, 15-18 входит выпрямитель на диодах 32, 33. Последовательно с транзисторами 19, .24 включены резисторы 34 и 35. Преобразователь питается

5 от источника постоянного напряжения Ef,v4T.

Коммутация, например, тиристора 2 преобразователя осуществляется следующим образом.

Q После снятия управляющего напряжения с этого тиристора подается управляющее напряжение на тиристор 15 и на транзистор 19 в течение интервала времени, необходимого для га- рантированного запирания тиристора 2 при низком обратном напряжении (0,9-1,5 в). В течение этого интервала времени от выпрямителя на диодах 30 и 31 протекает ток через диод б, тиристор 15, резистор 34 и

0 транзистор 19. Этот ток выбирается превышающим максимальное значение рабочего тока тиристора 2. Тиристор 2 при этом запирается напряжением, приложенным к нему от отпертого

5 диода 6. Если при этом выходной ток преобразователя имеет обратное направление, т.е. ток проводит диод б первой ячейки, то ток коммутации добавляется к току диода б. Таким

Q образом происходит запирание тиристора 2 при любом направлении выходного тока преобразователя.

Чтобы после снятия управляющих импульсов с транзистора 19 и тиристора 15 последний не оставался

отпертым за счет обратных токов других распределительных тиристоров и тока утечки запертого транзистора 19 (особенно при большом числе ячеек), после снятия управляющего напряжения с транзистора 19 и тиристора 15 подается управляняцев напряжение на транзистор 25. В течение импульса этого напряже-, ния к тиристору 15 приложено обрат5 нов напряжение от выпрямителяна

диодах 32 и 33 через отпертый транзистор 25 и левую по схеме половину первичной обмотки трансформатора 1, зашунтированной тиристором 4 или 5.

При подаче управляющего напряжения на тиристоры 4 и 5 происходит закорачивание соответствующей половины первичной обмотки трансоформатора 1 при любом направлении выходкого тока преобразователя. Напряжен на выходе ячейки (на вторичной обмотке трансформатора 1) при этом практически равно нулю.

По окончании нулевой паузы управляющие напряжения с тиристоров 4 и 5 снимаются и подаются управляющие напряжения на тиристор 21 и транзистор 24. Если выходной ток инвертора в этот момент имеет такое направление, при котором ток проводит тиристор 5, а не тиристор 4, то к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение от выпрямителя на диодах 32 и 33 через отпертые транзистор 24 и тиристор 21. Поскольку Напряжение выпрямителя на диодах 32 и 33 выбирается небольшим (порядка нескольких вольт), то за вычетом падения напряжения на отпертых транзисторе 23 и тиристоре 21 к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение порядка 1,5-2 В, что приводит к его запиранию. Рабочий ток правой половины первичной обмотки трансформатора 1 проходит при этом не через тиристор 5, а по цепи выпрямитель на диодах 32 и 33 - транзистор 24 - тиристор 21. Приложенное на интервале запирания к тиристору 5 и к правой половине первичной обмотки трансформатора 1 небольшое напряжение от выпрямителя на диодах 32 и 33 (порядка 1,5-2 в) мало отличается от напряжения на отпертых тиристорах 4 или 5 (порядка 0,91,5 в) и практически не искажает выходного напряжения ячейки.

При другом направлении выходного тока инвертора, если ток проводит тиристор 4, а не тиристор 5, отпирание тиристора 21 и транзистора 24 приводит к появлению на половинах первичной обмотки трансформатора 3 небольшого напряжения от выпрямителя на диодах 32 и 33. При этом отпертый тиристор 4 закорачивает как левую, так и правую половииу1У первичной обмотки трансформатора 1 и от выпрямителя на диодах 32 и 33 протекает ток через отпертые транзистор 24, тиристор 21 и правую половину первичной обмотки трансформатора 1. Этот ток трансформируется в левую половину первичной обмотки и протекает через отпертый тиристор 4. Напряжения на половинах первичной обмотки трансформатора 1 также составляют величину порядка 0,9-1,5 В, и форма кривой выходного напряжения ячейки практически не искажается.

При подаче управляющего напряжения на тиристор 3 он отпирается, и к правой половине первичной обмотки Трансформатора 1 прикладывается напряжение источника питания Е,к гЕсли до этого тиристор 4 отперт, то он запирается обратным напряжением, снимаемым с левой половины первичной обмотки трансформатоoра 1. Таким образом начинается фор- . мирование отрицательнойступени кривой выходного напряжения первой ячейки.

Одновременно запираются транзис5тор 24 и тиристор 21, причем к последнему пркладывается обратное напряжение от выпрямителя на диодах 30 и 31 через отпертый транзистор 26,

Аналогичным образом происходит

0 коммутация тиристоров первой ячейки преобразователя при формировании второй половины периода кривой выходного напряжения этой ячейки, а также коммутация.тиристоров второй и последующих ячеек, елей таковые

5 имеются.

Чем. больше ячеек в преобразователе, тем меньше мощность одной ячейки и мощность, переключаемая транзисторами 19 и 24, по отноше0нию к мощности преобразователя. При малом числе ячеек транзисторы 25 и 26 могут быть заменены резисторами.

Принцип коммутации тиристоров преобразователя, схема которого да5на на фиг. 2, аН алогична описанному. Достоинство какого преобразователя является наличие общей точки катодов тиристоров 36-39 и тиристоров 40-43, что облегчает по0строение и увеличивает помехозгицищенность системы управления, а меньшее число изолированныхдруг от друга сборок радиаторов тиристоров и обратных диодов ячеек способствует упрощению конструкции..

5

Ансшогичным образом могут быть выполнены многофазные, в частности трехфазные преобразователи.

Применение нулевых схем ячеек с дополнительными шунтирующими тири0сторами позволяет уменьшить количество силовых приборов и тем самым повысить КПД при низких напряжениях питания, а также упростить конструкцию преобразователя.

5

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий, по крайней мере, одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, а выходные цепи