Преобразователь постоянного напряже-Ния B пЕРЕМЕННОЕ Советский патент 1981 года по МПК H02M7/515 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

выполнен, например ламповым, либо

параллельно первичной обмотке

и выполнен, на пример, транзисторным

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема одноФазного мостового преобразователя с включением лампового двуполярного ключа парал1лельнр отдельной повышающей обмотке трансформатора тока; на фиг. 2 - диаграммы работы пре-. образователя; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема однофазного мостового преобразователя с включением транзисторного двуполярного ключа параллельно первичной обмотке трансформатора тока; на фиг. 4 - варианты выполнения транзисторного двуполярного ключа.

Преобразователь (фиг, 1) выполнен на силовых тиристорах 1-4, зашунтированных-обратными диодами 5-8. Трансформатор 9 тока имеет первичную обмотку 10 и вторичные обмотки 11-15. Первичная обмотка 10 включена в цепь переменного тока преобразователя. Вторичные обмотки 12-15 включены в контуры запирания тиристоров 1-4 через однополярные полностью управляемые вентили, состоящие из электровакуумных ламп 16-19, работающих в импульсном режиме, и диодов 20-27. Параллельн вторичной обмотке 11 включен двуполярный вентиль, состоящий из электровакуумной лампы 28 и моста на диодах 29-32. На выходе преобразователя включен дроссель 33 и фильтр 34 высших гармоник. Ко входу преобразователя подключен источник постоянного напряжения.

Запирание тиристора 1 осуществляется следующим образом.

Управляющее напряжение тиристор 1 (фиг. 2 в) непрерывно в отмеченн интервале времени или имеет в этом интервале вид коротких импульсов достаточно высокой частоты. После снятия управляющего напряжения с этого тиристора подается управляющее напряжение на лампу 16 (фиг. 2 ж) и снимается управляющее напряжение с лампы 28 (фиг. 2 л) в течение интервала времени, необходимого для гарантированного запирания тиристора 1 при низком обратном напряжении (0,9-1,5 Б). Так как ток через обмотку 10 трансформатора 9 тока определяется нагрузкой преобразователя или входным сопротивлением фильтра 34 и в этот момент не изменяется, то обрыв тока в обмотке 11 вызывает появление тока в одной из половин обмотки 12, так как в этом инвервале лампа 16 открыта управляющим напряжением, а лампы 17-19 заперты. Ток половины обмотки 12 протекает через диод 20 (или диод.21) диод 5 и открытую лампу 16. При

этом, если ампервитки обмотки 11 трансформатора 9 тока практически равны ампервиткам овмотки 10, то амПервитки проводящей ток половины обмотки 12 практически равны ампервиткам обмотки 10. Отношение числа витков половины обмотки 12 (а также половины обмоток 13 - 15) к числу витков обмотки 10 выбирается несколько меньше 1 (порядка 0,95-0,75). Поэтому ток проводящей половины обмотки 12 всегда больше (на 5-25%) выходного токопреобразователя, протекающего через тиристор 1 или диод 5 при любом направлении и при любой величине этого тока. Таким образом, через диол 5 протекает в прямом направлении ток выключения (ток проводящей половины обмотки 12), и встречно или согласно ему протекает выходной ток (в зависимости от направления этого тока). Через диод 5 протекает разность или сумма тока выключения и выходного тока. Так как ток выключения всегда больше выходного тока, то зта величина всегда положительна и ток через диод 5 протекает в прямом направлении.. Тиристор 1 запираеся обратным напряжением, приложенным к нему от открытого диода 5 (0,9-1,5 В).

После запирания тиристора 1 снимается управляющее напряжение с лампы 16 (фиг.2ж), подается управляющее напряжение на лампу 28 (фиг, 2 л) и на тиристор 2 (фиг.2 г Выходной ток преобразователя переходит с тиристора 1 (диода 5) на тиристор 2 (диод 6) . Анал;огично происходит запирание других тиристоров преобразователя (фиг. 2 г, д, е, 3, и, к). На фиг. 2 а, б даны выходные ток и напряжения преобразователя.

Если в преобразователе отсутствует выходной фильтр 34 (фиг. 1), то при отсутствии дросселя 33 и при холостом ходе преобразователя через тиристоры 1 - 4 и обратные диоды 5-8 протекают только токи утечки этих вентилей. Так как при этом ток через первичную обмотку 10 не протекает, отсутствует ток в Обмотке 11 и при запирании лампы 28 и отпирании ламп 16-19 отсутствуют токи выключения тиристоров. При этом из-за разброса токов утечки тиристоров 1-4 и диодЬв 5-8 и близости их к токам удержания тиристоров, особенно при высоких температурах окружающей среды, коммутации тиристоров на холостом ходу преобразователя может быть неустойчивой. Чтобы исключить это, следует параллельно выходу преобразователя включить небольшой дроссель 33, максимальное значение тока через который в момент коммутации должно

в 10-15 раз превьплать максимальный суммарный ток утечки тиристора и диода (фиг, 2м - масштаб тока сильно увеличен),что достаточно для надежной коммутации тиристоров преобразователя на холостом ходу. Высокий КПД преобразователя обусловлен малыми потерями мощности в вентилях и в трансформаторе тока. При входных напряжениях преобразователя до нескольких киловольт, выходных мощностях в десятки и сотни киловольтампер и частоте выходного напряжения 50-60 Гц КПД преобразователя превышает 96%. При этом потери мощности в тиристорах 1-4 и диодах 5-8 не превышают нескольких десятых процента от выходной мощности преобразователя даже с учетом последовательного соединенаii нескольких тиристоров или диодов, так как падение йапряжения на открытом тиристоре не превышает 1,5-1,8 Б, на диоде - 0,9-1,5 В. Падение напряжения на открытых импульсных лампах 16-19 может составлять до нескольких сотен вольт,т.е. до 10 от входного напряжения преобразователя, однако с учетом того, что скважность работы лампы велика, потери- мощности в лампах 1G-19 -не превышает 0,8-1,0% от выходной мощности преобразователя с учетом потерь мощности также в сеточных цепях и цепях наксша ламп.

Из-за отсутствия конденсаторнодроссельной системы коммутации выходного фильтра н выходных трансформаторов масса и габариты преобразователя относительно невелики (определяются массой и габаритами вентилей, трансформатора тока и системы управления).

Повышение надежности преобразователя обусловлено относительно малым числом элементов как в самом инверторе, так и в системе управления им.

В преобразователе (фиг. 1) значительная -часть потерь мощности имеет место в трансформаторе 9 тока и в лампе 28.При выходных токах преобразователя до нескольких десятков ампер, с целью существенногоуменьшения этих потерь, повьпления КПД преобразователя и уменьшения его массы и габаритов, двуполярный ключвключен параллельно первичной обмотке трансформатора и выполнен транзисторным (фиг. 3). Двуполярный (фиг. 3) , состоящий из транзистора 35 и моста на диодах 36-39, включён параллельно первичной обмотке 40 трансформатора 41 тока. При этом в течение времени, когда транзистор 35 открыт, выходной ток преобразователя проходит через мост на диодах 36-39 и открытый транзистор 35. Так как падение на Пряжения на открытом ключе (на открытом транзисторе и двух диодах) порядка нескольких вольт, то из-за индуктивности первичной обмотки 40 ток через нее практически не протекает (ток в десятки или сотни раз меньше выходного тока преобразователя) . В течение интервала времени, когда транзистор 35 заперт, а открыта одна из ламп 42-45, через первичную обмотку 40 протекает выход0ной ток преобразователя, а через половину соответствующей вторичной обмотки 46-49 трансформатора 41 тока протекает противоток, в 1,05-1,25 раза больший выходного тока (опре5деляется тем,что число витков первичной обмотки 40 в 1,05-1,25 раза больш6 числа витков половин вторичных обмоток 46-49). Так как за это время (50-200 мкс) поток в магнитопроводе

0 трансформатора 41 не успевает заметно возрасти (практически остается равным нулю), то ток соответствующей половины вторичной обмотки 46-49 на 5-25% больше выходного тока преобразователя. При этом напряжение на

5 обмотке 40 и на запертом транзисторе 35 практически в 1,05-1,25 раза больше напряжения на открытой лампе 42-45.

0

Так как через обмотки трансформатора 41 токи протекают только в течение коротких инзервалоз времени, а не в течение практически всего периода, как через обмотки. 10 и 11

5 |трансформатора 9 тока в пресбразова1теле (фиг. 1) , то существенно уменьшаются потери мощности в трансформаторе 41 тока, его масса и габариты. Хотя через двуполярный

0 ключ в преобразователе (фиг. 3) протекает весь выходной ток преобразователя, а не в 10-20. раз меньший,- как в преобразователе (фиг. 1), падение напряжения на открытом транзисторе 35 и двух диодах моста

5 36-39 значительно меньше .(4-6 В) , чем на открытой лампе 28 (до нескольких сотен вольт) , поэтому- потери мощности в двуполярком ключе в преобразователе (фиг. 3) даже мень0ше, чем в этом ключе в преобразователе (фиг. 1). При входных напряжениях преобразователя до 700-800 В и выходных токах до нескольких ампер Б-преобразователе (фиг. 3) вместо

5 ламп 42-45 можно использовать высо-ковольтные транзисторы. Хотя у этих транзисторов в открытом состоянии остаточное коллекторное напряжение при больших токах значительно (610 В) и требуется значительный базо0вый ток для их открытия (0,2-0,5 от коллекторного тока), однако потери мощности в них значительно меньше, чем в лампах 42-45, и при сквашсности работы больше сотни эти транзисторы j

5 йогут работать практически без радиаторов. При входных напряжениях преобра зователя (фиг. 3) до 50-100 В с целью повышения КПД двуполярный кл может быть выполнен по схеме (фиг, или 4 б). В ключе (фиг. 4 а) выход ной, ток преобразователя проходит через транзистор 50 или 51 и диод 52 или 53,, а не через два диода последовательно, как в ключе (фиг. Хотя в ключе два транзистора, на каждом рассеивается половинная мощ ность. Ключ (фиг. 4 б) проще с точ ки зрения построе ния системы управ ления, однако к запертым трансзисторам прикладывается небольшое обратное напряжение (0,9-1,65 В) от открытого диода в соответствующий полупериод. Аналогично однофазным мостовым преобразователям (фиг. 1 и фиг.З) могут быть выполнены однофазные полумостовые преобразователи с выводом средней точки источника питания, а также многофазные, в част ности трехфазные преобразователи. При этом для запирания тиристоров каждой вертикальной ветви много,фазного преобразователя использует отдельный трансформатор тока. Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения обусловлена существенным уменьшени массы и габаритов предлагаемого преобразователя по сравнению с существующими, более высоким его КПД и повышением его надежности за счет меньшего количества элементов как в самом преобразователе, так и в системе управления им. 4-0 Формула изобретения 1.Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий неполностью управляемые силовые вентили и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно в выходную цепь переменного.тока преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показ-ателей КПД и надежности, он снабжен полностью управляемыми вентилями по числу силовых .вентилей, трансформатор тока выполнен со вторичными обмотками по числу силовых вентилей, связанными через упомянутые полностью управляемые вентили с силовыми вентилями, а параллельно одной из обмоток подключен дополнительный двуполярный полностью управляемый вентиль. 2.Преобразователь по п. 1, отличающий.с я тем, что трансформатор снабжен дополнительной повышающей вторичной обмоткой, а двуполярный вентиль подключен параллельно этой обмотке. 3.Преобразователь по п. 1, от-. личаюш,ийс я тем, что двуполярный вентиль подключен параллельно первичной обмотке трансформатора тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Справочник по преобразова тельной технике, Киев, Техника, 1979, с. 152, рис.. 3.57„ 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2663436,кл.Н 02 М 5/42 14.09.78. Фиг.} Р S ad

игЛ

., К oSHOfnKf UO,

W