Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержа ций подключенный к входным выводам резонансный инвертор на тиристорах с силовым трансформатором, вторичная обмотка которого соединена с выходным Выпрямителем, обратный выпрямитель, подключенный по постоянному току к входным выводам, и транзисторный коммутатор, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения КПД путем упрощения силового трансформатора, в него введен вспомогательный трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке силового трансформатора инвертора, а вторичная - к выводам переменного тока обратного выпрямителя.g 2. Преобразователь по п.1, о л и чающийся тем, что транзисторный коммутатор подключен к дополнительной обмотке вспомогательного трансформатора. да ел со со ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

00UW

РЕСПУБЛИК

ylang H 02 H 3/315

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3442182/24-07 (22) 25. 03. 82 (46) 07.01.84.Бюл. М 1 (72) В.Ф.Ильин и Г.A.Белов (71) Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова (53) 621.314.57(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 547941, кл. Н 02 М 3/315, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 635576, кл. Н 02 М 3/315, 1976.

3. Лабин И.И., Твердов И.Б. Способы улучшения характеристик выпрямителей с бестрансформаторным выходом на основе тиристорного инвертора. В кн. "Проблемы преобразовательной техники". Киев, 1979, с. 31, рис. 1.

4. Авторское свидетельство СССР

9 928561, кл. Н 02 М 3/315, 1980. (54)(57)1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННО1 О НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содер„.Я0„„1065995 A жащий подключенный к входным выводам резонансный инвертор на тиристорах с силовым трансформатором, вторичная обмотка которого соединена с выходным выпрямителем, обратный выпрямитель, подключенный по постоянному току к входным выводам, и транзисторный коммутатор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД путем упрощения силового трансформатора, в него введен вспомогательный трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке силового трансформатора инвертора, а вторичная — к выводам переменного тока обратного выпрямителя. O

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что транзисторный коммутатор подключен к дополнительной обмотке вспомогательного трансформатора.

1065995

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть испольэова.но в мощных высоковольтных источниках электропитания с высокочастотным:преобразованием параметров электроэнергии. 5

Известны преобразователи постоянного напряжения, содержащие резонансный инвертор на тиристорах, выходной выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора инвертора, и транзисторный коммутатор 1)и(2 ).

В данных преобразователях в режимах, близких к холостому ходу, а также в переходных режимах происходит нарушение нормальной работы, обусловленное срывом работы инвертора.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий резонансный инвертор I;ct тиристорах, выходной выпрямитель, подключенный к вторич- 2О ной обмотке силового трансформатора, и обратный вЫпрямитель, подключенный к допопнительной обмотке силового трансформатора(3 1.

Такое включение обратного выпрямителя позволяет расширить диапазон изменения тока нагрузки вплоть до режима холостого хода и улучшить характеристики преобразователя в переходных режимах. Однако в мощных уст- 30 ройствах, в которых используется силовой трансформатор с большим сечением магнитопровода и обмоток с высоким витковым напряжением, оказывается практически невозможным получение оптимального соотношения витков вспомогательной и первичной обмоток трансформатора. Применение силового трансформатора с неоптимальным соотношением числа витков обмоток приводит к существенному росту потерь и снижению КПД преобразователя. Кроме того, недостатком преобразователей является необходимость применения в них сложного многообмоточного силового трансформатора, причем чем выше мощность, напряжение и рабочая частота преобразователя, тем сложнее выполнить многообмоточный трансформатор.

Наиболее близок к предлагаемому 50 по технической сущности и достигаемому результату преобразователь, содержащий резонансный инвертор на тиристорах, выходной выпрямитель, подключенный ко вторичной обмотке силового трансформатора инвертора, обратный выпрямитель и транзисторный коммутатор(4 ).

Недостатками известного преобразователя являются низкий КПД, обусловленный трудностью получения оптимального соотношения витков в многообмоточном силовом трансформаторе и необходимость применения сложного многообмоточного силового трансформатора. 65

Цель изобретения — повышение

КПД путем .упрощения силового трансформатора.Для достижения укаэанной цели в преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий подключенный к входным выводам резонансный инвертор на тиристорах с силовым трансформатором, вторичная обмотка которсго соединена с выходным выпрямителем, обратный выпрямитель, подключенный к входным выводам, и транзисторный коммутатор, введен вспомогательный трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке силового трансформатора инвертора, а вторичная — к выводам переменного тока обратного выпрямителя. Кроме того, транзисторный коммутатор подключен к дополнительной обмотке вспомогательного трансформатора.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя (мостовой вариант ). ,Преобразователь содержит источник 1 постоянного напряжения, мостовой инвертор на тиристорах 2-5, последовательный резонансный контур, состоящий иэ дросселя б и конденсатора 7, выходной выпрямитель 8, силовой трансформатор 9, первичная обмотка которого подключена к выходу инвертора, а вторичная через выходной выпрямитель 8 — к конденсатору 10 фильтра и нагрузке 11„ и вспомогательный трансформатор 12, первичная обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке силового трансформатора 9, вторичная через обратный выпрямитель 13 к входу инвертора, а дополнительная — к транзисторному ко;. мутатору 14.

В режиме номинальной нагрузки преобразователь работает еледующим образом.

При отпирании тиристоров 2 и 5 в цепи резонансного контура формируется синусоидальный импульс тока.

Одновременно с отпиранием тиристоpoB HHBBpTopcR открываются диоды одНого иэ плеч выходного выпрямителя 8 и конденсатор 7 резонансного контура перезаряжается до напря>кения с полярностью, противоположной начальной, а конденсатор 10 выходного фильтра подзаряжается. Напряжение на первичных обмотках трансформаторов 9 и 12, равное приведенному напряжению вторичной обмотки силового трансформатора 9 растет с ростом напряжения на конденсаторе 10 фильтра. Когда амплитуда напряжения на вторичной обмотке вспомогательного трансформатора 12 превышает напря>кение источника питания, открываются диоды од1065995

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Заказ 11055/56

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4 ного из плеч обратного выпрямителя 13 и часть тока инвертора замыкается через источник 1 питания.

По окончании полупериода колебаний ток в резонансном контуре спадает до нуля и к тиристорам 2 и 5 5 прикладывается обратное напряжение, равное сумме напряжений на конденсаторе 7 и первичной обмотке трансформатора 9 или 12 за вычетом напряжения источника 1 питания. С помощью 1I3 транзисторного коммутатора 14 напряжение на первичных обмотках трансФорматорон в интервале бестоковой паузы поддерживается той же полярности и приблизительно той же величины, что и в предыдущем интервале открытого состояния тиристоров. Благодаря этому на тиристорах обеспечивается обратное напряжение, достаточное для быстрого и надежного их запирания в широком диапазоне изменения тока нагрузки преобразователя.

В следующий полупериод работы инвертора отпираются тиристоры 3 и 4.При этом в цепи резонансного контура формируется синусоидальный импульс тока противоположной полярности и все процессы повторяются.

В режиме холостого хода напряжение на выходе превышает номинальное и при отпирании тиристоров инвертора ЗО открываются диоды обратного выпрямителя 13. Почти вся энергия, греобразуемая инвертором в этом ре>химе, возвращается на вход преобразователя. Максимальная амплитуда напряже- 35 ния на первичной обмотке силового трансформатора определяется приведенным напряжением источника 1 питания и суммарным падением напряжения на индуктивности рассеяния и актив- 4р ных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток вспомогательного трансФорматора 12. Перенапряжения на ныходе и мощность, возвращаемая обратно на вход преобразователя, зависят непосредственно от выбранного соотношения витков первичной и вторичной обмоток вспомогательного трансформатора 12. Вспомогательный трансформатор имеет минимальную расчетную мощность при некотором оптимальном соотношении витков упомянутых обмоток, при котором еце соблюдаются условия надежной коммутации тиристоров инвертора во всем диапазоне изменения тока нагрузки. В этом 55 случае потери в преобразователе минимальны и он имеет максимальный КПД.

Так как обмотки трансформатора 12 выполняются с меньшим нитковым на" пряжением, чем в трансформаторе 9, рассчитанном на полную выходную мощность, то в нем несложно получить требуемое соотношение витков. В преобразователе, в котором обратный выпрямитель подключен к обмотке мощ> ного силоного трансформатора, имеющего высокое витконое напряжение, получить оптимальное соотношение соответствующих витков практически не удается, поскольку даже изменение числа витков дополнительной обмотки на единицу существенно изменяет напряжение на обмотке. Поэтому в известном преобразователе преобразуемая инвертором мощность, а вместе с тем и потери мощности в нем оказываются выше, чем н предлагаемом.

Транзисторный коммутатор 14 мо>кет быть выполнен по схемам(1)и (2) и его удобнее подключать к дополнительной обмотке вспомогательного трансформатора 12, а не к обмотке трансформатора 9. Это облегчает согласование транзисторов коммутатора по напряжению и позволяет упростить конструкцию силоного трансформатора.

Таким образом, использование в преобразователе постоянного напряжения двух трансформаторов, силового и вспомогательного, вместо одного многообмоточного силового позволяет повысить эффективность использования трансформаторов, снизить потери мощности, повысить КПД преобразователя и упростить конструкцию силового трансформатора. Эти преимущества наиболее ощутимы при построении мощных высоковольтных преобразователей, работающих на частотах порядка единиц-десятков килогерц, в которых используются силовые тороидальные трансформаторы сложной конструкции.

Испытания преобразователя показали, что при соотношении витков вспомогательного трансформатора

= — = О,g7g имеет место

1 67

Ф/2 6g и нормальная работа преобразователя на холостом ходу, при К > 0,971 наблюдаются срывы работы инвертора.

В случае использования многообмоточного силового трансформатора реально возможное соотношение витков соотретстнуюцих обмоток равно К

0 т 21

0,952,что превышает оптимальное значение. В результате использования вспомогательного трансформатора КПД у преобразователя со вспомогательным трансформатором на 3-4Ъ выше, чем у преобразователя с одним многообмоточным трансформатором.