Тиристорный конвертор

 

1. ТИРИСТОРНЫЙ КОНВЕРТОР, содержащий последовательный резонан ный тиристорный инвертор с трансфор маторным выходом, а также цепь сбро са избыточной энергии, выполненную на основе многообмоточного элемента вторичная обмотка которого через вентиль связана с шинами питания инвертора, отличающийся тем , что, с целью понлшения надежности в работе устройства путем максимального ограничения напряжений на тиристорах при работе инвертора на выпрямитель со сглаживающим LC-фильтром в режиме пуска, указанная .цепь сброса выполнена на дросселе сглаживающего Ь,С-фильтра. 2. Конвертор по п. 1, о т л и -, чающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных параметров путем повышения точности стабилизации выходного напряжения и умень шения спектра акустических помех, он снабжен последовательно соединненными пороговым элементом и формирователем запускающих импульсов, а также источником опорного напряжения , причем выход последнего соединен с одним входом порогового эле-. мента, другой вход которого подклю чен к выходным выводам конвертора, вентиль выполнен управляемом и своими силовыми .электродами включен по следовательно с вторичной обмоткой дросселя LC-фильтра, а управляющим входом - с выходом формирователя напускающих импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11), 3(59 Н 02 М 3 315

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3211850/24-07 (25 ) 326 765 7/О 7 (2?) 04. 12. 80

- (46) 07.02. 84. Бюл. 9 5 (72 ) Н. В. Антоневич и Б.3. Курчик (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф.

М. A. Бонч-Бруевича (53) 621. 314.12 (088. 8) (56) 1. Патент Японии Р 50-39808, кл. Н 02 М 3/10, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 760333, кл. H 02 М 3/315, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 764059, кл. Н 02 М 3/315, 1980.

4. Тиристоры. Справочник.М.,"Энергия", 1971, с. 294. рис. 11-20б. (54 ) (5 7 ) 1 . THPHCTOPHblA КОНВЕРТОР, содержащий последовательный резонансный тиристорный инвертор с трансформаторным" выходом, а также цепь сброса из быточной энергии, выполненную на основе многообмоточного элемента., вторичная обмотка которого через вентиль связана с шинами питания инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства путем максимального ограничения напряжений на тиристорах при работе инвертора на выпрямитель со сглаживающим

LC-фильтром в режиме пуска, укаэанная .цепь сброса выполнена на дросселе сглаживающего (, С-фильтра.

2. Конвертор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных параметров путем повышения точности стабилизации выходного напряжения и умень шения спектра акустических помех, он снабжен последовательно соединненными пороговым элементом и формирователем запускающих импульсов, а также источником опорного напряжения, причем выход последнего соединен с одним входом порогового элемента, другой вход которого подключен к выходным выводам конвертора, вентиль выполнен управляемым и своими силовыми .электродами включен по-. следовательно с вторичной обмоткой дросселя LC-фильтра, а управляющим входом — с выходом формирователя запускающих импульсов.

1072205

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при преобразовании постоянного тока с одним уровнем на пряжения в постоянный ток с другим уровнем напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, например, в источниках питания радиотехнической аппаратуры, которая предъявляет требование гальванической развязки нагрузки в первичной сети.

Известен тиристорный конвертор со звеном повышенной частоты, содержащий двухобмоточный дроссель, подключенный к источнику питания постоянного тока, и несколько тиристоров, включенных последовательно с. дросселем и образующих вместе с ним цепь заряда-разряда конденсатора.

Вторичная обмотка дросселя через вы- 20 прямительный диод соединена с цепью заряда-разряда и нагрузкой. В результате такого соединения элементов и узлов. преобразователя энергия, накопленная дросселем в течение интерва- 25 ла проводимости тиристора, передается в цепь нагрузки через выпрямительный элемент в течение интервала времени, когда тиристоры заперты 13.

Известны также тиристорные кон- 30 верторы,.содержащие работающий на фиксированной частоте тиристорный инвертор с коммутирующей последовательной резонансной цепью, отделенной от нагрузки, и накопительным 35 индуктивным элементом, цепь рекуперации избыточной энергии этого элемента и однополупериодные выпрямители с емкостными фильтрами. Причем в (2 3 выпрямитель выполнен на управ- 40 ляемом вентиле, а цепь рекуперации на неуправляемом, а в (3 3 — наоборот.

Эти устройства по сравнению с устройством, описанным в fl),позволяют фиксировать частоту преобразования, 45 что приводит к уменьшению спектра и злу ч аемых ч ас тот .

Однако во всех этих устройствах в качестве элемента гальванической развязки используется дроссель-трансформатор, через который протекает постоянная составляющая тока источника питания конвертора, что приводит к резкому ухудшению массогабаритных показателей преобразователя, сужая область его использования. 55

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий полумостовой резонансный тиристорный инвертор, с раздельной коммутирующей емкостью и трансформатор- 60 ным выходом. В данное устройство кроме инвертора введена также цепь сброса избыточной энергии, выполненная на основе многообмоточного элемента, в качестве которого исйольэу ется выходной трансформатор инвертора 4 1.

Однако в данном устройстве сброс энергии в источник питания возможен только при значительных изменениях соотношения напряжений на нагрузке и источника питания. Выполнение цепи сброса энергии по известной схеме при наличии нелинейной нагрузки (выпрямитель с емкостным фильтром) оказывается малоэффективным, так как изменение соотношения напряжений на нагрузке и источника питания может привести к тому, что большая часть энергии колебаний будет поступать в цепь рекуперации энергии, а, кроме того, при таком построении цепи сброса энергии, энергия, запасаемая в инду ктивности рассеивания трансформатора, всегда будет поступать в цепь нагрузки. .Таким образом, недостатком данного преобразователя является наличие резкого возрастания напряжения на аноде запертого тиристора относительно установившегося значения при работе преобразователя на выпрямитель со сглаживающим фильтром в режиме пуска, когда выходное напряжение близкб к нулю. При этом возможно открывание запертого тиристора по аноду, что приводит к появлению сквозного тока через оба тиристора, т.е. к аварийному режиму °

Цель изобретения — повышение надежности в работе устройства путем максимального ограничения напряжений на тиристорах в режиме пуска при работе инвертора на выпрямитель со сглаживающим LС-фильтром.

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорном конверторе, содержащем последовательный резонансный тиристорный инвертор с трансформаторным выходом, а также цепь сброса избыточной энергии, выполненную на основе многообмоточного элемента, вторичная обмотка которого через вентиль связана с шинами питания инвертора, указанная цепь сброса выполнена на дросселе сглаживающего

L С- фил ьт ра, Устройство надежно работает как в установившемся, так и в переходном режимах, однако при уменьшении нагрузки частота запуска тиристоров должна изменяться в бопьших пределах (при изменении нагрузки преобразователя от номинальной до нуля частота меняется от максимальной до нулевой), что определяет широкий спектр акустических помех, и, кроме того, возрастают пульсации выходного напряжения, что ухудшает стабиль- ность выходного напряжения.

Для улучшения эксплуатационных параметров путем повышения точности

1072205 стабилизации выходного напряжения . и уменьшения спектра акустических помех устройство снабжено последовательно соединенными пороговым эле» ментом и формирователем запускающих импульсов, а также источником опорного напряжения, при этом выход последнего соединен с одним входом порогового элемента, другой вход которого, подключен к выходным выводам конвертора, вентиль выполнен управляемым и своими силовыми элект- ° родами включен последовательно с вторичной обмоткой,просселя LCфильтра, а управляющим входом — с выходом формирователя запускающих 15 импул ь со в, На фиг. 1 приведено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — то же, вариант.

Устройство (фиг. 1) содержит по- 2Q следовательный резонансный тиристорный инвертор 1, на выходе которого включен трансформатор 2, вторичная обмотка. которого подключена к входу двухполупериодного выпрямителя 3, 25 выход которого через первичную обмотку дросселя 4 индуктивности соединен с емкостным фильтром 5 и зажимами дпя подключения нагрузки б, при этом начало первичной обмотки дросселя 4 3Q соединяется с выходом двухполупериодного выпрямителя 3, диод 7, катод которого соединен с положительной шиной питания инвертора, а анод - с дополнительной инду кти вн остью 8, вто-35 рой вывод которой имеет соединение с началом вторичной обмотки индуктивности 4, конец которой подключен к отрицательной шине питания инвертора. При этом величина дополнительной 4О

-;ндуктивности выбирается равной величине индуктивности первичной обмотки дросселя 4, а соотношение витков первичной и вторичной обмоток зависит от соотношения напряжения питания инвертора 1 и напряжения на 45 емкостном фильтре 5. Это соотношение выбирается таким, чтобы гни наличии номинального напряжения на выходе конвертора, т.е. на емкостном фильтре 5, напряжение. наводимое на вто" ричной обмотке, было бы меньше, чем напряжение питания инвертора 1.

Дроссель 8 предназначен для сохранения колебательного процесса в контуре инвертора 1 при включении дио- 55 да 7.

Введение в устройство цепи, состоящей из дросселя 8 и диода 7, позволяет ограничить величину энергии колебаний в контуре инвертора 1 в 6О режиме пуска устройства на уровне, незначительно превышающем значение в установившемся режиме. Это достигается благодаря введению в устройство дополнительного потребителя энер- 65 гии, причем он вводится только на вр емя переходного проце сса. Принцип действия вводимой цепочки основан на переводе режима работы дросселя 4 в режим трансформатора. При появлении напряжения HB емкостном фильтре 5 и;его увеличении до номинального значения амплитуда напряжения, наводимого на вторичной обмотке, уменьшается и становится меньше, чем напряжение питания инвертора..Это означает, что цепочка отключается и при нормальной работе инвертора не оказывает влияния на его работу .

Устройство (фиг. 2) содержит последовательный резонансный тиристор . ный инвертор 1, на выходе которого включен трансформатор 2, вторичная обмотка которого подключена к входу двухполупериодного выпрямителя 3, выход которого через первичную обмотку дросселя 4 соединен с емкостным фильтром 5 и выводами для подключения нагрузки 6, соединенными с входом порогового устроиства 7, второй вход которого соединен с выходом.источника 8 опорногс напряжения, а выход через формирователь 9 запускающих импульсов - с управляющим электродом дополнительного тиристо ра 10, катод которого соединен с положительной шиной питания последовательного резонансного инвертора 1, а анод — с концом вторичной обмотки дросселя 4 инду ктивности, начало которой соединено с отрицательной шиной питания инвертора 1, при этом за начало первичной обмотки дросселя 4 принимается вывод, соединенный с выходом двухполупериодного выпрямителяя 3. При этом cDQ TH cxtl(ие витков первичной и вторичной обмоток дросселя 4 выбирается таким, чтобы при включенном тиристоре 10 диоды выпрямителя 3 были бы заперты обратно приложенным напряжением, наведенным на обмотку дросселя 4.

При работе устройства в режиме максимальной мощности и минимального напряжения источника питания энергия, передаваемая инвертором 1 в цепь нагрузки, равна энергии, рассеиваемой на нагрузке 3а тот же интервал времени, в результате чего напряжение на емкостном фильтре 5 не возрастает до верхнего порогового значения, задаваемого источником 8 опорного напряжения ° При этом допол- нительно введенный тиристор 10 не включается и принцип действия устройства не отличается от принципа действия известного преобразователя.

При сбросе нагрузки либо при возрастании напряжения>источника питания энергия, передаваемая инвертором в цепь нагрузки за один цикл

1072 205

Составитель Г. Мыцык

Редактор С. Пекарь Техред С.Мигунова Корректор И.Эрдейи

Заказ 141/49 Тираж 667 Подпи сное

ВНИИПИ Гооударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 инвертирования, оказывается больше, чем необходимо дпя поддержания выходного напряжения в заданных пределах. В результате этого во время процесса передачи энергии в нагру» зочную цепь напряжение íà eMKOQTHoM фильтре 5 возрастает быстрее. и в некоторый момент времени достигает порогового значения, определяемого источником 8 опорного напряжения.

При этом под воздействием сиГнала от порогового устройства 7 срабатывает формирователь 9 запускающих импульсов, который включает тиристор 10. В результате включения тиристора 10 напряжение на первичной обмотке ин,пуктивности 4 возрастает до значения большего, чем напряжение на емкостном фильтре 5. При этом выпрямитель 3 запирается и первичная обмотка индуктивности 4 обесточивается, а. энергия, запасенная в магнитном поле индуктивности 4, через вторичную обмотку и включен-, ный тиристор 10 возвращается обратно в источник.

Таким образом, дополнительно введенные элементы позволяют уменъшить величину энергии, передаваемой преобразователем в цепь нагрузки эа один цикл инвертирования. В результате этого уменьшаются пульсации напряжения на нагрузке, что улучшает стабильность выходного напряжения, так как среднее значение выходного напряжения может находиться от минимального до максимального мгновенного значения выходного напряжения.

Кроме того, изменение начальных условий разряда приводит к ускорению снижения выходного напряжения до нижнего порогового значения, что увеличивает частоту запуска тиристоров инвестора 1, а следовательно, уменьшает диапазон изменения частоты преобразования, Предлагаемое устройство по срав1з нению с известными позволяет повысить точность стабилизации выходного напряжения и уменьшить диапазон изменения частоты запуска тиристоров инвертора. Уменьшение диапазона из29 менения частоты запуска приводит к уменьшению спектра излучаемых преобразователей частот, т,е. позволяет упростить устройства подавления помех, создаваемых устройством, а так25 же уменьшает акустические шумы. Кро" ме того, в устройстве возможно исключить перенапряжения на тиристорах инвертора в режиме пуска. Это позволяет уменьшить запас по электричес3О кой прочности тиристоров, т.е. использовать более низковольтные, а значит, и более дешевые тиристоры.