Преобразователь переменного напряжения (его варианты)

 

1. Преобразователь переменного напряжения, содержащий m -фазный трансформатор по крайней мере с двумя первичными обмотками, одни концы которых образуют.входные выводы преобразователя , а другие подключены ко входам первой группы основных №-фазных вентильных мостов, и по крайней мере две вторичные обмотки, одни концы которых образуют выходные выводы преобразователя, а другие подключены ко входам другой группы основных щ-фазных вентильных мостов, а также полностью управляемые ключи - основной , установленный на выходе одного из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательногот-фазного вентильного моста, своим силовым входом подключенного к выходным выводам преобразователя,/о тличающийс я тем, что, с целью снижения массы и габаритов при повьпиении его надежности, одноименные по полярности выходные выводы одной группы основных мостов и одноименные по полярности выходные выводы другой группы основных мостов объединены между собой, а вентили всех основных мостов выполнены управляемыми. 2, Преобразователь переменного напряжения, содержащий tn Фазный (Л трансформатор с одной первичной mфазной обмоткой, подключенной к входным выводам преобразователя, и несколькими вторичными т-тфазными обмотками , одними своими концами подключенными к выходным выводам преобразователя , другими - ко входам основных гл-фазных вентильных мостов, а 4 также полностью управляемые ключи О основной, установленный на выходе одto ного из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательногоЩ-фазнего вентильного моста, своим входом подключенного к выходным выводам преобразователя , отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов преобразователя при повышении его надежности, одноименные по полярности выходные выводы основных и вспомогательньк мостов объединены между собой, а их вентили выполнены управляемыми .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5l) Н 02 M 5/27; С 05 F 1/20

1;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOt4V СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO QEfl AM И ОБРЕТЕНИЙ H OTKPbfTMA (21) 3588322/24 — 07 (22) 06.05.83 (46) 15.02.85. Бюл. № 6 (72) В.В. Голубев, К.А. Липковскнй, В.A. Новский, В.Е. Тонкал= : A.Ê. Шидловский (71) Институт электродинамики АН УССР (53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Коробан Н.Т. и др. Построение и классификация непосредственных преобразователей частоты с искусственной коммутацией. Сб. "Современные задачи преобразовательной техники", ч. 2, Киев, 1975, с. 132-140.

2. Карташов P.Ï. и др. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев, "Техника", 1979, с. 152.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 657547, кл. Н 02 M 5/27, 1974.

4. Авторское свидетельство СССР

¹ 871916, кл. С 05 F 1/14, 1978. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Преобразователь переменного напряжения, содержащий Ч -фазный трансформатор по крайней мере с двумя первичными обмотками, одни концы которых образуют входные выводы преобразователя, а другие подключены ко входам первой группы основных fp-фазных вентильных мостов, и по крайней мере две вторичные обмотки, одни концы которых образуют выходные выводы преобразователя, а другие подключены ко входам другой группы основных

lYI фазных вентильных мостов, а также полностью управляемые ключи — основной, установленный на выходе одного

„„Я0„„1140211 А из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательного rq-фазного вентильного моста, своим силовым входом подключенного к выходным выводам преобразователя,/ отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов при повышении его надежности, одноименные по полярности выходные выводы одной группы основных мостов и одноименные по полярности выходные выводы другой группы основных мостов объединены между собой, а вентили всех основных мостов выполнены управляемыми.

2. Преобразователь переменного ф напряжения, содержащий щ-фазный трансформатор с одной первичной Вфазной обмоткой, подключенной к входным выводам преобразователя, и несколькими вторичными А1-.ôàçíûìè обмотками, одними своими концами подключенными к выходным выводам преобразователя, другими — ко входам основных rn-фазных вентильных мостов, а также полностью управляемые ключи— основной, установленный на выходе одного из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательногоЩ-фазного вентильного моста, своим входом подключенного к выходным выводам преобразователя, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов преобразователя при повышении

его надежности, одноименные по полярности выходные выводы основных и вспомогательных мостов объединены между собой, а их вентили выполнены управляемыми.

11402

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может найти применение для построения регуляторов и стабилизаторов перемен5 ного напряжения, преобразователей частоты, источников реактивной мощности, агрегатов бесперебойного питания и т.д. средней и большой мощности. 10 .Известны трехфазные преобразователи частоты, содержащие трансформатор с одной первичной и тремя или более вторичными обмотками, одни концы первичной обмотки образуют вход, а вторичных — выходы преобразователя, другие концы первичной обмот. ки объединены в нулевую точку,. а вторичных подключены на входы основ-, ных трехфаэных вентильных мостов, р0 выходные выводы преобразователя подключены ко входу вспомогательного вентильного моста, выходы мостов зашунтированы соответственно основными и вспомогательными тиристорами непосредственно или через коммутирующие дроссели, вспомогательный тиристор связан с каждым из основных с помощью конденсаторного или трансформаторного узлов коммутации — емкостная или индуктивная связь )1j и P).

Однако такие преобразователи ха- рактеризуются большими массой и габаритами узлов коммутации и пониженной надежностью. 35

Известен также преобразователь с общим узлом коммутации, содержащий . коммутирующий конденсатор и распределительные тиристоры, соединяющие его с электродами основных и вспомо- 40 гательных тиристоров f3) .

Однако наличие большого числа распределительных тиристоров также повышает массу и габариты преобразователя. 45

Наиболее близким к предлагаемому (его вариантам) является в -фазный преобразователь переменного напряжения, содержащий т -фазный трансформатор с двумя первичными и двумя вто- 50 ричными Q -фазными обмотками, объединенные разноименные концы первичных обмоток образуют вход, а вторичных— выход преобразователя, другие концы первичных и вторичных обмоток под- 55 ключены ко входам щ-фазных вентильных мостов с полностью управляемыми ключами íà их выходах (4).

11 2

В качестве полностью управляемых ключей могут быть использованы силовые транзисторы с формирователями управляющего сигнала или тиристоры с узлами искусственной коммутации. Количество ключей тем больше, чем выше требования к качеству выходного напряжения, что приводит к повышению массы и габаритов преобразователя и снижению его надежности.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов преобразователя при повышении его надежности.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения (первый его вариант), содержащем m-фазный трансформатор по крайней мере с двумя первичными обмотками, одни концы которых образуют входные выводы преобразователя, а другие подключены ко входам первой группы основных rrl-фазных вентильных мостов, и по крайней мере две вторичные обмотки, одни концы которых образуют выходные выводы преобразователя, другие подключены ко входам другой группы основных п-фазных вентильных мостов, а также полностью управляемые ключи — основной, установленный на выходе одного из основных указанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательного Щ-фазного вентильного моста, своим силовым входом подключенного к выходным выводам преобразователя, одноименные по полярности выходные выводы одной группы основных мостов и одноименные по полярности выходные выводы другой группы основных мостов объединены между собой, а вентили всех основных мостов выполнены управляемыми.

Согласно второму варианту в преобразователе переменного напряжения, содержащемrA-фазный трансформатор с одной первичной и-фазной обмоткой, подключенной к входным выводам преобразователя, и несколькими вторичны. ми m --фазными обмотками, одними своими концами подключенными к выходным выводам преобразователя, другими — ко входам основных п1-фазных *ентильных мостов, а также полностью управляемые ключи - основной, установленный на выходе одного из основных укаэанных мостов, и вспомогательный, установленный на выходе вспомогательного tn-фаэного вентильного моста, своим входом подключен1140211 ного к выходным выводам преобразова. теля, одноименные по полярности выходные выводы основных и вспомогательных мостов объединены между собой а их вентили выполнены управляемыми.

Объединение соответственно анодов и катодов основных вентильных мостов позволяет снизить число основных полностью управляемых ключей до одного независимо от числа вентильных мостов, снизив тем самым массу и габариты преобразователя при повышении его надежности благодаря замене неуправляемых вентилей управляемыми, позволяющими осуществлять сеточную защиту преобразователя в случае срыва коммутации.

Та же цель и тем же путем достигается и в тех преобразователях переменного напряжения, которые содержат m -фазный трансформатор с одной первичной обмоткой, соединенной в

"звезду" или в "треугольник" с несколькими вторичными N-фазными обмотками, либо с двумя илн более первичными й1-фазными обмотками и одной вторичной, соединенной в звезду или треугольник.

Различие вариантов изобретения состоит в частоте, на которой осу- 30 ществляется передача энергии через трансформатор. В преобразователях, выполненных согласно первому варианту, возможна работа трансформатора на повышенной частоте, что позволяет снизить установленную мощность трансформатора, но преобразователь при этом сложнее и имеет более низкую надежность по сравнению с преобразователем, выполненным согласно второ- 40 му варианту. В последних трансформатор работает на частоте сети и имеет установленную мощность нагрузки. Поэтому в соответствии с решаемой задачей (снижение массы и габаритов пре- 45 образователя при повышении его надежности) предлагаемые варианты равнозначны.

Однако использование изобретения дает наибольший положительный эффект 50 именно в более сложной схеме, т.е. в схеме с трансформатором, имеющим большее число Гп-фазных выводов, подключенных ко входам щ-фазных вентильных мостов. 5S

На фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — структурная схема блока управления; на фиг.3 — временные диаграммы управляющих импульсов и вы ходного напряжения фазы А; иа фиг.4принципиальные схемы регулятора переменного напряжения; на фиг.5

t схема преобразователя частоты с передачей энергии на частоте сети; на фиг.6 — схема агрегата бесперебойного питания.

Преобразователь частоты (фиг.1) и регулятор переменного напряжения (фиг.4) предлагаются в качестве примеров конкретного выполнения изобретения согласно первому варианту.

Преобразователь частоты (фиг.1) содержит 3-фазный трансформатор с двумя первичными 1 и 2 и тремя вторичными 3-5 обмотками. Первичные обмотки 1 и 2 одними своими разноименными концами подключены к входным выводам преобразователя, а другими— ко входам основных тиристорных мостов 6 и 7 соответственно. Вторичные обмотки 3-5 трансформатора одними своими концами подключены к выводам нагрузки 8, другими — ко входам основных тиристорных мостов 9-11. Аноды основных тиристорных мостов 6, 7 и 9-11 через коммутирующий дроссель

12, а катоды непосредственно подключены соответственно к катоду и аноду основного тиристора 13. Вход вспомогательного диодного моста 14 подключен к выводам нагрузки З,его выход анодом через второй коммутирующий дроссель !5, а катодом непосредственно подключен соответственно к катоду и аноду вспомогательного тиристора.

Основной 13 и вспомогательный 16 тиристоры своими одноименными электродами соединены между собой через коммутирующие конденсаторы 17 и 18.

Сиотема управления преобразователя частоты (фиг.2) содержит задающий генератор 19, модулятор 20 ширины импульсов, схему НЕ 21, распределитель 22 импульсов и формирователи

23-25 импульсов. Выход задающего генератора 19 подключен ко входу модулятора 20, выход которого подклю. чен ко входам формирователя 23 импульсов управления основным тиристором 13 непосредственно, формирователя 24 импульсов управления вспомогательным тиристором 16 через схему НЕ

У а также формирователя 25 пяти импульсных последовательностей 26-30 для управления тиристорами мостов

Ф 11402

6, 7, 9, 10 и 11 через рас тределитель 22 импульсов.

Преобразователь работает следующим образом.

Передача энергии сети в нагрузку, т.е. формирование импульса в выходном напряжении, осуществляется при включенных тиристорах одного из мостов 6 и 7 первичных обмоток, одного из мостов 9-11 вторичных обмоток и основного тиристора 13. Пауза в выходном напряжении формируется при вклокоченном вспомогательном тиристоре

16, проводящем реактивный ток актив- 1 но-индуктивной нагрузки 8 через диоды15 вспомогательного моста 14 и коммутирующий дроссель 15. Выключение основного 13 (вспомогательного 16) тиристора происходит при включении вспомогательного 16 (основного 13) тиристора под действием приложенного к нему обратного напряжения коммутирующих конденсаторов, заряженных в процессе предшествующей коммутации. После выключения тиристора конденсаторы

17 и 18 перезаряжаются с изменением полярности на противоположную через вентили моста, находящегося до коммуЮ тации в проводящем состоянии.(например, мостов 6, 9). После, окончания процесса перезаряда конденсаторов

17 и 18 тиристоры мостов 6 и 9 также восстанавливают свои запирающие свойства под действием обратного напряжения перазарядившихся и готовых к следующей коммутации конденсаторов 17 и 18.

Последовательность работы вентильных мостов и тиристоров поясняется временными диаграммами на фиг.3.

Последовательность 31 импульсов с частотой модуляции 31 с выхода задающего генератора подается на модулятор 20, который формирует последоватепьпость 32 импульсов с переменной скважностью, соответствующей скваж45 ности импульсов выходного напряжения. Регулирование скважности импульсов позволяет регулировать действующее значение выходного напряжения.

Последовательность 33, задающая алго- ритмы работы основного тиристора 13 (фиг.3, U 13 — напряжение управления тиристором 13), в результате инвертирования в схеме НЕ 21 преобразуется в последовательность 34 импульсов, управляющих вспомогательным тиристором 16. Распределитель 22 импульсов . формирует последовательности 29, 30

11 6 и 31-33 импульсов управления тиристорами мостов 6, 7 и 9-11 соответственно. Поочередное соединение в

"звезду" первичных обмоток 1 и 2 тиристорами мостов 6 и 7 создает в сер; дечнике трансформатора модулированный магнитный поток повышенной частоты, частоты модуляции, а в результате поочередного соединения в

"звезду" вторичных обмоток 3-5 тиристорами мостов 9-11 на нагрузке формируется импульсное напряжение 0, частота основной составляющей которого определяется частотами сети и задающего генератора, а также алгоритмом управления тиристорными мостамиа

Регулятор переменного напряжения (фиг.4) содержит трехфазный трансформатор с двумя первичными 1 и 2 и двумя вторичными 3 и 4 обмотками с промежуточными выводами (отпайками). Одни концы первичных обмоток образуют вход, а вторичных — выход регулятора, другие концы первичных

1 и 2 и вторичных 3 и 4 обмоток и промежуточные выводы 35, 36 вторичных обмоток подключены ко входам основных тиристорных мостов, соответственно мостов 6, 7, 9-11, 37, аноды которых через коммутирующий дроссель

12, а катоды непосредственно соединены соответственно с катодами и анодами основного тиристора 13. Электроды основного тиристора 13 через коммутирующие конденсаторы 17 и 18 соединены с одноименными электродами вспомогательного тиристора 16, шун- . тирующего через второй коммутирующий дроссель выход вспомогательного диод- . ного моста 14, вход которого подключен к выходным зажимам регулятора и к нагрузке 8.

Регулятор работает следующим образом.

При одновременной подаче управляющих импульсов на тиристоры одного иэ мостов 6 .и 7 первичных обмоток 1 и 2 и одного.из мостов 9-11, 37 вторичных обмоток 3 и 4, а также на основной тиристор 13 на нагрузке формируется импульс напряжения с синусной огибающЕй, амплитуда и полярность которой зависит от соотношения и полярности включенных в "звезду" первичной и вторичной обмоток. При подаче управляющих импульсов на вспомогательный тиристор 16 происходит выключение основного тиристора 13 и тирис"

211 8

Агрегат бесперебойного питания (фиг.6) содержит трансформатор с двумя первичными и 2 и одной вторичной 3 обмоткой. Одни концы первич-. ных обмоток 1 и 2 подключены к двум независимым синхронным сетям, вторичной обмотки 3 — к выходным зажимам и нагрузке 8 агрегата, другие концы первичных обмоток подключены ко вхо- . дам основных тиристорных мостов 6 и

7, вторичная обмотка 3 соединена в "звезду". Аноды основных тиристорных мостов 6 и-7 через коммутирующий дроссель 12, а катоды непосредственно соединены соответственно с катодом и анодом основного тиристора 13 °

Электроды основного тиристора 13 через коммутирующие конденсаторы 17 и

18 соединены с одноименными электродами вспомогательного тиристора 16, шунтирующего через второй коммутирующий дроссель 15 вспомогательный диодный мост 14, вход которого подключен к выходным зажимам агре-.. гата.

7 1140 торов основных мостов, как зто описано для преобразователя частоты, и .в выходном напряжении формируется пауза, во время которой реактивный ток нагрузки 8 через диоды вспомогательного моста 14 и вспомогательный тиристор 16 замыкается на коммутирующий дроссель 15. При циклическом переключении первичных и вторичных обмоток на нагрузке 8 формируется

10 кусочно-синусоидальное выходное напряжение, действующее значение и полярность которого зависит от алгоритма переключения вторичных обмоток и длительности нулевых пауз. Таким образом может быть осуществлено глу15 боксе и узкодиапазонное регулирование выходного напряжения при передаче через трансформатор на повышенной частоте всей мощности нагрузки. При включении нагрузки 38 между соответ20 ствующими входными и выходными зажимами возможно узкодиапазонное регулирование выходного напряжения с передачей через трансформатор на высо25 кой частоте части энергии нагрузки,,равной или меньше диапазона регулирования.

В качестве примеров конкретного использования изобретения согласно второму варианту предлагаются схемы преобразователя частоты с передачей энергии через трансформатор на частоте сети (фиг.5) и агрегата бесперебойного питания (фиг.6).

Преобразователь частоты (фиг.5) З5 содержит трансформатор с одной первичной 1 и тремя вторичными 3-5 обмотками. Одни концы первичной обмотки

1 образуют вход, вторичных 3-5 — вы-. ход преобразователя, другие концы 40. первичной обмотки соединены в "звезду", вторичных — подключены ко входам тиристорных мостов 9-11, аноды которых через коммутирующий дроссель 12, а катоды непосредственно соединены соответственно с катодом и анодом основного тиристора 13. Электроды основного тиристора 13 через коммутирующие конденсаторы 17 и 18 соединены с одноименными электродами вспо- 50 могательного тиристора 16 шунтирующего через второй коммутирующий дроссель 15 выход вспомогательного, диодного моста 14, вход которого подключен к выходным-зажимам и нагрузке 8 55 преобразователя.

Преобразователь работает аналогично .преобразователю по фиг.1.

Агрегат работает следующим обра-. зом.

Когда обе сети исправны, нагрузка

8 питается от сети А (Б), тиристоры основного моста 6 (7) и основной тиристор 13 проводят ток. При нарушении или исчезновении сети А (Б) включается вспомогательный тиристор 16 на время, необходимое для восстановления запирающих свойств основного тиристора 13 и тиристоров основного моста 6 (7), после чего включаются тиристоры основного моста 7 (6) и основной тиристор 13. После кратковременного перерыва продолжается питание от сети Б (А) без нарушения работы потребителя. Агрегат согласно фиг.6 позволяет также осуществлять широтно-импульсное регулирование (стабилизацию) переменного напряжения на нагрузке.

Все предложенные схемы преобразователей переменного напряжения, построенные согласно первому и второму вариантам изобретения, имеют общий узел коимутации, что существенно снижает установленные иощности, массы и габариты преобразователей и повышает их надежность эа счет сокращения количества элементов искусственной коммутации (дросселей, конденсаторов и распределительных вентилей) и замены

10 вателя по цепям управления ристорами в случае срыва мутации.

9 1140211 неуправляемых вентилей основных мостов управляемыми, позволяющими осуществлять сеточную защиту преобразоти

I ком-;

12 17 б

1140211

1140211

1140211

ВЩИШИ Заказ 269/42 Ти ак 646 Па ам ааа

Филыал ШШ Йвтеыт, г.Уагород, .ул.Проектыаы,