Преобразователь постоянного напряжения в переменное (его варианты)

 

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах и трансформаторе , причем первичная обмотка трансформатора подключена к входу ячейки через основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатора зашунтирована дополнительными тиристорами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами , выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел прийудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источником коммутирукщегр напряжения и полностью управляемым ключом и связанный с тиристорами ячейки распределительными тиристорами, причем распределительные тиристоры, коммутирующие основные тиристоры,: подключены одними из силовых вьюодов к общей точке, и узел коммутации распределительных тиристоров, содержащий последовательно соединенные дополнительный источник коммутируняцего напряжения и дополнительньм полностью управляемый ключ и связанный с общей точкой распределительных тиристоров, отличающийся тем, что, с целью его упрощения, снижения стоимости и повышения надежности, последовательно с каждым распределительным,тиристором , коммутирующим дополнительный тиристор, включена первичная обмотка введенного импульсного трансформатора и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между точкой соединения основного и допол (Л нительного тиристоров и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры,. а Вторичная обмотка импульсного трансформатора через введенный выпрямитель соединена с источником питающего напряжения . 2. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по сд Крайней мере одну преобразовательную 1 ячейку на тиристорах и трансформаторе , причем первичная обмотка транс-, форматора подключена к входу ячейки через основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатрра зашунтирована дополнительными тиристорами , входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источником коммутирующего на

(19) (11) СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕККЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTWI (21) 3419183/24-07 (22) 07.04.82 (46) 23.02.85. Бюл. № 7 (72) М.Б.Поэин, А.А.Федосов, Н.Н.Целиков, О.Н.Липихин, В.А.Ханевский.и М.О.Григорян (53) 621.314,572(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 623244, .кл. Н 02 M 7/537, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 756579, кл. H 02 M 7/537, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР № ?65952, кл. Н 02 М 7/515, 1978. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах и трансформаторе, причем первичная обмотка трансформатора подключена к входу ячейки через -основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатора зашунтирована дополнительными тиристорами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом и связанный с тиристорами ячейки распределительными тиристорами, причем распределительные тиристоры, коммутирующие основные тиристоры, подключены одними из силовых выводов к общей точке, и узел коммутации распределительных тиристоров, содержащий последователь. но соединенные дополнительный источник коммутирующего напряжения и дополнительный полностью управляемый ключ и связанный с общей точкой распределительных тиристоров, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью его упрощения, снижения стоимости и повышения надежности, последователь но с каждым распределительным.тиристором, коммутирующим дополнительный . тиристор, включена первичная обмотка введенного импульсного трансформатора и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между точкой соединения основного и дополнительного тиристоров и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, а вторичная обмотка импульсного транс форматора через введенный выпрямитель соединена с источником питающего напряжения.

2. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по

Крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах и трансформаторе, причем первичная обмотка транс-. форматора подключена к входу ячейки через основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатрра эашунтирована дополнительными тирис-. торами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источником коммутирующего на1141540 пряжения и полностью управляемым ключом и связанный с тиристорами ячейки распределительными тиристорами, причем распределительные тиристоры, коммутирующие основные тиристоры, подключены одними из силовых выводов к общей точке, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью его упрощения, снижения стоимости и повышения надежности, последовательно с каждым. распределительным тиристором, коммутирующим дополнйтельный тиристор,включенапервичная обмотка введенного импульсного трансформатора и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между точкой соединения основного и дополнительно го тиристоров и общей точкой.распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, вторичная обмотка импульсного трансформатора через введенный выпрямитель соединена с источником питающего напряжения, а между полюсом источника питания, соединен-, ным со средней точкой первичной обмотки трансформатора ячейки, и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, включен введенный дроссель,параллельнс, которому включены последовательно соединенные введенные диод и стабилитрон.,—

3. Преобразователь постоянного на- пряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах и трансформаторе, причем первичная обмотка трансформатора подключена к входу ячейки через основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатора зашуитирована дополнительными тирис" торами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами; выход ные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источником коммутиру ющего напряжения и полностью управляемым ключом и связанный с тиристо рами ячейки распределительными тирис торами, причем распределительные ти ристоры, коммутирующие:основные.тиристоры, подключены одними из силовых выводов к общей точке, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью его упрощения, снижения стоимости и

:повышения надежности, последователь но с каждым распределительным тирис тором, коммутируницим дополнйФельный тиристор, включена первичная обмотка введенного импульсного трансформатора и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между точкой основного и дополнительного тиристоров и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, вторичная обмотка импульсного трансфор.матора через введенный выпрямитель соединена с источником питающего напряжения, между полюсом источника питания, соединенным со средней точкой первичной обмотки трансформатора ячейки, и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные.тиристоры, включен через введенный диод введенный дроссель, параллельно которому включены последовательно соединенные второй введенный.диод и введенный стабилитрон, а импульсный трансформатор содержит дополнительную введенную обмотку, которая через третий введенный диод подключена между общей точкой распре делительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры,и выводом вторичной обмотки этого трансформатора, одноименным с выводами первичных обмоток, подключенными к упомянутой общей точке.

4. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах и трансформаторе, причем первичная обмотка трансформатора подключена к входу ячейки через основные тиристоры по крайней мере одна из обмоток трансформатора зашунтирована дополнительными тиристорами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом и связанный с тиристорами ячейки распределительными тиристорами, причем распределитель,ные ти исторы, коммутирующие основные тирйсторы, подключены одними из силовых выйодрв к общей точке, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью его упрощения, снижения стоимости и повьппения надежности, последовательно с каждым распределительным тиристором, коммутирукицим дополни1141540 тельный тиристор, включена первичная обмотка, введенного импульсного трансформатора и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между точкой соединения основного и дополнительного тиристоров, и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, вторичная обмотка импульсного трансформатора через введенный выпрямитель соединена с источником питающего напряжения, причем импульсный трансформатор содержит две. дополнительно введенные обмотки, одна из которых подключена через введенный диод между полюсом источника питания, соединенным со средней точкой первичной обмотки трансформатора ячейки, и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, вторая обмотка подключена через второй введенный диод между этой точкой и выводом вторичной обмотки этого трансформатора, одноименным с выводами первичных обмоток, подключенными к упомянутой общей точке.

5. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на .тиристорах и трансформаторе, причем первичная обмотка трансформатора подключена к входу ячейки через основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатора зашунтирована дополнительными тиристорами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источни.— ком коммутирующего напряжения и полностью управляемык кдючом и связанный с тиристорами ячейки распределительными тиристорами, причем распредели-: тельные тиристоры, коммутирующие основные тнристоры, подключены одними из силовых выводов к общей точке, отличающийся тем, что,с целью его упрощения, снижения стоимости и повышения надежности, последовательно с каждым распределительным тиристором, коммутирующим дополнительный тиристор, включена первичная обмотка введенного импульсного трансформатора и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между точкой соЕдинения основн го н дополнительного тиристоров и об щей точкой распределительных тиристо ров, коммутирушщих основные тиристоры, вторичная обмотка импульсного трансформатора через введенный вынрямитель соединена с источником питающего напряжения, в цепь полностью управляемого ключа включена первичная обмотка введенного импульсного трансформатора тока, одна часть вторичной обмотки которого подключена через второй введенный выпрямитель к выводам источника питания, а другая часть вторичной обмотки подключена через введенный диод к общей точке распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры.

6. Преобразователь постоянного. напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах и трансформаторе, причем первичная обмотка трансформатора подключена к входу ячейки через основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатора зашунтирована дополнительными тирис торами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными первичной обмоткой импульсного трансформатора и полностью управляемым ключом, вторичная обмотка этого трансформатора связана с тиристорами ячейки распределительными тиристорами, причем распределительные тиристоры, коммутирующие основные тиристоры, подключены Одними из силовых выводов к общей точхе, отличающийся тем, что, с целью его упрощения, снижения стоимости и повышения надежности, последовательно с каждым распределительным гиристором, коммутирующим дополнительный тиристор, включена первичная обмотка введенного импульсного трансформатора и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между точкой соединения основного и дополчительного тиристоров и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, а вторичная обмотка импульсного трансформатора через введенный

1141540 выпрямитель соединена с источником питающего напряжения.

7. Преобразователь по п.б, о т— л и ч а ю шийся тем, что для каждого дополнительного тиристора включен отдельный импульсный трансформатор.

8. Преобразователь по п.б, о т— л и ч а ю шийся тем, что для группы дополнительных тиристоров включен общий импульсный трансформатор.

9. Преобразователь по п.б, о т— л и ч а ю шийся тем, что дополнительные тиристоры включены параллельно каждой из половин первичной обмотки трансформатора ячейки.

З

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное.

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор), содержащий ряд преобразовательных тиристорных ячеек, входы которых подключены к общим входным выводам, а выходы соединены последовательно, и контуры принудительной коммутации, имеющие источник постоянного напряжения, подключенный к основным тиристорам преобразовательных ячеек через распределительные тиристоры и переключающие элементы, общие для группы тиристоров (1).

Недостатком указанного преобразователя является то, что инвертор, выполненный по схеме с выводом средней точки первичных обмоток трансфор; маторов ячеек, имеет повышенные массу и габариты. Кроме того, он содержит удвоенное количество ячеек для 25 получения той же формы кривой выход. ного напряжения. Инвертор, выполненный по мостовой схеме, имеет пониженный КПД при малых входных напряжениях. 30

Известны преобразователи постоянного напряжения в переменное, в когО. Преобразователь по п.б, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что дополнительные тиристоры включены параллельно первичной обмотке трансформатора ячейки.

11. Преобразователь по п.б, о тл и ч а ю шийся тем, что дополнительные тиристоры включены параллельно вторичной обмотке трансформатора ячейки.

12. Преобразователь по п.б, о т— л и ч а ю шийся тем, что параллельно основным тиристорам включены обратные диоды.

13. Преобразователь по п.б, о т— л и ч а ю шийся тем, что параллельно основным тиристорам включены обратные тиристоры. торых в качестве источника коммутирующего напряжения использован источник питающего напряжения, подключенный через импульсный трансформатор (21.

Данные преобразователи имеют более простую схему, однако обладают теми же недостатками, что и указанный выше.

Известны преобразователи постоянного напряжения в переменное, содержащие 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 сбединенными вспомогательным источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом, связанньпЪ с тиристорами вентильных плеч распределительными тиристорами, причем преобразовательные ячейки выполнены по нулевой схеме, а половины первичных обмоток трансформаторов ячеек зашунтированы каждая дополнительными тиристорами, которые через дополнительные распределительные тиристоры и дополнительный полностью управляемый ключ

1141540

> нительного тиристоров и общей точкой рас тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, а вторичная обмотка импульсного трансформатора через введенный выпрямитель соединена с источником пйтающего напряжения.

В последующих вариантах преобразователя отсутствует узел коммутации распределительных тиристоров, содержаший последовательно соединенные дополнительный источник коммутирующего напряжения, дополнительный полностью управляемый ключ и связанный с общей точкой распределительных тиристоров.

По второму варианту в преобразова.теле постоянного напряжения в переменное между полюсом источника питания, соединенным со средней точкой первичной обмотки трансформатора ячейки, и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, включен введенный дроссель, параллельно которому включены поСледовательно соединенный введенные диод и стабилитрон °

По третьему варианту в преобразо вателе постоянного напряжения в nepdменное между полюсом источника питания, соединенным со средней точкой первичной обмотки трансформатора ячейки, и общей точкой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, включен через введенный диод введенный дроссель, параллельно которому включены последовательно соединенные второй введенный диод и введенный стабилитрон, а импульсный трансформатор содержит дополнительную введенную обмотку,ко- торая через третий введенный диод подключена между общей точкой распределительных тиристоров, коммутиру.ющих основные тиристоры, и выводом вторичной обмотки этого трансформатора, одноименным с выводами первичных обмоток, подключенными к упомянутой общей точке. ного напряжения в переменное, содержащем по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах и 25 трансформаторе, причем первичная обмотка трансформатора подключена к входу ячейки через основные тиристоры, по крайней мере одна из обмоток трансформатора зашунтирована дополни-ЗО тельными тиристорами, входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, выходные цепи ячеек соединены последовательно и связаны с выходными выводами, а также узел при- 35 нудительной коммутации, образованный последовательно соединенными источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом и связанный с тиристорами ячейки распределитель- 40 ными тиристорами, причем распределительные тиристоры, коммутирующие основные тиристоры, подключены одними из силовых выводов к общей точке, и узел коммутации распределительных ти-45 ристоров, содержащий последовательно соединенные дополнительный источник коммутирующего напряжения и дополнительный полностью управляемый ключ и связанный с общей точкой распредели- 50 тельных тиристоров, последовательно с каждым распределительным тиристором, коммутирующим дополнительный тиристор, включена первичная обмотка введенного импульсного трансформато- 55 ра и эта цепь из обмотки и распределительного тиристора включена между ,точкой соединения основного и дополсвязаны с дополнительным источником коммутирующего напряжения t 3).

Недостаток известных преобразователей — необходимость в двух полнос-. тью управляемых ключах на всю импуль- 5 сную мощность ячейки, в двух вспомогательных ключах и в двух источниках коммутирующего напряжения. Поскольку при больших мощностях полностью управляемый ключ может содержать до !О нескольких сотен параллельно соединенных транзисторов, а также предварительные каскады, то необходимость в удвоенном количестве элементов для выключения силовых тиристоров услож- 15 няет преобразователь, удорожает его и снижает его надежность.

Цель изобретения — упрощение преобразователя, снижение стоимости его и повьш ение надежности. 20

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянПо четвертому варианту в преобрателе постоянного напряжения в переменное импульсный трансформатор содержит две дополнительно введенные обмотки, одна из которых подключена через введенный диод Между полюсом источника питания, соединенным со средней точкой. первичной обмотки трансформатора ячейки, и общей точ1141540 кой распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, вторая обмотка подключена через вто- рой введенный диод между этой точкой и выводом вторичной обмотки этого 5 трансформатора, одноименным с выводами первичных обмоток, подключенными к упомянутой общей точке.

По пятому варианту,в преобразователе постоянного напряжения в переменное в цепь полностью управляемого . ключа включена первичная обмотка введенного импульсного трансформатора тока, одна часть вторичной обмотки которого подключена через второй вве- 15 денный BblIIpHMHTPJIb к выводам источника питания, а другая часть вторичной обмотки подключена через введенный диод к общей точке распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры.

По шестому варианту преобразова1 теля постоянного напряжения в переменное узел принудительной коммутации основных и дополнительных тиристоров содержит вместо источника коммутирующего напряжения вторичную об.мотку введенного импульсного трансформатора, первичная обмотка которого соединена последовательно с пол- ЗО ностью управляемым ключом.

Причем может быть использован как отдельный импульсный трансформатор для каждого дополнительного тиристора, так и общий импульсный трансфор- З матор для группы дополнительных тиристоров.

Дополнительные тиристоры могут быть включены как параллельно каждой иэ половин первичной обмотки транс- 40 форматора ячейки, так и параллельно всей первичной(или вторичной)обмотке трансформатора ячейки.

Параллельно основным тиристорам могут быть включены как обратные дио- 45 ды, так и обратные тиристоры. ,На фиг.1-7 приведены принципиальные электрические схемы вариантов преобразователя, на фиг.8 — эпюры напряжений, иллюстрирующие его рабо- у ту; на фиг.9 - блок-схема системы уп равления, на фиг.10 — диаграммы импульсов задающего генератора.

Одноячейковый преобразователь (фиг.1) содержит трансформатор 1 с первичной обмоткой, состоящей из двух половин 2 и 3, и вторичной обмоткой 4, основные тиристоры 5 и 6, через которые половины первичной обмотки подключены к входу преобразователя, дополнительные тиристоры

7 и 8, включенные параллельно половинам первичной обмотки, обратные диоды 9 и 10 для пропускания реактивного тока нагрузки, распределительные тиристоры 11-14, полностью управляемый ключ — транзистор 15, источник 16 коммутирующего напряжения и импульсный трансформатор 17 с первичными обмотками 18 и 19 и вторичной обмоткой 20. Первичные обмотки 18 и

19 импульсного трансформатора 17 соединены последовательно с распределительными тиристорами 13 и 14, и эти последовательные цепочки включены между общими точками соединения основных и дополнительных тиристоров и общей точкой соединения распредели-,. тельных тиристоров 11 и 12, коммутирующих основные тиристоры 5 и 6. Вторичная обмотка 20 подключена к входу преобразователя через диод 21 и зашунтирована обратным диодом 22.

Для запирания распределительных тиристоров включены дополнительный источник 23 и транзистор 24. Напряжение источника 23 должно превосходить входное напряжение (практически в

2-2,5 раза), мощности источника 23 и транзистора 24 существенно меньше мощностей источника 16 и транзистора

15. В качестве источников 16 и 23 могут быть использованы, например, выпрямители с фильтрами, питающиеся от маломощного инвертора на транзисторах. В маломощных преобразователях транзистор 24 может быть заменен резистором, однако это связано с по. терями мощности на нем. Последова" тельно с транзистором 15 может быть включен резистор 25, ограничивающий ток выключения силовых тиристоров, а. параллельно транзистору 15 может быть включен высокоомный резистор 26,снижающий напряжение на транзисторе 15 в запертом состоянии.

К входу преобразователя подключен источник питающего напряжения показанной на фиг.1 полярностью, .к выходу - нагрузка.

На фиг.8 показаны выходное напряжение преобразователя U ö„ è управляющие напряжения тиристоров 5-8, Чю Ч8

11-14 и транзисторов 15 и 24 U =U

-U <<,Uqqg и ПЧ 4 соответстйенно (напряжения между управляницим

540 8 ние на обмотке. 20, замкнутой через

Диод 21 на источник входного напряжения, практически равно напряжению этого источника . Если числа витков обмоток 18(19) и 20 равны, то напряжение на обмотке 18(19) в интервале c (Ez) также практически равно входному напряжению преобразователя. Тиристор 7 запирается в интервале по контуру: источник входного напряжения, тиристор 7, тиристор 13, обмотка 18, резистор 25, транзистор 15 и источник 16. Напряжения источника входного напряжения и обмотки 18 взаимно компенсируются, и, если тиристор 8 в интервале <,1 заперт, к тиристору 7 в этом интервале приложено запирающее напряжение источника 16 минус падение напряжения на элементах 13, 25 и 15. Если тиристор 8 в интервале с открыт, на нем небольшое положительное напряжение (1,2-1,8 В), он шунтирует как обмотку 3, так и обмотку 2, напряжения на этих обмотках равны, и к тиристору 7 приложено такое же отрицательное напряжение. Источник 16 в этом случае замкнут на последовательно соединен. ные сопротивления открытых тиристоров 8 и 13, транзистора 15, диода 21, резистора 25, обмоток 2, 3, 18 и 20.

Выбором напряжения источника 16 и отношения числа витков обмоток 18(19) и 20 устанавливается в первом случае отрицательное напряжение на тиристоре 7 в интервале E„, равное 1-1,5 В, во втором — ток от.источника 16, больший рабочего тока обмотки 2 в этом интервале. Поскольку и в том и в другом случаях напряжения не тиристорах 7 и 8 и обмотках 2 и 3 сос. тавляют не более 1-2 В,,т.е. . примерно такие же, как и в интервале

Я у то в интервале выходное напряжение преобразователя практически такое же, как и в интервале, т.е. близкое к нулю.

1141 электродом и катодом тиристоров или между базой и эмиттером транзисторов).

Коммутация тиристоров преобразователя осуществляется следующим об- 5 разом. После снятия управляющего напряжения с тиристора 5, которое подается на него в интервале „ (фиг.8) подаются управляющие напряжения на тиристор 11 и транзистор 15 в течение интервала времени 1, необходимого для гарантированного запирания тиристора 5 при низком обратном напряжении (0,9-1,5 В). В течение это.— го интервала времени от источника 16 протекает ток выключения через диод

9, тиристор 11, резистор 25 и транзистор 15. Этот ток выбирается превышающим максимальное значение рабочего тока тиристора 5. Тиристор 5 в 20 интервале запирается напряжением, приложенным к нему от открытого диода 9. Если в интервале выходной ток преобразователя имеет обратное направление, т.е. ток проводит диод

9, то ток выключения добавляется к току диода 9. Таким образом происходит запирание тиристора 5 при любом направлении выходного тока преобразователя. 30

При подаче управляющего напряжения на тиристоры 7 и 8 в интервале С происходит закорачивание первичной обмотки трансформатора 1 при любом направлении выходного тока преобразователя. Напряжение на выходе преобразователя (на обмотке 4) при этдм практически равно нулю.

По окончании интервала нуле3 вой паузы управляющие напряжения с тиристоров 7 и 8. снимаются и в интервале подаются управляющие напряжения на тиристор 13 и транзистор 15. Если в конце интервала выходной ток преобразователя имел такое направление, пр* котором проводил тиристор 7, а не тиристор 8, то ток, который проходил через обмотку 2 и тиристор 7, в интервале С проходит через обмотку 2, тиристор 13, обмот- 0 ку 18, резистор 25, транзистор 15, источник 16 и источник питания преобразователя. В обмотке 20 возникает равный по ампер-виткам противоток, проходящий через эту обмотку, диод

21 и источник питания преобразователя (направления токов показаны на фиг.1 стрелками). При этом напряжеПосле окончания интервала Г транзистор 15 запирается, в интервале подается управляющее напряжение йа тиристор 6, он отпирается и к обмот ке 3 прикладывается напряжение источника питания. Если в интервале

Ф тиристор 8 был открыт, то он запира ется обратным напряжением обмотки 3

Таким образом, начинается формирование отрицательной ступени кривой выходного напряжения.

1141540

Запирание тиристора 11 осуществляется после интервала 9<, тиристора 13 - после интервала Ф„ . Хотя после этих интервалов рабочий ток тиристоров обрывается запиранием 5 транзистора 15, однако, если ток удержания этих тиристоров меньше суммы тока утечки транзистора 15 (особенно, если транзистор 15 состо-, ит из большого числа параллельно

1О соединеяных транзисторов) и токов утечки распределительных тиристоров других ячеек, необходимо принудительное запирание распределительных тиристоров ° Для этого после эапирания транзистора 15 открывается в течение интервала 50-200 мкс (в зависимости от типа распределительного тиристора) транзистор 24 (интервалы фиг.2) и на распределительные тиристорь подается напряжение источника 23, которое должно превышать входное напряжение преобразователя.

Ток, отдаваемый источником 23 и протекающий через транзистор 24, должен превышать сумму токов утечки запертых транзистора 15 и распределительных тиристоров °

Аналогичным образом происходит запирание тиристоров 6 и 8 в интервалах с и Сб . Ток холостого хода, вызванный потоком, накопленным в магнитопроводе трансформатора 17, в интервалах С4 и В., после окончания этих интервалов замыкается через диод 22. Для ускорения рассасывания этого потока при большом числе ячеек последовательно с диодом может быть включен стабилитрон или обмотка 20 может быть замкнута на источник вы40 ходного напряжения не только. для прямого противотока, но и для обратного тока холостого хода, например, . через выпрямительный мост или через двухполупериодный выпрямитель при на" личии средней точки в этой обмотке.

Так. как запертые транзистор 15 и распределительные тиристоры в интервалах С„, 5,, и соединены последовательно, то при большом входном 5О напряжении преобразователя для .уменьшения напряжения на запертом транзисторе 15 параллельно с ним может быть включен высокоомный резистор 26. При этом к запертому транзистору 15 при- 55 ложено напряжение, существенно меньшее входного напряжения, и только в коротких интервалах д к нему приложена сумма входного напряжения и напряжений источников 16 и 23. В интервалах В при этом через открытый транзистор 24 и источник 23 протекает сумма токов утечки и тока резистора 26.

С целью упрощения преобразователя (исключения дополнительных источника 23 и транзистора 24) для запирания коммутирующих тиристоров может быть использован дроссель 27, параллельно которому включены последовательно соединенные стабилитрон 28 и диод 29 (фиг.2). В интервалах,7,, аб и в к дросселю 27 через откр.— тый транзистор 15 прикладывается сумма входного напряжения и напряжения источника 16, и в этих интервалах магнитный поток и ток дросселя линейно возрастают от нуля. После окончания этих интервалов транзистор

15 запирается и в интервалах с в магнитный поток и ток дросселя линейно уменьшаются до нуля. Уменьшающийся ток дросселя протекает через стабилитрон 28 и диод 29, напряжение на дросселе в интервалах В имеет вид прямоугольного импульса с амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона 28, и полярностью, показанной на фиг.3.

Напряжение стабилизации стабилитрона 28 выбирается больше удвоенного входного напряжения. При этом тиристоры 11 и 13 запираются в интервалах Г следующим образом. Тиристор 11 запирается после интервала св по контуру: тиристор 11, дроссель 27, обмотка 2 трансформатора 1. После интервала С обмотки трансформатора 1 закорочены тиристорами 7 и 8 и тиристор 11 запирается в интервале а упомянутым импульсом дросселя 27. Тиристор 13 запирается после интервала 4 по контуру: тиристор 13, обмотка 18 трансформатора 17, дроссель 27, обмотка 2. После интервала с4 напряжение на обмотке 2 равно входному на- . пряжению. Ток холостого хода трансформатора 17 после интервалов 4 и в протекает через обмотку 30 или 31 и диод 32 или 33. При этом целесообразно мотать одновременно в два провода обмотки 18 и 30 (19 и 31). При равенстве числа витков, обмоток 18 и 30 (19 и 31) напряжение на обмотке 18 после интервала 4 также равно входному напряжению. Полярности напряже1141540

12 ний на обмотках 2 и 18 после интервала показаны на фиг.2. Тиристор 13 запирается в интервале Е разностью упомянутого импульса дросселя 27 и суммы напряжений обмоток 2 и 18. 5

С целью разгрузки по току тиристоров, закорачивающих обмотки трансформатора ячейки, они могут быть включены параллельно всей первичной или вторичной обмотке трансформатора. На фиг.2 тиристоры 7 и 8 включены параллельно всей первичной обмотке трансформатора 1. Это обеспечивает уменьшение тока через THpHcTopbt 7 и 8 в два раза по сравнению с преобразователем на фиг.1 при увеличенном в два раза напряжении на них в запертом состоянии (равном напряжению на основных тиристорах 5 и 6).,При малых индуктивностях рассеяния обмоток трансформатора ячейки закорачивающие тиристоры могут быть включены параллельно вторичной обмотке, при этом, если трансформатор повышающий, ток через эти тиристоры уменьшается в ко25 эффициент трансформации, соответственно повышается напряжение на запертых тиристорах, однако конструкция трансформатора с малыми индуктивнос20 тями рассеяния обмоток несколько сложнее.

С целью повышения КПД преобразователя вместо обратных диодов 9 и 10 (фиг.1) могут быть включены тиристоры 34 и 35 (фиг.2). При этом на тирисЗ5 тор 34 ° (35) необходимо подавать то же управляющее напряжение, что и на тиристор 5(6), однако снимать управлящцее напряжение с тиристорами34(ЗЯ следует на 20-30 мкс раньше конца интервала C (t ). При индуктивной нагрузке преобразователя с cosY менее

0,7-0,8, что на практике обычно имеет место, в конце интервалов ь„ и 7 выключаемый ток протекает через тиристоры 5 и 6, а не через тиристоры

34 и 35. Поэтому в интервалах и 1 в установившемся режиме работы тиристоры 34 и 35.заперты и не закорачивают в этих интервалах источник 16 че- 5О

pcs открытые распределительный тиристор- 11(12) и транзистор 15. Ток, потребляемьй в этих интервалах от источника 16, равен току первичной обмотки трансформатора 1, а не превышает этот ток с большим запасом,как в преобразователе на фиг.1. При боль-! .шом числе ячеек повышение КПЛ может достигать нескольких процентов. Поскольку напряжение источника 16 составляет не более нескольких вольт, к запираемым тйристорам 5 и 6 в интервалах и с прикладывается на пряжение около 1-2 В и форма выходного напряжения преобразователя практически не искажается.

Некоторым недостатком преобразователя на фиг.3 является уменьшенная в 2,2-2,5 раза длительность времени запирания распределительных тиристо-. ров 11-14 по сравнению с длительностью запирания силовых тиристоров 5-8.

Это вызвано тем, что ток и поток дросселя 27 нарастают в интервалах, 4, Г и Г при напряжении на дросселе, примерно равном входному, а уменьшаются при обратном напряжении на дросселе, в 2,2-2,5 раза большем входного, и длительность интервалов С соответственно в 2,2-2,5 раза меньше длительности интервалов Г„, ñ, и Г . Если в качестве распределительных тиристоров взяты более быстродействующие тиристоры, чем силовые, то это несущественно, а если аналогичные силовым, то этот недос\ таток устраняется применением преобразователя на фиг.3.

В преобразователе (фиг.3) трансформатор 17 содержит дополнительную обмотку 36, которая одним концом соединена с вторичной :обмоткой 30, вторым через диод 37 подсоединена к общей точке соединения распределительных тиристоров 11 и 12 ° Число витков обмотки 36 в 2,2-3 раза больше числа витков обмотки 30, обмотка

36 может быть намотана очень тонким проводом, рассчитанным йа протекание токов утечки запертых транзистора и распределительных тиристоров. Напряжение стабилизации стабилитрона 28 взято примерно равным входному напряжению, и после каждого выключения транзистора 15 на дросселе 27 образуется прямоугольнцй импульс напряжения полярностью такой же, как и на фиг.2, с амплитудой, примерно равной вхЬдному напряжению, и длительностью, примерно равной длительности открыто. го состояния транзистора 15. Этот импульс запирает распределительные тиристоры 11.и 12.после интервалов и . Распределительный тиристор

13 запирается после интервала 7у по контуру: тиристор 13, обмотка 18, ди-

1141540 од 37, обмотка 36, обмотка 30, источник входного напряжения, обмотка 2 трансформатора 1. Полярности напряжений на обмотках после интервала С показаны на фиг.3. Напряжения на об- 5 мотках 2, 18 и 30 практически равны входному, на обмотке 36 — в 2,2-3 раза больше входного, и разностью суммы напряжений на обмотках 36 и 30 н суммы напряжений входного и на обмот- 10 ках 2 и 18 тиристор 13 через диод 37 запирается в интервале cg (следующем после интервала 4 и примерно равном ему) . Диод 38 отвязывает дроссель 27 от точки соединения тиристоров . 11 и

12 в интервалах - и cg

С целью упрощения в преобразователе на фиг.3 может быть исключен дроссель, при этом в трансформатор 17 (фиг.4) вводится дополнительная об- >0 мотка 39, число витков которой несколько больше (на 5-157) числа витков обмотки 18(19). В интервалах Г и ь обмотка 39 подключена к источнику входного напряжения и источнику

16 через диод 38 и открытый транзистор 15. В этом интервале в магнито,проводе трансформатора 17 накапливается поток, который в интервале а, следующем за интервалами t< или с 30 и практически равном этим Интервалам, создает ток холостого хода, протекающий через обмотку 30, диод 32 и источник входного .напряжения. Тиристор 11 запирается по контуру: тирис- 35 тор 11, диод 37, обмотка 36, обмот- ка 30, источник входного напряжения, обмотка 2 трансформатора 1. Полярность напряжения на обмотках 36 и 30 в интервале после интервала по- 40 казана на фиг .4, напряжение на закороченной обмотке 2 близко к нулю.

Тиристор 11 запирается разностью суммы напряжения на обмотках 36 и 30 и входного напряжения. 45

В интервале 1 4 или Г к обмотке

18 или 19 приложена сумма входного напряжения и напряжения источника

16. Поскольку число витков обмотки

39 больше, чем число витков обмотки

18 или 19, то и напряжение на обмотке 39 больше, чем на обмотке 18 или

19. В интервале 4 или Cg концы обмоток 39, 18 и 19, обозначенные на фиг.4 точками, подключены к плюсовой 55 шине входного напряжения (конец обмотки 39. — непосредственно, концы об мотки 18 или 19 — через открытый ти-, ристор 13 или 14 и первичную обмотку трансформатора 1, закороченную в этих интервалах открытыми тиристорами.

7 и 8). Поэтому в интервалах с" и Е потенциал противоположного конца обмотки 39 более минусовой, чем потенциалы противоположных концов обмоток

18 и 19, диод 38 заперт и обмотка 39 в интервалах 4 и Г отключена. Запирание тиристоров 13 и 14 в интервалах Ё, следующих за интервалами и с4, происходит так же, как и в преобразователе на фиг.3.В преобразователях на фиг.2-4 в интервалах а,, ., и к запертому транзистору приложена сумма входного напряжения и напряжения дополнительного источника коммутирующего напряжения. Если входное напряжение велико, то с целью снижения напряжения на запертом транзисторе в этих интервалах следует использовать преобразователь на фиг.5, в котором к запертому транзистору приложено высокое напряжение только в коротких интервалах . Преобразователь содержит транзистор 15 импульсный трансформатор 17 и трансформатор 40 тока, первичная обмотка 41 которого включена последовательно с транзистором 15, часть вторичной обмотки

42 подключена через диодный мост 43 к источнику входного напряжения, а вся вторичная обмотка 42, 44 подключена через диод 45 к общей точке соединения распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры (обмотка 41 содержит. несколько витков, обмотки 42 и 44 — до нескольких сотен и намотаны тонким проводом, при этом число витав обмотки 44 в 2,2-2,5 раза больше числа витков обмотки 42).

В интервалах а,,, 2 и через обмотку 41 проходит ток транзистора 15, знаки напряжений на обмотках в этих интервалах показаны на фиг.5, в магнитопроводе трансфор-матора 40. при этом линейно нарастает поток. После запирания транзистора 15 этот поток линейно спадает в интервалах Ф . При этом через обмотку 42 и мост 43 протекает линейно спадающий ток, напряжение на обмотке

42 практически равно входному. Знаки напряжений на обмотках в интервалах с обратны показанным на фиг.5. Напряжением обмотки 44 в интервалах Е

16

1141540 запираются распределительные тиристоры 11-14. Число витков обмотки 44 и габариты трансформатора 40 можно значительно уменьшить,.«сли на трансформаторе 17 имеется дополнительная об- 5 мотка 36, подключенная через диод 37 к общей точке соединения распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры. Запирание тиристоров 11 и 12"производится при этом от обмотки 44 через диод 45, тиристоров

13 и 14 — от обмотки 36 через диод 37.

На фиг.6 представлена схема преоб15 разователя, содержащего, например, две преобразовательные ячейки, что позволяет получить выходное напряжение, более близкое к синусоиде, и тем самым уменьшить массу и габариты

20 выходного фильтра в случае необходимости получения синусоидального выходного напряжения. В этом преобразователе отсутствует отдельный источник коммутирующего напряжения в каУ

25 честве которого использован источник входного напряжения и импульсный трансформатор 46 с первичной 47 и вторичной 48 обмотками. Первичная обмотка 47 через ключевой транзистор

15 подключена к источнику входного напряжения . В интервалах,ь4,, и С4 транзистор 15 открыт, напряжение на первичной обмотке практически равно входному, на вторичной — напряжению, требуемому от источника коммутирующего напряжения, что достигается выбором коэффициента трансформации трансформатора 46. Полярность напряжения на обмотках в этих интервалах показана на фиг .6. Таким 4О образом, обмотка 48 в этих интервалах является источником коммутирующего напряжения.

Накопленный в этих интервалах поток в магнитопроводе трансформатора

46 после окончания этих интервалов создает ток холостого хода, протекающий через первичную обмотку 47, стабилитрон 49 и диод 50. Этот ток линейно спадает до нуля в интервалах

Cg В этих интервалах полярности напряжений на обмотках трансформатора

46 обратны показанным на фиг.6. Выб ором напряжения стабилизации стабилитрона 49 сумма напряжений на обмот-55 ках 47 и 48 в интервалах устанав9 ливается большей удвоенного входного напряжения. Суммарное напряжение обмоток 47 и 48 в интервалах Т прикладывается между общей точкой соединения распределительных тиристоров, коммутирующих основные тиристоры, и плюсовым полюсом источника входного напряжения и запирает распределительные тиристоры.

С целью упрощения конструкции импульсного трансформатора для коммутации дополнительных тиристоров, для коммутации каждого из дополнительных тиристоров используется отдельный импульсный трансформатор, содержащий две обмотки, намотанные одновременно двумя проводами. В преобразователе на фиг.7 это трансформаторы 51-54.

Диоды 55-58 и стабилитрон 59 служат для прохождения тока холостого хода трансформаторов 51-54 после окончания интервалов à g 4, "(-6 и s . Более полная магнитная связь между обмотками и работа каждого трансформатора только один раз за период обеспечивают также работу такого преобразователя на повышенных частотах. Для ограничения тока вЫключения последовательно с обмоткой 48 может быть. включен резистор 60.

Блок-схема системы управления преобразователем, показанным на фиг. 1, приведена на фиг.9. Эта система управления формирует управляющие импульсы Ц -Ц „U U)„ è U qg (фиг.8) .

Система управления содержит задающий генератор 61, генерирующий короткие прямоугольные импульсы, к выходу этого генератора подключен вход одновибратора 62, к выходу которого подключен вход одновибратора 63, к выходу этого одновибратора подключен вход одновибратора 64. К выходу одновибратора 62 подключен также вход счетного триггера 65. Выходы одновиб" раторов 62-64 и счетного. триггера 65 подключены к четырем входам 0, В,Ь и 2, преобразователя 66 двоичного кода в позиционное число. К выходам одновибраторов 62 и 64 подключен вход элемента 2И 67, к выходу которого подключен вход одновибратора 68. ° К шести выходам (б,с,Х,),О,К) преобразователя 66, к выходам одновибратора

63, элемента 2И 67 и одновибратора

68 подключены ключевые усилители 6978 мощности, усиливающие выходные сигналы микросхем до-уровней мощности, необходимых для управления тиристорами и транзисторами преобраэо1141540 вателя. В случае необходимости стабилизации выходного напряжения преобразователя в систему управления входит понижающий трансформатор 79, первичная обмотка которого (точка A ) под- 5 ключена к выходу преобразователя, к вторичной обмотке подключен вход диодного выпрямителя 80, к выходу которого подключен вход фильтра 81. К выходу фильтра подключен один из вхо. 1О дов операционного усилителя 82, к второму входу которого подключен источник 83 опорного напряжения. К выходу операционного усилителя подключен вход,одновибратора 63, по которо- 15 иу регулируется длительность его выходного импульса.

Система управления работает следующим образом.

Выходные импульсы задающего гене- 20 ратора 61 (фиг.10) задним фронтом запускают одновибратор 62, выходные импульсы которого задним фронтом запускают одновибратор 63,,передним - счетный триггер 65. Выходные импульсы 25 одновибратора 63 задним фронтом запускают одновибратор 64. Выходные им- пульсы одновибраторов 62-64 и счетного триггера 65 подаются на входы о, 8, Ь и 2, преобразователя бб, создаваяЗо на них четыре разряда двоичного кода (вход 0 — - тысячи, вход d — сотни, вход Ь вЂ” десятки, вход t - единицы).

Каждому двоичному числу на входах преобразователя 66 соответствует еди- ница на одном иэ его выходов при нулях на .всех остальных выходах. В интервале на входы преобразователя

66 приходит число 0000 (фиг. 10), при этом имеют место "1 на выходе g и 4р управляющий импульс U < на выходе усилителя 69 (фиг.9 и 10).Соответст»

4 на входы преобразователя 66 приходят числа 1001, 0011, 0001, 1000 и 0010; при этом имеют место поочередно еди ницы на выходах Мс, 0, е, 3 и а на выходах усилителей 71, 73, 70, 72 и 74 поочередно появляются управ-. ляющ"е импульсы ПцМ Ъ, ° Ъ ПЧЕЛЕ и ЗО

ПЧл4 (фнг ° 10) °

Управляющие импульсы U>> и Uyg в

:интервалах и снимаются непосредственно с выхода одновибратора

63 через усилители 75, и 76 (фиг.9), гальванически развяэывакщие входы ти ристоров 7 и 8 (в преобразователена фиг.1 эта развязка не нужна и оба импульса U и U> ìîãóò сниматься с выхода одного иэ усилителей, второй усилитель может отсутствовать).

Импульсы с выходов одновибраторов

62 и 64 суммируются элементом 2И 67, и подаются на вход усилителя 77, с выхода которого снимаются управляющие импульсы J, Задним фронтом импуль" са одновибратора 67 запускается одновибратор 68, с выхода которого им-, пульсы подаются на вход усилителя 78, с выхода последнего снимаются управляющие импульсы Б .

Обратная связь (элементы 79-83) стабилизирует выходное напряжение преобразователя (например, по средневыпрямленному значению), регулируя длительность паузы выходного напряжения (длительность управляющих импульсов U<> a U< ), Система управления преобразователями по схемам на фиг.2-5 отличается от системы на фиг.9 отсутствием элементов 68 и 78. Для систем управления преобразователями на фиг. 3-5 необходимо подключение к выходу g преобразователя 66 одного из входов введенного элемента 2И, к выходу которого подключается вход ключевого усилителя мощности, с выхода последнего снимается сигнал управления обратным тиристором, например Uy „ для управления тиристором 34 в преобразователе на фиг.2. К выходу задающего генератора 61 подключается вход введенного элемента НЕ, выход которого подключается к второму входу упомянутого элемента 2И. Таким образом, импульс управления U q будет повторять импульс Uj (фиг.10), но кончаться раньше него на длительность импульса U qadi,qq которую необходимо установить в пределах 20-30 мкс.

Подключением аналогичного узла к выходу Й преобразователя 66 формируется сигнал управления вторым обратным тиристором, например U> для управления тиристором 35 в преобразователе на фиг.3.

Система управления преобразователя на фиг.б и 7 может содержать, например, две описанные системы управления с фиксированным или регулируемым фазовым сдвигом между импульсами двух генераторов 61, один из которых является задающим, а второйведомыи. В случае необходимости стабилизации выходного напряжения

19

1 141540 узел стабилизации 79-83 в этой системе только один, с его выхода (с выхода элемента 82) управляющий сигнал подается на входы управления длительностью импульса Обоих элементов 63 и на вход элемента управления сдвигом фазы двух генераторов.

61.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в упрощении преобразователя, удешевлении его и повышении надежности вследствие уменьшения в два раза по сравнению с прототипом количества транзисторов ключа для коммутации силовых тиристоров.

1141540

f141540

1 141540

114 540

1141540

1141540

1141540 иув ив

Иу/У иуда иуда иуда иуда

1i41540

EBS

1141540

7М H

Составитель Г..Мыцык

Редактор B.Ïåòðàø Техред С.Легеза

Корр ект ор 0. Тиг ор

Филиал ППП. "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 511/43 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5