Импульсный преобразователь постоянного напряжения

 

ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовые управляемые вентили, одни одноименные силовые электроды которьк объединены, а другие образуют выводы для подключения цейи нагрузки , обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирунмцего блока через разделительные вентили соединен с другими ..Л-,. fF 11 i г : 4J одноименными силовыми электродами управляемых вентилей,причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя , а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации , отлич. ающийс я тем, что, с целью обеспечения возможности повышения частоты при одновремен (Л ном повышении надежности,КПЛ и улучшения весогабаритных показателей дополнительно введен конденсатор, подключенный к зажиму для подключения нагрузки и к второму выводу коммутирующего блока. ел оо О9 00 ОО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

4рц Н 02 М 3/135

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫЩФ (21) 3670392./24-07 (22) 05.12.83 (46) 30.04.85. Бюл. 1ь 16 (72) В.Н.Панченко (53) 621.314.1 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 760332, кл. Н 02 М 3/ 135, 1979.

2,Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3244316/24-07, кл. Н 02 М 7/515, 1981. (54) (57) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовые управляемые вентили, одни одноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуют выводы для подключения цепи нагрузки, обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другими

„„5U„„1153383 одноименными силовыми электродами управляемых вентилей, причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого. включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности повышения частоты при одновременном повышении надежности, КПД и улучшения весогабаритных показателей, дополнительно введен конденсатор, подключенный к зажиму для подключения нагрузки и к второму выводу коммутирующего блока.

1153383

Изобретение относится к пресбра» зовательной технике и мо>::ет быть использовано в промышленности и на транспорте, в частности на электровозах постоянного тока.

Известен импульсный преобразователь, содержащий силовые управляемые вентили и схему коммутации (1 ).

Однако в известном преобразователе велика установленная мощность коммутирующего конденсатора и понижена надежность в связи с высокой скоростью нарастания тока и напряжения управляемых вентилей.

Наиболее близким к предлагаемому является импульсный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовые управляемые .вентили, одни одноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуют выводы для подключения цепи нагрузки, обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другими одноименными силовыми электродами управляемых вентилей, причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации j 2 ).

Этот преобразователь имеет пбниженную частоту в связи с увеличенным временем выключения разделительных управляемых вентилей при отсутствии смещения; пониженную надежность изэа высокой скорости нарастания напряжения на вентилях; пониженные весогабаритные Ноказатели в связи со значительными габаритами и весом защитных целей и пониженный КПД иэ-за потерь в защитных цепях.

Цель изобретения — обеспечение воэможности повышения частоты при одновременном повьппении надежности, коэААициента полезного действия и

55 улучшении весогабаритных показателей.

Указанная цель достигается тем, что в импульсный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовые управляемые вентили, одни одноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуют выводыдля подключения цепи нагрузки, обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другими одноименными силовыми электродами управляемых вентилей, причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а, через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации, дополнительно введен конденсатор, подключенный к зажиму для подключения нагрузки и к второму выводу коммутирующего блока.

В качестве второго ограничивающего дросселя может быть использована индуктивность рассеяния монтажных кабелей при достаточной ее величине.

На фиг. 1-3 приведены варианты принципиальной схемы предлагаемого устройства, отличающиеся способом подключения цепи нагрузки.

Импульсный преобразователь содержит силовые управляемые вентили 1, обратные диоды 2, шунтирующие нагрузку 3, разделительные вентили 4, коммутирующий конденсатор 5, источник подзаряда 6, полностью управляемый ключ или его аналог 7, ограничивающие дроссели 8 и 9, вторичная обмотка которого через диод 10 подключена к коммутирующему конденсатору 5, и конденсатор 11. В цепь нагрузки могут быть включены дроссели

12 (фиг. 2 и 3), Преобразователь работает следующим образом.

Toit нагрузки 3 протекает по силовым управляемым вентилям 1. Полнос1153383 тью управляемый ключ или его аналог

7 заперт. Коммутирующий конденсатор

5 заряжен от источника подэаряда 6, конденсатор 11 разряжен. Для запирания силовых управляемых вентилей 1 в случае использования в качестве раэдепительных вентилей 4. диодов отпирают полностью управляемый ключ

7. Скорость нарастания тока заряда конденсатора 11 ограничивается дрос- !О селем 9, а скорость нарастания тока в контуре коммутация — дросселем 8.

Напряжение коммутирующего конденсатора 5 прикладывается к силовым управляемым вентилям 1, ток через которые снижается до нуля, а ток нагрузок 3 начинает протекать по цепи дроссель 9 — конденсатор 5— ключ 7 — разделительный вентиль 4 (фиг. 1). Вентили 1 запираются. Че- щ реэ время, равное времени их восстановления, запирают полностью управляемый ключ 7. Конденсатор 11 разряжается током нагрузки. Скорость нарастания напряжения на силовых 25 управляемых вентилях 1 и ключе 7 определяется скоростью разряда конденсатора 11. После разряда конденсатора 11 ток нагрузок 3 замыкается через обратные диоды 2. Энергия, накопленная в дросселе 9, через диод !0 передается коммутирующему конденсатору 5, который дозаряжается от источника подзаряда 6.

При использовании в качестве раэ35 целительных вентилей 4 управляемых вентилей коммутацию силовых управляемык вентилей 1 осуществляют со сдвигом во времени. Возрастает частота коммутации уменьшается пульсаУ 40 ция напряжения источника питания, уменьшается установленная мощность коммутирующего конденсатора 5 и полностью управляемого ключа 7.

3а счет энергии накопленной в инt

45 дуктивности монтажных кабелей, происходит перезаряд конденсатора 11 и к выключаемому разделительному вентилю 4 прикладывается обратное напря-! жение. Уменьшается реальное время

50 выключения разделительных управляемых вентилей.

При включении между силовым управляемым вентилем и нагрузкой 3 дросселя 12 (фиг. 2-3) уменьшается пуль- 55 сация напряжения и тока на нагрузке.

Напряжение источника подзаряда 6 выбирается иэ условия, чтобы на каждый запираемый силовой вентиль 1 приходилось 30-50 В.

В качестве источника подэаряда может быть использован низковольтный неуправляемый выпрямитель.

В качестве полностью управляемого ключа возможно использование тиристора с малым временем восстановления и индивидуальным узлом коммутации.

При отпирании полностью управляемого ключа 7 скорость нарастания тока заряда конденсатора 11 ограничивается дросселем 9. Энергия, накопленная в дросселе 9, через диод !0 отдается коммутирующему конденсатору 5. При коэффициенте трансформации дросселя 9 равном 1 напряжение на конденсаторе 11 превышает напряжение источника питания на удвоенную величину напряжения коммутирующего конденсатора 5 (без учета влияния индуктивности монтажных кабелей), т.е. практически равно напряжению питания.

Заряд и разряд конденсатора 11 происходит с минимальными потерями, ! энергия конденсатора при разряде отдается в нагрузку, что позволяет практически без снижения КПЛ обеспечить требуемую скорость нарастания напряжения на вентилях и свести к минимуму мощность дополнительных защитных RC -цепей, снизить потери в защитных цепях и уменьшить их габариты и вес.

Энергия, накопленная в дросселе 9 во время заряда конденсатора 11, отдается коммутирующему конденсатору

5 во время его разряда током нагруз. ки при выключении силового управляемого вентиля, что позволяет уменьшить емкость коммутирующего конденсатора, его вес и габариты.

Так, при номинальном напряжении источника питания 3300 В, коммутируемом токе 500 А (пусковой режим) и полностью управляемом ключе с мгновенной коммутацией при емкости конденсатора 11 равной 2,5 мкФ обеспечивается скорость нарастания напряжения на управляемых вентилях

200 В/мкс.

При использовании аналога полностью управляемого вентиля скорость нарастания напряжения на вентилях 200 В/мкс обеспечивается при емкости конденсатора 11 равной ,0,825 мкФ.

При уменьшении коммутируемого тока пропорционально уменьшается скорость нарастания напряжения на вентилях.

При индуктивности монтажных кабелей 1мкГн (примерно 1 м кабеля) напряжение обратного переэаряда без учета потерь равно примерно 320360 В. С учетом потерь указанное напряжение примерно равно

150 В.

1153383

Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет повысить надежность благодаря ограничению скорости. нарастания напряжения, умень5 шению перенапряжений на вентилях; улучшить весогабаритные показатели эа.счет уменьшения мощности защитных

K -цепей ; повысить КПД благодаря уменьшению потерь в защитных цепях; обеспечивает возможность при необходимости повысить частоту преобразователя.

ВНИИПИ Заказ 2517/43 Тираж 646 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, .4