Импульсный преобразователь постоянного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае ао (я) 4 H 02 М 3/135

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. / (21) 3686019/24-07 (22) 04.01.84 (46) 23.0 1.86. Бюл. У 3 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт и Производственное электромашиностроительное объединение "Динамо" (72) В.С.Хвостов, В.П.Мариночкин, А.М.Нефедов и А.Т.Мдзинаришвили (53) 621.3 14.1(088.8) (56) Бедфорд Б., Хорт Р. Теория автономных инверторов: Перев. с англ. Под ред. И.В.Антика, М.: Энергия, 1969, с. 261-272.

Там же, с. 273-274. (54) (57) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий входной фильтр и прерыватель, состоящий из параллельно включенных тиристора, анод которого через входной фильтр соединен с положительным входным выводом для подключения источника питания, обратно включенного перезарядного диода и цепи коммутации, состоящей из последовательно соединенных конденсатора и дросселя, общая точка соединения которых подключена через обратно включенный ограничивающий диод к отрицательному входному выводу, свободный вывод конденсатора соединен с анодом тиристора, а свободный конец дросселя соединен с одним из выходных выводов для подключения нагрузки., отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения надежности, введен дополнительный прерыватель с тем же составом входящих в него элементов, что и основной прерыватель, в котором катод тиристора и свободный вывод конденсатора цепи коммутации подключены к отрицательному входному выводу, общая точка соединения анода тиристора, катода перезарядного диода и свободного конца дросселя цепи коммутации соединена с другим выходным выводом, а катод ограничивающего диода, к аноду которого подключена общая точка соединения дросселя и конденсатора цепи коммутации, через указанный входной фильтр соединен с положительным входным выводом.

cj <) 1 1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может бь<,гь использовано для питания потребителей с активно-индуктивным характером нагрузки, например для лита— ния обмоток возбуждения синхронных машин или машин постоянного тока.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов преобразователя и повышение надежности.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема импульсного преобразователя постоянного тока; на фиг. 2 временные диаграммы напряжений и токов на соответствующих элементах схемы нагрузки и источника питания.

Схема импульсного преобразователя постоянного тока симметричная и содержит ключевые элементы — тиристоры

1 и 2 (фиг. 1) для запирания которых параллельно подсоединены последовательные коммутирующие цепи: к тиристору 1 — конденсатор 3 и индуктивность 4, а к тиристору 2 — конденсатор 5 и индуктивность 6.

Встречно-параллельно тиристору 1 включен перезарядный диод 7, а тиристору 2 — диод 8, которые позволяют коммутирующим конденсаторам перезарядиться, минуя нагрузку 9. Нагрузка 9 подключена одним зажимом к катоду тиристора 1, а другим — к аноду тиристора 2. Конденсатор 3 через обратный ограничительный диод

10 подключен к минусу источника питания, а конденсатор 5 через диод

11 и входной фильтр 12 к плюсу источника питания. Диоды 10 и 11 предназначены для ограничения напряжения на конденсаторах 3 и 5 до величины напряжения питания. Для уменьшения пульсаций потребляемого тока преобразователь снабжен входным фильт-. ром 12.

Преобразователь работает следую- щим образом.

Регулирование тока и среднего напряжения на нагрузке производится посредством изменения частоты тактовых импульсов преобразователя, при постоянном сдвиге по фазе между моментами отпирания тиристоров 1 и 2, равном половине периода следования тактовых импульсов (фиг. 2). Длительность открытого состояния прерывателей Г, выполненных на тиристорах 1 и 2, постоянна и одинакова для обоих прерывателей. Напряжение источника питания к нагрузке прикла18 2 дывается только при открытых состояниях обоих прерывателей. Таким образом, регулирование тока и среднего напряжения на нагрузке сводится к изменению длительности совпадения открытых состояний прерывателей на тиристорах 1 и 2.

t<„, выходе преобразователя частота удваивается, поскольку совпадение открытых состояний прерывателей происходит дважды за период следования тактовых импульсов Т.

Периоды работы схемы удобно рассмотреть по характерным интервалам: а (Режим I, фиг. 2а) .

В интервале t - <тиристор 1 закрыт и к нему приложено в прямом направлении напряжение коммутирующего конденсатора 3, равное напряжению источника питания. Диод 8 открыт. и через него протекает ток, равный разнице перезаряда конденсатора 5 и тока нагрузки. Ток нагрузки замыкается через диод 8, ограничительный диод 10 и дроссель 4.

В момент t< отпирается тиристор

1 и конденсатор 3 начинает перезаряд; напряжение на конденсаторе 3 уменьшается, и к диоду 10 прикладывается обратное напряжение. В результате нагрузка оказывается подключенной к источнику питания чepe=. открытый тиристор 1 и диод 8.

Ток нагрузки замыкается по двум контурам: уменьшаясь по одному (нагрузка 9 — диоц 8 — диод 10, дроссель 4 — нагрузка 9) и увеличиваясь по другому ((+) источника питания — тиристор 1 — нагрузка 9 диод 8 — (-) источника питания).

Скорость нарастания через тиристор 1 ограничивается дросселем

В момент t ток в интервале 10 уменьшается до нуля и он запирается.

В интервале t -t ток нагрузки замыкается по контуру: (+) источника питания — тиристор 1 — нагрузка 9 диод 8 — (-) источника питания.

В момент t ток перезаряда конденсатора 5 становится равным току нагрузки, диод 8 запирается и конденсатор продолжает перезаряд до напряжения питания током нагрузки по контуру: (+) источника питания тиристор 1 — нагрузка 9 — дроссель

6 — конденсатор 5 — (-) источника питания. В интервале t -t к наг2 9 руэке прикладывается разность напря.

1206918 жения питания и напряжения на конденсаторе 5.

В момент t конденсатор 5 заряФ жается до напряжения питания и открывается диод 11. Ток нагрузки замыкается по контуру: нагрузка 9 дроссель 6 — диод 11 — тиристор 1 нагрузка 9. Через полупериод собственных колебаний цепи LC тиристора 1 знак заряда конденсатора 3 сменяется на обратный и конденсатор

3 продолжит перезаряд в обратном направлении, уменьшая ток, протекающий через тиристор 1.

В момент t, когда ток конденсатора 3, текущий уже в обратном направлении, станет равным току наг. рузки, тиристор 1 запирается. При этом к нему прикладывается напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде 7, через который продолжается перезаряд конденсатора 3. Через диод 7 протекает ток, I равный .. разнице тока перезаряда конденсатора 3 и тока нагрузки, который замыкается по контуру: нагрузка 9 — дроссель 6 — диод 11 диод 7 — нагрузка 9.

Ввиду симметричности схемы с момента t > no t,о преобразователь работает так же, как с момента tz no только функции, которые выполняли элементы прерывателя на тиристоре 1, выполняются элементами прерывателя на тиристоре 2, и наоборот. б (Режим Il, фиг. 2б). (j

В интервале -t тиристор 1 закрыт. Тиристор 2 открыт, и через него перезаряжается конденсатор 5.

Ток нагрузки замыкается через тиристор 2, ограничительный диод 10 и дроссель 4.

В момент, отпирается тиристор 1 и конденсатор 3 начинает перезаряд.

К нагрузке прикладывается напряжение источника питания через открытые тиристоры 1 и 2. Ток нагрузки замыкается по контурам: нагрузка 9 тиристор 2 — диод 10 — дроссель 4 нагрузка 9 и (+) источника питания тиристор 1 — нагрузка 9 — тиристор

2 — (-) источника питания.

В момент г. ток на диоде 10 умень шается до нуля и он запирается. Ток нагрузки замыкается по контуру: (+) источника питания — тиристор 9 тиристор 2 — (-) источника питания.

В момент t ток перезаряда конI денсатора 5, протекающий в обратном

1О

l5

30 . 35

55 направлении через тиристор 2, станосится равным току нагрузки. Тиристор 2 запирается, к нему прикладывается напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде 8, через который продолжается перезаряд конденсатора 5. Через диод 8 протекает ток, Равный разнице тока перезаряда конденсатора 3 и тока нагрузки, который замыкается по контуру.

Сопоставление диаграмм на Лиг. 2а и 2б показывает, что в интервалах

I ( и С -й1, t — t u

Ф 5 1 г-5 и 6 6 режимов

I u II схема работает одинаково.

I I

С момента t< íî tz преобразователь работает так же, как с момента

I I по t только функции которые Вы полняли элементы прерывателя на т1»ристоре 1, выполняются элементами прерывателя на тиристоре 2, и наоборот.

Регулирование тока и среднего напряжения на нагрузке обеспечивается изменением тактовой частоты в небольшом диапазоне от величины

Т 2 до величины, когда Т немного больше

В начале регулирования при минимальной тактовой частоте (Т=2 ) ток и среднее напряжение на нагрузке равны нулю. При повышении тактовой частоты (Т с 2с) происходит совпадение открытых состояний прерывателей на тиристоре 1 и на тиристоре 2. К нагрузке прикладывается напряжение и начинает протекать ток нагрузки, при этом преобразователь работает в режиме 1 с характерными интерва-лами к» tz э» » С вЂ” (Фиг. 2) .

В случае, если амплитуда тока перезаряда конденсатора значительно превышает величину тока нагрузки (во всем диапазоне регулирования), преобразователь работает в режиме во всем диапазоне регулирования до частоты, когда величина Т немного превышает о

Допустим, что величина тока нагрузки при высоких тактовых частотах преобразователя ненамного меньше (примерно в два раза) амплитуды тока перезаряда конденсатора. При малых частотах преобразователь ра-. ботает в режиме I с характерными

Рвалами: 4 tg» tõ tg ° з ty» — (фиг. 2). По мере увеличения тактовой частоты и тока

Мг иЙ ММ

rf3 51

tg t, Щ tg fgty) y /yd фиг. 2

Составитель Т. Добровольскис

Техред Т.Тулик КоРРектоР Т. Колб

Редактор Н. Пушненкова

Заказ 873 1/57

Тираж 632.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

5 нагрузки преобразователь работает поочередно в следующих режимах:

I в режиме I с интервалами t< -t, («>-«,, « -tq, t<-t,; в режиме I

HHTppBaJIaMH t4" tz t2-t3, t3-te

1206918

5 «( (t -« з и с

5 «3 « а в режИме Ц с интервалами интервалами