Преобразователь

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является повьшение надежности преобразователя . Устройство содержит мост основных вентилей 1-6 и групповые коммутирующие вентили 7-10. Индивидуальные коммутирующие вентили 11-16 соединены по схеме моста. Для ограничения тока внутреннего короткого замыкания между разноименными электродами вентилей 7-10 включены дроссели 17, 18. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. IB с- € (Л С /« 16 гг ш А -о в С Ч) со СП СО СХ) vj 00 20 3 Ux-//f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 H 02 M 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3481 980/24-07 (22) 19.08.82 (46) 15.12.87. Бюл. Ф 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) В.С.Высочанский (53) 621.314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 650182, кл. Н 02 М 5/458, 1970.

Авторское свидетельство СССР

У 957733, кл. H 02 M 7/515, 1980.

Авторское свидетельство СССР

11 326691, кл. Н 02 М 7/52, 1970.

„„SU„„1359873 А 1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является повышение надежности преобразователя ° Устройство содержит мост основных вентилей 1-6 и групповые коммутирующие вентили 7-10. Индивидуальные коммутирующие вентили 11-16 соединены по схеме моста. Пля ограничения тока внутреннего короткого замыкания между разноименными электродами вентилей 7-10 включены дроссели 17, 18.

I э.п.ф — лы, 5 ил, 1 13

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике, в частности к преобразователям со звеном постоянного тока и искусственной коммутацией вентилей, используемым в качеетве источников гарантированного питания потребителей переменного тока от источников питания постоянного тока, например аккумуляторной батареи, и, наоборот, для заряда этой батареи от сети переменного тока ° В первом случае преобразователь работает в инверторном, во втором — в выпрямительном режиме. Кроме того, преобразователь целесообразно использовать а для питания регулируемых электродви-. гателей переменного тока, а также для компенсации реактивной мощности потребителей энергии сети переменного тока, источником питания которой является синхронный генератор.

Целью изобретения является повышение надежности преобразователя.

На фиг.1 приведена силовая схема преобразователя; на фиг.2, 3 — то же, ее модификации; на фиг.4 — кривые напряжений; на фиг.5 — пример выполнения системы управления вентилями, Преобразователь (фиг,1) содержит мост основных вентилей 1-6, групповые коммутирующие вентили 7-10, причем первая пара последовательно включенных вентилей 7, 8 подключена между входными силовыми выводами преобразователя, а вторая пара аналогично соединенных вентилей 9-10 — между шинами моста вентилей 1 — 6. Индивидуальные коммутирующие вентили 11-16 соединены по схеме моста, выводами переменного тока подключенного к выходным выводам моста основных вентилей 1-6.Для ограничения тока внутреннего короткого замыкания между разноименными электродами вентилей 8, 9 и 7, 10 включены дроссели 17, 18 соответственно.

Коммутирующий конденсатор 19 включен между точкой соединения вентилей 8, 9 и 7, 10 и точкой объединения выводов постоянного тока моста коммутирующих вентилей 11 — 16. Управление вентилями 1-16 осуществляют с помощью блока 20 управления.

В модификации преобразователя (фиг.2) введены дополнительные групповые коммутирующие вентили 21-24, причем вентили 21, 22 соединяют в соответствующей полярности одну правую обкладку коммутирующего конденсато59873

2 ра 18 с соответствующим выводом постоянного тока моста индивидуальных коммутирующих вентилей 11 — 16. Иеж5 ду выводами постоянного тока вентилей 11 — 16 и шинами питания моста основных вентилей 1-6 могут включаться обратные вентили 23, 24.

В другой модификации (фиг,3) источник питания преобразователя должен выполняться со. средней точкой, которая через групповые коммутирующие вентили 25, 26 в проводящем и непроводящем направлениях соответственно подключена к одной (левой) обкладке коммутйрующего конденсатора 19 и через аналогично включенные вентили 27, 28 (служащие для улучшения формы кривой напряжения преобразователя) — к другой (правой) обкладке конденсатора 19. Дроссели 29-34, включенные последовательно в цепи каждого вентиля 1-6 (так же, как и дроссели 17, 18 на фиг,1), служат для

25 ограничения тока внутреннего короткого замыкания и переэаряда коммутирующего конденсатора при малом токе нагрузки.

Система управления (фиг.5) вклю30 чает в себя последовательно включенные задающий генератор 35 и распреде-, литель 36 импульсов, выполненный по пересчетной схеме. К выходам распределителя 36 импульсов подключены формирователи 37 импульсов, выполненные, например, в виде одновибраторов, и одновибраторы 38 с управляющими входами, выходы которых связаны с управляющими входами соответствующих

40 вентилей через формирователи 39 импульсов. Управляющие входы одновибраторов 38 через последовательно включенные нуль-орган 40 и выпрямитель

41 подключены к обкладкам коммутирующего конденсатора 19 ° В нуль-органе

40 вырабатывается сигнал, равный разности напряжения U (с конденсатора

11

19) и напряжения задания Б

Принятые на фиг.4 обозначения:

M U., U — потенциал точки А относиА тельно потенциала условной средней точки источника питания при.номинальной нагрузке и при перегрузке; напряжение на коммутирующем конденсаб5 торе 19; U — напряжение на вентиле, обратном запираемому.

Рассмотрим работу преобразователя

Ф показанного на фиг ° 1 в инверторном

1359873 режиме при индуктивно-активной нагрузке с cos g> 0,55, Пусть в системе установился стационарный периодический процесс и в мо5 мент, предшествующий моменту о (фиг.4), ток нагрузки проводят вентили 1, 2, 3, конденсатор 19 заряжен до напряжения U = U C (при этом

2U Б ) Uc > Us, r де U< напряжение 10 на шинах звена (батареи) постоянного тока, положительно заряжена правая обкладка конденсатора. В момент 1:, с помощью системы 20 управления подают отпирающие .ьмпульсы на вентили )5

7 и 11. Вследствие этого нентиль 1 оказывается под напряжением конденсатора 19 за вычетам напряжения U < и падения напряжения на дросселе 17,. а вентиль 4 — только под напряжением 20 конденсатора. Вентиль 1 обесточивается и начинается носстановление его вентильных свойств. Конденсатор 19 разряжается и перезаряжается током нагрузки — током фазы А. 25

Величина емкости конденсатора и напряжение на нем выбирают такими, что к моменту снижения напряжения на конденсаторе да П = П + П при данБ 3 ной величине тока нагрузки вентильные 10 свойства запираемого вентиля 1 восстанавливаются, где U — напряжение запаса (U =10-50 В).

При перезаряде конденсатора током нагрузки до напряжения (U ) = U пао дают отпирающий импульс на вентиль

12, а вентиль 7 запирается па цепи

12-19-7-18-2-12, Потенциал точки А становится равным по абсолютной величине, но противафазным по знаку па†40 тенциалу этой же точки в момент, непосре>"ственна предшествующий моменту

Ток фазы А нагрузки, ранее протекавший по цепи конденсатора 19 и вентиля 11, начинает протекать по цепи 45 вентилей 1!-12, разгружая тем самым вентиль 2. На вентиль 4 может быть подан отпирающии импульс. Вентиль 4 начинает работать в "дежурном" режиме. 50

Вентиль 4 начинает проводить ток фазы А после того. как будет израсходована. энергия магнитного поля, накопленная нагрузкой этой фазы. Процесс запирания вентиля 2 начинается с подачи отпирающих импульсов на вентили 8 и 12. Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогично. рассмотренному выше..

При питании потребителей, требующих большой перегрузочной способности, целесообразна,цапалнять схему (фиг.l) еще двумя групповыми коммутирующими вентилями — 9 и 10. В этом случае энергия, накопленная н конденсаторе 19, при коммутации полностью используется для восстановления вентильных свойств запираемого вентиля.

Для этого после начала коммутации и снижения U да U, -,; П + U„ падают отпирающий импульс на тат из группоных каммутируюших вентилей, который пративофаэен ранее включенному групповому вентилю. Например, при запирании нентиля 1 в момент, соответствующий названной величине U, подают отпирающич импульс на вентиль 9, Благодаря этому ча запираемом вентиле снова увеличивается обратное напряжение (на величину П, + U>}. Одновременно запирается вентиль 7. Задержка подачи отпирающега имульса на вентиль 9 относительно вентиля 7 определяется аднанибратором 38, на управляемый вход которого подается сигнал от нульоргана 40, производящего сравнение заданного напряжения U,, конденсатора 19 с фактическим ега напряжением U, предварительно выпрямленным с помощью выпрямителя 41 (фиг.5).

Коммутационная способность преобразователя значительна увеличивается.

Дальнейшая работа преобразователя происходит аналогична рассмотренному. гГа фиг.2 приведена модификация преобразователя, котарьп благодаря наличию вентилей 21 — 24 мажет работать при выбранной форме кривой напряжения и при нагрузке с сая 40,55, поскольку кривая его напряжения становится инвариантнай к характеру нагрузки. Благодаря наличию управляемых вентилей 21, 22 вентили ?, 8 могут быть неуправляемыми ° Преобразователь по фиг.2 работает аналогично преобразователю па фиг.l с тай лишь разницей, чта в моменты запирания основных вентилей отпираюшие импульсы подают на вентили 2) (22), а не 7(8).

Кроме того, нри подаче отпирающих импульсов на вентиль 12 (при запирании вентиля 1) одновременно или с некоторым запаздыванием, равным или большим времени перезаряда конденсатора l 9,,подают отпирающий импульс на вентиль 24, а при эапирании венти5 13598 ля четной группы подают отпирающий импульс на вентиль 23.

В другой модификации преобразователя (фиг.3) используется отвод от средней точки источника питания шин постоянного тока. В качестве этого отвода может быть использована средняя точка, образованная делителем напряжения на конденсаторах, что поз- 10 воляет еще больше снизить напряжение на вентиле, противофаэном запираемому, в наиболее ответственном режиме— режиме перегрузки. Для этого после снижения напряжения на конденсаторе

l9, последовавшего за включением вентиля 7 (при запирании вентиля 1) сначала отпирающий импульс подают на вентиль 27 и лишь потом на вентиль 9.

Тем самым импульс обратного напряже- 2р ния на запираемом вентиле и, соответственно, на противофаэном ему вентиле в ходе одной коммутации возникает не один (кривая II>), не два (кривая

П„ ), а три раза.

Дроссели 29 — 34, включенные в ветви мостовой. схемы (фиг.3),могут быть включены аналогично и на схемах фиг.1 и 2. И, наоборот, вместо дросселей 29 — 34 или в дополнение к ним 30 в схему фиг.3 могут быть включены дроссели 17, 18.

В предлагаемом устройстве повышение надежности достигается подключением цепи из двух групповых коммутирующих вентилей между шинами постоянного тока в обратном направлении по отношению к напряжению на упомянутых шинах; подключением второй цепи иэ двух последовательно соединенных 4б вентилей между шинами постоянного тока преобразователя согласно с напряжением на упомянутых шинах; дополнением системы управления преобразователя блоком управления этими вентиля- 4ч ми, включающим в себя узел задержки подачи управляющих импульсов, к входу которого подключен выход введенного датчика напряжения коммутирующего конденсатора или датчика тока нагрузки.

Выполнение перечисленных мероприятий позволяет снизить максимальное напряжение на основных вентилях, крутизну спада тока в запираемом вентиле и, как следствие, время, требуемое для восстановления вентильной прочности запираемого вентиля, а также уменьшить содержание высших гар73 6 монических в кривой напряжения коммутирующего конденсатора. Снижение до нуля времени между очередными коммутациями (отпадает необходимость предоставлять время для восстановления вентильной прочности упомянутых групповых коммутирующих вентилей) расширяет возможности по формированию кривых напряжения. Кроме того, снижена крутизна нарастания анодного напряжения на вентилях. Повьппение коммутационной (перегрузочной) способности преобразователя также повышает его надежность, Снижение максимального напряжения на вентилях позволяет выполнять преобраэователь на вентилях более ниэкого класса по напряжению, что создает предпосылки для применения вентилей с меньшей величиной времени восстановления вентильной прочности, кото( рое функционально связано с их классом по напряжению..

Формула изобретения

1. Преобразователь, содержащий основные вентили, соединенные по мостовой схеме, индивидуальные коммутирующие вентили, подсоединенные к ветвям мостовой схемы и объединенные в анодную и катодную группы, общие точки которых соединены с первой обкладкой коммутирующего конденсатора, вторая обкладка которого подключена к средней точке первой цепи из двух соединенных последовательно груйповых коммутирующих вентилей, подключенной между шинами постоянного тока преобразователя, а также систему управления, обеспечивающую одновременную подачу отпирающих импульсов на очередной индивидуальный и соответствующий групповой коммутирующие вентили, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения напряжения на основных вентилях, цепь групповых коммутирующих вентилей подключена в обратном направлении по отношению к напряжению на шинах.

2. Преобразователь по п ° 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что он снабжен второй цепью из двух последовательно соединенных групповых вентилей, включенной между шинами постоянного тока преобразователя cor7 1359873

8 ласно с напряжением на этих шинах, а равляющих импульсов, к входу которого система управления дополнена. блоком . подключен выход введенного датчика управления этими вентилями, включаю- напряжения коммутирующего конденсащим в себя узел задержки подачи уп- тора или тока нагрузки.

1359873 (om 19) м ирвуъдф ,77 11

Составитель Г.Мыцык

Редактор А.Маковская Техред М,Дидык

Корректор А. Тяско

Заказ 6161/54 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная, 4