Преобразователь постоянного тока в постоянный

 

Изобрет,ение относится к преоб . Г-.ГГ 1 разовательной технике и м.б. использо вано в качестве источника электропитания технологических установок для плазменной и электронно-лучевой резки , а также автоматических сварочных технологий. Целью является улучшение массогабаритных показателей и повышение жесткости внешней характеристики. Устр-во содержит мост на тиристорах 3-6, Вьтрямитель на .диодах 14, 15 соединен с разделительным конденсатором 2. Нагрузка 18 подключена к выпрямителю через конденсатор 16 и дроссель 17 фильтра. При напряжении на нагрузке, равном напряжению питания, напряжение на конденсаторе 2 равно нулю и коммутации тока тиристоров не происходит. Этим обеспечивается огран гченне роста напряжения на нагрузке. 4 ил. «е

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) Н 02 Г1 3/315

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4043978/24-07; 4132861/ 24-07 (22) 27.03.86 .(46) 15.08.88. Бюл. Ф 30 (71) Уральский политехнический институт им.С.M.Êèðoâà и Институт электродинамики АН УССР (72) В.В.Шипицин, В.И.Лузгин

А,А.Новиков, A.Â.Màðåíèí, И.В.Волков, В.Н.Губаревич и В.П.Кабан (53) 621.314. 572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1083309, кл. Н 02 М 3/135, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 535695, кл. Н 02 И 7/523, 1973.

Авторское свидетельство СССР

К- 1086519, кл. Н 02 И 3/315, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В ПОСТОЯННЫЙ (57) Изобретение относится к преоб„„SU„„1417132 д1 разовательной технике и м.б. использовано в качестве источника электропитания технологических установок для плазменной и электронно-лучевой резки, а также автоматических сварочных

J технологий, Целью является улучшение массогабаритных показателей и повышение жесткости внешней характеристики. Устр-во содержит мост на тиристорах 3-6. Выпрямитель на диодах 14, 15 соединен с разделительным конденсатором 2. Нагрузка 18 подключена к выпрямителю через конденсатор 16 и дроссель 17 фильтра, При напряжении на нагрузке, равном напряжению питания, напряжение на конденсаторе 2 равно нулю и коммутации тока тиристоров не происходит.

Этим обеспечивается ограничение роста напряжения на нагрузке. 4 ил, 1417132

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано как источник питания для ряда технологических установок (например, установок для сварки и резки металлов).

Для устойчивой работы технологи— ческих устройств подобного рода ис— точник питания должен обладать опрсде-, ленными свойствами, Внешняя характерис-тика такого источника должна быть близкой к характеристике источника тока r. ограничением роста выходного напряжения, а величина стабилизированного выходного тока должна регулироваться в больших пределах для осуществления и управления техпроцессом. Важнейшим требованием техники безопасности к источникам питания установок для 20 сварочных технологий является обязательное заземление обрабатываемой заготовки, что эквивалентно заземле-" нию одного из выводов для подключения нагрузки рассматриваемого источника. )5

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей и повыше-ние жесткости внешней характеристики., На фиг. 1-4 изображены варианты схемы преобразователя постоянного 30 тока в постоянный, Схема преобразователя постоянного тока в постоянный (фиг. 1 ) соцержит дроссель 1 фильтра, через который разделительный конденсатор 2 подключен к выводам источника питания, мост на тиристорах 3-6 со встречнопараллельными вентилями 7-10, к диа.гонали переменного тока которого подключен коммутирующий конденсатор

11 и первый коммутирующий дроссель 12, второй коммутирующий дроссель 13, через которй тиристорный мост соединен с полумостовым выпрямителем на диодах

14 и 15,конденсатор 16 ч . дроссель 17 фильтра, через который нагрузка 18 подключена к выводам постоянного тока указанногО выпрямителя.

Схема преобразователя постоянного тока в постоянный в установившемся

50 режиме работает следующим образом.

При отпирании тиристоров 3 и 6 по контуру 2-3-12-11 — 6-13-15-16-2 про-. текает импульс тока, близкий по форме к синусоидальному. При этом комму-5з тирующий конденсатор 11 перезаряжа— ется, а конденсатор 16 фильтра. заряжается с укаэанной на фиг:. 1 полярностью. Во второй половине полупериода энергия, запасенная в коммутирующем конденсаторе, возвращается в разделительный конденсатор 2, минуя конденсатор 16 фильтра, цепь нагрузки по контуру 2 — 14 — 13 — 10-11 — 12-7-2, при этом конденсатор 11 частично разряжается, а за счет протекания тока через встречно-параллельные вентили

7 H 10 HB 86IKJ7MMHBUIHXCR тиристорах

6 и 3 формируется обратное напряжение, равное по величине падению напряжения на диодах (вентилях) 7 и 10 в прямом направлении, Так как длигельность импульса тока встречно-па— раплельных вентилей не зависит от сопротивления нагрузки, то и время, предоставляемое схемой тиристорам для восстановления управляемости, не яв— ляется функцией сопротивления нагрузки.

Благодаря рекуперации энергии, запасенной с коммутирующем контуре, посредством встречно-параллельных вентилей обратно в разделительный конденсатор, в схеме источника сохра-. няется жесткость внешней токовой характериcòèêè в широком диапазоне частот. Указанное свойство схемы позволяет осуществлять глубокое регулирование величины выходного тока за счет изменения частоты управления тиристорами при неизменной жесткости внешней характеристики, которая обеспечивается эа счет параметрической стабилизации, Этим обеспечивается способность схемы работать на целый ряд установок плавки и резки металлов, требующих для нормального протекания техпроцесса различных величин выходного стабилиэирован ;.î=o постоянного тока.

Разряд конденсатора 16 фильтра осуцествляется через дроссель 17 на нагрузку 18 выходным постоянным током.

Напряжение на нагрузке при увеличении сопротивления пос бедней также возрастает и ограничено уровнем напряжения источника питания, При обрыве дуги — это эквивалентно резкому уве.гичению сопротивления нагрузки до бесконечности — нггряжение на конденсаторе 16 возрастает до уровня напряжения источника питания, амплитуда тока прямых вентилей,, протекающего через конденсатор 16, падает до нуля к коммутация прекращается, так как к тиристорному мосту прикладывается

1417132 нулевое прямое напряжение, т.е. условий цля протекания тока нет. При вторичном зажигании дуги напряжения на конденсаторе 16 падает и коммутация восстанавливается.

При опрокидывании одного из плеч тиристорного моста аварийный ток разряда разделительного конденсатора 2 протекает по контуру 2-3-4-13-15-16-2 10 и ограничен величиной индуктивности второго коммутирующего дросселя 13 и противо-ЭДС конденсатора 16 фильтра, причем чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше амплитуда тока 15 аварии. Аварийный ток выпрямителя развивается (в основном за счет магниткой энергии, накопленной полем дросселя 1) по контуру

16

"+" -1-3-4-13-15 — (Q "-" -+

17 — 18 и также ограничен дросселем 13, про- 25 тиво-ЭДС конденсатора 16, а также сопротивлением цепи нагрузки и дросселем 17 фильтра, что позволяет уменьшить величину индуктивности дросселя

13 пс сравнению с первым коммутиру- 30 ющим дросселем 12, расположенным внутри тиристорного моста. При этом максимальный уровень прямого напряжения на тиристорах последнего также уменьшается. 35

Одним иэ важных качеств схемы является то, что она позволяет заземлять один.иэ выводов нагрузки при питании от трехфазной сети

40 (50 Гц) при отсутствии развяэывающего трансформатора, если в качестве источника питания испольэовать схему нулевого выпрямителя на трех венти 3IHx, При этОм Отрицательный вывОд 45 для подключения нагрузки физически не может быть отключен от заземленной точки, При отсоединении цепи нагрузки от глухозаземленной нейтрали на положительном выводе сохраняется напряжение 250-280 В. Такое состояние схемы естественно, оно предшествует началу техпроцесса. Аварийное отсоединение глухозаземленной нейтрали от схемы эквивалентно отключению напряжения питания источника и последний выключается обычным образом.

Схема питания источника от сети трехфазного напряжения посредством нулевого выпрямителя (БВ) показана на фиг. 1 пунктиром.

Возможна схема источника постоянного стабилизированного тока,в которой заэемляется не отрицательный, как в схеме на фиг,. 1, а положительный ны— вод для подключения нагрузки, что также необходимо для обработки определенных деталей при помощи дуги посстоянного тока. Указа .;ная схема совместно с нулевым выпрямителем (ВН) в случае питания ст трехфазного напряжения изображена на фиг. 2, Работа схем, изображенных на фиг, i и Фиг. 2 идентична, Возможен вариант схемы, в которой разделительный конденсатор включен последовательно с конденсатором 16 фильтра так, что положительньй вывод постоянного тока палумостового выпрямителя соединен с общей тс -кой этих конденсаторов .

Такой вариант схемы преобразователя постоянного тока в постоянный изображен на фиг. 3, причем обозначения на фиг. 3 Ie же, чтс и на фиг, 1, Схема преобразователя постсянногс тока в постоянный (фиг. 3) pBGG;" åò следующим образом °

При отпирании тиристсров 3 и 6 моста высокочастотный импульс тока протекает по контуру 2-3-12-11-6-13— 15-2, перезаря.кая коммутирующий конденсатор 11 и минуя конденсатор

16 фильтра. После спадания тока тиристсров до нуля его налравление в ксгвутирующем контуре меняется а противоположное и ток протекает пс встречно-параллельным вентилям по контуру 11-12 — 7-2-16-i4-13-10-11, частично разряжая коммутирующий конденсатор 11 и подзаряжая конденсатор 16 фильтра.

При напряжении на нагрузке, равном напряжению источника питания, напряжение на разделительном конденсаторе

2 равно нулю и коммутации тока тиристоров не происходит. Этим обеспечивается ограничение роста напряжения на нагрузке, При опрокидывании одного из плеч тиристсрного моста (например, тиристоров 3 и 4) аварийный высокочастотный ток разряда разделительного конденсатора ? протекает по контуру

2-3-4-13-15-2, минуя нагрузку. Ампли4 туда тока ограничивается величИной индуктивности второго коммутирующего дросселя 13. Развивающийся вслед за импульсом тока разряда аварийный ток выпрямителя протекает как и в схеме на фиг, 1) через цепь нагрузки

rto кОнтуру

1417132 обязательного заземления одного из выводов нагрузки при отсутствии развязывающего трансформатора, значительно ухудшающего весогабаритные показатели реального промышленного образца источника. формула и з о б р е т е н и я

16 и и

" -" -1-3-4-13-15 () — =- — +

17 — 18 и также ограничен величиной противо-ЗДС конденсатора 16 фильтра и сопротивлением цепи нагрузки, Таким образом, схема (фиг. 3) за-. щищает цепь нагрузки от короткого, но значительного по амплитуде импуль- са аварийного тока. Возможен вариант этой схемы источника, в котором заземляется положительный вывод для подключения нагрузки, Указанная схема. изображена на фиг. 4 с теми же обозна.— чениями, что и на фиг. 3, Работа схем,yg изображенных на фиг. 3 и фиг, 4, идентична.

Таким образом, в преобразователе постоянного тока в постоянный,имеющем внешнюю токовую характеристику в диапазоне рабочих сопротивлений нагрузки и характеристику источника напряжения при значительном росте сопротивления, позволяющем получать внешнюю токовую характеристику с возможностью регули-рования уровня выходного тока в широком диапазоне, выполняется требование

Преобразователь постоянного тока в постоянный, содержащий подключенные к положительному входному выводу через дроссель фильтра разделительный конденсатор и тиристорный мост со встречно-параллельными вен-илями, в диагонали переменного тока которого последовательно включены первый коммутирующий дроссель и коммутирующий конденсатор, второй коммутирующий дроссель включен последовательно с тиристорным мостом и соединен с выводом переменного тока двух диодов выпрямителя, подключенного параллельно цепи нагрузки, о т л и ч .а ю щ и й— с я тем, что, с целью улучшения ,массогабаритных показателей и повышения жесткости внешней характеристики, он снабжен конденсатором фильтра е сглаживающим дросселем, включенным последовательно с цепью нагрузки,причем конденсатор фильтра включен параллельно цепи нагрузки и выпрямителю, ОДИН ИЗ ВЫВОДОВ ПОСТОЯННОГO TOKB которого объединен с выводом разделительного конденсатора,, а отрицательный вывод выпрямителя соединен с отрицательным входньгм выводом.

1417132

Составитель И. Жеребина

Техред Л. Олийнык Корректор А. Тяско

Редактор А. Ревин

Заказ 4075/54

Тираж 665 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