Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для электропитания автономных инверторов напряжения, двигателей постоянного тока и других аналогичных устройств. Цель изобретения - упрощение и снижение потерь энергии при коммутации. Эффект обусловлен сокращением количества элементов узла искусственной коммутации, который содержит два тиристора 10,11, дроссель 13, конденсатор 12 и включен в диагональ переменного тока силового моста на тиристорах 14-17. Наличие индуктивного реактора 2 в цепи соединения источника 1 переменного тока и силового тиристорного моста позволяет совместно с буферным узлом, выполненным на тиристорах 4,7, диодах 5,8 и конденсаторах 6,9, улучшить защиту от внешних перенапряжений и перекрестных помех, связанных с коммутационными процессами, при групповой работе преобразователей. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ИЗИ (51) 5 H 02 М 7/162

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4184331/24-07 (22) 20.01,87 (46) 15.01.90. Бюл, и 2 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) 10.И,Наумов (53) 621.314.632(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 1091288, wa . Í 02 И 7/162, 1983 °

Авторское свидетельство CCCP

N 1112506, кл. H 02 М 7/162, 1983. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для электропитания автономных инверторов напряжения, двигателей постоянного тока и других ана2 логичных устройств. Цель изобретенияупрощение и снижение потерь энергии при коммутации. Эффект обусловлен сокращением количества элементов узла искусственной коммутации, который содержит два тиристора 10, 11, дроссель 13, конденсатор 12 и включен в диагональ переменного тока силового моста на тиристорах 14-17. Наличие индуктивного реактора 2 в цепи соединения:источника 1 переменного тока и силового тиристорного моста позволяет совместно с буферным узлом, выполненным на тиристорах 4, 7, диодах

5, 8 и конденсаторах 6, 9, улучшить защиту от внешних перенапряжений и перекрестных помех, связанных с коммутационными процессами, при групповой работе преобразователей. 1 з.n ° ф-лы, 3 ил.

1536493

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для электропитания автономных инверторов напряжения, двигателей постоянного тока и других аналогичных устройств.

Цель изобретения - упрощение и снижение потерь энергии при коммутации.

На фиг. l показана принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг,2временные диаграммы токов и напряжений в преобразователе, поясняющие принцип его работы в выпрямительном режиме; на фиг.3 - то же, в инверторном режиме.

Преобразователь содержит входные выводы для подключения к источнику 1 переменного напряжения, который через 20 индуктивный реактор 2 соединен с входом переменного тока силового тирис торного моста, управляемого от узла

3 управления. Параллельно входу переменного тока указанного моста включены узел искусственной коммутации и буферный узел. Последний выполнен в виде двух параллельно соединенных цепей, одна из которых содержит последовательно включенные встречно-параллельно соединенные тиристор 4 и диод 5 с конденсатором 6, Аналогичным образом включены тиристор 7, диод 8 и конденсатор 9, Узел искусственной коммутации выполнен в виде последовательно соединенных между собой 35 встречно включенных тиристоров !0 и

11, конденсатора 12 и дросселя 13.

Выводы постоянного тока силового тиристорного моста на тиристорах 14-17 образуют выходные выводы для подключения нагрузки 18, В выпрямительном режиме преобразователь работает следующим образом.

При включении источника 1 переменного напряжения происходит заряд демпфирующих конденсаторов 6 и 9 через диоды 5 и 8, Предположим, что они зарядились до величины напряжения, несколько превышающего амплитуду напряжения источника питания !!с 50 за счет колебательного характера процесса их заряда; напряжением противоположного знака. Включением тиристора 10 коммутирующий конденсатор 12 заряжается до амплитуды напряжения 55 источника питания отрицательным знаком относительно нижнего вывода источника питания. Для обеспечения секt торного регулирования выходного напряжения, в соответствии с требуемой величиной напряжения в нагрузке, в момент времени t (фиг.2) включаются тиристоры 14 и 17 .

При включении указанных тиристоров в нагрузке 18 начинает протекать ток источника 1 переменного напряжения

В момент времени t включается тирис1 тор 4 и производится частичный раз».ряд демпфирующего конденсатора 6. При этом конденсатор разряжается током до напряжения источника питания, отдавая энергию в нагрузку 18 и в источник переменного напряжения. Далее тиристор 4 выключается, и с момента времени t> конденсатор дозаряжается до амплитуды напряжения источника питания через диод 5, В момент времени происходит формирование заднего фронта сектора напряжения в нагрузке.

Для этого включается тиристор 11, подключая при этом к входу тиристорного моста напряжение коммутирующего конденсатора U полярностью, противоположной полярности полуволны напряжения источника переменного напря- i жения, В этот же момент времени исключается тиристор 15 (или 16) для замыкания тока нагрузки при ее индуктивном характере.

Конденсатор 12 начинает перезаряжаться по цепи: конденсатор 12дроссель 13 - источник 1 - реактор 2 " тиристор 11 - конденсатор l2 и по цепи; конденсатор 12 - дроссель 13 тиристор 17 " тиристор !5 " тиристор 1 l - конденсатор 12, выключая при. этом тиристор 17. Напряжение на конденсаторе 12 изменяет знак на противоположный и в момент времени t на5 пряжение на нем достигает величины напряжения на демпфирующем конденсаторе 6 и основная часть тока перезаряда конденсатора 12 i „oòeoäèòñÿ в демпфирующую емкость. 6. При этом демпфирующая емкость 6 и коммутирующий конденсатор 12 заряжаются до напряжения, незначительно большего амплитуды напряжения источника переменного напряжения, зэ, счет того, что емкость демпфирующего конденсатора 6 выбирается много большей, чем емкость коммутирующего конденсатора l2, что позволяет исключить перенапряжение в преобразователе. После окончания коммутационного процесса. тиристор 11 выключается и напряжение на емкости 6

5 153649 (Б„<,) не изменяется до прихода следующей поЛожительной полуволны напряжения. При этом остаются включенными тиристоры 14 и 15 °

При отрицательной полуволне питаю5 щего напряжения в момент времени включаются тиристоры 16 и 15, формируя при этом передний фронт напряжения в нагрузке. Происходит выключение тиристора 14, через который замыкается ток нагрузки 18, обусловленный наличием в ней индуктивности по цепи: нагрузка 18 — тиристор 15 - тиристор

l4 — нагрузка 18, напряжением источника 1 питания, подключенным по цепи: источник 1 - тиристор 16 - тиристор

14 — реактор 2 - источник 1, В момент времени tv производится частичный разряд конденсатора 9 вклю- 20 чением тиристора 7. В момент времени

t8 конденсатор 9 разряжается до напрян<ения источника питания током и далее дозаряжается до амплитуды напряжения источника питания. В момент 25 времени t включается тиристор 10, подключая при этом коммутирующий конденсатор 12 к входу тиристорного моста по цепям: конденсатор 12 - тиристор 10 - тиристор 15 и конденсатор

12 — дроссель 13 — тиристор 16. В этот же момент времени включаются тиристоры 16 и 17, замыкая ток нагрузки 18 по цепи: нагрузка 18 — тиристор 17 — тиристор 16 - нагрузка 18.

Тиристор. 15 выключается током перезаряда коммутирующего конденсатора 12 по цепи: конденсатор 12 - тиристоры 10-15-17 — дроссель 13 - конденсатор 12 в момент времени t«/ напрян<ение на коммутирующем конденсаторе 12, изменив знак, достигает величины напряжения на демпфирующем конденсаторе 9, и происходит дозаряд.

После окончания коммутационного процесса тиристор 10 запирается, При смене знака питающего напряжения процесс происходит аналогичным образом.

При включении тиристоров 14 и 17 выключается тиристор 16, Далее процесс повторяется. На диаграммах напряжение и ток на входе силового тиристорного моста обозначены символами UM u соответственно.

В инверторном режиме преобразователь работает следующим образом. 55 (Фиг ° 3) °

Предположим> что в момент времени

t, конденсаторы 6, 9 и 12 заряжены до

О амплитуды питающего напряжения (конденсатор 6 — положительной полярностью, а конденсаторы 9 и 12 - отрицательной полярностью) и включены тиристоры 14 и 15, по которым протекает ток нагрузки 18. В момент времени t включают тиристоры 11 и 16. При этом ток нагрузки 18 замыкается по цепи: нагрузка 18 — тиристоры 15 и 11 - конденсатор 12 — дроссель 13 - тиристор

16, перезаряжая коммутирующий конденсатор 12. В момент времени напряжение на коммутирующем конденсаторе

/2 достигает величины напряжения источника 1 питания, начинает протекать ток нагрузки 18 встречно напряжению источника питания, т.е. происходит рекуперация энергии из нагрузки в питающую сеть.

В процессе нарастания этого. тока он частично заряжает демпфирующий конденсатор 6 через диод 5. В момент вре1 мени t> напряжение на индуктивном реакторе 2 снижается до нуля и прекращаются процессы перезаряда коммутирующего конденсатора 12 и дозаряда демпфирующей емкости 6, Тиристор 11 выключается. В момент времени t вклю/ чается тиристор 4 и конденсатор 6 на интервале времени /. - разряжается до величины напряжения источника пи> тания. В момент времени t6 включается тиристор 17. Ток нагрузки 18 в источнике напряжения 1 начинает спадать и в момент времени t спадает до нуля.

При этом формируется задний Фронт сектора тока в источнике

В отрицательный полупериод напряжения источника переменного напряжения преобразователь работает аналогично.

При этом работают демпфирующий конденсатор 9, коммутирующий тиристор 1О и тиристоры 17 и 14. После прохождения тока нагрузки в источник переменного напряжения ток нагрузки замыкается через включенные тиристоры 14 и 15. Далее процесс повторяется.

Первоначальный заряд демпфирующих конденсаторов и коммутирующей емкости обеспечивается подключением источника переменного напряжения к преобразователю в момент времени, когда на" пряжение на его выводах равно нулю, чтобы исключить возможность заряда емкостей до напряжения, значительно большего, чем напряжение источника питания за счет колебательного харак7 1536493 тера заряда демпфирующих и коммутирующего конденсаторов.

Формула изобретения

1. Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой тиристорный мост, вход переменного тока которого связан с вход ными выводами, а выход постоянного тока соединен с выходными выводами, узел искусственной коммутации, выполненный в виде цепи последовательно соединенных между собой дросселя, конденсатора и основного тиристора, отличающийся тем, что, с целью упрощения и снижения потерь энергии при коммутации, дополнительно введены тиристор, индуктивный реактор и буферный узел, при этом дополнительный тиристор включен встречнопараллельно основному в узле искусственной коммутации, включенном также как и буферный узел, параллельно входу переменного тока силового тиристорного моста, а индуктивный реактор включен между одним из входных выводов и входом переменного тока указанного моста .

2. Преобразователь по п.l, о тл и ч а ю шийся тем, что буферный узел выполнен в виде двух параллельно соединенных цепей, каждая из которых содержит последовательно включенные конденсатор и встречно-параллельно соединенные диод и тиристор.

1536493

6щу

Составитель Е.Мельникова

Редактор И.Касарда Техред И.Дидык КорректорМ.йароши, Заказ 115/89 Тираж 485 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101