Преобразователь постоянного тока в постоянный
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнологии, зарядных преобразователях, источниках питания электрофизических установок. Целью изобретения является улучшение малогабаритных показателей и снижение установленной мощности ключей. Устройство содержит мост или полумост на управляемых ключах 2-5 с двумя реакторами 1,6 в диагонали переменного тока. Первичные обмотки реакторов 1,6 включены встречно-последовательно. Вторичные обмотки 7,8 реакторов также соединены встречно-последовательно и через диоды 9,10 выпрямителя подключены к нагрузке 11. Совмещение функций сглаживания и трансформирования электромагнитной энергии позволяет в 1,3-2 раза уменьшить массообъем электромагнитных элементов и устройства в целом. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51)5 Н 02 М 3/3)5 3 337
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ
fOCYAAPCTBEHHblA HOMHT T
fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4415938/24-07; 4443834j24-07 (22) 25,04.88 (46) 07.02.90. Бюл. У 5 (71) Московский энергетический институт (72) А.И. Царенко и А.Д,Ноникашвили (53) 621 .31 4 .57 (088 .8) (56) Булатов О.Г.. и др. Тиристорноконденсаторные преобразователи, — М.:
Энергоиздат, 1 982, с . 197.
Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. — Y..:
Энергоатомиздат, 1986, с. 1 54. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В ПОСТОЯННЫЙ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электротехнологии, за,. SU 1541726 А 1 рядных преобразователях, источниках питания электрофизических установок.
Пелью изобретения является улучшение малогабаритных показателей и снижение установленной мощности ключей. Устрso содержит мост или полумост на управляемых ключах 2-5 с двумя реакторами 1, 6 в диагонали переменного тока. Первичные обмотки реакторов 1, 6 включены вс тречно-последовательно.
Вторичные обмотки 7, 8 реакторов также соединены встречно-последовательно и через диоды 9, 10 выпрямителя подключены к нагрузке 11. Совмещение функций сглаживания и трансформирования электромагнитной энергии позволя- а ет в 1,3-2 раза уменьшить массообъем электромагнитных элементов и устройства в целом. 3 з.п. ф-лы. 6 ил.
1-5417 26
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может бьггь использовано в электротехнологии, заряднь»х ( преобразователях, источниках питания электрофизических установок „ (Пель из об ре те ния - улучшение массогабаритных показателей магнитнь»х элементов, снижение установленной мощности ключей.
На фиг,1-4 приведены принципиальные схемы преобразователя постоя ного тока ; на фиг.5 и 6 — временные диаг- раммы токов i: и напряжений U с соот- f5 ветствующей нумерацией, Преобразователь постоянного тоха в постоянный (фиг.1) содержит реак" тор 1, мост на управляемых ключах 25 а также реактор 6. Реакторы снаб- 20 жены вторичными обмотками 7 и 8. Первичные обмотки реакторов выполнен т встречно-последовательно. Первые одноименные концы вторичных обмоток 7 и 8 через диоды выпрямителей 9 и 1О 25 подключены к первому выводу нагрузки (11, а вторые одноименные концы объе( динены и подключен ко второму выводу цепи нагрузки.
Параметры магнитных систем, обра- 30 зованных. реактором 1, снабженным обмоткой .7, и реактором 6, снабженн» м обмоткой 8, идентичны. (Преобразователь работает следую1 щим образом. 35
К моменту to (Ьиг.53 ключи 2-5 разомкнуты. Реакторы 1 и 6 осуществляют передачу в нагрузку 11 накопленной в них энергии. Ток нагрузки 11 представляет собой сумму токов вто- »0 ( ричных обмоток 7 и 8, которые замь1. каются по двум контурам: вторична обмотка 7 — диод 9 — нагрузка 11 вторичная обмотка 8 — диод 10 — нагрузка 11, 45
В момент tz замыл»аются ключи 2 и3. I< диоду 1 0 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вто( ричной обмотки 8 реактора 6 перево дится в первичную обмотку и замыкается по контуру, содержащему источни » питания Е, ключ 2, первичную обмот!»у реактора 1, первичную обмотку реактора 6 и ключ 3. На этом интервале реактор 1 выполняет одновременно к к
55 функ цию трансформатора, осущес твляющего прямую передачу энергии из цепи первичной обмотки в нагрузку, так И вывод в нагрузку энергии накопленной ( (ранее в магнитном поле реактора. Реактор 6 накапливает энергию и одновременно сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку реактором 1.
В момент t, ключи 2 и 3 размыкают4 ся, ток иэ первичной обмотки реактора 6 переводится во вторичную и замыкается через диод 10 и нагрузку 11.
По нагрузке, как и к моменту t тео ° чет сумма токов вторичных обмоток реакторов .
B момент t < замыкаются ключи 4 и
5. К диоду 9 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вторичной.обмотки 7 реактора 1 переводится в первичную обмотку и замыкается по контуру, включающему источник питания Е, ключ 5, первичные обмотки реакторов и ключ 4. На этом интервале реактор б совмещает функцию транс-. форматора, осуществляющего прямую передачу энергии из цепи первичной обмотки в нагрузку с выводом в нагрузку накопленной ранее энергии. Реактор 1 накапливает энергию и сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку реактором 6.
B момент t3 ключи 4 и 5 размыкаются и устанавливается состояние анаУ логичное предшествующему моменту t
В момент и замыкаются ключи 2 и 3 и процессы .в схеме повторяются. .Включение последовательно в цепь первичных обмоток реакторов 1 и б дозирующего конденсатора 1 2 (фиг,2) позволяет обеспечить параметрическую стабилизацию и регулирование мощности, передаваемой в нагрузку преобразователем постоянного тока.
К моменту tо (йиг.б) ключи 2-5 разомкнуты. Реакторы 1 и 6 осуществляют передачу в нагрузку 11 накопленной в них энергии по контурам: обмотка 7 — диод 9 - нагрузка 11 и обмотка 8 — диод 1Π— нагрузка 11. Конденсатор заряжен до напряжения источника питания Е.
Б момент t замыкаются ключи 2 и
3. К диоду ) 0 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вторичной обмотки 8 реактора 6 переводится в первичную обмотку и замыкается по контуру, содержащему источник питания E„ ключ 2, первичные обмотки реакторов, дозирующий конденсатор 12 и ключ 3. По этому же контуру происходит перезаряд конденсатора 12. Реактор 1 трансформирует в нагрузку
154!726 энергию из цепи первичной обмотки, одновременно выводя в нагрузку ранее накопленную энергию. Реактор 6 накапливает энергию и сглаживает ток,трансформируемый в нагрузку реактором 1. ,В момент t напряжение на конденсаторе 12 достигает значения Е, Появляется условие для отпирания диода
10, вследствие чего ток из первйчной обмотки реактора 6 переводится во вторичную обмотку 8 и замыкается через диод 10 и нагрузку 11, при этом ключи 2 и 3 обесточиваются. Реакторы осуществляют передачу в нагрузку накопленной в . них энергии.
В момент t замыкаются ключи 4 и
5. К диоду. 9 прикладывается обратное напряжение, и он запирается. Ток вторичной обмотки 7 реактора 1 перево- 20 дится в первичную обмотку и замыкается по контуру, включающему в себя источник питания Е, ключ 5, первичные обмотки реакторов, конденсатор 12 и ключ 4. По этому же контуру происхо- 25 дит обратный перезаряд конденсатора
12. Реактор 6 трансформирует в нагрузку энергию из цепи первичной обмотки и выводит в нагрузку накопленную энергию. Реактор 1 накапливает энергию и сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку реактором 6, В момент t напряжение на конденсаторе 12 достигает значения Е. Появ-.. ляется условие для отпирания диода 9, Ъ.: 35
- вследствие чего ток из первичной обмотки реактора 1 переводится во вторичную обмотку 7 и замыкается через диод 9 и нагрузку 11. Ключи 4 и 5 обесточиваются, Реакторы осуществляют передачу .в нагрузку накопленной в них энергии. З момент и замыкаются ключи 2 и 3, и процессы в преобразователе повторяются.
С целью обеспечения работоспособ- 45 ности преобразователя на резкопеременную нагрузку (Фиг.3) реакторы снабжены третьими обмотками 13 и 14 начала которых объединены и подключены к одному иэ выводов источника пи- 50 тания, а концы через обратные дополнительные диоды 15 и 16 подключены к другому выводу источника питания Е.
Диоды 15 и 16 нормально заперты и не оказывают влияния на работу преоб- 55 разователя. При резком уменьшении нагрузки увеличивается напряжение на обмотках реакторов, в том числе и на обмотках 13 и 14. При достижении на-, пряжения на них величины.Е открываются диоды 15 и 16 и ограничивают перенапряжение на этом уровне, обеспечивая вывод излишка энергии из реакторов в источник питания Е.
Преобразователь (фиГ.4) может быть выполнен на тиристорах 3 и 5 по полумостовой схеме, один иэ выводов переменного тока которого образован общей точкой разделительных конденсаторов 17 и 18. Параметры магнитных систем, образованных реактором 1, снабженным обмоткой 7 и реактором 6,снабженным обмоткой 8, идентичны.
К моменту и тиристоры 3 и 5.выключены, конденсатор 17 заряжен до напряжения источника питания Е, конденсатор 18 полностью разряжен. Реакторы 1 и 6 осуществляют передачу в нагрузку 11 накопленной в них энергии по контурам: вторичная обмотка 7 диод 9 — нагрузка 11 и вторичная обмотка 8 — диод 10 — нагрузка 11.
В момент t импульсом управления отпирается тиристор 5. К диоду 9 прикладывается обратное напряжение, под действием которого он запирается.
Конденсатор 17 начинает разряжаться через цепь из включенного тиристора
5 и первичных обмоток реакторов, а конденсатор 18 заряжается от источника питания Е по этой же цепи. Реактор
6 выполняет одновременно как функцию трансформатора, осуществляющего прямую передачу энергии из пепи первичной обмотки в нагрузку, так и вывод в нагрузку энергии, накопленной ранее в магнитном поле реактора. Реактор l накапливает энергию и одновременно сглаживает ток, трансформируе.мый в нагрузку реактором 6.
В момент t напряжение на конденсаторе 18 становится равным Е, на конденсаторе 17 — равным нулю соответственно. Появляется условие для отпирания диода 9 ..вследствие чего ток из первичной обмотки реактора ) переводится во вторичную обмотку 7 и замыкается через диод 9 и нагрузку
l1, по которой, как и к моменту tp> течет сумма токов вторичных обмоток реакторов . Тиристор 5 обесточивается и восстанавливает свои запирающие свойства.
В момент t импульсом управления отпирается тиристор 3. К диоду 10 прикладывается обратное напряжение, под действием которого он запирается..
15417
Конденсатор 17 начинает разряжаться, а конденсатор 18 - заряжаться по об-, разовавшейся цепи из включенного ти ( рис.тара 3 и первичных обмоток реакторов. На этом этапе реактор 1 совмещает функцию трансформатора, передающего в нагрузку энергии из первичной цепи с выводом накопленной в нем са>
Иом энергии. Реактор 6 накапливает 10
1 энергию и одновременно сглаживает ток, трансформируемый в нагрузку ре ( актором 1.
В момент t3 напряжение на. конден саторе 17 спанавится равным Е, а на 15 капденсаторе 18 — равным нулю. Появт ляется условие для отпирания диода
,l0, вследствие чего ток из первично обмотки реактора б переводится во вторичную и замыкается через диод 10 20 и нагрузку 11, по которой, как и к
1 оменту t<> течет сумма токов вторичных .обмоток .
В момент t с отпиранием тиристо ра 5 процессы в преобразователе по-, .вторяются.
Улучшение массогабаритных характеристик магнитных элементов в преоб( разавателе достигается путем савме- ,щения функций сглаживания и трансйор- 30 миравания электромагнитной энергии.
Магнитные элементы на павьппенных частотах преобразования работают, как правило, в естественном режиме. В
9том случае,,как показывает расчет, массагабариты реактора в известном преобразователе примерна эквивалентиы
1 массогабаритам всей магнитной системы предлагаемого преобразователя при равных пульсациях тока нагрузки и пе- О редаваемой мощности. Б известном нр абра".Oâàòeëå помимо реактора для согласевания уровней питающего напряже-, ния и напряжения на нагрузке, а также. ( гальванической развязки необходим 45 ( трансформатор, расчитанный на передачу номинальной мощности нагрузки. Та- ким образом достигается выну рьпп в массе магнитных элементов в 1,3-2 раза в зависимости от требуемого уровня 50 пульсаций тока нагрузки, Сравнение схем по режимам работы, ключей 2-5 показывает, что в извест,ном преобразователе при тех же сред них и действующих значениях токов ключей к ним прикладываются в два р за большие напряжения (примерно 2F), и, соответственно, установленная мощность этих ключей завьш ена вдвое.
При включении дозирующего. конденсатора 12 (функцию которого могут исполнять конденсаторы 17 и 18) в цепь, первичных обмоток мощность, передаваемая преобразователем в нагрузку с точностью до потерь, определяется соотношением
Р е е2CE ft где f — частота переключения ключей;
С вЂ” емкость конденсатора 12, и, следовательно, она всецело определяется параметрами преобразователя, а не нагрузки.
Скачкообразное уменьшение нагрузки, характерное для ряда электротехнических потребителей, вызывает соответствующие скачки напряжения на нагрузке и элементах схемы. Введение обмоток 13 и 14 с обратными диодами
15 и 16 делает схему работоспособной на резкапеременную нагрузку, ограничивая уровень перенапряжений.-на элементах схемы и нагрузке.
Фо рмула изоб ретения
Преобразователь постоянного тока в постоянный, содержащий подключенный к входным выводам инвертор на управляемых ключах, выполненный по мостовой или полумостовой схеме, к выводам переменного тока которого через согласующий электромагнитный блок и выпрямитель подключена цепь нагрузки, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и снижения установленной мощности ключей, согласующий электромагнитный блок выполнен в виде двух реакторов, первичные обмотки которых включены встречно-последова-. тельно, первые одноименные концы вторичных обмоток объединены и подключены к первому выводу цепи нагрузки, а вторые одноименные выводы обмоток через диады выпрямителя подключены к второму выводу цепи нагрузки.
2, Преобразователь по п.1„ о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения параметрической стабилизации и регулирования мощности, передаваемой в нагрузку, последовательно в цепь первичных обмоток реакторов введен доэирующий конденсатор.
3. Пвеобразователь по д1, о т л и ч а ю шийся тем, что инвертар выполнен на т4фистарах по полу9 l 54 l мостовой схеме, один из выводов пере менного тока которой образован общей точкой разделительных конденсаторов, 4. Преобразователь по пп.)-.3, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности его работы на резкопеременную нагрузку, оба
726 l0 реактора снабжены третьими обмотками, начала которых, объединены и подключены к одному из входных выводов, а концы через дополнительные обратные диоды подключены к другому входному выводу.
1541726 ("Э
Редактор Н.Яцола
Заказ 287, Тираж 498 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Рауйская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбийат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
1у р
УД4,$ сю! ур
С,М
4э
Составитель И.Жеребина
Техред Л.Сердюкова Корректор M,Càìáîðñêàÿ
