Преобразователь постоянного напряжения в постоянное с плавным регулированием

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Д1)g h 02 М 3/315

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4313064/07; 4331499/07 (22) 05«1 0«87 (46) 23 ° 03 ° 91 ° Бюл«М 11 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72):Л,Г,Кощеев (53) 621«314 ° 57(088 8) (56) Бедфорд:Б °, Хофт:Р„ Теория автономных инверторов, -:М«: Энергия, 1969«

Авторское свидетельство СССР

N - 447744008844, кл. Н 02 M 3/315, 1975, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования на электроподвижном составе постоянного тока» Це» лью изобретения является расширение диапазона регулирования напряжения на выходе преобразователя, уменьше„„Я0„„1636956 . А 1

2 ние установленной мощности оборудования и повышение Кц (° Устройство содержит инверторную ячейку, состоящую из основных тиристоров 1 и 2, выпрямительных диодов 3 и 4, автотранс форматора 5, сглаживающего реактора

6 и генератора 7 импульсов напряжения коммутации, Генератор 7 состоит из тиристоров 8-11 с встречными дио дами 12-15 и колебательного контура, состоящего из реактора 16 и конденсатора 17, Вторичные обмотки 19 и 20 импульсного трансформатора 18 через до по л ни тельны е тири сто ры 2 2 и 2 3 со» единены с катодами основных тиристо» ров, Для оптимизации установленной мощности оборудования генератора импульсовв напряжения коммутации преоб разователь может быть выполнен с общим генератором импульсов напряже» ния и коммутации и содержащим анало» гичные инверторные ячейки 29 и 30 °

1. з.п, ф-лы, 4 ил изобретение относится к преобразо вательной технике и предназначено для использования на электроподвижном составе постоянного тока, Целью изобретения является расширение диапазона регулирования на» пряжения на выходе преобразователя, уменьшение установленной мощности оборудования и повышение Кцц, 1О

На фиг,1 и 2 приведень1 принци пиальные схемы преобразователя с од ной ячейкой и N дополнительными ячей ками; на фнг ° 3 и .4 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу в 15 начальный период пуска и в устано1 вившемся режиие

Преобразователь (фиг.1) содержит основные тиристоры 1 и 2, выпрями тельные диоды 3 и 4„ автотрансформа 20 тор 5, сглаживающий. реактор 6, генератор 7 импульсов напряжения комму тации, включающий тиристарный мост: из тиристорав 8-11 с встречными дио дами 12-15, колебательный контур, со» 25 держащий реактор 16 и конденсатор 17, для коммутации така вентилей тиристорногo моста, импульсный трансформатор 18 с вторичными обмотками 19 и

20, причем выводы первичной обмотки 30

21 соединены с выходными клеммами указанного моста, а вторичные обмотки 19 и 20 включены последовательно в цепь выхода указанного моста и через дополнительные тиристоры 22 и 23 35 соединены с катодами основных тирис торов ° Кроме этого, в преобразователь входят Г-образный LC-фильтр, содержа щий реактор 24 и конденсатор 25, и блок 26 управления, формирующий им- 40 пульсы тока управления в.заданной временной последовательности для отпирания тиристорав преобразователя, Нагрузка 27 преобразователя присоединена к средней точке 28 автотрансфор- 45 матора 5 через реактор:6

Элементы 1-6, 22 и 23 образуют ячейку 29, причем устройство на фиг,2 содержит N ячеек, в частности дополнительную аналогичную ячейку 30 °

Выходы блока 26 управления через блоки 31 и 33 гальванической развязки связаны с управляющими переходами тиристоров 1 и 2, блоки 33 и 34тиристоров 8, 9 и 10, 11, блоки 35 и

36 тиристоров 22 и 23. В начальном интервале пуска преобразователя блок

26 управления обеспечивает подачу импульсов тока управления только в цепи управляющих переходов тиристоров 8, 9 и 10, 11 тиристорнога моста и с некоторой задержкой относительно импульсов напряжения коммутации в цепи управляющих переходов дополни» тельных тиристоров 22 и. 23.

После окончания начального интервала пуска блок 26 управления обеспечивает одновременное отпирание соответственно тиристаров 8, 9 и 22 и 10, 11 и 23 При этом с некоторым опережением по отношению к импульсам напряжения коммутации, определяемым ве» личиной напряжения на выходе или токам нагрузки, с выходов блока управления поступают импульсы тока управления в цепи управляющих переходов тиристорав 1 z:2.

С целью оптимизации установленной мощности оборудования генератора импульсов напряжения коммутации преобразователь (фнг.2) может быть выполнен с общим генератором импульсов напряжения и содержащим N аналогичных инверторных ячеек. При этом блок управления выполнен обеспечивающим поачередную подачу импульсов така управления тиристарами 8, 9 и

10, 11 тиристарнога моста генератора импульсов напряжения коммутации и синхронизированную подачу управляю» щих импульсов на соответствующие ос» новные и дополнительные тиристоры с частотой, в и раз меньшей частоты управляющих импульсов вентилями тиристорного моста. указанного генератора, с регулируемой задержкой относительно момента их подачи и сдвинутых между собой на угол Ф/К.

Преобразователь работает следующим образом.

В начальный период пуска тиристоры 1 и 2 заперты и преобразование постояннога напряжения осуществляется генератором импульсов напряжения коммутации, дополнительными тириста» рами 22 и 23 и выпрямительными диодами 3 и 4

В момент времени t импульс така поступает в пепи управляющих пе реходов тиристоров 8 и 9, При этом на первом выходе генератора импульсов напряжения коммутации и на первичной обмотке трансформатора 18 формируется прямоугольный импульс напря» жения U< положительной полярности (фиг 2). Амплитуда этога импульса обмоткой 19 трансформатора 18 увеличи5 163 вается на 16-20X ° В момент времени

t импульс тока 1 поступает в цепь управляющего перехода тиристора 22, отпирание которого приводит к появлению импульса напряжения U в конту( ( ре образованном конденсатором 25, вентилями 8 и 12 инвертора, вторичной обмоткой 19 трансформатора 18, тиристором 22, полуобмоткой авто» трансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27» При этом через нагрузку протекает результирующий ток, обусловленный током в цепи указанного контура и током, наведенным во второй полуобмотке автотрансформатора .5 Через тиристоры 8 и 9 протекает результирующий ток i@ нагрузки и контура коммутации. Поскольку амплитуда импульса тока i контура коммутации превыК шает максимальное значение тока нагрузки более чем в 2 раза, то в момент времени t ток через вентили 8,, 12 и 9, 13 меняет свое направление и обратная полуволна тока протекает через диоды 12 и 13 ° С этого момента времени начинается процесс восстановления запирающих свойств тиристо» ров 8 и:9 ° Для обеспечения устойчивой работы преобразователя необходимо выполнение усповия, при котором амплитуда тока нагрузки и длительность импульса тока через встречные диоды 12 и 13 больше времени восстановления запирающих свойств тиристоров генератора импульсов напряжения коммутации.

В момент времени t< ток через дио« ды 12 и 13 становится равным нулю и на вентилях 8, 12 и 9, 13 восстанавливается напряжение» При этом тирис» торы 8 и 9 остаются в запертом состоянии После выключения диодов 12 и 13 ток нагрузки протекает по контуру, в который входит сек.::ня обмотки автотрансформатора 5, сглаживающий . реактор 6, нагрузка 27 и диод.3 °

В момент времени t импульс тока

i поступает в цепи управляющих пе» реходов тиристоров 10 и 11, отпирание которых приводит к появлению им» пульса напряжения U < положительной полярности на втором выходе генера» тора, Амплитуда этого импульса обмот кой 20 трансформатора 18 также увеличивается на 16-20Х Далее при появ» лении импульса тока управления 1ч4, в цепи управляющего перехода тиристора

23 электромагнитные процессы в пре»

6956 6 образоватепе протекают анапогично описанным.

В установившемся режиме работы преобразователя в начальном периоде пуска напряжение на его выходе опре» деляется выражением

БН = 2EK

Т К = t где Е - напряжение источника пита-, ния

К 1и К - коэффициенты трансформации трансформаторов 5 и 18;

- частота инвертирования;

Т, — длительность импульсов на

Н пряжения коммутации;

Т К - время задержки отпирания дополнительных тиристоров

20 по î-ношению к моментам отпирания тиристоров инверто ра, Ток через нагрузку 1 благодаря

Н большой индуктивности реактора 6 имеет пульсации пилообразной формы частотой, в 2 раза большей частоты импульсов напряжения коммутации, После уменьшения времени задержки отпирания тиристоров 22 и 23 до нуля вводятся в работу силовые тиристоры

1 и 2, которые окпираются импульса ми тока 1 и 1 °

В момент времени t1 импульс тока

i н (фиг ° 3) поступает в цепь управ ляющего перехода тиристора 1, отпи35 рание которого вызывает протекание тока i 1 по контуру, образованному конденсатором 25, тиристором 1, полуобмоткой автотрансформатора 5, ре»

4р актором 6 и нагрузкой 27 ° С этого момента времени напряжение в нагру» зочной цепи практически равно напря» женив на конденсаторе 25.

В момент времени t< импульс тока

45 1 > поступает в цепь управляющего перехода тиристоров 8, 9 и 22,. отпи рание которых приводит к увеличению напряжения Б bbi) на величину напряже» ния на вторичной обмотке 19 трансфор

gp матора 18 В результате этого напря жение на аноде тиристора 1 становит ся отрицательным и он запирается, С этого момента времени начинается процесс восстановления его запирающих свойств, а ток нагрузки протекает по контуру, образованному конденсатором

25, тиристором 8, вторичной обмоткой

19 трансформатора 18, тиристором 22, полуобмоткой автотрансформатора 5, 1636956 реактором 6 и нагрузкой 27» В момент времени t> ток через вентили 8 и 12 меняет найравление и переходит с ти ристора 8 в цепь диода !2. Таким образом, процесс коммутации тока через тиристоры 8 и 9 происходит аналогично описанному» В момент времени ток через диод 12 становится равным нулю» С этого момента времени напря»

1О жение Usbix становится равным падению напряжения на диоде 3, и нагрузочный ток протекает по контуру. диод 3, полуобмотка автотрансформатора 5, ре" актор Ь и нагрузка 27, В момент времени t импульс тока

1 управления iy6 поступает в цепь уп равляющего перехода тиристора:2, его отпирание вызывает протекание тока нагрузки х>< по контуру, образованно. му конденсатором 25, тиристором 2, второй полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27 °

С этого момента времени напряжение

U, снова становится равным напря 25 жению на конденсаторе 25»

В момент времени Тз.импульс тока

iy поступает в цепь управляющих переходов тиристоров 10, 11 и 23, отпирание которых приводит к увели- чению напряжения U на величину напряжения на вторичной обмотке 20 трансформатора 18, и происходит запирание тиристора.2» С этого момента времени ток нагрузки протекает по 35 контуру. конденсатор 25, тиристор

10, вторичная обмотка трансформато ра 18, тиристор 23, вторая полуоб» мотка автотрансформатора 5у реактор

6 и нагрузка 27. В момент времени ток через вентили 10 и 14 меняет направление и переходит с тиристора

10 в цепь диода 14, В момент времени t ток через диод 14 становится

В 45 равным нулю» С этого момента времени напряжение U становится равным падению напряжения на диоде 4 и нагрузочный ток протекает по контуру: диод 4, вторая полуобмотка трансформатора 5, реактор 6 и нагрузка 27»

Далее электромагнитные процессы в преобразователе периодически повто ряются °

Напряжение на первичной обмотке автотрансформатора U !, имеет прямоугольную форму со стуйеньками, обу» словленными импульсом напряжения ком мутации U< и паузой в работе тиристоров1и2, Формула изобретения

1 . Преобразователь постоянного напряжения в постоянное с плавным регулированием, содержащий входной фильтр, соединенный с инверторной ячейкой, включающей в себя два тиристора, соединенных анодами с положительным входным выводом, а к атодами с катодами диодов и трансформаторной обмоткой, генератор импульсов напряжения коммутации, подключенный к минусовому входному выводу и со сто ящий и з ти» ристорного моста с первичной обмоткой коммутирующего трансформатора в диагонали переменного тока и резонансным

LC-контуром, причем цепь нагрузки подключена к отрицательному входному выводу, а также блок управления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це» лью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, уменьшения установленной мощности оборудования и повышения КПД, инверторная ячейка снабжена двумя дополнительными ти» ристорами, а коммутирующий трансформатор выполнен с двумя вторичными обмотками, каждая из которых подключена к соответствующему выводу переменного тока моста генератора импульсов и соединена через дополнительный тиристор с катодами тиристоров инверторной .ячейки, в качестве трансформаторной обмотки которой использован автотрансформатор, соединенный средним выводом с цепью нагрузки, а аноды диодов ячейки подключены к отрицательному входному выводу, причем блок управления выполнен обеспечивающим синхронизированную подачу управляющих импульсов на соответствующие основные и коммутирующие тиристо» ры, а также подачу импульсов на дополнительные тиристоры с регулируе» мой задержкой относительно подачи управляющих импульсов на коммути рующие тиристоры, ? ° Преобразователь по.п 1, о тл и ч а ю шийся тем, что он снабжен N дополнительными инвертор» ными ячейками, где N — целое число, а блок управления выполнен обеспечивающим подачу управляющих импульсов на основные тиристоры, сдвинутые между собой на угол /N.

163Ь9зб

Ф /Г2

Фиг. Я

1636956

Со ставитель; 0 „Пахомов

Техред А.Кравчук Корректор Н,Ревская

Редактор О,Юрковецкая

Заказ 822 Тираж 385 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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