Преобразователь постоянного тока в постоянный

 

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Йоветских

Социалистических

Республик (I1) 65006

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.06.75 (21) 2147377/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень k¹ 8 (45) Дата опубликования описания 30.01.79 (51) М. Кл.-

Н 02М 3/135

Государствениый комитет по делам изабретеиий и открмтий (53) УДК 621.316.722 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. П. Гончаров, H. В. Панасенко, Л. М. Темкина и Н. А. Тимченко

Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В ПОСТОЯННЪ1Й

Изобретение относится к промышленной электронике и может найти применение в устройствах электропитания двигателей постоянного тока, узлов автоматики и средств связи. 5

Известны схемы преобразователей постоянного напряжения, используемые в промышленной электронике в качестве регуляторов постоянного напряжения, а также в устройствах электропитания двигателей по- 10 стоянного тока (1, 2).

Эти схемы содержат силовой и коммутирующий тиристоры, разрядный диод, шунтирующий нагрузку и узел принудительной коммутации. Поскольку напряжение на ком- 15 мутирующем конденсаторе при работе этих преобразователей выше напряжения питания, коммутационные потери энергии составляют значительную величину.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовой управляемый вентиль, шунтированный обратным диодом, вспомогательный управляемый вентиль, узел емкостной коммутации, коммутирующий 25 конденсатор, коммутирующий дроссель, диод, разрядный диод, подзарядную цепочку и нагрузку (3).

Этот преобразователь обладает повышенными коммутационными потерями энергии вследствие того, что IIBIlpsi>licHIIc на комм тирующем конденсаторе, следовательно, и на остальных элемснтах узла емкостной коммутации, зависит от тока нагрузки. Потери энергии в конденсаторе пропорциональны квадрату напряжсния, а в дросселе и вентилях — напряженшо. Схсмное врсмя восстановления управляющих свойств тирпстора прн коммутации с ограниченным обратным напряжением в 1,5 — 4 раза больше паспортного времени. Это вызывает увелпченне потерь в элементах контура. Поскольку напряжение на силовом и вспомогательном вентилях возрастает скачком, IIx обычно защищают от эффекта dU/dt RC-цепочками.

Заряд конденсатора защитной цепочки происходит через резистор, в нем выделяется то же количество энергии, которое накапливается в конденсаторс, что увеличивает коммутационные потсрп в узле коммутации.

Цель изобрстснпя — снизить фактическое напряжение на коммутирующем конденсаторе, сократить схсмное время, необходимое для восстановления управляющих свойств силового тиристора и снизить потери в защитной цепочке, что позволит уменьшить коммутационные потери энергип и тем самым повысить КПД преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в узел смкостной коммутации известного

050176 преобразоьагсля постоянного пацр11игсп|я введен импульснь|й транс<рорматор с трем» оомотками, первичная оомогка Kolîðîcîчсрез выпрямительныи мост подключена к источнику питания, конец однои в|оричнои обмотки через один из разделительных диодоь подключен к оощеи точке коммуп|рующего

КОНдЕНСатОра ИЗ КО viМутнруЮ|цсi О дрОСССЛя, а через второй разделительный диод — к общеи точке конденсатора и резистора защитной цепочки, зашунтированного дополнительным диодом> а па IdJIQ вlори liioli 00мотки подключено к огрицательному. пол|осу источника питания, другая вторичная обмотка включена последовательно с обратным диодом, шунтирующим силовой тиристор.

На чертеже приведена схема преобразователя.

11реобразователь содержиг силовой тиристор 1, соединенный с нагрузкой 2, которая шунтирована разрядным диодом 3. Параллельно тиристору I подключен вспомогательный тиристор 4, соединенный через вспомогательный диод Ь с нагрузкой. 11араллельно тиристору 4 подключена коммутирующая 1С-цепочка, состоящий из конденсатора 6 и дросселя 7, а также защитная цепочка, состоящая из конденсатора 8 и резистора 9, зашунтированного дополнительным диодом 10. К источнику. питания через выпрямительный мост 11, состоящий из диодов 12 — 15 подкл|очена первичная оомотка 16 импульсного трансформатора 17, конец одной вторичной обмотки 18 через разделительный диод 19 подключен к общей точке конденсатора 6 и дросселя i, а через второй разделительный диод 20 — к общей точке конденсатора 8 и резистора 9, зашунтированного диодом 10, а начало вторичной обмотки 18 подключено к отрицательному полюсу источника питания. г|ачало другой вторичной обмотки 21 подключено к аноду обратного диода 22 шунтирующего тиристор

1, а конец — к катоду тиристора 1.

Схема работает следующим образом.

При подаче напряжения питания коммутирующий конденсатор 6 заряжается через дроссель 7, диод 5 и нагрузку 2. При включении силового тиристора 1 напряжение питания прикладывается к нагрузке 2, и через нее протекает выходной ток. Для запирания силового тиристора 1 включается вспомогательный тиристор 4, и происходит колебательный перезаряд конденсатора 6 в контуре, образованном тиристором 4, дросселем 7 и конденсатором 6. Через полпериода колебаний тиристор 4 запирается, и коммутационный ток начинает протекать через диод 5 в силовом тиристоре 1, уменьшая в нем суммарный ток до нуля. При запирании тиристора 1 открывается диод 22, При нарастании тока в цепи, шунтирующей силовой тиристор 1, в обмотке 21 импульсного трансформатора 16 возникает ЭДС самоиндук10

1г

65 пiirr, по r»pirocsr, ко|оров 1 акова, чlо riporrcходит включение диодов 12, 14. Первичная обмотка 16 подключается при этом к источнику питания, и на обмотке 21 устанавливается постоянное напряжение. Соотношение между числом витков первичной обмотки 16 и обмотки ;ðàåòñÿ таким, чтобы величина обратного напряжения, прикладываемого к тиристору 1, составляла 20 — 30 В.

Схемное время восстановления управляющих свойств тиристора при напряжениях, больших 20 В, равно паспортному. времени и отличие от известных схем с ограниченным обратным напряжением, у которых схемное время восстановления в 1,5 — 4 раза больше паспортного.

При выключении диода 22 начинается процесс дозаряда конденсатора 6 током нагрузки до амплитудного значения напряжения. Когда напряжение на конденсаторе 6 превышает напряжение питания на 1 — 1,5 В, открывается диод 19 и ко вторичной обмотке 18 прикладывается разность напряжений конденсатора 6 и источника питания.

Как только напряжение на первичной обмотке 16 станет достаточным для отпирания пары диодов 13 и 15, дальнейший процесс заряда конденсатора 6 прекращается, Ток заряда конденсатора 6 начнет протекать в контуре, состоящем из диодов 3, 5, 19, дросселя 7 и вторичной обмотки 18 импульсного трансформатора 17, минуя канд нсатор 6.

При HacbIIIIPHHH трансформатора 17 конденсатор 6 разряжается до напряжения питания через источник, обмотку 18 и диод19.

Таким образом, амплитудное значение напряжения на коммутирующем конденсаторе

6 равно напряжению питания преобразователя.

При выключении диода 22 на тиристоре 1 возрастает прямое напряжение со скорость|о, определяемой скоростью заряда защитного конденсатора 8 через дроссель 7 и диод 10. Поскольку емкость коммутирующего конденсатора 6 значительно больше емкости защитного конденсатора 8, можно считать, что заряд конденсатора 8 происходит от источника постоянного напряжения.

Чтобы напряжение на конденсаторе 8 в результате колебательного характера заряда не превысило напряжение питания, конденсатор 8 подключен через диод 20 ко вторичной обмотке 18. Как только напряжение на конденсаторе 8 станет достаточным для отпирания диодов 13, 15, к первичной обмотке

16 трансформатора 17 подключается напряжение питания и дальнейший рост напряжения на конденсаторе защитной цепочки пр екр а ща ется.

Разряд конденсатора 8 при включении тиристора 4 происходит через резистор 9, который выбирается из условия ограничения разрядного тока. При последующем включении силового тиристора 1 процессы в схеме повторяются, 650176

Формула изобретения

+ фl

Г.1 ! I с У ч г

1 !

1! J

/ 20 гг !

Составитель И. Галиева

Техред Н. Строганова

Редактор A. Купрякова

Корректоры: Е. Хмелева и Т. Добровольская

Заказ 2715/15 Изд. № 160 Тираж 865 Подписное

ИПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Преобразователь постоянного тока в постоянны!1, содержащий шунтированный обратным диодом силовой тиристор, парал- 5 лсльно которому включена цепочка из вспомогательных тиристора, зашунтированного коммутирующей У.С-цепочкой, и диода, отл и ч à 10 шийся тем, что, с целью повышсния КПД, он снабжен подключенной параi- 10 лельно 1.С-цепочке защитной цепочкой из конденсатора и резистора, шунтированного дополнитсльным диодом, и трехобмоточным импульсным трансформатором, первичная обмотка которого включена в диагональ пс- 15 ременного тока диодного моста, соединенного со входными выводами преобразователя, одна из вторичных обмоток включена последовательно с упомянутым обратным дио= дом, а другая вторичная обмотка одним концом соединена с одним из входных выводов преобразователя, а другим через соответствующие разделительные диоды связана с общими точкамп защитной и 1.С-цепочек.

111сточники информации, принятыс во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2133653, кл. Н 02 m

3/00, 1973.

2. Патент ФРГ № 223589, кл. Н 02 m

3/14, 1973.

3. Гончаров Ю. П, и др. Автономные инверторы. Кишинев, «Штиинца», 1974, с. 122.