Преобразователь постоянного напряжения в переменное

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и765952 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 060178 (21) 2569688/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 230980. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 02. 10. 80

Р1) М. Кл.

Н 02 М 7/515

Государственным комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.314. .572(088.8) (72) Авторы изобретения

М.В.Позин и М.О.Григорян (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

В ПЕРЕМЕННОЕ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное..

Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий мост из силовых тиристоров, два вспомогательных источника напряжения, подключаемых к силовым тиристорам с помощью полностью управляемого ключа (1).

Известен также преобразователь, содержащий один вспомогательный источник напряжения, подключаемый к силовым тиристорам с помощью полностью управляемого ключа и распределительных тиристоров (2).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, а выходные цепи соединены последовательно и связаны с выходными выводами, и общий узел принудительной коммутации, образованный вспомогательным источником комутирующего напряжения и полностью управляемым ключом, свя эанный с тиристорами вентильных плеч с помощью распределительных тиристоров (31.

1р Недостатком такого преобразователя является низкий КПД при малых входных напряжениях (от нескольких до 24 B), так как в цепь тока первичной обмотки трансформатора каждой из ячеек включено последовательно два тиристора, падение напряжения на которых составляет значительную часть входного напряжения.

20 Для формирования той же кривой выходного напряжения в нулевом варианте преобразователя требуется вдвое больше преобразовательных ячеек, чем в мостовом, так как в

25 нулевом преобразователе для получения ступеньки напряжения с длительностью, меньшей 180 эл. град,, требуется две ячейки, в то время как в мостовом — одна. Суммарная установленная мощность трансфор765952 маторов ячеек у нулевого преобразователя примерно в 1,57 раза больше, чем у мостового. Это приводит к усложнению преобразователя и увеличению его массы.

Цель изобретения — упростить преобразователь, уменьшить его массу и повысить его КПД.

Это достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в первиенное, содержащем, по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, а выходные цепи соединены последовательно и связаны с выходными выводами, и общий узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными вспомогательным источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом, преобразовательные ячейки выполнены, каждая, по нулевой схеме, причем половины первичных обмоток трансформаторов ячеек зашунтированы, каждая, дополнительными тиристорами, которые через дополнительные распределительные тиристоры и дополнительный полностью управляемый ключ связаны с дополнительным источником коммутирующего напряжения.

Источники коммутирующего напряжения могут быть выполнены, например, в виде двухтактного нулевого инвертора напряжения на транзисторах с трансформатором. к каждой из двух вторичных обмоток которого подключен выпрямитель и фильтр.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема преобра-. зователя; на фиг. 2 — схема преобразователя с включением с обратной полярностью тиристоров, подсоединенных параллельно половинам первичных обмоток трансформаторов ячеек.

Преобразователь содержит например, две преобразовательные тиристорные ячейки, одна из которых включает в себя, трансформатор 1, тиристоры 2 и 3, подключающие половины первичной обмотки трансформатора

1 к источнику питания Е»1, дополнительные тиристоры 4 и 5, включенные параллельно половинам первичной обмотки трансформатора 1, и обратные диоды 6 и 7 (соответствующие элементы другой ячейки обозначены дифрами 8-14).

Входы ячеек подключены к общим входным выводам преобразователя, а выходные цепи ячеек соединены последовательно и подключены к выходным выводам. В узел принудительной коммутации тиристоров 2, 3, 9 и 10 входят распределительные тиристоры

15-18 и общий ключ — транзистор 19, в узел принудительной коммутации тиристоров 4, 5 11 и 12 входят дополнительные распределительные тиристоры 20-23 и общий ключ — транзистор 24. Транзисторы 25 .и 26 являются вспомогательными. Транзистор 25 служит для запирания распределительных тиристоров 15-18, транзистор 26 — для запирания распределительных тиристоров 20-23. Источники коммутирующего напряжения, входящие в узлы принудительной коммутации, представляют собой, например, питающиеся от маломощного преобразователя (инвертора) постоянного напряжения на транзисторах 27, 28 и трансформаторе 29 выпрямители на диодах 30-33. В узел принудительной коммутации тиристоров 2, 3, 9, 10, 20-23 входит выпрямитель на диодах 30, 31, в узел принудитель20 ной коммутации тиристоров 4, 5, 11, 12, 15-18 входит выпрямитель на диодах 32, 33. Последовательно с транзисторами 19, .24 включены резисторы

34 и 35. Преобразователь питается. от источника постоянного напряжения Е» ;

Коммутация, например, тиристора

2 преобразователя осуществляется следующим образом.

После снятия управляющего напряжения с этого тиристора подается управляющее напряжение на тиристор

15 и на транзистор 19 в течение интервала времени, необходимого для raрантированного запирания тиристора

2 при низком обратном напряжении (0,9-1,5 В). В течение этого интервала времени от выпрямителя на диодах 30 и 31 протекает ток червз диод 6, тиристор 15, резистор 34 и

40 транзистор 19. Этот ток выбирается превышающим максимальное значение рабочего тока тиристора 2. Тнристор

2 при этом запирается напряжением, приложенным к нему от отпертого диода б. Если при этом выходной ток преобразователя имеет обратное направление, т.е. ток проводит диод

6 первой ячейки, то ток коммутации добавляется к току диода 6. Таким

О образом происходит запирание тиристора 2 при любом направлении выходного тока преобразователя.

Чтобы после снятия управляющих импульсов с.транзистора 19 и тиристора 15 последний не оставался

5 отпертым эа счет обратных токов других распределительных тиристоров и тока утечки запертого транзистора 19 (осОбенно при большом числе ячеек), после снятия управляб9 ющего напряжения с транзистора 19 и тиристора 15 подается управляющее напряжение на транзистор 25.

В течение импульса этого напряже-, ния к тиристору 15 приложено обрат 5 ное напряжение от выпрямителя на

765952 диодах 32 и 33 через отпертый транзистор 25 и левую по схеме половину первичной обмотки трансформатора 1, зашунтированной тиристором 4 или 5.

При подаче управляющего напряжения на тиристоры 4 и 5 происходит закорачивание соответствующей половины первичной обмотки трансоформатора 1 при любом направлении выходного тока преобразователя. Напряжение на выходе ячейки (на вторичной обмотке трансформатора 1) при этом практически равно нулю.

По окончании нулевой паузы управляющие напряжения с тиристоров 4 и

5 снимаются и подаются управляющие напряжения на тиристор 21 и транзистор 24. Если выходной ток инвертора в этот момент имеет такое направление, при котором ток проводит тиристор 5, а не тиристор 4, то к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение от выпрямителя на диодах

32 и 33 через отпертые транзистор

24 и тиристор 21. Поскольку йапряжение выпрямителя на диодах 32 и 33 выбирается небольшим (порядка нескольких вольт), то за вычетом падения напряжения на отпертых транзисторе 23 и тиристоре 21 к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение порядка 1,5-2 В, что приводит к его запиранию. Рабочий ток правой половины первичной обмотки трансформатора 1 проходит при этом не через тиристор 5, а по цепи выпрямитель на диодах 32 и 33 — транзистор 24 — тиристор 21. Приложенное на интервале запирания к тиристору

5 и к правой половине первичной обмотки трансформатора 1 небольшое .напряжение от выпрямителя на диодах

32 и 33 (порядка 1,5-2 В) мало отличается от напряжения на отпертых тиристорах 4 или 5 (порядка 0,91,5 В) и практически не искажает выходного напряжения ячейки.

При другом направлении выходного тока инвертора, если ток проводит тиристор 4, а не тиристор 5, отпирание тиристора 21 и транзистора

24 приводит к появлению на половинах первичной обмотки трансформатора 1 небольшого напряжения от выпрямителя на диодах 32 и 33. При этом отпертый тиристор 4 закорачивает как левую, так и правую половину4у первичной обмотки трансформатора 1 и от выпрямителя на диодах 32 и 33 протекает ток через отпертые транзистор 24, тиристор 21 и правую половину первичной обмотки трансформатора 1. Этот ток трансформируется в левую половину первичной обмотки и протекает через отпертый тиристор 4. Напряжения на половинах первичной обмотки трансформатора 1 также составляют величину порядка

0,9-1,5 В, и форма кривой выходного напряжения ячейки практически не искажается.

При подаче управляющего напряжения на тиристор 3 он отпирается, и к правой половине первичной обмотки трансформатораь 1 прикладывается напряжение источника питания Е„„ .

Если до этого тиристор 4 отперт, то он запирается обратным напря жением, снимаемым с левой половины первичной обмотки трансформатора 1. Таким образом начинается Формирование отрицательнойступени кривой выходного напряжения первой ячейки.

Одновременно запираются транзис15 тор 24 и тиристор 21, причем к последнему пркладывается обратное напряжение от выпрямителя на диодах

30 и 31 через отпертый транзистор 26.

Аналогичным образом происходит

2О коммутация тиристоров первой ячейки преобразователя при формировании второй половины периода кривой выходного напряжения этой ячейки, а также коммутация.тиристоров второй и последующих ячеек, елси таковые имеются.

Чем. больше ячеек в преобразователе, тем меньше мощность одной ячейки и мощность, переключаемая транзисторами 19 и 24, по отношению к мощности преобразователя. При малом числе ячеек транзисторы 25 и

26 могут быть заменены резисторами.

Принцип коммутации тиристоров преобразователя, схема которого дана на фиг. 2, аналогична описанному. Достоинство такого преобразователя является наличие общей точки катодов тиристоров 36-39 и тиристоров 40-43, что облегчает по4О строение и увеличивает помехозащищенность системы управления, а меньшее число изолированных друг от друга сборок радиаторов тиристоров и обратных диодов ячеек способствует упрощению конструкции..

Аналогичным образом могут быть выполнены многофазные, в частности трехфазные преобразователи.

Применение нулевых схем ячеек с

® дополнительными шунтирующими тиристорами позволяет уменьшить количество силовых приборов и тем саьым повысить КПД при низких напряжениях питания, а также упростить конструкцию преобразователя.

Формула изобретения

1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий, по крайней мере, одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входная выводами, а выходные цепи

765952.

Фиг. 1 ф

ВНИИПИ Заказ 6524/51 Тираж 783 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4 соединены последовательно и связаны с выходными выводами, и общий узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными вспомогательным источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом, связанный с тиристорами вентильных плеч с помощью распределительных тиристоров, отличающийся тем, что, с целью упрощения, уменьшения массы и повышения КПД, преобразовательные ячейки выполнены, каждая по нулевой схеме, причем половины первичных обмоток трансоформаторов ячеек зашунтированы, каждая, дополнительными тиристорами, которые через дополнительные распределительные тиристоры и дополнительный полностью управляемый ключ связаны с дополнительным источником коммутирующего напряжения.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что источники коммутирующего напряжения выполнены в виде двухтактного нулевого инвертора напряжения на транзисторах с трансформатором, к каждой из двух вторичных обмоток которого подключен выпрямитель и фильтр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Глазенко Т.A., Гончаренко P.Б.

Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. Л., Энергия, 1969, с. 32, рис. 18,а.

2. Заявка Японии Р 51-32207, кл. Н 02 М 7/515, опублик. 11.09.76.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 623244, кл. Н 02 М 7/537, 03.09.76.