Преобразователь постоянного напряжения

 

В.И.Смирнов, В.А.Капустин и К}.Г.Спивак „

3

i (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ .ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к бестрансформаторным импульсным преобразователям постоянного напряжения.

Известен преобразователь, содержащий цепи, состоящие из конденсаторов, дросселей и тиристоров, управляющие переходы которых связаны с блоком распределения импульсов. Для самосинхронизации в устройстве ис10 поль зов аны дополнительные пик-трансформаторы, питаемые от вспомогательных обмоток трансформатора преобразователя fl).

Однако в этом устройстве тиристо1$ ры работают в режиме принудительной коммутации, в переходных режимах преобразователь имеет низкую устой" чивость, а неидентичность параметров пик-трансформаторов приводит к асимметрии выходного напряжения.

Известен также преобразователь постоянного напряжения, содержащий две цепи иэ последовательно соединенных тиристоров, дросселя и конденса" тора каждая, а также блок управления состоящий из релейного элемента, связанного с распределителем.импульсов, к выходам которого подключены управляющие переходы тиристоров, причем тиристоры преобразователя работают в режиме естественной коммута" ции t 2).

Однако преобразователь обладает тем недостатком, что для обеспечения режима самосинхрониэации дроссель должен снабжаться дополнительной обмоткой, а для получения на нагрузке постоянного напряжения ниже уровня входного напряжения необходим специальный.силовой понимающий трансформатор и выпрямитель. что усложняет коммутирующий дроссель и увеличивает массу и габариты преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее первую цепь, состоящую из тиристора, дрос8926

55 селя и конденсатора, вторую цепь, состоящую так же из дросселя, тиристора и конденсатора, фильтровую цепь и блок управления. Устройство обеспечивает бестрансформаторное пониже5 ние напряжения первичного источника, а также регулирование и стабилизацию напряжения на нагрузке $31 .

Однако оно обладает пониженным коэффициентом использования установленной мощности и сложной системой управления.

Так как период включения тиристоров при работе устройства как в переходном так и в установившемся режиме должен быть больше определенной величины, выходная мощность устройства понижена.

Другой его недостаток состоит в том, что оно имеет, низкую надежность в переходном режиме, так как схемой устройства не предусмотрено предотвращение перезаряда конденсатора первой цепи с противоположной полярностью напряжения при включении тиристора второй цепи, при этом на-. пряжение конденсатора первой цепи как с прямой, так и с обратной полярностью может достигать таких назначений, при которых устройство может потерять работоспособность.

Цель изобретения — повышение надежности работы преобразователя в режиме самосинхронизации.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе, содержащем две цепи из последовательно соединенных тиристоров, дросселя и конденсатора каждая, одна из которых подключена параллельно конденсатору

40 первой цепи, а также датчик тока блок управления тиристорами, датчик тока выполнен в виде диода и включен между точкой соединения тиристора и дросселя, второй цепи и общим выводом, а блок управления topepжит распределитель импульсов, к выходам которого подключены управ— ляющие переходы тиристоров, и релейный элемент, вход которого связан с датчиком тока, а выход подсоединен к одному входу распределителя импульсов непосредственно, а к другому — через элемент задержки.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг, ? — диаграмма импульсов.

Преобразователь содержит последовательную цепь из дросселя l, тирис11 4 тора 2 и конденсатора 3, подключенную к входным зажимам. Параллельно конденсатору 3 подключена вторая последовательная цепь из тиристора 4, дросселя 5 и конденсатора 6. Параллельно конденсатору 6 подключена нагрузка 7. Управляющие переходы тиристора 2 и 4 связаны с блоком 8 распределения импульсов, представляющим собой, например, двухканальный формирова. ель. Параллельно обратному диоду 9 подключен вход релейного элемента 10, выполненного; например, в виде триггера Шмитта на транзисторах 11 и 12. Между выходом релейного элемента 10 и распределителем импульсов 8 введен элемент 13 задержки.

Для пуска преобразователя используется устройство 14 пуска.

Для пояснения работы преобразователя на фиг.2 приведены временные диаграммы основных процессов, происходящих в схеме преобразователя в

1 переходном режиме.

Принцип действия преобразователя заключается в следующем.

В исходном состоянии транзистор

11 закрыт, а транзистор 12 открыт.

Для пуска преобразователя с пускового устройства 14 подается одиночный импульс на распределитель импульсов

8 и элемент !3 задержки. Распределитель 8 формирует и подает на управляющий электрод тиристора 2 импульс, под воздействием которого тиристор

2 включается в конденсатор 3 заряжа-: ется синусоидальным током до напряжения, близкого к удвоенному значению входного напряжения, Второй канал распределителя 8 импульсов формирует и подает на управляющий электрод тиристора 4 импульс, задержанный элементом 13 относительно импульса включения тиристора 2, при этом время задержки равно сумме времени протекания тока через тиристор 2 и времени восстановления запирающих свойств тиристора 2 и прямом направлении.

Время протекания тока через тиристор 2 является постоянной величиной не зависящей от параметров цепи нагрузки и определяемой значениями индуктивности l и емкости 3. Под воздействием задержанного импульса тиристор 4 включается в конценсатор 3, разряжается на конденсатор 6 и нагрузку 7. Диод 9 препятствует перезарядке конденсатора 3 и < з. i,I г >tåïb

8926) ) для ток», поддерживаемого энергией, накопленной в дросселе 5 в процессе разряда конденсатора 3, из-за чего конденсатор 3 оказывается полностью разряженным. Управление работой релейного элемента 10 производится импульсами напряжения, возникающими н диоде 9. В момент достижения током в дросселе 5 нулевого значения диод

9 запирается и на его катоде формируется положительный импульс напряжения. На фронте этого импульса транзистор 11 открывается., а транзистор

12 закрывается и на его коллекторе формируется положительный импульс, на фронте которого срабатывает распределение импульсов 8 и включает тиристор 2, а также запускается элемент 13 задержки. Затем с задержкой включается тиристор 4 и напряжение конденсатора 3 прикладывается к диоду

9, однако его напряжение не изменяет состояние релейного элемента (триггер )))митта) 10 и транзистор 11 продолжает оставаться во включенном состоянии, а транзистор 12 — в выключенном состоянии. При включении тиристора 4 диод 9 оказывается подключенным параллельно конденсатору ,3, а конденсатор 3 стремится перезарядиться до напряжения с противоположной полярностью по цепи:. тиристор

4 — дроссель 5 — конденсатор 6— конденсатор 3, при этом напряжение на конденсаторе 3 и диоде 9 изменяется косинусоидально. При достижении напряжением на конденсаторе 3 нулевого значения диод 9 открывается и препятствует дальнейшему перезаряду конденсатора 3. Таким образом, на диоде 9 формируется спад импульса напряжения, при котором транзистор 11 выключается, а транзистор 12 включается вследствие чего релейный элемент 10 возвращается в исходное состояние. К моменту включения тиристора 2 тиристор 4 успевает восстановить свои запирающие свойства, так как с началом импульса тока через диод 9 тиристор 4 обесточивается и находится в таком состоянии в течение прохождения тока через диод 9, продолжительность которого обычно значительно превышает время, необходимое для восстановления запирающих свойств. Последующие пиклы заряда и разряда конденсатора 3 и автоматическо "o включения тиристоров 2 и 4 происходит аналогичным образом, при этом напряжение на конденсаторе 6 и нагрузке 9 достигает своего установившегося значения и сохраняет

его до выключения преобразователя.

Для обеспечения нормального пуска преобразователя пускрвое устройство

14 блокируется релейным элементом

l0 от воздействия первого импульса (на фиг.2 этот импульс заштрихован) на диоде 9, например, путем поддержания на время действия этого импульса такого тока базы транзистора

12, который обеспечивает открытое состояние этого транзистора.

20 Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий две цепи из последовательно соединенных тиристора, 2S дросселя и конденсатора каждая, причем первая из указанных цепей соединена с входными выводами, а вторая подключена параллельно конденсатору первой цепи, датчик тока и блок

30 управления тиристорами, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя в режиме самосинхронизации, датчик тока выполнен в виде диода и 5 включен между точкой, соединения тиристора и дросселя второй цепи и общим выводом в непроводящем по отношению к источнику питания направлении, а блок управления содержит распределитель импульсов, к выходам которого подключены управляющие переходы тиристоров, и релейный элемент, вход которого связан с датчиком тока, а выход подсоединен к одном входу

<> распределителя ижтульсов непосредственно, а к другому — через элемент задержки.

Источники информации, $0 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии У 9520, кл. 56 С 6, 8 сер. )970.

2. Авторское свидетельство СССР

565370, кл. Е 02 P )3/)8, 197) °

3. Патент США )) 38085)1, кл. 321/45, !974.