RU127269U1

RU127269U1 - PULSE BRIDGE CONVERTER

Info

Publication number: RU127269U1
Application number: RU2012141262/07U
Authority: RU
Inventors: Станислав Борисович Резников; Владимир Владимирович Бочаров; Игорь Александрович Харченко; Юрий Владимирович Ермилов
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-04-20

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в автономных системах авиационно-космических бортовых и наземных комплексов, а также в ветро- и топливоэнергетических становках электропитания. Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно - обеспечение питания потребителей регулируемым напряжением или током произвольно заданной формы, в частности - синусоидальной. Дополнительным результатом предложения является повышение надежности устройства за счет исключения несанкционированных импульсных сквозных сверхтоков и связанных с ними тепловых коммутационных потерь, помехоизлучений и отказов, а также за счет повышения его аварийной живучести. Указанный технический результат обеспечивается БЛАГОДАРЯ тому, что в импульсный мостовой преобразователь, содержащий группу конденсаторов 1, 2, 3, 4, четырехплечевой управляемый электронный мост 5, 6, 7, 8 с обратными диодами 9, 10, 11, 12, шунтирующими его однонаправленные электронные ключи, входные выводы 13, 14 устройства для подключения к источнику питания постоянного тока, выходные выводы 15, 16 устройства для подключения нагрузок переменного тока, а также схему управления с блоком управления 17, датчиками 18, 19 входных и выходных токов и датчиками 20, 21 входных и выходных напряжений, установленными в ее цепях обратных связей, причем управляющие выводы электронного моста подключены к выходным выводам блока управления, а сигнальные выводы датчиков - к его входным выводам, ВВЕДЕНЫ четыре выпрямительных диода 22, 23, 24, 25, четыре дроссельные обмотки 26, 27, 28, 29, реактор 30 и два двунаправленных электронных ключа 31, 32, группа конденсаторов образует четырехплечевой емкостной мост, каждое плечо которого зашунтировано соответствующим плечом электронного моста, состоящим из последовательно между собой соединенных ключа и соответствующей дроссельной обмотки, при этом дроссельные обмотки каждой из двух пар смежных плеч своими первыми выводами соединены между собой, а вторыми - подключены к разноименным силовым выводам ключей; входные выводы устройства подключены к первым парам диагональных выводов емкостного и электронного мостов, вторые пары диагональных выводов которых подключены к выходным выводам устройства через первый электронный ключ и реактор, зашунтированный вместе с выходными выводами устройства вторым электронным ключом, а управляющие выводы обоих ключей подключены к дополнительным выходным выводам, ВВЕДЕННЫМ в блок управления, выполненный с возможностью импульсной модуляции сигналов на его дополнительных выводах в зависимости от рассогласования сигналов на сигнальных выводах датчиков выходных токов и напряжений и соответствующих эталонных сигналов, и БЛАГОДАРЯ тому, что каждая пара диагональных дроссельных обмоток, соединенных с разноименными выводами диагональных ключей, выполнена с общим для них магнитопроводом и с их встречным включением относительно направлений проводимости этих ключей. В ф-ле 2 п., илл. - 1. The proposed utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended for use in autonomous systems of aerospace airborne and ground systems, as well as in wind and fuel power plants. The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device, namely, providing consumers with an adjustable voltage or current of an arbitrary given shape, in particular, sinusoidal. An additional result of the proposal is to increase the reliability of the device by eliminating unauthorized pulsed through-current overcurrents and associated thermal switching losses, noise emissions and failures, as well as by increasing its emergency survivability. This technical result is provided THANKS to the fact that a pulse bridge converter containing a group of capacitors 1, 2, 3, 4, a four-arm controlled electronic bridge 5, 6, 7, 8 with reverse diodes 9, 10, 11, 12, shunting it unidirectional electronic keys, input terminals 13, 14 of the device for connecting to a DC power source, output terminals 15, 16 of a device for connecting AC loads, as well as a control circuit with a control unit 17, sensors 18, 19 of input and output currents and sensors 20, 21 input and output voltages installed in its feedback circuits, the control pins of the electronic bridge connected to the output pins of the control unit, and the signal pins of the sensors to its input pins, four rectifier diodes 22, 23, 24, 25, four choke windings 26, 27, 28, 29, the reactor 30 and two bidirectional electronic keys 31, 32, the group of capacitors forms a four-arm capacitive bridge, each arm of which is shunted by the corresponding arm of the electronic bridge, consisting in series between oh the connected key and the corresponding throttle winding, while the throttle windings of each of the two pairs of adjacent shoulders are connected by their first terminals, and the second connected to unlike power terminals of the keys; the input terminals of the device are connected to the first pairs of diagonal terminals of the capacitive and electronic bridges, the second pairs of diagonal terminals of which are connected to the output terminals of the device through the first electronic key and a reactor, shunted together with the output terminals of the device by the second electronic key, and the control terminals of both keys are connected to the additional output the conclusions entered in the control unit, configured to pulse modulate the signals at its additional terminals, depending on the mismatch signaling at the signal outputs of the sensors of the output currents and voltages and the corresponding reference signals, and THANKS to the fact that each pair of diagonal inductor windings connected to the opposite terminals of the diagonal keys is made with a magnetic circuit common to them and with their inclusion in relation to the directions of conductivity of these keys. In f-le 2 p., Ill. - one.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в автономных системах авиационно-космических бортовых и наземных комплексов, а также в ветро- и топливоэнергетических установках электропитания.The proposed utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended for use in autonomous systems of aerospace airborne and ground complexes, as well as in wind and fuel power installations.

Известен импульсный мостовой преобразователь (сварочный инвертор), содержащий четырехключевой управляемый мост с шунтирующими конденсаторами и обратными диодами, одной парой диагональных выводов подключенный к входным выводам постоянного тока, а другой - через балластный дроссель к выходному трансформаторно-выпрямительному блоку с выходным сглаживающим реактором (Бардин А., Джаникян А., Никитин С., Романов А. Инверторное сварочное оборудование, Силовая электроника, №3, 2008 г., с.116-119). Указанный преобразователь преобразуют постоянное (выпрямленное) напряжение сначала в переменное высокочастотное, а затем - в постоянное и имеет выходную вольтамперную характеристику источника тока.Known pulsed bridge converter (welding inverter), containing a four-key controlled bridge with shunt capacitors and reverse diodes, one pair of diagonal leads connected to the input terminals of a direct current, and the other through a ballast reactor to the output transformer-rectifier unit with output smoothing reactor (Bardin A ., Dzhanikyan A., Nikitin S., Romanov A. Invertor welding equipment, Power Electronics, No. 3, 2008, p.116-119). The specified converter converts a constant (rectified) voltage first into alternating high-frequency, and then into constant and has an output current-voltage characteristic of a current source.

Недостатком указанного преобразователя (аналога) является узкое функциональное назначение, в частности неспособность получения на выходе низкочастотного регулируемого синусоидального напряжения или тока.The disadvantage of this Converter (analog) is the narrow functional purpose, in particular the inability to receive at the output of a low-frequency adjustable sinusoidal voltage or current.

Известен импульсный мостовой преобразователь (электронный балласт для питания газоразрядных ламп), содержащий сглаживающий реактор, четырехключевой электронный мост, группу конденсаторов, шунтирующие обратные диоды, выпрямительные диоды, балластный дроссель со схемой подпита и схему управления с блоком управления и датчиками входных и выходных токов и напряжений в цепях обратных связей (Патент на полезную модель №89909, Электронный пускорегулирующий аппарат для питания газоразрядных ламп. Авторы: Резников С.Б., Бочаров В.В., Дубенский Г.А., Кабелев Б.В., Парфенов Е.В., Корнилов А.Б., Гуренков Н.В., Бюл. №35 от 20.12.2009 г.). Он позволяет преобразовать выпрямленное сетевое напряжение в переменное прямоугольное повышенной частоты.Known pulsed bridge Converter (electronic ballast for supplying gas discharge lamps), containing a smoothing reactor, four-key electronic bridge, a group of capacitors, shunt reverse diodes, rectifier diodes, ballast choke with feed circuit and a control circuit with a control unit and sensors for input and output currents and voltages in feedback loops (Utility Model Patent No. 89909, Electronic Ballasts for Powering Discharge Lamps. Authors: Reznikov SB, Bocharov VV, Dubensky G. ., Cable BV, EV Parfenov, Kornilov AB, Gurenkov NV, Bull. №35 from 20.12.2009, the). It allows you to convert the rectified mains voltage into alternating rectangular high frequency.

К недостаткам указанного известного импульсного мостового преобразователя (прототипа) относятся узкое функциональное назначение, а именно - неспособность питания потребителей регулируемым напряжением и током произвольно заданной формы в соответствии с эталонным сигналом, в частности - синусоидальной, а также низкая надежность устройства из-за наличия цепей для сквозных сверхтоков при несанкционированных (от помех в блоке управления) одновременных включениях двух ключей одной двухключевой стойки моста и связанных с ними тепловых коммутационных потерь, помехоизлучений и отказов и кроме того из-за низкой аварийной живучести, определяемой неработоспособностью устройства при отказе одного из ключей.The disadvantages of this known pulse bridge converter (prototype) include a narrow functional purpose, namely, the inability to supply consumers with an adjustable voltage and current of an arbitrary given shape in accordance with the reference signal, in particular, sinusoidal, as well as low reliability of the device due to the presence of circuits for end-to-end overcurrents during unauthorized (from interference in the control unit) simultaneous switching on of two keys of one two-key rack of the bridge and associated thermal com utatsionnyh losses pomehoizlucheny and bounce and furthermore due to the low alarm viability determined inoperability device when a failure of one of the keys.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является последний из рассмотренных импульсных мостовых преобразователей, выбранный в качестве прототипа.Closest to the technical nature of the proposed device is the last of the considered pulse bridge converters, selected as a prototype.

Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно - обеспечение питания потребителей регулируемым напряжением или током произвольно заданной формы, в частности - синусоидальной.The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device, namely, providing consumers with an adjustable voltage or current of an arbitrary given shape, in particular, sinusoidal.

Дополнительным результатом предложения является повышение надежности устройства за счет исключения несанкционированных импульсных сквозных сверхтоков и связанных с ними тепловых коммутационных потерь, помехоизлучений и отказов, а также за счет повышения его аварийной живучести.An additional result of the proposal is to increase the reliability of the device by eliminating unauthorized pulsed through-current overcurrents and associated thermal switching losses, noise emissions and failures, as well as by increasing its emergency survivability.

Указанный технический результат обеспечивается БЛАГОДАРЯ тому, что в импульсный мостовой преобразователь, содержащий группу конденсаторов, четырехплечевой управляемый электронный мост с обратными диодами, шунтирующими его однонаправленные электронные ключи, входные выводы устройства для подключения к источнику питания постоянного тока, выходные выводы устройства для подключения нагрузок переменного тока, а также схему управления с блоком управления, датчикамивходных и выходных токов и датчиками входных и выходных напряжений, установленными в ее цепях обратных связей, причем управляющие выводы электронного моста подключены к выходным выводам блока управления, а сигнальные выводы датчиков - к его входным выводам, ВВЕДЕНЫ четыре выпрямительных диода, четыре дроссельные обмотки, реактор и два двунаправленных электронных ключа, группа конденсаторов образует четырехплечевой емкостной мост, каждое плечо которого зашунтировано соответствующим плечом электронного моста, состоящим из последовательно между собой соединенных ключа и соответствующей дроссельной обмотки, при этом дроссельные обмотки каждой из двух пар смежных плеч своими первыми выводами соединены между собой, а вторыми - подключены к разноименным силовым выводам ключей; входные выводы устройства подключены к первым парам диагональных выводов емкостного и электронного мостов, вторые пары диагональных выводов которых подключены к выходным выводам устройства через первый электронный ключ и реактор, зашунтированный вместе с выходными выводами устройства вторым электронным ключом, а управляющие выводы обоих ключей подключены к дополнительным выходным выводам, ВВЕДЕННЫМ в блок управления, выполненный с возможностью импульсной модуляции сигналов на его дополнительных выводах в зависимости от рассогласования сигналов на сигнальных выводах датчиков выходных токов и напряжений и соответствующих эталонных сигналов, и БЛАГОДАРЯ тому, что каждая пара диагональных дроссельных обмоток, соединенных с разноименными выводами диагональных ключей, выполнена с общим для них магнитопроводом и с их встречным включением относительно направлений проводимости этих ключей.This technical result is provided THANKS to the fact that a pulse bridge converter containing a group of capacitors, a four-arm controlled electronic bridge with reverse diodes, shunting its unidirectional electronic keys, the input terminals of the device for connecting to a DC power source, the output terminals of the device for connecting AC loads as well as a control circuit with a control unit, input and output current sensors and input and output voltage sensors, set updated in its feedback circuits, the control pins of the electronic bridge connected to the output pins of the control unit, and the signal pins of the sensors to its input pins, four rectifier diodes, four choke windings, a reactor and two bi-directional electronic keys were introduced, a group of capacitors forms a four-arm capacitive a bridge, each arm of which is shunted by the corresponding arm of the electronic bridge, consisting of a key connected in series with each other and a corresponding throttle winding and, while the choke windings of each of the two pairs of adjacent shoulders are connected to each other by their first terminals, and the second ones are connected to unlike power terminals of the keys; the input terminals of the device are connected to the first pairs of diagonal terminals of the capacitive and electronic bridges, the second pairs of diagonal terminals of which are connected to the output terminals of the device through the first electronic key and a reactor, shunted together with the output terminals of the device by the second electronic key, and the control terminals of both keys are connected to the additional output the conclusions entered in the control unit, configured to pulse modulate the signals at its additional terminals, depending on the mismatch signals at the output terminals of the sensors for output currents and voltages and the corresponding reference signals, and THANKS to the fact that each pair of diagonal inductor windings connected to the opposite terminals of the diagonal keys is made with a common magnetic circuit and with their counter inclusion relative to the directions of conductivity of these keys.

Проведенные экспериментальные исследования на макете и его компьютерное моделирование подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного внедрения.Conducted experimental studies on the layout and its computer simulation confirmed its efficiency and the feasibility of widespread industrial implementation.

На фиг. приведена принципиальная силовая схема предлагаемого импульсного мостового преобразователя.In FIG. The principal power circuit of the proposed pulse bridge converter is shown.

Импульсный мостовой преобразователь содержит группу конденсаторов 1, 2, 3, 4, образующих емкостной мост, четырехплечевой управляемый электронный мост 5, 6, 7, 8 с обратными диодами 9, 10, 11, 12, шунтирующими его однонаправленные ключи, входные выводы 13, 14 устройства для подключения к источнику питания постоянного тока и выходные выводы 15, 16 для подключения нагрузок переменного тока, а также схему управления с блоком управления 17, с датчиками 18, 19 входных и выходных токов и датчиками 20, 21 входных и выходных напряжений, установленных в ее цепях обратных связей, четыре выпрямительных диода 22, 23, 24, 25, четыре дроссельные обмотки 26, 27, 28, 29, реактор 30 и два двунаправленных электронных ключа 31, 32. Управляющие выводы электронного моста и двунаправленных электронных ключей подключены к основным и дополнительным выходным выводам блока управления соответственно, а сигнальные выводы датчиков токов и напряжений - к его входным выводам.The pulse bridge converter contains a group of capacitors 1, 2, 3, 4, forming a capacitive bridge, a four-arm controlled electronic bridge 5, 6, 7, 8 with reverse diodes 9, 10, 11, 12, shunting its unidirectional keys, input terminals 13, 14 devices for connecting to a DC power source and output terminals 15, 16 for connecting AC loads, as well as a control circuit with a control unit 17, with sensors 18, 19 of input and output currents and sensors 20, 21 of input and output voltages installed in her reverse circuits connections, four rectifier diodes 22, 23, 24, 25, four choke windings 26, 27, 28, 29, reactor 30 and two bidirectional electronic keys 31, 32. The control terminals of the electronic bridge and bidirectional electronic keys are connected to the main and additional output terminals the control unit, respectively, and the signal outputs of the current and voltage sensors to its input terminals.

Каждое плечо емкостного моста (например, плечо 1) зашунтировано соответствующим плечом электронного моста, состоящим из последовательно между собой соединенных ключа (например, ключа 5) и соответствующей дроссельной обмотки (например, обмотки 26). Дроссельной обмотки (например, 26 и 27) каждой пары смежных плеч электронного моста своими первыми выводами соединены между собой, а вторыми - подключены к разноименным силовым выводам (к эмиттеру и коллектору) ключей (например, 5 и 6).Each arm of the capacitive bridge (for example, arm 1) is shunted by a corresponding arm of the electronic bridge, consisting of a key (for example, key 5) connected in series with each other and a corresponding inductor (for example, winding 26). The throttle windings (for example, 26 and 27) of each pair of adjacent shoulders of the electronic bridge are connected by their first terminals, and the second ones are connected to unlike power terminals (to the emitter and collector) of the keys (for example, 5 and 6).

Входные выводы 13, 14 устройства подключены к первым парам диагональных выводов емкостного и электронного мостов, вторые пары диагональных выводов которых подключены к выходным выводам 15, 16 устройства через первый двунаправленный электронный ключ 31 и реактор 30, зашунтированный вместе с выходными выводами вторым двунаправленным электронным ключом 32.The input terminals 13, 14 of the device are connected to the first pairs of diagonal terminals of the capacitive and electronic bridges, the second pairs of diagonal terminals of which are connected to the output terminals 15, 16 of the device through the first bidirectional electronic key 31 and the reactor 30, shunted together with the output terminals by the second bidirectional electronic key 32 .

Блок управления 17 выполнен с возможностью импульсной модуляции сигналов на его дополнительных выводах в зависимости от рассогласования сигналов на сигнальных выводах датчиков выходных токов и напряжений и соответствующих эталонных сигналов.The control unit 17 is configured to pulse modulate the signals at its additional terminals, depending on the mismatch of the signals at the signal terminals of the sensors of the output currents and voltages and the corresponding reference signals.

Каждая пара диагональных дроссельных обмоток (например, 26 и 29), соединенных с разноименными выводами диагональных ключей (например, эмиттером ключа и коллектором ключа), выполнена с общим для них магнитопроводом и с их встречным включением относительно направлений проводимости этих ключей.Each pair of diagonal choke windings (for example, 26 and 29) connected to opposite terminals of diagonal keys (for example, a key emitter and a key collector) is made with a magnetic core common to them and with their counterclosure relative to the directions of conductivity of these keys.

В качестве ключей 5, 6, 7, 8 электронного моста целесообразно применять биполярные или полевые транзисторы. В качестве шунтирующего ключа 31 можно применить двухтранзисторную стойку с обратными диодами или четырехдиодный мост, зашунтированный по выходу транзистором.It is advisable to use bipolar or field effect transistors as keys 5, 6, 7, 8 of the electronic bridge. As a shunt switch 31, a two-transistor rack with reverse diodes or a four-diode bridge shunted by the output of the transistor can be used.

Импульсный мостовой преобразователь работает следующим образом.Pulse bridge Converter operates as follows.

Входные выводы 13, 14 устройства подключают к источнику питания постоянного тока, например, к аккумуляторной батарее или питающей сети через выпрямитель, а выходные выводы 15-16 подключают к нагрузке переменного тока, например, к асинхронной электрической машине, в частности - к заторможенному или раскрученному асинхронному стартер-генератору ветро-, гидро- или топливной силовой установки.The input terminals 13, 14 of the device are connected to a DC power source, for example, to the battery or the mains supply through a rectifier, and the output terminals 15-16 are connected to an AC load, for example, to an asynchronous electric machine, in particular, to a braked or untwisted asynchronous starter-generator of a wind, hydro or fuel power plant.

С помощью блока управления 17 обеспечивают постоянно-открытое состояние первого двунаправленного электронного ключа 31 (для повышения жесткости внешней характеристики преобразователя, соответствующей т.н. «источнику напряжения»).Using the control unit 17 provide a constant-open state of the first bidirectional electronic switch 31 (to increase the rigidity of the external characteristics of the Converter, corresponding to the so-called "voltage source").

На входных выводах 13, 14 имеется знакопостоянное питающее напряжение, сглаживаемое двумя параллельно соединенными двухконденсаторными стойками 1-2 и 3-4 и разделяемое в каждой стойке на два взаимно-противофазно варьируемых последовательно-слагаемых напряжения в соответствии с функционированием двух обратимых дозирующих конверторов, образуемых парами однонаправленных ключей 5-6 и 7-8 и парами соответствующих дроссельных обмоток 26-27 и 28-29. Каждый конвертор благодаря широтно-импульсному регулированию периодически осуществляет обратимую передачу импульсно-дозированной энергии из одного конденсатора стойки в другой и обратно, не меняя при этом их суммарного напряжения и периодически изменяя по синусоидальному закону разность потенциалов средних выводов конденсаторных стоек, а, следовательно, и напряжение на выходных выводах 15, 16 устройства. Например, если нагрузка в цепи 15-16 отключена, то при очередном включении ключа 5 при выключенном ключе 6 происходит нарастание тока в дроссельной обмотке 26 по цепи: 1-5-26-1 и по цепи 13-5-26-2-14. После выключения ключа 5 в соответствии с электротехническим законом коммутации о непрерывности потокосцепления (и электромагнитной энергии) этот ток спадает по цепи: 26-2-23-26. Таким образом доза энергии из конденсатора 1 и из источника питания передается конденсатору 2, благодаря чему первый разряжается, а второй заряжается, повышая потенциал вывода 15. Аналогично указанный конвертор при модуляции ключа 6 через обмотку 27 передает дозированную энергию обратно - от конденсатора 2 и из источника питания конденсатору 1. Аналогично, но противофазно обмениваются энергией конденсаторы 3 и 4. При подключенной к выводам 15-16 нагрузке переменного тока указанные процессы будут сопровождаться передачей части энергии в нагрузку благодаря разности потенциалов между выводами 15 и 16. Если нагрузка переменного тока имеет активно-индуктивный или двигательно-рекуперативный характер, то запаздывающие по временной фазе реактивные токи имеют возможность периодически передавать (рекуперировать) энергию из нагрузки в конденсаторные стойки и обратно в источник постоянного тока благодаря наличию выпрямительных и обратных диодов.At the input terminals 13, 14 there is an alternating supply voltage smoothed by two parallel-connected two-capacitor racks 1-2 and 3-4 and divided in each rack into two mutually antiphase varying series-summed voltages in accordance with the operation of two reversible metering converters formed by pairs unidirectional keys 5-6 and 7-8 and pairs of corresponding throttle windings 26-27 and 28-29. Each converter, thanks to pulse-width regulation, periodically performs a reversible transfer of pulse-dosed energy from one rack capacitor to another and vice versa, without changing their total voltage and periodically changing the potential difference of the middle terminals of the capacitor racks according to a sinusoidal law, and, consequently, the voltage at the output terminals 15, 16 of the device. For example, if the load in the circuit 15-16 is disconnected, then the next time the switch 5 is turned on with the switch 6 off, the current rises in the inductor 26 along the circuit: 1-5-26-1 and along the circuit 13-5-26-2-14 . After turning off the key 5 in accordance with the electrotechnical law of switching on the continuity of flux linkage (and electromagnetic energy), this current drops along the circuit: 26-2-23-26. Thus, the dose of energy from the capacitor 1 and from the power source is transferred to the capacitor 2, so that the first is discharged, and the second is charged, increasing the output potential 15. Similarly, the specified converter, when modulating the key 6 through the winding 27, transfers the dosed energy back - from the capacitor 2 and from the source power supply to the capacitor 1. Similarly, but in antiphase energy exchange capacitors 3 and 4. When connected to the terminals 15-16 AC load, these processes will be accompanied by the transfer of part of the energy to the load due to the potential difference between terminals 15 and 16. If the AC load is active-inductive or motor-regenerative in nature, then reactive currents delayed in the time phase can periodically transfer (recuperate) energy from the load to the capacitor racks and back to the direct current source due to the presence of rectifier and reverse diodes.

Аналогичным образом преобразователь может выполнять функцию емкостного компенсатора реактивной мощности в однофазной сети переменного тока, подключенной к выходным выводам 15, 16, обеспечивая при этом, например, самовозбуждение асинхронной машины, работающей в генераторном режиме (для чего потребуется несколько таких устройств по числу фаз якоря машины с возможным объединением и заземлением выходных выводов 15).Similarly, the converter can perform the function of a capacitive reactive power compensator in a single-phase alternating current network connected to the output terminals 15, 16, while ensuring, for example, self-excitation of an asynchronous machine operating in the generator mode (which will require several such devices by the number of phases of the armature of the machine with possible integration and grounding of output terminals 15).

Если в качестве нагрузки переменного тока используется нагрузка активно-емкостного характера, газоразрядная (ламповая, сварочно-дуговая) или выпрямительно-зарядная (например, с накопительным конденсатором или аккумулятором), то преобразователь должен обеспечить внешнюю вольтамперную характеристику «источника тока». В этом случае двунаправленные ключи 31 и 32 по управлению либо оставляют в неизменных состояниях (31 - включен, а 32 - выключен), вводя реактор 30 в цепь нагрузки, либо высокочастотно широтно-импульсно противофазно модулируют, регулируя с отрицательной обратной связью ток нагрузки в соответствии с эталонным сигналом и сигналами датчика тока 19, поступающий в блок управления. При этом на интервалах времени выключения ключа 31 и включения ключа 32 ток реактора 30 закорачивается на цепь нагрузки через ключ 32, позволяя обеспечить статическую устойчивость системы регулирования.If an AC load is used, an active-capacitive load, gas discharge (tube, welding arc) or rectifier-charging (for example, with a storage capacitor or battery), then the converter must provide an external current-voltage characteristic of the "current source". In this case, the bi-directional control keys 31 and 32 either remain unchanged (31 is turned on and 32 is turned off), introducing the reactor 30 into the load circuit, or they are modulated by the high-frequency pulse-width-pulse antiphase modulating the load current with negative feedback in accordance with with a reference signal and the signals of the current sensor 19, supplied to the control unit. At the same time, at the intervals of turning off the key 31 and turning on the key 32, the current of the reactor 30 is shorted to the load circuit through the key 32, thus ensuring the static stability of the control system.

Благодаря одновременному противофазному периодическому регулированию потенциалов на выходных выводах 15, 16 амплитуда переменного напряжения на этих выводах может достигать величины напряжения питания на входных выводах 13 14. Уменьшенная вдвое амплитуда может быть обеспечена также, если потенциал вывода 15 удерживать постоянным, например - нулевым, относительно заземленной нейтрали выпрямленной питающей сети. Для этого можно применить подключение среднего вывода стойки 1-2 к нулевому выводу питающей сети и выключить ключи 5 и 6, управляя лишь ключами 7, 8. Однако при этом ухудшатся динамические характеристики (быстродействие) системы регулирования в переходных процессах. Несмотря на это следует констатировать, что при обрывах и отказах в цепях одного из конверторов или конденсаторной стойки имеется возможность сохранить работоспособность устройства, т.е. повысить его «живучесть».Due to the simultaneous antiphase periodic regulation of the potentials at the output terminals 15, 16, the amplitude of the alternating voltage at these terminals can reach the value of the supply voltage at the input terminals 13 14. The halved amplitude can also be provided if the potential of terminal 15 is kept constant, for example, zero, relatively grounded neutral rectified mains supply. To do this, you can connect the middle output of rack 1-2 to the zero output of the supply network and turn off the keys 5 and 6, controlling only the keys 7, 8. However, the dynamic characteristics (speed) of the regulation system in transients will deteriorate. Despite this, it should be noted that in the event of breaks and failures in the circuits of one of the converters or a capacitor rack, it is possible to maintain the operability of the device, i.e. increase its "vitality".

Следует также указать, что в отличие от прототипа в схеме предлагаемого устройства благодаря наличию дроссельных обмоток в цепях разрядки конденсаторов отсутствуют цепи для импульсных так называемых «сквозных» сверхтоков, возникающих при несанкционированном (например, от помех в блоке управления) одновременном кратковременном включении электронных ключей смежных плеч моста и вызывающих повышенные коммутационные потери и помехоизлучения в электронных ключах, вплоть до их отказов.It should also be noted that, unlike the prototype, in the circuit of the proposed device, due to the presence of inductor windings in the capacitor discharge circuits, there are no circuits for pulsed so-called “through” overcurrents arising from unauthorized (for example, from interference in the control unit) simultaneous short-term switching on of electronic keys the shoulders of the bridge and causing increased switching losses and interference in electronic keys, up to their failure.

Таким образом, в предлагаемом импульсном мостовом преобразователе в сравнении с аналогами и с прототипом обеспечивается заявленный технический результат: расширение функциональных возможностей, а именно - обеспечение питания потребителей регулируемым напряжением или током произвольно заданной формы, в частности синусоидальной, а также дополнительный результат: повышение надежности устройства за счет исключения импульсных сверхтоков и связанных с ними тепловых коммутационных потерь, помехоизлучений и отказов устройства.Thus, in the proposed pulse bridge converter, in comparison with analogs and with the prototype, the claimed technical result is provided: expanding the functionality, namely, providing consumers with an adjustable voltage or current of an arbitrary given shape, in particular sinusoidal, as well as an additional result: increasing the reliability of the device due to the exclusion of pulsed overcurrents and the associated thermal switching losses, noise emissions and device failures.

Claims

1. A pulse bridge converter containing a group of capacitors, a four-arm controlled electronic bridge with reverse diodes shunting its unidirectional electronic keys, input terminals of the device for connecting to a DC power source, output terminals of the device for connecting AC loads, and a control circuit with a unit control sensors of input and output currents and sensors of input and output voltages installed in its feedback circuits, and the cathode bridge is connected to the output terminals of the control unit, and the signal outputs of the sensors are connected to its input terminals, characterized in that four rectifier diodes, four choke windings, a reactor and two bidirectional electronic keys are inserted into it, a group of capacitors forms a four-arm capacitive bridge, each arm which is shunted by the corresponding arm of the electronic bridge, consisting of a key connected in series with each other and the corresponding throttle winding, while the throttle windings of each and of the two pairs of adjacent shoulders with their first terminals are interconnected, and the second connected to the opposite power terminals of the keys; the input terminals of the device are connected to the first pairs of diagonal terminals of the capacitive and electronic bridges, the second pairs of diagonal terminals of which are connected to the output terminals of the device through the first electronic key and a reactor, shunted together with the output terminals of the device by the second electronic key, and the control terminals of both keys are connected to the additional output the conclusions entered in the control unit, configured to pulse modulate the signals at its additional conclusions, depending on the mismatch signals on the signal outputs of the sensors of the output currents and voltages and the corresponding reference signals

2. The pulse bridge converter according to claim 1, characterized in that each pair of diagonal choke windings connected to the opposite terminals of the diagonal keys is made with a common magnetic circuit and with their inclusion in relation to the directions of conductivity of these keys.