RU2111603C1 - Преобразователь постоянного напряжения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям постоянного высоковольтного напряжения одного уровня в постоянные напряжения других уровней. Для обеспечения достаточной точности поддержания выходных напряжений и надежной работы при широком изменении входного высоковольтного напряжения в преобразователь постоянного напряжения введены переключающий логический элемент, датчик входного напряжения, датчик среднего напряжения магнитного потока трансформатора и дополнительная вторичная обмотка силового трансформатора, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям постоянного напряжения, и может быть использовано в преобразователях постоянного высоковольтного напряжения (в частности, 4 кВ) в заданное количество постоянных напряжений различных уровней.

Известен преобразователь постоянного напряжения [1], содержащий основную и две дополнительные инверторные ячейки, каждая из которых выполнена на двух тиристорах, выходные трансформаторы, подключенные к выпрямителю, и генератор коммутирующих импульсов.

Однако известное устройство не способно обеспечивать достаточную точность поддержания выходных напряжений и надежную работу при широком изменении входного высоковольтного напряжения.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения [2], содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образованно полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты.

Однако и это известное устройство не способно обеспечивать достаточную точность выходных напряжений и надежную работу при больших колебаниях входного высоковольтного напряжения из-за отсутствия элементов, которые эффективно учитывали бы внешние характеристики сглаживающих фильтров и допускаемый уровень входного напряжения.

Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой точности преобразования выходных напряжений при значительных колебаниях входного высоковольтного напряжения.

Для этого в преобразователь постоянного напряжения, содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образованно полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты, введены переключающий логический элемент, датчик входного напряжения, датчик среднего значения за полупериод магнитного потока трансформатора и дополнительная обмотка трансформатора, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек, управляющие входы которых объединены с управляющим входом полупроводникового ключевого элемента, причем второй вывод первичной обмотки силового трансформатора соединен с объединенными выводами конденсаторов первой стойки моста, выход датчика входного напряжения подключен к первому входу переключающего логического элемента, второй вход которого подключен к выходу генератора задающей частоты, управляющий вход которого соединен с выходом датчика среднего значения магнитного потока трансформатора, входы которого подключены к выводам дополнительной обмотки силового трансформатора, а парафазные выходы переключающего логического элемента подключены к входам соответствующих блоков формирования сигналов управления.

Сущность изобретения заключается в том, что введение вышеописанных узлов и элементов и соответствующее их подключение в предлагаемом устройстве позволили поддерживать постоянным среднее значение напряжения на вторичных обмотках силового трансформатора и ограничивать работу устройства в диапазоне допустимого изменения входного высоковольтного напряжения, что обеспечивает необходимую точность преобразования выходных напряжений при широком изменении входного напряжения.

Сравнение предлагаемого преобразователя с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии изобретения критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о выполнении критерия "изобретательский уровень". Предварительные испытания позволяют утверждать о возможности широкого промышленного использования.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - пример выполнения переключающего логического элемента; на фиг. 3 - датчик среднего значения магнитного потока трансформатора.

Преобразователь содержит шины 1, 2 входного высоковольтного напряжения, к которым подключены датчик 3 входного напряжения и одни выводы конденсаторов 4, 5, образующих плечи первой стойки моста. Другие выводы конденсаторов 4, 5 через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора 6 и конденсатора 7, подключены к первому выводу первичной обмотки 8 силового трансформатора 9, вторичные обмотки 10-1...10-K которого через выпрямители 11-1...11-K и соответствующие фильтры 12-1. . .12-K подключены к шинам 13-1...13-K, 14-1...14-K выходного напряжения.

Первый вывод первичной обмотки 8 силового трансформатора 9 подключен к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, выполненным в виде последовательно-соединенных тиристорных ячеек 15-1...15-N и 16-1...16-N, управляющие входы которых соединены с выходом соответствующего блока 17 или 18 формирования сигналов управления, вход каждого из которых подключен к соответствующему парафазному выходу 19 или 20 переключающего логического элемента 21. Входы последнего соединены с выходами генератора 22 задающей частоты и выходом датчика 3 входного напряжения, который может быть выполнен в виде датчика Холла, к выходу которого подключен логический компаратор.

Кроме того, преобразователь содержит датчик 23 среднего значения магнитного потока трансформатора, выход которого подключен к управляющему входу генератора 22 задающей частоты, а входы соединены с выводами дополнительной вторичной обмотки 24 силового трансформатора 9.

Каждая тиристорная ячейка содержит тиристор 25 с обратно включенным диодом 26.

Переключающий логический элемент 21 (фиг. 2) может быть выполнен в виде последовательно соединенных элемента И 27 и триггера 28.

Датчик 23 среднего значения магнитного потока (фиг. 3) может быть выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителя 29, сглаживающего фильтра 30 и делителя на резисторах 31, 32.

Преобразователь работает следующим образом.

При наличии входного напряжения в диапазоне допустимых значений датчик 3 вырабатывает второй сигнал разрешения для переключающего логического элемента 21. При этом генератор 22 постоянно с требуемой частотой и длительностью вырабатывает первый сигнал разрешения логического элемента 21, который при совпадении двух разрешающих сигналов поочередно на выходах 19 или 20 вырабатывает сигналы, по фронту либо по срезу которых блоки 17 и 18 поочередно формируют сигналы управления на открытие тиристоров 25 силовых ячеек 15-1... 15-N и 16-1...16-N соответственно.

Входное постоянное напряжение при поочередном открывании тиристоров 25 силовых ячеек 15-1...15-N верхнего плеча и тиристоров 25 силовых ячеек 16-1. ..16-N нижнего плеча преобразуется на реакторе 6 и конденсаторе 7 колебательного контура в однофазное переменное напряжение и подается на первичную обмотку 8 силового трансформатора 9, которое из одного уровня преобразуется во вторичных обмотках 10-1...10-K в требуемые напряжения других уровней, которые после выпрямителей 11-1...11-K и сглаживающих фильтров 12-1...12-K образуют на положительных выходных шинах 13-1...13-K и отрицательных выходных шинах 14-1...14-K требуемые выходные напряжения преобразователя.

При этом переменное напряжение обмотки 24, величина которого прямо пропорциональна мгновенному значению магнитного потока трансформатора 9, поступает на датчик 23, который преобразует данное переменное напряжение в постоянное, величина которого прямо пропорциональна среднему значению магнитного потока силового трансформатора 9, и передает его на вход генератора 22. Под действием поступающего сигнала генератор 22 вырабатывает первый сигнал разбиения для логического элемента 21 с такой частотой, при которой Сиднее значение магнитного потока в трансформаторе 9 поддерживается постоянным. Таким образом, поддерживая постоянным среднее значение магнитного потока силового трансформатора 9, достигается точность поддержания выходных напряжений преобразователя.

Причем при малых недопустимых значениях входного напряжения датчик 3 входного напряжения перестает вырабатывать второй сигнал разрешения для переключающего элемента 21, вследствие чего блоки 17 и 18 прекращают вырабатывать управляющие сигналы на открытие тиристоров 25. Благодаря этому не возникают аварийные ситуации.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается высокая точность преобразования выходных напряжении при значительных колебаниях входного высоковольтного напряжения.

Claims (1)

1. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты, отличающийся тем, что введены переключающий логический элемент, датчик входного напряжения, датчик среднего за полупериод значения магнитного потока трансформатора и дополнительная вторичная обмотка силового трансформатора, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек, управляющие входы которых объединены с управляющим входом полупроводникового ключевого элемента, причем второй вывод первичной обмотки силового трансформатора соединен с объединенными выводами конденсаторов первой стойки моста, выход датчика входного напряжения подключен к первому входу переключающего логического элемента, второй вход которого подключен к выходу генератора задающей частоты, управляющий вход которого соединен с выходом датчика среднего за полупериод значения магнитного потока трансформатора, входы которого подключены к выводам дополнительной обмотки силового трансформатора, а парафазные выходы переключающего логического элемента подключены к входам соответствующих блоков формирования сигналов управления, а датчик входного напряжения предназначен для формирования сигнала разрешения переключения переключающего логического элемента по сигналу с выхода генератора задающей частоты при наличии входного напряжения в диапазоне допустимых значений.

Images