RU2414802C1

RU2414802C1 - Direct current voltage converter with intermediate link of overfrequency

Info

Publication number: RU2414802C1
Application number: RU2010112018/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Григораш (RU); Олег Владимирович Григораш; Юрий Петрович Степура (RU); Юрий Петрович Степура; Антон Евгеньевич Усков (RU); Антон Евгеньевич Усков; Евгений Анатольевич Власенко (RU); Евгений Анатольевич Власенко; Анатолий Витальевич Винников (RU); Анатолий Витальевич Винников
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-03-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: according to the proposed invention the converter containing single-phase inverter bridge, transformer, diodes which are anti-parallel connected to emitter-collector junctions of transistors, and inlet capacitor, has control system of transistors of inverter bridge, which includes generator of saw-tooth voltage, pulse shaper, transformer-rectifier unit, pulse distributor, the first and the second pulse amplifiers, as well as transformer the secondary winding of which includes mean point; reversible rectifier made on two pairs of anti-parallel connected thyristors; outlet filter and control system of thyristors of reversible rectifier, which contains synchronisation unit, master generator, curve-type generator, the first and the second AND logic elements, the first and the second pulse distributor, the first, the second, the third and the fourth pulse amplifiers.

EFFECT: mass and dimensions parametres are improved.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования постоянного тока в стабилизированное напряжение переменного тока.The invention relates to electrical engineering and can be used in stand-alone power supply systems for converting direct current into a stabilized AC voltage.

Известный преобразователь напряжения (а.с. SU №944027, кл МПК H02M 7/48) содержит однофазный инвертор, многосекционный трансформатор, ключи переменного тока. Недостатками являются низкое качество выходного напряжения и сложность системы управления.The well-known voltage converter (AS SU No. 944027, class IPC H02M 7/48) contains a single-phase inverter, multi-section transformer, alternating current switches. The disadvantages are the low quality of the output voltage and the complexity of the control system.

Наиболее близким по техническому решению является устройство, содержащее два однофазных инверторных моста, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор инвертора (свидетельство на полезную модель №16888, М.кл. H02M 7/48).The closest in technical solution is a device containing two single-phase inverter bridges, a transformer, diodes connected counter-parallel to the emitter-collector junctions of the transistors, and an inverter input capacitor (utility model certificate No. 16888, M.cl. H02M 7/48).

Недостатками преобразователя являются большая масса и габариты.The disadvantages of the converter are the large mass and dimensions.

Техническим решением является улучшение массогабаритных показателей за счет промежуточного звена повышенной частоты.The technical solution is to improve overall dimensions due to the intermediate link of high frequency.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения постоянного тока с промежуточным звеном повышенной частоты, содержащий однофазный инверторный мост, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор, согласно изобретению имеет систему управления транзисторами инверторного моста, содержащую генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов, трансформаторно-выпрямительный блок, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с трансформаторно-выпрямительным блоком, выход формирователя импульсов соединен со входом распределителя импульсов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым усилителями импульсов, также имеет трансформатор, вторичная обмотка которого содержит среднюю точку, реверсивный выпрямитель выполненный на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров, выходной фильтр и систему управления тиристорами реверсивного выпрямителя, содержащую блок синхронизации, задающий генератор, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем выход блока синхронизации соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входом первого и второго распределителей импульсов соответственно, первый и второй выходы первого распределителя импульсов, первый и второй выходы второго распределителя импульсов подключены к первому, второму, третьему и четвертому усилителям импульсов соответственно, причем к входным зажимам инвертора, подключаемым к источнику постоянного тока, присоединен вход инверторного моста, а его выход к - первичной обмотке трансформатора, причем начало вторичной обмотки соединено с входом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, выходы которых через первый вход фильтра соединен с первым выходным зажимом преобразователя, конец второй обмотки трансформатора соединен с началом третьего и четвертого встречно-параллельно соединенных тиристоров, выход которых объединен с выходом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров, средняя точка вторичной обмотки трансформатора через второй вход фильтра соединена со вторым выходным зажимом инвертора, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к первому и второму выходам инвертора, первый и второй входы блока синхронизации соединены со средней точкой и выходом вторичной обмотки трансформатора.The problem is achieved in that a DC voltage converter with an intermediate link of increased frequency, containing a single-phase inverter bridge, a transformer, diodes connected in opposite parallel to the emitter-collector junctions of the transistors, and the input capacitor, according to the invention, has an inverter bridge transistor control system containing a generator sawtooth voltage, pulse shaper, transformer-rectifier unit, pulse distributor, first and second amplifiers and pulses, and the output of the sawtooth voltage generator is connected to the first input of the pulse shaper, the second input of which is connected to the transformer-rectifier unit, the output of the pulse shaper is connected to the input of the pulse distributor, the first and second outputs of which are connected to the first and second pulse amplifiers, also has a transformer, the secondary winding of which contains a midpoint, a reversible rectifier made on two pairs of counter-parallel connected thyristors, an output filter and a system control thyristor reversible rectifier containing a synchronization unit, a master oscillator, a curve type generator, the first and second logic elements And, the first and second pulse distributors, the first, second, third and fourth pulse amplifiers, and the output of the synchronization unit is connected to the second inputs of the first and second logical elements And, the first inputs of which are connected to the first and second outputs of the curve type generator, the input of which is connected to the output of the master oscillator, the outputs of the first and second logic elements cents And are connected to the input of the first and second pulse distributors, respectively, the first and second outputs of the first pulse distributor, the first and second outputs of the second pulse distributor are connected to the first, second, third and fourth pulse amplifiers, respectively, and to the input terminals of the inverter connected to a constant source current, the input of the inverter bridge is connected, and its output to the primary winding of the transformer, and the beginning of the secondary winding is connected to the input of the first and second counter-parallel connected thyristors, the outputs of which through the first input of the filter are connected to the first output terminal of the converter, the end of the second transformer winding is connected to the beginning of the third and fourth parallel-connected thyristors, the output of which is combined with the output of the first and second parallel-connected thyristors, the middle point of the secondary transformer windings through the second input of the filter are connected to the second output terminal of the inverter, the input of the transformer-rectifier unit is connected to the first and second at the inverter output, the first and second inputs of the synchronization unit are connected to a midpoint and output of the transformer secondary winding.

Новизна технического решения заключается в том, что в составе преобразователя применяются две системы управления, первая формирует через инверторный мост высокочастотный сигнал переменного тока, а вторая через реверсивный выпрямитель, питание которого осуществляется от вторичной обмотки трансформатора, содержащего среднюю точку, обеспечивает стабилизированное выходное напряжение пониженной частоты.The novelty of the technical solution lies in the fact that two control systems are used in the converter, the first generates a high-frequency AC signal through the inverter bridge, and the second through the reversible rectifier, which is powered from the secondary winding of the transformer containing the midpoint, provides a stable output voltage of low frequency .

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленных на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения техническому уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors do not know the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow from the prior art, which allows us to conclude that the solution meets the technical level of the invention.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема инвертора; на фиг.2 - диаграмма напряжений, поясняющая принцип работы трехфазного инвертора.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the functional electrical circuit of the inverter; figure 2 is a voltage diagram explaining the principle of operation of a three-phase inverter.

Преобразователь содержит однофазный инверторный мост 1, выполненный на транзисторах 2-5 и диодах 6-9; однофазный трансформатор 10, вторичная обмотка которого содержит среднюю точку; реверсивный выпрямитель 11, выполненный на тиристорах 12-15, включенных встречно-параллельно; входной 16 и выходной 17 фильтры, причем к входным зажимам преобразователей 18 и 19 присоединяется вход инверторного моста 1, а его выход к первичной обмотке 20 трансформатора 10, вторичная обмотка которого имеет среднюю точку, диоды 6-9 включены встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов 2-5; также к входным зажимам присоединен входной фильтр 16; начало вторичной обмотки 21 соединено с входом первого и второго встречно-параллельно соединенных тиристоров 12 и 13, конец вторичной обмотки 22 трансформатора соединен с началом третьего и четвертого встречно-параллельно соединенных тиристоров 14 и 15; выходы тиристоров объединены и через первый вход выходного фильтра 17 соединены с первым выходным зажимом преобразователя 23; ко второму выходному зажиму 24 через второй вход выходного фильтра 17 присоединена средняя точка 25 трансформатора 10. Система управления инверторного моста 26 содержит генератор пилообразного напряжения 27, формирователь импульсов 28, трансфоматорно-выпрямительный блок 29, распределитель импульсов 30, первый и второй усилители импульсов 31 и 32, причем выход генератора пилообразного напряжения 27 соединен с первым входом формирователя импульсов 28, второй вход которого через трансформаторно-выпрямительный блок 29 соединен с выходными зажимами преобразователей 23 и 24, выход формирователя импульсов 28 через распределитель импульсов 30 и усилители импульсов 31 и 32 соединен с управляющими электродами транзисторов 2-5 инверторного моста. Система управления реверсивного выпрямителя 33 содержит блок синхронизации 34, задающий генератор 35, генератор типа кривой 36, первый 37 и второй 38 логические элементы И, первый 39 и второй 40 распределители импульсов, первый 41, второй 42, третий 43 и четвертый 44 усилители импульсов, причем первый и второй входы блока синхронизации 34 соединены со средней точкой 25 и концом 22 вторичной обмотки трансформатора 10, а его выход соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов И 37 и 38, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора 36 типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора 35, выходы первого и второго логических элементов И 37 и 38 соединены с входом первого и второго распределителей импульсов 39 и 40 соответственно, первый и второй выходы первого распределителя импульсов 39, первый и второй входы второго распределителя импульсов 40 через первый 41, второй 42, третий 43 и четвертый 44 усилители импульсов соединены с управляющими электродами первого 12, третьего 14, второго 13 и четвертого 15 тиристоров соответственно.The converter contains a single-phase inverter bridge 1, made on transistors 2-5 and diodes 6-9; a single-phase transformer 10, the secondary winding of which contains a midpoint; a reversing rectifier 11, made on thyristors 12-15, connected counter-parallel; input 16 and output 17 filters, and the input of the inverter bridge 1 is connected to the input terminals of the converters 18 and 19, and its output is to the primary winding 20 of the transformer 10, the secondary winding of which has a midpoint, diodes 6-9 are connected counter-parallel to the emitter-collector junctions transistors 2-5; also connected to the input terminals is an input filter 16; the beginning of the secondary winding 21 is connected to the input of the first and second counter-parallel connected thyristors 12 and 13, the end of the secondary winding 22 of the transformer is connected to the beginning of the third and fourth counter-parallel connected thyristors 14 and 15; the thyristor outputs are combined and through the first input of the output filter 17 are connected to the first output terminal of the Converter 23; to the second output terminal 24 through the second input of the output filter 17 is connected the midpoint 25 of the transformer 10. The control system of the inverter bridge 26 contains a sawtooth voltage generator 27, a pulse shaper 28, a transformer-rectifier unit 29, a pulse distributor 30, the first and second pulse amplifiers 31 and 32, the output of the sawtooth voltage generator 27 being connected to the first input of the pulse shaper 28, the second input of which is connected through the transformer-rectifier unit 29 to the output terminals of the -forming 23 and 24, the pulse generator 28 via output pulse distributor 30 and the pulse amplifier 31 and 32 is connected to the control electrodes of the transistors of the inverter bridge 2-5. The control system of the reverse rectifier 33 contains a synchronization unit 34, a master oscillator 35, a curve type generator 36, the first 37 and second 38 logic elements And, the first 39 and second 40 pulse distributors, the first 41, second 42, third 43 and fourth 44 pulse amplifiers, moreover, the first and second inputs of the synchronization unit 34 are connected to the midpoint 25 and the end 22 of the secondary winding of the transformer 10, and its output is connected to the second inputs of the first and second logic elements And 37 and 38, the first inputs of which are connected to the first and second outputs generator 36 of a curve type, the input of which is connected to the output of the master oscillator 35, the outputs of the first and second logic elements And 37 and 38 are connected to the input of the first and second pulse distributors 39 and 40, respectively, the first and second outputs of the first pulse distributor 39, the first and second the inputs of the second pulse distributor 40 through the first 41, second 42, third 43 and fourth 44 pulse amplifiers are connected to the control electrodes of the first 12, third 14, second 13 and fourth 15 thyristors, respectively.

Преобразователь работает следующим образом. Напряжение постоянного тока от источника поступает на вход инверторного моста 1, на выходе которого формируется переменное высокочастотное напряжение u₁ (фиг.2, д), которое поступает на первичную обмотку 20 и преобразуется до требуемого уровня, необходимого для нагрузки. Реверсивный выпрямитель 11 понижает частоту источника, а выходной фильтр 17 сглаживает высшие гармоники, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения. The converter operates as follows. The DC voltage from the source is fed to the input of the inverter bridge 1, the output of which is formed by an alternating high-frequency voltage u ₁ (Fig. 2, e), which is supplied to the primary winding 20 and converted to the required level necessary for the load. Reversible rectifier 11 lowers the frequency of the source, and the output filter 17 smooths the higher harmonics, providing the required quality of the output voltage.

Система управления инверторным мостом 26 работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения 27 генерирует опорный сигнал u_гпн, который поступает на формирователь импульсов 28 (фиг.2, а). На второй вход формирователя импульсов 28 поступает ведущий сигнал u_твб от трансформаторно-выпрямительного блока 29 (фиг.2, а). В случае, когда u_гпн>u_твб, формируется управляющий сигнал u_фи1 (фиг.2, б), который через распределитель импульсов 30 и усилители импульсов 31 и 32 поступает на управляющие электроды транзисторов 2, 5 или 3, 4 (фиг.2, в, г). Система управления реверсивным выпрямителем 33 работает следующим образом. Задающий генератор 35 формирует низкочастотный сигнал синусоидальной формы, соответствующий частоте нагрузки (фиг.2, е), который поступает на вход генератора типа кривой 36, на выходе генератора формируются импульсы, соответствующие положительной и отрицательной полуволнам задающего генератора (фиг.2,ж). Сигналы с выхода генератора 36 типа кривой подаются на первые входы логических элементов И 37 и 38 соответственно, на второй вход которых поступает сигнал, синхронизированный с напряжением источника питания (фиг.2,з) через блок синхронизации 34. При положительной полярности низкочастотного выходного напряжения срабатывает логический элемент И 37 и импульсы управления через первое распределительное устройство 39 и усилители импульсов 41, 42 поступают на управляющие электроды тиристоров 12 и 14 силовой схемы реверсивного выпрямителя 11 и на выходе преобразователя формируются положительные полуволны u₂ (фиг.2, и, 0÷π). При отрицательной полярности срабатывает логический элемент И 38 и импульсы управления через второе распределительное устройство 40 и усилители импульсов 43, 44 поступают на управляющие электроды тиристоров 13 и 15 силовой схемы реверсивного выпрямителя 11 и на выходе преобразователя формируется положительная полуволна из (фиг.2, и, π÷2π). Выходной фильтр 17 подавляет высшие гармоники и на выводах формируется низкочастотный сигнал из (фиг.2, и).The control system of the inverter bridge 26 operates as follows. The sawtooth voltage generator 27 generates a reference signal u _GPN , which is supplied to the pulse shaper 28 ( _figure 2, a). The second input of the pulse shaper 28 receives the leading signal u _TVB from the transformer-rectifier block 29 (Fig.2, a). In the case when u _GPN > u _TVB , a control signal u _{phi1 is generated} (Fig. 2, b), which, through the pulse distributor 30 and pulse amplifiers 31 and 32, is supplied to the control electrodes of transistors 2, 5 or 3, 4 (Fig. 2 , c, d). The control system of the reversing rectifier 33 operates as follows. The master oscillator 35 generates a low-frequency sinusoidal signal corresponding to the frequency of the load (Fig. 2, e), which is input to the generator of the curve 36 type, and pulses corresponding to the positive and negative half-waves of the master oscillator are generated at the generator output (Fig. 2, g). The signals from the output of the generator 36 of the curve type are fed to the first inputs of the logical elements And 37 and 38, respectively, the second input of which receives a signal synchronized with the voltage of the power source (figure 2, h) through the synchronization unit 34. When the polarity of the low-frequency output voltage is triggered the logic element And 37 and control pulses through the first switchgear 39 and pulse amplifiers 41, 42 are fed to the control electrodes of the thyristors 12 and 14 of the power circuit of the reversing rectifier 11 and the output reobrazovatelya formed positive halfwave u ₂ (Figure 2, and 0 ÷ π). With a negative polarity, the AND 38 logic element is triggered and the control pulses through the second switchgear 40 and the pulse amplifiers 43, 44 are fed to the control electrodes of the thyristors 13 and 15 of the power circuit of the reversing rectifier 11 and a positive half-wave from (Fig. 2, and π ÷ 2π). The output filter 17 suppresses the higher harmonics and the low-frequency signal from (Fig. 2, and) is formed at the terminals.

К примеру, при уменьшении напряжения на выходе инвертора сигнал u_твб уменьшается (фиг.2, к) и, как следствие, уменьшается угол управления транзисторами α₁ (фиг.2, л), тем самым увеличивая время открытого состояния транзисторов схемы инвертирования, что увеличивает величину напряжения u₁ (фиг.2, м) и соответственно увеличивается и величина выходного напряжения инвертора u'₂.For example, when the voltage at the inverter output decreases, the signal u _TVB decreases ( _figure 2, k) and, as a result, the angle of control of transistors α ₁ decreases ( _figure 2, l), thereby increasing the open time of the transistors of the inversion circuit, which increases the magnitude of the voltage u ₁ (figure 2, m) and, accordingly, increases the magnitude of the output voltage of the inverter u ' ₂ .

Использование в составе преобразователя двух систем управления позволяет улучшить массогабаритные показатели за счет использования высокочастотных узлов.The use of two control systems as part of the converter allows to improve overall dimensions due to the use of high-frequency units.

Claims

A DC voltage converter with an intermediate link of increased frequency contains a single-phase inverter bridge, a transformer, diodes connected in opposite parallel to the emitter-collector junctions of the transistors, and an input capacitor, characterized in that it has an inverter bridge transistor control system containing a sawtooth voltage generator, a pulse shaper , transformer-rectifier unit, pulse distributor, first and second pulse amplifiers, and the output of the sawtooth generator th voltage connected to the first input of the pulse shaper, a second input coupled to the transformer-rectifier unit; the output of the pulse shaper is connected to the input of the pulse distributor, the first and second outputs of which are connected to the first and second pulse amplifiers; also has a transformer, the secondary winding of which contains a midpoint; a reversible rectifier made on two pairs of counter-parallel connected thyristors, an output filter and a thyristor control system of a reversing rectifier, containing a synchronization unit, a master oscillator, a curve type generator, the first and second logic elements And, the first and second pulse distributor, the first, second, the third and fourth pulse amplifiers, and the output of the synchronization unit is connected to the second inputs of the first and second logical elements And, the first inputs of which are connected to the first and second outputs and a curve type generator whose input is connected to the output of the master oscillator, the outputs of the first and second logic elements And are connected to the input of the first and second pulse distributor, respectively, the first and second output of the first pulse distributor, the first and second output of the second pulse distributor are connected to the first, second , to the third and fourth pulse amplifiers, respectively, and the input of the inverter bridge is connected to the input terminals of the inverter connected to a constant current source, and its output to the primary winding of the transformer, and the beginning of the secondary winding is connected to the input of the first and second counter-parallel connected thyristors, the output of which through the first input of the filter is connected to the first output terminal of the converter, the end of the second winding of the transformer is connected to the beginning of the third and fourth counter-parallel connected thyristors, the output which are combined with the output of the first and second counter-parallel connected thyristors; the midpoint of the secondary winding of the transformer through the second input of the filter is connected to the second output terminal of the inverter, the input of the transformer-rectifier unit is connected to the first and second outputs of the inverter, the first and second inputs of the synchronization unit are connected to the middle point and the output of the secondary transformer winding.