SU1723644A1

SU1723644A1 - Преобразователь посто нного напр жени в регулируемое посто нное

Info

Publication number: SU1723644A1
Application number: SU884490399A
Authority: SU
Inventors: Владимир Викторович Михеев; Юрий Викторович Тиняков; Константин Геннадиевич Мыцык
Original assignee: Московский энергетический институт
Priority date: 1988-10-06
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1992-03-30

Abstract

Изобретение относитс к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано при построении преобразователей посто нного напр жени одного уровн в регулируемое посто нное напр жение другого уровн повышенной мощности, например, дл питани электроприводов посто нного тока с широким регулированием скорости вращени . Цель изобретени - расширение области использовани за счёт увеличени диапазона регулировани при пониженном уровне пульсаций выходного тока. Преобразователь содержит m преобразующих каналов (например, m 3), каждый из которых состоит из последовательно включенных управл емого ключевого элемента (тиристора) 1 (2, 3), конденсатора 4 (5, 6) и индуктивности 7 (8, 9), причем катоды тиристоров объединены и образуют один входной вывод преобразовател , второй входной и выходной выводы преобразовател образованы объединением одних из выводов обмоток

Description

4

у i

1 r-J- f

т

ЯФП/7.

77 /J i

Claims

I

Ю CA О

4

-N

JjЈ L| JJf

rvw

15

Ф&.1

индуктивностей. К точке соединени анода тиристора и конденсатора каждого из каналов подключены последовательно соединенные между собой диод 10 (11, 12) и обмотка дроссел 13 (14, 15), причем объединением одних из выводов последних (каждого из m каналов) образован второй выходной вывод преобразовател . РегулиИзобретение относитс к преобразовательной технике и может быть использовано при построении источников вторичного электропитани как централизованного, так и децентрализованного типов.

Известны структуры преобразователей посто нного напр жени в регулируемое посто нное (ППН) последовательного и параллельного типов. ППН последовательного типа характеризуетс последователь- ным включением ключевого элемента и дроссел сглаживающего фильтра, а ППН параллельного типа характеризуетс параллельным включением одного из этих элементов (ключа или дроссел ) между ши- нами цепи преобразовани . В выходной цепи обеих этих структур присутствуют конденсатор сглаживающего фильтра и диод, замыкающий ток нагрузки в момент регулировочных пауз. Управление ключе- вым элементом осуществл етс от управл емого модул тора ширины импульсов (МШИ).

Недостатками таких преобразователей вл ютс повышенное помехоизлучение из-за высокой крутизны фронтов и срезов импульсов тока, протекающего через ключевые элементы; относительно ограниченные возможности по мощностному диапазону, св занные с относительно огра- ничейной мощностью располагаемых полностью управл емых полупроводниковых приборов; сложность получени высокого качества выходного напр жени , св занна с высоким уровнем и низкой частотой пуль- саций фильтруемого напр жени и, как следствие, с увеличением массы сглаживающего фильтра,

Уменьшить уровень помехоизлучени можно на основе использовани инверто- ров тока. Структура такого ППН выполн етс в виде тиристорного или транзисторного инвертора, к выходу которого через конденсатор подключена первична обмотка согласующего трансформатора. Вторич- на обмотка через выпр митель и фильтр подключена к выходным выводам ППН.

рование напр жени осуществл етс частотным методом, причем при более высокой частоте управл ющих сигналов расшир етс диапазон регулировани по выходному напр жению за счет увеличени его верхней границы. В качестве ключевого элемента может быть использован бипол рный транзистор . 1 з.п, ф-лы, 4 ил.

Регулирование выходного напр жени осуществл етс частотным методом.

Недостатками такого решени вл ютс сравнительно невысокое качество выходного напр жени , заметно ухудшающеес по мере приближени к нижней границе диапазона регулировани и св занное с этим увеличение массы фильтра. Кроме того, ограничено использование по мощности.

ППН относ тс к структурам с одно- канальным преобразованием энергетического потока. Этим объ сн етс ограниченность их применени по мощностному диапазону. В значительной мере сн ть указанный недостаток позвол ют ППН с много- канальным преобразующим трактом. Структурно они характеризуютс наличием m преобразующих каналов, включенных параллельно по входу и параллельно (через дроссель фильтра) по выходу.

При реализации регулировани выходного напр жени в таком устройстве ключи должны быть полностью управл емыми. Система управлени в этом случае состоит из последовательно св занных между собой задатчика частоты, m-разр дного регистра сдвига, причем каждый из m выходов которого соединен с соответствующим входом модул тора ширины импульсов. В свою очередь , выходы св заны с соответствующими управл ющими электродами ключей, в общем случае через узел гальванической разв зки и усилени .

Таким образом, на выходе т-фазного модул тора формируетс m-фазна система напр жений с регулируемой скважностью.

Недостатками вл ютс повышенный уровень помехоизлучени , св занный с наличием относительно резкого среза тока управл ющего ключа в конце коммутационного инвертора, и относительно узкий диапазон регулировани выходного напр жени из-за принципиальной невозможности повышени его сверх уровн напр жени питани преобразовател .

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство, содержащее m преобразующих каналов, включающих в себ m зар дных цепочек, состо щих из управл емых ключей, подключенных с помощью общего дроссел к одному из силовых входных выводов, m разр дных цепочек, также состо щих из управл емых ключей, подключенных через общий дроссель к одному из выходных выводов, другой из которых вл етс общим с другим входным. Между разр дным и зар дным блоками включены m перезар дных цепочек,состо щих из m управл емых ключей, подключенных через общий дроссель к общему выводу и m емкостей включенных между m управл емыми ключами переразр дного блока и общим силовым выводом. Устройство содержит также блок управлени ключами.

Цель изобретени - расширение области использовани путем увеличени диапазона регулировани при повышенном уровне пульсаций выходного тока.

Указанна цель достигаетс тем, что в преобразователе, содержащем m подключенных между шинами питани зар дных цепочек, состо щих из последовательно соединенных конденсаторов и управл емых ключей, m разр дных вентилей, установленных в разр дных цеп х между точками соединени конденсаторов и управл емых ключей и одним из выходных выводов дл подключени нагрузки, другой из которых вл етс общим, и индуктивные элементы, включенные во входную и выходную цепи, и блок управлени ключами, использовано 2т указанных индуктивных элемента, m из которых установлены в зар дных, a m - в разр дных цеп х, m разр дных вентилей выполнены неуправл емыми, блок управлени выполнен в виде гл-фазного модул тора скважности, включающего последовательно соединенные частотно-управл емый за- датчик частоты и m-разр дный регистр сдвига, каждый из m выходов которого соединен с управл ющим входом одного из m указанных ключей, При этом в качестве управл емых ключей могут быть установлены тиристоры.

На фиг. 1 представлена структурна схема силовой части предлагаемого ППН; на фиг. 2 - структурна схема системы управлени ; на фиг. 3 - вариант выполнени силового ключа преобразовател ; на фиг. 4 - временные диаграммы, по сн ющие формирование выходного тока преобразовател и требуемых сигналов управлени .

Преобразователь (фиг. 1) содержит в частном случае три преобразующих канала (т 3) и состоит из последовательно включенных управл емых ключевых эле0

5

0

5

0

5

0

5

0

55

ментов (тиристоров) 1-3, конденсаторов 4-5 и индуктивностей 7-9. Причем катоды тиристоров 1-3 объединены и образуют один входной вывод преобразовател . Второй входной и выходной выводы преобразовател образованы объединением одних из выводов обмоток 7-9 индуктивностей. К точке соединени анода тиристора и конденсатора каждого из каналов подключены последовательно соединенные между собой диоды 10-12 и обмотки дросселей 13- 15. Причем объединением одних из выводов последних образован второй выходной вывод преобразовател . К выходным выводам преобразовател в общем.случае могут быть подключены сглаживающий конденсатор 16 и собственно нагрузка 17.

На фиг. 2 представлена система управлени предлагаемого преобразовател , состо ща из последовательно св занных управл емого по частоте задатчика 18 частоты и трехфазного регистра 19 сдвига. Дл формировани системы управл ющих импульсов Uyi (i 1,3) служит блок 20 дифференцировани , входами соединенный с выходами регистра сдвига и содержащий в каждом канале дифференцирующую цепочку , состо щую из конденсатора 21, к одному из выводов которого подключен шунтирующий резистор 22, к другому- анод буферного диода 24. Управл ющие импульсы Uyi снимаютс с катода диода 23. Анод диода 24 и второй вывод резистора 22 подключены к общей шине устройства.

Дл обеспечени возможности использовани в качестве силового ключа бипол рного транзистора управл емый ключ выполнен по схеме, представленный на фиг. 3, Он состоит из последовательно включенных транзисторов 25, первичной обмотки трансформатора 26 тока, вторична обмотка 27 которого подключена к эмиттер-базовому переходу транзистора по схеме положительной обратной св зи, и диода 28. Первична 26 и вторична 27 обмотки трансформатора тока включены встречно. Причем обмотка 27 подключена через диод 29 к эмиттер-базовому переходу транзистора, зашунтированному резистором 30.

Принцип работы предлагаемого устройства по сн етс временными диаграммами на фиг. 4, где Uyi, Uy2, Uy3 - сигналы управлени ключами 1-3 соответственно; Ц,7, i5,8, ie,9 - токи через конденсаторы 4-6 и дроссел 7-9 каждого- из преобразующих каналов; и - ток через нагрузку 17; t0-ti; t2-t4; ts-t - интервалы зар да конденсаторов 4-6, соответствующие открытому состо нию ключей 1-3; .ti-ta; t4-te; интервалы зар да конденсаторов 4-6 соответственно .

Устройство работает следующим образом .

На фиг. 4а приведены временные диаграммы работы преобразовател при относительно низкой частоте управл ющих импульсов. Управл ющие импульсы Uyi образуют симметричную трехфазную систему напр жений со сдвигом 2 л/3. Принцип работы каждого из трех каналов аналогичен, поэтому рассмотрим работу первого из них. При подаче управл ющего импульса Uyi на управл ющий электрод ключа 1 (тиристора ), последний вскрываетс . При этом ток i4,7, протека через колебательный контур, образованный конденсатором 4 и индуктивностью 7, вызывает зар д конденсатора до значени напр жени большего, чем напр жение источника питани (благодар индуктивности 7). При этом потенциал анода тиристора 1 становитс отрицательнее потенциала катода, и тиристор 1 запираетс обратным напр жением. Длительность этого процесса определ етс собственной частотой колебаний LC-контура (из конденсатора 4 и индуктивности 7), 1 /V L С . Ток Ц,7 измен етс при этом по синусоидальному закону, что приводит к малому уровню помехоизлучений.

На следующем интервале происходит разр д конденсатора 4 по цепи: дроссель 7, нагрузка 17, дроссель 15, диод 12, с большей посто нной времени, чем при его зар де . Выходной ток 1.17 представл ет собой сумму токов каждого из преобразующих каналов J4,7, i5,8, 1б,9При более высокой частоте управл ющих сигналов (фиг. 46) ток через нагрузку увеличиваетс , а напр жение на нагрузке может достигать значений, близких к значению напр жени конденсатора в конце интервала его зар да, а следовательно, может достигать значений, больших напр жени питани . Это свидетельствует о возможности расширени диапазона регулировани преобразовател по выходному

напр жению за счет увеличени верхней его границы.

При детальном рассмотрении процессов в предлагаемом ППН, часть тока, завис ща от величины добротности LC-контура, проходит через нагрузку 17 и на интервале зар да конденсатора 4. Поэтому приведенные на фиг. 4 временные диаграммы отражают принцип работы ППН лишь в

упрощенном виде, более удобном дл понимани функционировани устройства, не нанос ущерб существу процессов. Форму л а изо бретен и 1. Преобразователь посто нного напр жени в регулируемое посто нное, содержащий m подключенных между шинами питани зар дных цепочек, состо щих из последовательно соединенных конденсаторов и управл емых ключей, m

разр дных вентилей, установленных в разр дных цеп х между точками соединени упом нутых конденсаторов и управл емых ключей и одним из выходных выводов дл подключени нагрузки, другой из которых

вл етс общим, а также индуктивные элементы , включенные во входную и выходную цепи, и блок управлени ключами, о т- личающийс тем, что, с целью расширени области использовани путем

увеличени диапазона регулировани при пониженном уровне пульсаций выходного тока, в нем использовано 2т указанных индуктивных элемента, m из которых установлены в зар дных, a m - в разр дных цеп х,

m разр дных вентилей выполнены неуправл емыми , упом нутый блок управлени выполнен в виде m-фазного модул тора скважности, включающего в себ последовательно соединенные частотно-управл емый задатчик частоты и т-разр дный регистр сдвига, каждый из m выходов которого соединен с управл ющим входом одного из m указанных ключей.
2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а - ю щ и и с тем, что в качестве управл емых ключей установлены тиристоры.