SU1746496A1 - Стабилизированный преобразователь посто нного напр жени в посто нное - Google Patents

Abstract

Использование1 в электротехнике дл  преобразовани  посто нного напр жени  в посто нное стабильной величины. Сущность изобретени : устройство содержит автономный инвертор на тиристорах 1 - 8 с выходным тр-ром 9, вторична  обмотка которого через выпр митель на диодах 10-13 и емкостный фильтр 14 соединена с выходными выводами преобразовател . Каждый

Description

ю

с

VI

N

Оч

Ь. Ю О

диод выпр мител  зашунтирован соответствующим транзистором 15 - 18, Устр-во содержит также блок управлени  инвертором с формирователем 21 импульсов тока, к выходам которого через блок 22 гальванической разв зки подключены управл ющие входы тиристоров 1 - 6 инвертора, В преобИзобретение относитс  к области электротехники и предназначено дл  преобразовани  посто нного напр жени  в посто нное стабильной величины.

Известны тиристорные преобразователи со стабилизацией напр жени  на выходе , в которых стабильность напр жени  на нагрузке обеспечиваетс  автоматическим изменением частоты импульсов напр жени  на выходе инвертора при изменении напр жени  на входе или тока нагрузки. Такие преобразователи содержат автономный инвертор напр жени , выполненный по схеме со встречными диодами и самокоммутацией тока тиристоров исследова- тельным колебательным контуром, и неуправл емый выпр митель. Дл  автоматического изменени  частоты импульсов напр жени  на выходе инвертора в системе управлени  предусмотрен операционный усилитель, источник опорного напр жени  и регул тор частоты.

Однако такой преобразователь обладает существенным недостатком, заключающимс  в том, что дл  обеспечени  четкой коммутации тока тиристорами инвертора необходимо мощность колебательного контура коммутации определ ть по минимальному напр жению на входе преобразовател .

Мощность контура коммутации значительно сокращаетс  при выполнении преобразовател  напр жени , в котором выход инвертора соединен через конденсатор с входом выпр мител , а дл  стабилизации напр жений на входе инвертора и выходе преобразовател  в него введены тиристор- ный вольтодобавочный блок, вход которого через трансформатор св зан с выходом инвертора , а выход - последовательно с источником питани  в цепь входа инвертора. При этом управление ВДУ осуществл етс  дополнительным блоком управлени  с фазос- двигающим узлом, выходы которого соединены с управл ющими переходами соответствующих тиристоров выпр мител , а вход св зан с выходом операционного

разователь введены коммутатор с блоком 25 гальванической разв зки, дешифратор 26, аналого-цифровой преобразователь 27, операционный усилитель 28. демпфирующа  RC-цепочка, включающа  конденсатор 29. резистор 30 и импульсный трансформатор 31.3 ил.

усилител , инвертирующий вход которого соединен .с выходом выпр мител  преобразовател , а неинвертирующий вход - с выходом источника опорного напр жени .

Наличие указанного конденсатора при определенном значении емкости обеспечивает синусоидальную форму импульсов тока нагрузки через вентили инвертора и благодар  этому позвол ет значительно уменьшить мощность оборудовани  контура коммутации тока. При этом ВДУ обеспечивает стабилизацию напр жени  на входе инвертора и выходе преобразовател  и благодар  этому сохран етс  заданна  величина амплитуды импульса тока контура коммутации и обеспечиваетс  стабильность напр жени  на выходе и устойчивость работы инвертора.

Однако при установленной ГОСТ дл 

железнодорожного транспорта глубине изменени  напр жени  в т говой сети установленна  мощность оборудовани  контура коммутации в соответствии с выражением

25

SK уст РнО-Нмакс/ UIMHH - 1)

составл ет 0,82 от номинальной мощности преобразовател  и существенно ухудшает массогабаритные и экономические показатели преобразовател . Кроме того, в ВДУ такого преобразовател  приходитс  вводить LC-фильтр переменной составл ющей напр жени . Наличие ВДУ существенно усложн ет схему.

Известны схемы преобразователей посто нного напр жени  в посто нное, выполненные на основе автономного инвертора напр жени  на тиристорах без встречных диодов, в которых диоды выходного выпр мител  зашунтированы транзисторами встречной по отношению к диодам проводимостью, базоэмиттерные переходы. которых подключены к выходу генератора пр моугольных импульсов тока, вход управлени  которого св зан с фазосдвигающим устройством блока управлени . При этом отпирание транзистора обеспечивает подачу запирающего импульса напр жени  в цепь тиристора инвертора в момент времени , определ емый фазосдвигающим устройством . Однако такой инвертор не обеспечивает стабилизации напр жени , а введение в преобразователь вольтодоба- вочного устройства нарушает коммутацию тиристоров из-за по влени  дополнительной нагрузочной составл ющей тока пр моугольной формы.

Цель изобретени  - повышение КПД и стабилизаци  напр жени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что стабилизированный преобразователь посто нного напр жени  в посто нное, содержащий подключенный к входным выводам через LC-фильтр автономный тиристорный инвертор, выполненный однотактным или мостовым, с выходным трансформатором, вторична  обмотка которого через выпр митель , выполненный в виде одного диода или диодного моста, и емкостный фильтр соединена с выходными выводами преобразовател , причем каждый диод выпр мител  зашунтирован соответствующим транзистором, базоэмиттерный переход которого подключен к генератору пр моуголь- ных импульсов тока, а также блок управлени  инвертором, включающий в себ  формирователь импульсов тока, дополнен коммутатором с блоком гальванической разв зки, дешифратором, аналого-цифровым преобразователем, операционным усилителем , демпфирующей RC-цепью и импульсным трансформатором, первична  обмотка которого соединена последовательно с указанной RC-цепью и подключена совместно с ней параллельно одному диоду выпр мител  или в диагональ переменного тока диодного моста, а вторична  обмотка соединена с входом запуска генератора пр моугольных импульсов тока и в нем параллельно одному тиристору однотактного инвертора или паре тиристоров инвертора подключено п параллельных цепей, состо щих кажда  из одного или соответственно двух введенных дополнительных тиристоров , соединенных с отпайками первичной обмотки выходного трансформатора, а управл ющие переходы основных и дополнительных тиристоров соединены с выходами формировател  импульсов тока через блок гальванической разв зки и коммутатор, управл ющие входы которого соединены с выходами дешифратора, подключенного информационными входами к выходам аналого-цифрового преобразовател , вход которого соединен с выходом операционного усилител , подключенного инвертирующим входом через введенный делитель напр жени  к выходным выводам преобразовател , 50 а неинвертирующим входом - к выходу источника опорного напр жени .

На фиг. 1 и 2 приведены мостовой двухтактный и однотактный варианты выполнени  стабилизированного преобразовател  5 посто нного напр жени  в посто нное; на фиг. 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу преобразовател .

Двухтактный вариант стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени  в посто нное (фиг. 1) содержит автономный тиристорный инвертор, выполненный по мостовой схеме на тиристорах 1 - 8 с выходным трансформатором 9, вторична  обмотка которого через выпр митель, 5 выполненный в виде диодного моста на диодах 10- 13 и емкостный фильтр 14 соединена с выходными выводами преобразовател . При этом каждый диод выпр мител  зашунтирован соответствующим транзи- 0 стором 15 - 18, базоэмиттерный переход каждого из которых подключен к выходу генератора 19 пр моугольных импульсов тока через блок 20 гальванической разв зки. Преобразователь содержит также блок уп5 равлени  инвертором с формирователем 21 импульсов тока, к выходам которого через блок 22 гальванической разв зки подключены управл ющие подходы тиристоров 1 - 6 автономного инвертора. Входные выводы

0 автономного тиристорного инвертора через LC-фильтры 23 и 24 подключены к входным выводам преобразовател .

Дл  повышени  КПД и стабилизации на- пр жени  в состав преобразовател  введе5 ны коммутатор с блоком 25 гальванической разв зки, дешифратор 26, аналого-цифровой преобразователь 27, операционный усилитель 28, демпфирующа  RC-цепочка, включающа  конденсатор 29 и резистор 30,

0 и импульсный трансформатор 31, первична  обмотка которого соединена последовательно с указанной RC-цепочкой и подклю- чена в диагональ переменного тока диодного моста выпр мител , а вторична 

5 обмотка импульсного трансформатора соединена с входом запуска генератора 19 пр моугольных импульсов тока.

Параллельно паре тиристоров 2 и 3 мостового автономного инвертора подключе0 но п параллельных цепей, состо щих, кажда  из двух из введенных дополнительно тиристоров 32 - 35, соединенных с отпайками первичной обмотки выходного трансформатора 9, а управл ющие переходы

5 основных тиристоров 7 и 8 и дополнительных 32 - 35 соединены с выходами формировател  21 импульсов тока блока управлени  через блок 25 гальванической

разв зки и коммутатор, управл ющие входы которого соединены с выходами дешифратора 26, подключенного информационными входами к выходам аналого-цифрового преобразовател  27, вход которого соединен с выходом операционного усилител  28, подключенного инвертирующим входом через делитель 36 к выходным выводам преобразовател , а неин ертирующим входом - к выходу источника 37 опорного напр жени .

Однотактный вариант выполнени  стабилизированного преобразовател  посто нного напр жени  а посто нное (фиг. 2) содержит автономный тиристорный инвертор на тиристорах 1 - 4 с выходным трансформатором 9, вторична  обмотка которого через выпр митель на диоде 10 и емкостный фильтр 14 соединена с выходными выводами преобразовател . При этом диод выпр мител  зашунтирован транзистором 15, базоэмиттерный переход которого подключен к выходу генератора 19 пр моугольных импульсов тока через блок 20 гальванической разв зки. Преобразователь содержит также блок управлени  инвертором, включающий формирователь 21 импульсов тока, к выходам которого через блок 22 гальванической разв зки подключены управл ющие переходы тиристоров 1-3 автономного инвертора . Входные выводы автономного ти- ристорного инвертора через LC-фильтры 23 и 24 подключены к входным выводам преобразовател .

Дл  повышени  КПД и стабилизации напр жени  на выходе в состав преобразовател  введены коммутатор с блоком 25 гальванической разв зки, дешифратор 26, аналого-цифровой преобразователь 27, операционный усилитель 28, демпфирующа  RC-цепочка, имеюща  конденсатор 29 и резистор 30, и импульсный трансформатор 31, первична  обмотка которого соединена последовательно с указанной RC-цепочкой и подключена к диоду 10 выпр мител , а вторична  обмотка трансформатора 31 соединена с входом запуска генератора 19 пр моугольных импульсов тока .

Параллельно тиристору 4 автономного инвертора подключено п параллельных цепей , состо  щих кажда  из тиристора, введенных дополнительно группы тиристоров 32 - 35, соединенных с отпайками первичной обмотки выходного трансформатора 9, а управл ющие переходы тиристора 4 и дополнительных тиристоров 32 - 35 соединены с выходом формировател  21 импульсов тока блока управлени  через блок 25 гальванической разв зки и коммутатор, управл ющие входы которого соединены с выходами дешифратора 26, подключенного информационными входами к выходам аналого-цифрового преобразовател  27, вход которого

соединен с выходом операционного усилител  28, подключенного инвертирующим входом через делитель 36 к выходным выводам преобразовател , а неинвертирующим входом - к выходу источника 37 опорного

напр жени .

Преобразователь, выполненный по мостовой схеме, работает следующим образом .

В исходном состо нии тиристоры 1 - 8

автономного инвертора, дополнительные тиристоры 32 - 35 и транзисторы 15-18 наход тс  в запертом состо нии. Конденсатор зар жен до напр жени  источника питани .

В момент времени ti импульс тока 1У1

(фиг. 3) с выхода формировател  21 блока управлени  поступает в цепи управл ющих переходов тиристоров 1, 2 и 7, 8 инвертора. Отпирание указанных тиристоров обеспечивает подключение первичной обмотки выходного трансформатора 9 к конденсатору фильтра 24. При этом в контуре, образованном вторичной обмоткой трансформатора 9, диодами 10 и 11 выпр мител  и конденсатором . протекает импульс тока 2 формой, близкой синусоидальной. В результате этого произойдет подзар д конденсатора и напр жение на нем Uc2 увеличитс  на величину AU2. При этом максимальное значение напр жени  на первичной обмотке трансформатора 9 становитс  большим напр жени  на конденсаторе. В момент времени tz ток становитс  равным 0 и происходит выключение тиристоров 1, 2, 7,

8. С некоторой задержкой относительно момента подхода .тока г к нулю, обусловленной временем обратного восстановлени  диодов 10 и 11, происходит выключение последних и в цепи демпфирующей RC-цепочки и первичной обмотки импульсного трансформатора 31 по вл етс  импульс тока з. В результате этого происходит запуск генератора 19 пр моугольных импульсов тока и через базу транзисторов 15 и 16 протекает импульс 14. Отпирание указанных транзисторов обеспечивает подачу обратного напр жени  AUV обр на аноды тиристоров автономного инвертора на врем , большее времени их выключени , и восстановление их запирающей способности. При этом напр жение на тиристорах Uvi после спада импульса тока 14 к нулю и запирани  транзисторов 15 и 16 в момент 1з резко увеличиваетс  и становитс  положительным.

В момент t4 на выходе формировател  21 блока управлени  по вл етс  импульс тока 1У2. При этом отпираютс  тиристоры 3, 4 и 5, б автономного инвертора и первична  обмотка выходного трансформатора 9 со сменой пол рности подключаетс  к конденсатору фильтра 24. Электромагнитные процессы при этом повтор ютс .

Формирование следующих импульсов тока lyi, ,1У2 обеспечивает поочередное отпи- рание тиристоров автономного инвертора В установившемс  режиме работы автономного инвертора обеспечиваетс  преобразование посто нного напр жени  в переменное формой, близкой пр моуголь- ной. Выпр митель на диодах 10- 13 обеспечивает получение на выходе преобразовател  посто нного напр жени  U0.

В случае изменени  напр жени  на выходе преобразовател  увеличиваетс  раз- ность напр жений на входах операционного усилител  28. При этом происходит увеличение напр жени  на выхо де усилител  и входе аналого-цифрового преобразовател  27 и на его выходах по вл етс  сочетание информационных сигналов, поступающих на информационные входы дешифратора 26. В результате этого на одном из выходов дешифратора, соответствующем величине напр жени  на входе анало- го-цифрового преобразовател  27, по вл етс  сигнал Лог. 1, который поступает на вход коммутатора 25 и обеспечивает подачу импульса тока управлени  iyi, iy в цепь управл ющих переходов одной из пар дополнительных тиристоров, подключение соответствующей отпайки первичной обмотки выходного трансформатора 9 и изменение его коэффициента трансформации и благодар  этому восстановление напр же- ни  на выходе преобразовател  на заданном уровне.

Поскольку изменение сочетани  информационных сигналов на входе дешифратора 26 наиболее веро тно в паузах между им- пульсами тока управлени  iyi, iya на выходах формировател  21 блока управлени , длительность которых составл ет 3 - 5% от периода формируемых инвертором импульсов напр жени  на выходе, то отпирание допол- нительных тиристоров и переключение отпаек первичной обмотки выходного трансформатора с большей веро тностью происходит в бестоковую паузу.

Claims (1)

1. is

j

4 Ј

Ј 7

7

« // Л

Ј

tt

Но

л

4 4

уг

I V

t,

П

Фиг.З