SU864468A1 - Преобразователь посто нного напр жени в переменное - Google Patents

Description

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

; .

Изобретение относитс  к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых втЪричных источниках питани  с синусоидсшьным выходным напр жением..

Известны автономные инверторы с амплитудно-импульсной модул цией кривой выходного напр жени . Инвертор . позвол ет формировать ступенчатую кривую с нулевой полкой Ц.

Однако, только применительно к чисто активной нагрузке, работа его на RL-нагрузку сопровождаетс  вырождением нулевой полки, и, следовательно , искажением гармонического состава напр жени  на нагрузке и зависимостью от параметр ов нагрузки.

Известен преобразователь посто нного напр жени  в переменное, в которс применена группа управл емых вентилей, обратного тока, включенных встречно по отношению к на:пр жению источника питани , которую коммутируют синхронно с группой вентилей пр мого тока. Это обеспечивает обмен реактивной энергией между нагрузкой и питающей сетью, при этом форма кривой выходного напр жени  такого инвертора не зависит от нагрузки 2.

Недостатком такого преобразовател   вл етс  больша  установленна  мощность трансформатора, ак как он работает на частоте выходного напр жени .

Известна также более перспективна схема Салтерса, в которой к первичной обмотке трайсформатора подсоединены параллельный инвертор, а три

вторичных обмотки трансформатора

подключаютс  в соответствукхцей последовательности к нагрузке с помсицью тиристоров. В данном случае трансформатор работает на более высокой чаIS стоте по сравнению свыходной, что позвол ет использовать трансформатор с меньшими весом и габаритами 3. Однако схема Салтерса не позвол ет производить независимое от параметров нагрузки амплитудно-импульсное регулирование напр жени  на нагрузке , что значительно сужает область ее применени .

Известен автономный инвертор, силова  сЛема и система управлени  которого использованы в качестве прототипа дл  силовой части и системы управлени  предлагаемого инвертора. Он соде1«ит однофазный мостовой инвертор d повентильной коммутацией.

к выходу которого подключен трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, каждый из промежуточных выводов которой соединен с выходными зажимами преобразовател  через пары встречно-параллельно включенных тиристоров, и имеет датчик тока в силовой цепи. Устройство дл  управлени  инвертором содержит четыре дополнительных схемы совпадени , управл емые от  чеек регистра сдвига, от регул тора длительности импульсов а также от датчиков тока. Независимость выходного напр жени  от параметров нагрузки достигаетс  тем, что в момент времени, когда из-за активно-индуктивного характера нагруки задерживаетс  выключение какоголибо тиристора коммутатора, схема управлени  вырабатывает импульс на включение следунмдего тиристора коммутатора , который выключает предыдущий тиристор и создает другой путь току самоиндукции нагрузки 4 .

Недостатком данной схемы инвертора  вл етс  то, что расширение диапазона работы на активно-индуктивную нагрузку достигаетс  за счет обратных св зей силовых цепей инвертора с системой управлени . Это увеличивает сложность системы управлени  и снижает надежность работы устройства в целом. Ухудшаетс  помехозащищенность из-за св зи системы управлени  с током нагрузки.

Цель изобретени  - повышение функциона1{ ной надежности преобразовател . I

Указанна  цель достигаетс  тем,

что в преобразователе посто нного напр жени  в переменное с амплитудноимпульсной модул цией выходного напр .ржени , содержащем однофазный инвертор напр жени , выходом подключеченный к первичной обмотке трансформатора , вторична  обмотка которого выполнена с отводами, причем один промежуточный отвод св зан с первым выходным выводом преобразовател , остальные промежуточные вцводы вториной обмотки и ее концы через встречно-парсшлельно включенные тиристоры коммутатора св заны со вторым выходным выводом преобразовател , тиристорный блок принудительной коммутации , выходные выводы которого св заны «ерез разделительные вентили с силовыми электродами тиристоров коммутач ора , блок управлени , выполненный виде последовательно св занных между собой задающего генератора , регул тора длительности импульсов , п-канального распределител  импульсов , логического и усилительноразв зывающего узлов управлени  тиристорами коммутатора и тиристорами блока принудительной коммутации, а также св занной с задающим генераTopcw длительности импульсов схемы

управлени  тиристорами инвертора; выводы блока принудительной коммутации подключены к точкам соединени  анодов и к точкам соединени  катодов двух из трех пар введенных разделительных вентилей, разноименные электроды разных пар разделительных вентилей соединены между собой через дополнительно введенные коммутирующие дроссели, средние точки обмоток которых образуют выходные выводы преобразовател , причем обмотка одного из коммутирующих дросселей шунтирована третьей парой последовательно соединенных разделительных вентилей , точка соединени  которых подключена к упом нутому одному промежуточному отводу вторичной обмотки трансформатора, а к концам обмоток второго.коммутирующего дроссел  подключены соответственно точки объединени  анодов тиристоров коммутатора

Кроме того, преобразователь, при необходимости получени  трехступенчатого выходного напр жени , снабжен элементом задержки, логическими элементами И, ИЛИ, а п-канальный распределитель импульсов выполнен с числом каналов, равным 10-ти, причем вход элемента задержки соединен со входом распределител  импульсов, а его выход подключен к логическому узлу и к первому входу логического элемента И, выход которого св зан через усилительно-разв зывающий каскад с тиристором блока принудительной коммутации, ко второму входу логического элемента И подключен выход логического элемента ИЛИ, входы которого соединены со вторым, третьим , седьмым каналами распределител  импульсов.

На фиг. 1 и 2 изображены соответственно схемы силовой части преобразовател  посто нного напр жени  в переменное и блока управлени ; на фиг. 3 приведены временные диаграммы работы устройства.

Силова  схема преобразовател  (см. фиг. 1) содержит подключенный к зажимам источника 1, 2 питани  инвертор 3, в качестве которого с целью расширени  диапазона регулировани  выходного напр жени , а также с целью унификации используемых в инверторе цепей принудительной коммутации тиристоров применен однофазный тиристорный мостовой инвертор, содержащий тиристорный мост, собранный на тиристорах 4-7, кажда  фаза тиристорного моста (4,5 и 6,7) подклчена к источнику питани  через коммутирующие дроссели 8 и 9, каждый из которых состоит из двух обмоток, при этом одна обмотка соедин ет тиристор анодной группы (тиристоры 4 и 6) с положительным выводом источника 1 питани , а друга  обмотка соедин ет тиристор катодной группы ( тиристоры 5 и 7) с отрицательньм выводом источника 2 питани . Одна и обмоток каждого из коммутирующих дросселей имеет промежуточный-вывод к которому через коммутирующий тири стор 10 (11) , шунтированный обратно включенным диодом 12 (13), подключен коммутирующий конденсатор 14 (1 соединенный одной обкладкой с отрицательным 2 (положительным 1) выводом источника питани , а другой обкладкой через вспомогательный дроссель 16 (17) и диод 18 (19) соединен с положительным 1 (отрицательным 2) выводом источника питани . Пареллельно тиристорному мосту подключен диодный мост обратного тока, собранный на диодах 20-23.. к выходу инвертора подключена первична  обмотка 24 трансформатора 25, к про межуточным отводам вторичной обмотки которой подключены три пары тиристоров коммутатора 26-27, 28-29, 30-31 Катоды тиристоров 26,28,30 объединены в общую точку и присоединены к одному из концов обмотки коммутирующего дроссел  32, а аноды тиристоров 27,29,31 объединены в общуюточку и подсоединены ко второму концу обмотки коммутирующего дроссел  32. Средние точки обмоток коммутирукидих дросселей 32 и 33 образуют выходные выводы преобразовател , к которым подключена нагрузка 34. Нулевой вывод вторичной обмотки трансформатора 25 подсоединен к общей точке последовательно согласно соединенных разделительных вентилей 35 и 36, другие концы которых соединены с кон цами обмотки коммутирующего дроссел  33. К верхним по схеме выводам дросселей 33 и 32 подсоединены аноды первой пары разделительных вентилей 37,38, ,катоды которых соединены с одним из выходных выводов блока принудительной коммутации. Нижние по сх ме выводы дросселей соединены с катодами второй пары разделительных вентилей 39,40,аноды которых соединены со вторым выводом блока принудительной коммутации 41 (см. фиг. 1) включающий в себ  тиристор 42, комму тирующий конденсатор 43 с параллельно ему подключенной цепочкой из вспо могательного дроссел  44 и диода 45 и второй цепочки из вспомогательного дроссел  46 и отсекающего диода 47, один конец которой одсоединен к пол жительному выводу источника питани  1, а другой конец подсоединен к верх ней обкладке конденсатора 43. Нижн   обкладка конденсатора 43 при этом подключена к отрицательному выводу источника питани  2. Блок управлени  преобразовател  содержит последовательно включенные задёиощий генератор 48, первый элемен задержки 49, регул тор длительности импульсов 50, второй элемент задержки 51, п-канальный распределитель импульсов 52, логический узел 53, СОСТОЯЩИЙ из дес ти схем совпадени  54-63, также св занную с задающим генератором 48 и регул тором длительности импульсов схему управлени  инвертором 64, а также св занные со вторым элементом задержки 65, логический элемент И 66 и логический элемент ИЛИ 67. Сумма управлени  инвертором состоит из двух триггеров 68, (69, с общим счетным входом и четырех схем совпадени  0-73. Сигналы, следующие в цепи управлени  силовыми тиристорами , проход т через усилительно-разв зывающие узлы (показаны ) . Кроме того, в схемах совпадени  54-63, 70-73 вторые нижние входы (фиг. 2)  вл ютс  инверсными. силова  схема инвертора работает следующим образом. . Блок управлени  формирует на выходах схем сов падени  70-73 импульсы .управлени (см.фиг.3 ж,з,и,к),следующие на силовые тиристоры инвертора 3. Инвертор на первичной обмотке 24 .трансформатора 25 формирует двухпол рные импульсы напр жении регулируемой длительности 424(см. с, где указан пор док включени  тиристоров ). Больша  глубина регулироваак  ширины импульсов на выходе предварительного инвертора достигаетс  за счет принудительной пофазной коммутации тиристоров тиристорного моста. Принудительна  коммутаци  тиристоров 4,5 осуществл етс  включением коммутирующего тиристора 10, через который конденсатор 14 разр жаетс  на нижнюю (по схеме) часть обмотки дроссел  8. Возникающий при этом импульс напр жени  на всей обмотке превьоаает напр жение источника питани , что приводит к выключению тиристора 5. Импульс напр жени , возникающий на второй обмотке дроссел , приводит к выключению тиристора 4. Аналогично включением тиристора 11 осуществл етс  принудительное выключение тиристоров 6,7 другой фазы тиристорного моста, в котором.участвуют конденсатор 15 и дроссель 9. Через диоды 12 и 13 осуществл етс  дерезар д конденсаторов 14 до исходной пол рности. Через цепочки 16, 18, 17, 19 осуществл е.с  дозар д конденсаторов 14,15 до напр жени  источника питани . Следует отметить, что во врем  формировани  нулевых напр жений на выходе инвертора попеременно включены (см. фиг. 3 с) либо анодна  пара тиристоров 4,6, либо катодна  пара тиристоров 5,7 инвертора , тем caivBaiM осуществл етс  закорачивание с помощью тиристоров и диодов моста обратного тока 20-23 первичной обмотки трансформатора независимо от направлени  тока в

цепи нагрузки. Энерги , запасенна  в нагрузке, рассеиваетс  в самой нагрузке.

Непосредственное формирование ступенчатого напр жени  на нагрузке (см. фиг. 3 т) осуществл етс  с помощью тиристорного коммутатора, собранного на тиристорах 26-31. При этом дл  достижени  независимого от параметров нагрузки амплитудно-импульсного регулировани  напр жени  применена принудительна  коммутаци  тиристоров 26-31 в первой половине каждого полупериода выходного напр жени , когда возможно искажение выходного напр жени  и срыв работы тиристорного коммутатора. Принудительное выключение тиристоров 26-31 происходит в момент формировани  предварительным инвертором нулевого напр жени  (см. фиг. 3 р, где приведены импульсы управлени , формируемые элементом 66, следующие на тиристор 42 коммутационной схемы), тем самым исключаетс  противо-ЭДС источника питани  в процессе принудительного восстановлени  управл ющих свойств тиристоров коммутатора.В MOмент коммутации (фиг. 1) напр жение конденсатора 43 через коммутирующий тиристор 42 и разделительные вентили -37-40 подаетс  на коммутирующие дроссели в такой пол рности, что уменьшает ток нагрузки, При этом все тиристоры коммутатора последовательными парами 26-27, 28-29, 3031 оказываютс  подключенными к напр жению на конденсаторе 43 в пол рности , обеспечивающей их выключение. После выключени  тиристоров 26-31 ток самоиндукции нагрузки замыкаетс  на конденсатор блока принудительHc l коммутации. В этом случае разделительные вентили 37-40 выполн ют роль выпр мительного моста, т.е. принудительна  коммутаци  тиристоров коммутатора может производитьс  при любом направлении тока нагрузки и всегда будет путь дл  замыкани  тока нагрузки на конденсатор 43. Через врем  восстановлени  тиристоров коммутатора , что определ етс  длительностью импульса, формируемого третьим элементом 51 задержки блока управлени , импульсы управлени  поступают на следующую пару тиристоров, через KOTOE je и замыкаетс  ток нагрузки по мере того, как осуществл етс  перезар д коммутирующего конденсатора 43 коммз тационной схемы до противоположной пол рности. После чего тиристор 42 восстанавливает свои управл ющие свойства, а конденсатор 43 перезар жаетс  до исходной пол рности через вспомогательный дроссель 44 и диод 45. Во врем  формировани  второй половины каждой полуволны ступенчатого напр жени  на нагрузке (см. фиг.З т) происходит естеств.енна  1 оммутаци 

тиристоров коммутатора, поэтому импульсы управлени  на тиристор коммутационной схемы не подаютс .

Блок управлени  (см. фиг. 2) работает следующим образом.

Задающий генератор 48, регулируемый по частоте, формирует последовательность импульсов (см. фиг. 3 а) котора  поступает на управление коммутирующим тиристором 10, на триггер 68 и на первый элемент задержки 49. Сигналы с пр мого и инверсного выходов триггера 68 поступают соответственно на пр мые входы схем совпадени  70 и 71, на инверсные входы которых поступает сигнал с первого элемента задержки. При этом задние фронты импульсов на выходе схем совпадени  70 и 71 формируютс  соответственно по заднему и по переднему фронту импульсов триггера 68, а передние фронты импульсов на выходах схем 70 и 71 совпадени  сдвинуты по времени соответственно от переднего и заднего фронтов импульсов триггера 68 на. врем  импульса элемента задержки 49(фиг. 2). Таким образом, тиристоры 4 и 5, цепи управлени  которых св заны с выходами 70 и 71, в любой момент времени не могут одновременно находитьс  в провод щем состо нии. Длительность задержки элемента 49 должна равн тьс  времени восстановлени  управл ющих свойств тиристоров. Сигнал с выхода элемента задержки 49 через регул тор длительности импульсов 50 поступает на цепь, управлени  коммутирующим тиристором 11 и схему управлени  тиристорами 6 и 7. Управление тиристорами 6, 7 осуществл етс  аналогично управлению тиристорами 4,5. С помощью регул тор длитбльности импульсов 50 осуществл етс  регулировка длительности импульсов напр жени  V на первичной обмотке трансформатора (сигналы на выходе элементов 68, 49, 50,51,69 приведены соответственно на фиг. 2 б,в,г,д,е).

Управление тиристорным коммутатором происходит следующим образом.

Claims (4)

1. Импульсы со второго элемента 51 задержки поступают на третий элемент 65 задержки и на распределитель импул сов , выходы которого св заны с прАмыми входами схем 54-63 совпадени , на инйерсные входы которых поступают импульсы с выхода элемента 65. Схема 54-63 совпадени  обеспечивает , согласно программ.е распределени , выработку импульсов включени  на тиристоры Коммутатора 26-31. С выхода второго, третьего, седьмого и восьмого каналов распределител  поступают импульсы на пр мые входы логического элемента ИЛИ 67, выход которого соединен с пр мым йходом логического элемента И 66 второй пр мой вход которого соединен с выходом элемента 65. В моменты, когда из-за активно-индуктивного характера нагрузки может произойти вырождение нулевой полки выходного-напр  жени , т.е. в конце первого, второг шестого и седьмого тактовых интерва лов , по переднему фронту импульса элемента задержки 65 на выходе логи ческого элемента И формируетс  импульс управлени  коммутирующим тиристором 42, включение которого при водит к принудительному выключению всех тиристоров коммутатора. Такое построение силовой схемы и блока управлени  преобразовател  применительно к трехступенчатому на пр жению можно распространить на Т1Ю бое число формируеьйлх ступеней напр жени  на нагрузке. Формула изобретени  1. Преобразователь посто нного напр жени  в переменное с амплитудно-импульсной модул цией выходного напр жени , содержащий однофазный и вертор напр жени , выходом подключе ный к первичной обмотке трансфоЕНиатора , вторична  обмотка которого выполнена с отводами, причем один промежуточный отвод св зан с первым выходным вьшодом преобразовател , остальные промежуточные отводы вторичной обмотки и ее концы через встречно-параллельно включенные тиристоры коммутатора св заны со вторы выходным выводом преобразовател , тиристорный блок принудительной коммутадии , выходные выводы которого св заны через разделительные вентили с силовыми электродами тиристоров коммутатора, блок управлени , выполненный в виде последовательно св зан ных собой задающего генератор регул тора длительности импульсов, логического и усилительно-разв зывающего узлов управлени  тиристорами коммутатора и тиристорами блока принудительной коммутации, а также св занной с задающим генератором и регул тором длительности импульсов схемы управлени  тиристорами инвертора , отличающийс  тем, что, с целью повышени  функциональной надежности преобразовател , выводы блока принудительной коммутации подключены к точкам соединени  анодов и к точкам соединени  катодов двух из трех пар, введенных разделительных вентилей, разноименные электроды разных пар разделительных вентилей соединены между собой через дополнительно введенные коммутирующие дроссели, средние точки обмоток которых образуют выходные выводы преобразовател , причем обмотка одного из коммутирующих дросселей шунтирована парой последовательно соединенных разделительных вентилей , точка соединени  которых подключена к упом нутому одному промежуточному отводу вторичной обмотки трансформатора, а к концс№ обмотки второго коммутирующего дроссел  подключены , соответственно/ точки объединени  катодов и точки объединени  .анодов тиристоров коммутатора. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что при необходимости получени  трехступенчатого выходного напр жени , он снабжен элементом згщержки, логическими элементами И, ИЛИ, а п-канальный распределитель импульсов выполнен с числом каналов, равным дес ти, причем вход элемента задержки соединен со входом распределител  импульсов, а его выход подключен к логическому узлу и к первому входу логического элемента И, выход которого св зан через {/силительно-разв эывающий каскад с тиристором блока принудитель- |Ной коммутации, ко второму входу ло1гического элемента И подключен выход логического элемента ИЛИ, входы которого соединены со в-юрым, третьим, седьмым и восьмым каналами распределител  импульсов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 276234, кл. Н 02.М 7/48, 1969.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 285509, кл. Н 02 М 7/52, 1969.
3. 3.Патент франции № 1281153, кл. Н 02 М 7/52, 1970.
4. 4.Авторское свидетельство СССР 517133, кл. Н 02 Р 13/18, 1977.

   0

   52

   ШТШ

   У

   ft 30 SI фиеЗ