Преобразователь постоянного напряжения в постоянное
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях с регулированием величины тока на их выходе. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного тока в начальном интервале пуска до значений, больших номинального, и уменьшение потерь электроэнергии и стоимости оборудования. Устройство состоит из двух цепочек, подключенных к входному Г-образному LC-фильтру, каждая из которых состоит из силового тиристора 1 (2) и управляемого выпрямительного вентиля 3 (4). К точкам соединения тиристора 1 с вентилем 3 и тиристора 2 с вентилем 4 подключена обмотка автотрансформатора 5 и через дополнительные тиристоры 22, 23 - выходы генератора импульсов напряжения коммутации. Вывод 28 от средней точки обмотки автотрансформатора через реактор 6 соединен с нагрузкой 27, другим выводом соединенной с общим выводом. Обмотка автотрансформатора снабжена дополнительными отпайками, каждая из которых через дополнительный диод 24 (25) соединена с общим выводом. Блок управления 26 формирует импульсы управления тиристорами и выпрямительными вентилями, причем для последних формирование импульсов осуществляется после завершения начального интервала пуска преобразователя. Указанное выполнение устройства обеспечивает увеличение тока через нагрузку при неизменном уровне тока через тиристоры 1, 2 или 22, 23. Это обеспечивает устойчивую работу устройства при увеличении тока нагрузки без увеличения амплитуды импульса тока через колебательный контур 16-17. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЩПАЛИСТИЧЕСКИК
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
По ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4383479/24-07 (22) 29. 02. 88 (46) 3001.90. Бюл. 1- 4 (71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исслpäовятpJlüñêого института железнодорожного транспорта (72) Л.Г.1(ощеев (53) 62 1.314.1(088.8) (56) Берзиньш H. и др. Электропоезда постоянного тоня с импульсными пре образователями. И.: Транспорт, 1976, с. 280.
Скилибин 11. Развитие применения тиристоров для электрической тяги.
Новые электровозы серии Е20 Нациооб tPcTBR KPJtP3Hblx дорог
Бельгии. — >(еле зные дороги .мира, 19?6, " 8, с. 1-12.
Некрасов 8.И. и др. Применение тиристорно-импульсного регулирования на грузовых электровозах постоянного тока мощностью 8000-9000 кВт. — НТО/
/ЛИИЖТ. Jl., 1985, т. 2, с. 92.
„.SU„, ы зява А1 (51)5 Н 02 H 3/135
2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРБКЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть испрльзовано в преобразователях с регулированием величины тока ня их выходе. 1(ель изобретения — расширение диапазона ре гулировяния выходного тока в начальном HH Tppòçÿëp пуска до значений, больших номинального, и уменьшение потерь электроэнергии и стоимости оборудования. Устройство состоит из дB) X IIP11OHPK му Г-образному LC-фильтру, каждая из которых состоит из силового тиристора 1 (2) и управляемого вьшрямительного вентиля 3 (4) . К точкам соединения тиристоря 1 с вентилем 3 и тиристора 2 с вентилем 4 подключена обмотка автотрянсйормяторя 5 и через доло;мнительные тпристоры 22 и 23 выходы генератора импульсов напряжения коммутации. Вывод 28 от средней точки
1539922
1Î
30.
55 обмотки автотрансформатора через реактор 6 соединен с нагрузкой 27, другим выводом соединенной с общим выводом. Обмотка автотрансформатора снабжена дополнительными отпайками, каждая из которых через дополнительный диод 24 (25) соединена с общим выводом. Блок 26 управления формирует импульсы управления тиристорами и выпрямительными вентилями, причем для последних формирование импульсов
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях с регулированием величин тока на их выходе.
Цель изобретения — расширение диапазона регулирования выходного тока в начальном интервале пуска до значений> больших номинального, и уменьшение потерь электроэнергии и стоимости оборудования..
На фиг,1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы напряжений и токов в элементах преобразователя в начальном интервале пуска и установившемся режиме работы.
Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) содержит силовые (ключевые) тиристоры 1 и 2,. выпрямительные вентили (тиристоры) 3 и 4, автотрансформатор 5, сглаживающий реактор 6, генератор 7 импульсов напряжения коммутации, включающий автономный инвертор напряжения на тиристорах 8-11 с встречными диодами 12-15 и колебательный контур, содержащий реактор
16 и конденсатор 17, для коммутации, тока тиристоров инвертора, импульсный трансформатор 18,-вторичные об- . мотки 19 и 20 которого включены по следовательно в цепь выхода инвертора, образующую выходы генератора импульсов, я выводы первичной обмотки 21 соединены с выходными клеммами инвертора, дополнительные тиристоры 22 и 23, дополнительные диоды 24 и 25, соединенные с отпайками автотрансформатора 5, и блок 26 управления, формирующий импульсы тока управления в заданной временной последовательности для отпирания тиристоI ров преобразователя. Нагрузка 27 преобразователя присоединена к средосуществляется после завершения начального интервала пуска преобразователя. Указанное выполнение устройства обеспечивает увеличение тока через нагрузку при неизменном уровне тока через тиристоры 1 и 2 или 22 и 23.
Это обеспечивает устойчивую работу устройства при увеличении тока нагрузки беэ увеличения амплитуды импульса тока через колебательный контур 16-17, 3 ил ° ней точке 28 автотрансформатора 5 через реактор 6, а выходы генератора 7 импульсов напряжения коммутации соединены с выводами 29 н 30 преобразователя через дополнительные тиристоры 23 и 22.
Выходы блока 26 управления через блоки 31-38 гальванической развязки связаны с управляющими переходами соответственно тиристоров 1,2,8,9, 10,1 1,22,23,3 и 4. На входе преобразователя включен 1 -образный ЬСфильтр, содержащий реактор 39 и конденсатор 40.
Преобразователь работает следующим образом.
В а
В начальном интервале пуска преобразователя импульсы тока управления поступают в цепи управляющих переходов тиристоров 8,9 и 10,11 и с некоторой задержкой относительно импульсов напряжения коммутации в цепи управляющих переходов тиристоров 22 и 23.
После окончания начального интервала пуска тиристоры 8,9 и 22, а также 10,11 и 23 отпираются одновременно. При этом с некоторым опережением по отношению к импульсам напряжения коммутации, определяемым величиной апряжения на выходе или током нарузки, поступают импульсы тока управления в цепи управляющих переходов тиристоров 1 и 2 и в моменты выключения вентилей генератора импульсов коммутации в цепи управляющих переходов тиристоров 3 и 4 °, В начальный период пуска тиристоры 1,2 и 3,4 заперты и преобразование постоянного напряжения осуществляется автономным инвертором генератора импульсов напряжения коммута153992 ции и выпрямительными диодами 24 и 25.
В момент времени t, импульс тока поступает в цепи управляющих
5 переходов тиристоров 8 H 9 ° При этом на выходе инвертора и на первичной обмотке трансформатора 18 формируется прямоугольный импульс напряжения
U< положительной полярности (фиг.2). 10
Амплитуда этого импульса трансформатором 18увеличивается на 16-20#. Вмомент времени t импульс тока i> поЯ ступает в цепь управляюще го перехода тиристора 22, отпирание которого при- 15 водит к появлению импульса напряже< ния U< в контуре, образованном кон.денсатором 40, вторичной обмоткой трансформатора 18, тиристором 22, полуобмоткой автотрансформатора 5, ре- 20 актором 6 и нагрузкой 27. При этом через нагрузку протекает результирующий ток, обусловленный током в цепи указанного контура и током, наведенным во второй полуобмотке автотранс- 25 форматора 5. Через тиристоры 8 и 9
IIpoTpKBE т результирующии TQK ly7II нагрузки и контура коммутации. Поскольку амплитуда импульса тока к контура коммутации превышает макси- 30 мальное значение тока нагрузки более чем в 2 раза, то в момент времени ток через вентили инвертора меняет свое направление, и обратная полуволна тока протекает через диоды 12 и 13.
С этого момента вермени начинается процесс восстановления запирающих свойств тиристоров 8 и 9. Для обеспечения устойчивой работы преобразователя необходимо выполнение усло- 40 вия, при котором амплитуда импульса тока контура коммутации больше максимального значения тока нагрузки и длительность импульса тока через встречные диоды 12 и 13 больше време-
45 ни восстановления запирающих свойств тиристоров инвертора.
В момент времени t< ток через диоды 12 и 13 становится равным 0 и на вентилях 8,12 и 9,13 восстанавливает- 50 ся напряжение. При этом тиристоры 8 и .9 остаются в запертом состоянии.
После выключения диодов 12 и 13 ток нагрузки протекает по контуру, в который входят секция обмотки автотранс- 5 форматора 5, сглаживающий реактор б и нагрузка, В момент времени tg импульс тока поступает в цепи управляющих пеUI<=E К,, К 2f (T„-Т ); Ts« = -, напряжение источника питания; коэффициенты трансформации трансформаторов 5 и 18; частота инвертирования; длительность импульсов напряжения коммутации; время задержки отпирания до- полнительных тиристоров Ilo отношению к моментам отпигде ЕК„К2— рания тиристоров инвертора.
Ток через нагрузку i> благодаря большой индуктивности реактора 6 имеет пульсации пилообразной формы амплитудой 3-5Х.
После уменьшения времени задержки отпирания тиристоров 22 и 23 до нуля вводятся в работу силовые тиристоpbl 1 H 2, сами Тока l.
В момент Времени С< импульс тока
i< поступает в цепь управляющего перехода тиристора 1, отпирание которого вызывает протекание тока i no контуру, образованному конденсатором 40> тиристором 1, полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27. С этого момен а времени напряжение в нагрузочной цепи U5b В момент времени t импульс тока поступает в цепь управляющего пеу1 рехода тиристоров 8,9 и 22, отпирание которых приводит к увеличению напряжения Ug на величину напряжения на Вь<к вторичной обмотке трансформатора 18. В результате напряжение на аноде тиристора 1 становится отрицательным и он запирается. С этого момента времени начинается процесс восстановления его запирающих свойств, а ток на2 6 реходов тиристоров 10 и 11, отпирание которых приводит к появлению импульса напряжения U положительной полярности на выходе инвертора в точке Ь. Амплитуда этого импульса трансформатором 18 также увеличивается на 10-20Õ. .Далее при появлении импульса тока управления i< в цепи управляющего пеИ рехода тиристора 23 электромагнитные процессы в преобразователе протекаЮт аналогично описанным. В установившемся режиме работы преобразователя в начальном периоде пуска напряжение на его выходе определяется выражением >» 1539922 грузки протекает ио контуру, образованному конденсатором 40, тиристором 8, вторичной обмоткой трансформатора 18 тиристором 22, иопуобмоткой Ъ 5 автотрансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27, В момент времени ток через вентили 8 и 12 меняет направление и переходит с тиристора 8 в цепь диода 12. Таким образом, процесс коммутации тока через тиристоры 8 и 9 происходит аналогично описанному. В момент времени t< ток через диод 12 становится равным О. С этого момента времени, если завершился начальный интервал пуска, с выхода блока 26 управления поступает импульс тока в цепь управляющего пере хода тиристора 3, он отпирается и напряжение Uy B точке R становится равным падению напряжения на его аноде и нагрузочный ток протекает по контуру: тиристор 3, иолуобмотка автотрансформатора 5, реактор 6 и нагрузка 27, В начальном интервале иус- 25 ка тиристор 3 остается в запертом состоянии и ток нагрузки протекает через диод 24. В момент времени t импульс тока управления i> поступает в цепь управляющего перехода тиристора 2. его отпирание вызывает протекание тока нагрузки i ио контуру, образованному кондейсатором 40, тиристором 2, второй попуобмоткой автотрансформато35 ра 5, реактором 6 и нагрузкой 27. . С этого момента времени напряжение U снова становится равным наиряЬых жению на конденсаторе 40. В момент времени t импульс тока L поступает в цепь управляющих пе- Уг реходов тиристоров 10,11 и 23, отпирание которых приводит к увеличению напряжения U< в точке Ь на величину напряжения на вторичной обмотке трансформатора 18, и происходит запирание тиристора 2. С этого момента времени ток нагрузки протекает по контуру: конденсатор 40, тиристор 10, вторичная обмотка трансформатора 18, тиристор 23, вторая иопуобмотка автотраисформа„50 тора 5, реактор 7 и нагрузка 27. В момент времени с ток через диод 14 становится равным О, С этого момента времени с выхода .блока управления по-,, 55 ступает импульс тока в цепь управI, пяющего перехода тиристора 4, он от- пирается и напряжение U< в точке Ъ становится равным падению напряжения на его аноде и нагрузочный ток протекает ио контуру: тиристор 4, вторая попуобмотка трансформатора 5, реактор 6 и нагрузка 27. Далее электромагнитные процессы в преобразователе периодически повторяются. Напряжение на первичной .обмотке автотрансформатора U имеет прямоугольную форму со ступеньками, обусловленными импульсом напряжения коммутации U и паузой в работе тиристоров 1 и 2. Ток через нагрузку преобразователя г„ ири наличии в ее цепи большой нндуктивности в установившемся режиме его работы имеет пилообразную форму с длительностью спадающего интервала, равной паузе открытого состояния тиристоров 1 и 2. В результате того, что диоды 24 и 25 на схеме фиг. 1 катодами подключены к отпайкам автотрансформатора 5, в начальном интервале пускового режима тяговых двигателей транспортного средства отпирающие импульсы тока Hp подаются в цепи управляющих НрррУОдов тиристоров 3 и 4 и ток иагрузки с отпайки автотрансформатора протекает либо через диод 24, либо через диод 25, обеспечивая ири этом увеличение тока через нагрузку ири сохранении на прежнем уровне тока через тиристоры 1,2 ипи 22,23. Это позволяет обеспечить устойчивую работу . преобразователя ири больыем токе через нагрузку без увеличения «мппитуды импульса тока через копебательный контур 16-17. Формула и з обре т е н и я Преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения источника постоянного напряжения и нагрузки соответственно, Г-образный LC-фильтр, включенный между входным и общим выводами, подключенные к выходу фильтра две цепочки, каждая из которых состоит из встречно включенных силового тиристора и уцгавляемого выирямительного вентиля, а также вход генератора имиульcos коммутации силовых тиристоров, выходы которого через дополнительные тиристоры подключены к общиМ точкам соединения силовых тиристоров с выпрямительными вентилями 15 соответствующих указанных цепочек, автотрансформатор, фазные выводы обмотки которого подключены к соответствующим указанным общим точкам соединения силовых тиристоров с выпрямительными диодами, а ее вывод от средней точки через сглаживающий реактор подключен к выходному выводу, и блок управления, выходы которого через соответствующие блоки гальванической развязки соединены с управляющими входами силовых тиристоров и управляемых вентилей, о т л и— . ч а ю шийся тем, что, с целью .расширения диапазона регулирования 39922 1О выходного тока в начальном интервале пуска до значений, больших номинального, уменьшения потерь электро-, энергии и стоимости оборудования, обмотка автотрансформатора снабжена дополнительными отводами, расположенными по разные стороны от средней точки, кажный иэ которых через дополнительно введенный диод соединен с общим выводом, а блок управления выполнен обеспечивающим формирование импульсов управления для выпрямительных вентилей после завершения начального интервала пуска преобразователя. 1539922 Составитель Т.Добровольскис Техред М.Ходанич Корректор М.Кучерявая Редактор А.Огар с Подписное Тираж 486 Заказ 227 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1130 35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно=.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
