Тиристорный импульсный преобразователь постоянного напряжения
Iaaa oK но- те g н „
7е аеас,А
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советски к
Социапистичвскнк
Республик (и) 597053
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 130675 (21) 2144590 /07 (51) М. Кл.
Н 02 М 3/135 с присоединением заявки Ph
Г!йрдзр4тВши! Иевитбт
Феита Ивиивтрав COCA юв Aaaaa aaahyawaC а атирмтнз (23) Приоритет (53) УДК 621. 314. 13 (088.8) (43) Опубликовано oS.03.78.Бюллетень Эй 9 (45) Дата опубликования описания тЗ;02,.78 (72) Двторы
ИЗОбрЕтЕНИя Б.A. Багинский, Е.В. Ярославцев и Ю.П. Ярушкин
Томский ордена Октябрьской Революции и ордена
Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова
Pl) Заявитель (54) THPHCTOPHHH ИСПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины.
Известны тиристорные импульсные преобразователи постоянного напряжения, содержащие тиристорный ключ с узлом емкостной искусственной коммутации и индуктивно-емкостный сглаживающий фильтр (13,(23.
Известен также тиристорный импульсный преобразователь постояннж-сг напряжения, содержащий подключенные последовательно к входным .выводам силовой тиристор, дроссель фильтра с дополнительной обмоткой, конденсатор фильтра, шунтированный нагрузкой, а также обратный вентиль, присоединенный между одним из входных выводов и силовым тиристором, узел искусственной ко имутации, включающий в себя коммутирующий конденсатор и два вспомогательных тиристора(3) .
Целью изобретения является снижение массы и габаритов тиристорного импульсного преобразователя постоянного напряжения. Эта цель достигается тем, что концы дополнительной обмотки дросселя фильтра соединены через два последовательно включенных вспомогательных тиристора. межцу общеи точкой которых и среднеи точкой дополнительной обмотки дросселя фильтра включен коммутирующий конденсатор. Кроме того, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения между выводами сило10 вого тиристора и обратного вентиля включен дроссель насыщения. С этой же целью дополнительная обмотка цросселя фильтра снабжена симметричными относительно средней точки выводами, к которым присоединены диоды, образующие группы, причем общие точки групп диодов подключены к электродам вспомогательных тиристоров.
Принципиальные схемы тиристорного яО импульсного преобразователя постоянного иапрялсекня представлены на.. фиг. 1-3 а диаграммы переходных процессов на фиг. 4-6.
К выводам источника питания 1 тихб ристорнаго импульсного преобразователя постоянного напряжения последовательно подключены силовой тиристор 2, дроссель 3 фильтра с дополнительной обмоткой и конденсатор 4
30 Фильтра, шунтированный нагрузкой 5.
597053,Между одним из входных выводов и силовым тиристором присоединен обратный вентиль 6, концы дополнительной обмотки дросселя 3 фильтра соединены через два последовательно 5 включенных вспомогательных тиристора 7, 8, а между общей точкой вспомогательных тиристоров 7, 8 и средней точкой дополнительной обмотки дросселя 3 фильтра включен коммутирующий конденсатор 9. В тиристорном импульсном преобразователе (фиг.2) для расширения диапазона регулирования выходного напряжения между выводами силового тиристора и обратного вентиля б включен дроссель насыщения 10 ° (ля расширения диапазона регулирования выходного напряжения дополнительная обмотка дросселя 3 фильтра снабжена выводами, симметрично относительно средней точки (фиг.3)»
К выводам дополнительной обмотки дросселя 3 фильтра, симметричным относительно средней точки, подключены диоды 11, 1.2 и 13, 14. Общие 25 точки диодов 11, 12 и 13, 14 подключены соответственно к вспомогательным тиристорам 7 и 8.
При рассмотрении работы преобразователя будем полагать, что источ- 3(} ник питания является источником на° пряжения, вентили и дроссель насыщения идеальны, потери в элементах оТсутствуют. Кроме того, считаем, что выходное напряжение постоянно, а магнитный поток дросселя фильтра, работающего в режиме непрерывных токов, не изменяется за время коммутации силового тиристора.
Устройство, изображенное на
40 фиг.1, работает следующим образом.
В исходном состоянии до момента времени С (фиг.4) силовой тирйстор 2 закрыт и находится под прямым напряжением, равным напряжению источника питания E. Коммутирующий конденсатор 9 заряжен до напряжения U9 с полярностью, укаэанной на фиг.1 без скобок. Ток дросселя 3 фильтра замыкается через нагрузку 5 и обратный вентиль б.
При включении силового тиристора 2 в момент времени 1 согласно (фиг.4) обратный вентиль б запирается, а ток дросселя 3 фильтра замыкается через силовой тиристор 2 и 55 источник питания 1, энергия которого поступает в нагрузку.
Для выключения силового тиристора 2 в момент времени 11 подаются запускающие импульсы на вспомогатель-. 80 ный тиристор 7 ° Тиристор 7, находящийся под прямым напряжением, включается, и напряжение коммутирующего конденсатора 9 прикладывается к обмотке Ж" дросселя 3. Это напряжение
Ъ трансфоомируется в первичную обмотку с полярностью, укаэанной на фиг.1 без скобок. К силовому тиристору 2 прикладывается обратное напряжение, и он
Р запирается. Ток из обмотки Af дросII селя перехватывается в обмотку W> и коммутирующий конденсатор 9 через, вспомогательный тиристор 7 переэаряжается (интервал t z — t> ).
При достижении напряжения Ua на конденсаторе 9 величины где U> — напряжение на нагруз н ке 5, — коэфФициент трансфор I
Ь мацки между обмотка- . ми дросселя 3 фильтра.
Открывается обратный вентиль б, ток перехватывается в первичную обмотку М, вспомогательный тиристар 7 запирается, и процесс перезаряда коммутирующего конденсатора 9 заканчивается (момент времени 12 согласно фиг.4). При этом полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе 9 противоположна первоначальной (показана в скобках на фиг.1).
В следующем цикле работы в момент времени ф включается силовой тиристор 2. В момент времени (1 включается вспомогательный тиристор 8, и напряжение коммутирующего конценсаII тора 9 прикладывается к обмотке ЪК
Силовой тиристор 2 запирается, а коммутирующий конденсатор 9 перезаряжается через тиристор 8 и обмотку 97> приобретая исходную полярность напряжения.
В дальнейшем описанные процессы повторяются.
Первоначальный заряд коммутирующего конденсатора может быть осуществлен с помощью резистора большой величины, подключенного между плюсом источника питания и средней точкой дополнительной обмотки дросселя 3.
Так как амплитуда обратного на пряжения, прикладываемого к силовому тиристору 2, равна
2 аб 5 „, ) E 2Пз "Е» (2) () 9т то преобразователь по фиг.1 работоспособен при условии, если Ug ОуУE „
Более широким диапазоном регулирования выходного напряжения обладают преобразователи, схемы которых изображены на фиг. 2, 3 °
Особенность работы преобразователя согласно фиг. 2 заключается в том, что дроссель насыщения .10 затягивает процесс переэаряда коммутирующего конденсатора. Поэтому ток из вторичных обмоток Ж перехватывается в первичную обмотку W когана напряже597053 ние на коммутирующем конденсаторе 9 достигает в момент времени С2согласно фиг. 5 величины
U9 USE)щ) (Ь ), 5 где 1)1р †. напряжение дросселя 10 в момент его насыщения.
Амплитуда обратного напряжения, прикладываемого в данной схеме к силовому тиристору, равна г,5 HJ5+Qщ-Е (4)
Для размагничивания дросселя насыщения 10 дроссель фильтра 3 присоединен к его отводу. В заданном уст.— ройстве напряжение, до которого заряжается коммутирующий конденсатор 9, является функцией тока нагрузки.
Это повышает коммутационную устойчивость преобразователя в широком диапазоне изменения нагрузки. Недоетатком данного преобразователя является повышенное прямое напряжение, прикладываемое к закрытому силовому тиристору. 25 2 ш, Данный недостаток устраняется в устройстве, приведенном на фиг. 3.
Особенность работы этого устройства заключается в том, что в процессе перезаряда коммутирующего конденсатора 9 происходит коммутация тока во вторичных обмотках дросселя 3, вследствие чего амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе 9 увеличивается.
Действительно, при включении вспомогательных тиристоров, например 7,-напряжение коммутирующего 40 конденсатора 9 через циод 12 прикладывается к обмотке Жз . Диод 11 за.перт обратным напояжением с обмоткиМ . При переходе напряжения коммутирующего конденсатора 9 через нуль изменяется полярность. напряжения на обмотках, дросселя 3 (Фиг ° 6)к в результате чего диод 11 отпирается, а диод 12 запирается. Дальнейший перезаряд конденсатора осуществляет-
w ся через обе обмоткиМЗ и Ю5. После окончания процесса перезаряда напряжение на коммутирующем конденсаторе 9 равно
v, u,, 3 трансформации Амплитуда обратного напряжения на силовом тиристоре 2 в данном преобразователе равна 11 в )23лцу 5 и Выбирая соответствующую величину отношения коэффициентов трансформации и и и можно обеспечить необходимое обратное напряжение на силовом тиристоре при практически любом значении выходного напряжения. В рассмотренных преобразователях частота работы коммутирующего конденсатора 9 вдвое меньше частоты работы силового тиристора 2, а напряжение на коммутирующем конденсаторе 9 может быть выбрано оптимальным за сЧет выбора соответствующего коэффициента трансформации между обмотками дросселя 3 фильтра. Узел искусственной коммутации выполнен непосредственно на дроссель 3 фильтра, в нем отсутствуют дополнительные реактивные элементы, кроме коммутирующего конденсатора. Общая точка коммутирующего конденсатора 9 и вспомогательных тиристоров 7, 8 может не присоединяться к выводу источника питания. Формула изобретения 1. Тиристорный импульсный преьбразователь постоянного напряжения, содержащий подключенные последовательно к входным выводам силовой тиристор, дроссель фильтра с дополнительной обмоткой, со средней точкой конденсатор фильтра, шунтированный цепью нагрузки, а также обратный вентиль, присоединенный между одним из входных выводов и силовым тиристором, узел искусственной коммутации, включающий в себя коммутирующий конденсатор и два вспомогательных тиристора, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов, концы дополнительной обмотки дросселя фильтра соединены через два последовательно включенных вспомогательных тиристора, между общей точкой которых и средней точкой дополнительной обмотки присоединен коммутирующий конденсатор. 2. Преобразователь п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, между выводами силового тиристора и обратного вентиля включен дроссель насыщения. 3. Преобразователь по п.1 о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходног напряжения, дополнительная обмотка дросселя Фильтра снаожеа симметричньппи относительно средней точки выводами, к которым присоединены диоды, образующие группы, причем общие точки групп диодов подключены к соответствующим силовым электродам вспомогательных тиристоров. 597053 3иг. 2 "3(Рис. 3 fur. 4 и, u3l. и9 ФмТ Put. б Тираж 892 Подписное ЦНИИПИ Заказ 1186/56 Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Источники информации, принятые во, внимание при экспертизе: 1. Забродин Ю.С. Узлы принудитель- ной конденсаторной коммутации тиристоров. М., Энергия 1974. -) + (+)— + 3 2. Авторское свидетельство )3 233060, Н 02 М 3/10, 1967. 3. Авторское свидетельство СССР В 416683, Н 02 М 3/135, 1972.
