Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в мощных высоковольтных источниках электропитания с высокочастотным преобразованием параметров электроэнергии. 5Известны преобразователи постоянного напряжения, содержащие резонансный инвертор на тиристорах, выходной выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке силового трансформатора инвертора, и транзисторный коммутатор 13 п 2 .В данных преобразователях в режимах, близких к холостому ходу, а так,же в переходных режимах происходит нарушение нормальной работы, обусловленное срывом работы инвертора.Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий резонансный инвертор па тиристорах, выходной выпрямитель, подключенный к вторич О ной обмотке силового трансформатора, и обратный вЫпрямитель, подключенный к допопнительной обмотке силового трансформатора 3.Такое включение обратного выпрямителя позволяет расширить диапазон изменения тока нагрузки вплоть до режима холостого хода и улучшить характеристики преобразователя в пере" ходных режимах. Однако в мощных уст ройствах, в которых используется силовой трансформатор с большим сечением магнитопровода и обмоток с высоким витковым напряжением, оказывается практически невозможным получе- З 5 ние оптимального соотношения витков вспомогательной и первичной обмоток трансформатора. Применение силового трансформатора с неоптимальным соотношением числа витков обмоток приводит к существенному росту потерь и снижению КПД преобразователя. Кроме того, недостатком преобразователей является необходимость применения в них сложного многообмоточного силового трансформатора, причем чем выше мощность, напряжение и рабочая частота преобразователя, тем сложнее выполнить многообмоточный трансформатор.Наиболее близок к предлагаемому 50 по технической сущности и достигаемому результату преобразователь, содержащий резонансный инвертор на тиристорах, выходной выпрямитель, подключенный ко вторичной обмотке . 55 силового трансформатора инвертора, обратный выпрямитель и транзисторный коммутатор 4 .Недостатками известного преобразователя являются низкий КПД, обуслов О ленный трудностью получения оптимального соотношения витков в много- обмоточном силовом трансформаторе и необходимость применения сложного многообмоточного силового трансформатора. 65 Цель изобретения - повышение КПД путем .упрощения силового трансФорматораДля достижения укаэанной цели в преобразователь постоянного напряжения в постоянное, содержащий подключенный к входным выводам резонансный инвертор на тиристорах с силовым трансформатором, вторичная обмотка которого соединена с выходным выпрямителем, обратный выпрямитель, подключенный к входным выводам, и транзисторный коммутатор, введен вспомогательный трансформатор, первичная обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке силового трансформатора инвертора, а вторичная - к выводам переменного тока обратного выпрямителя.Кроме того, транзисторный коммутатор подключен к дополнительной обмотке вспомогательного трансформатора.На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя (мостовой вариант ).,Преобразователь содержит источник 1 постоянного напрякения, мостовой инвертор на тиристорах 2-5, последовательный резонансный контур, состоящий иэ дросселя б и конденсатора 7, выходной выпрямитель 8, силовой трансформатор 9, первичная обмотка которого подключена к выхо" ду инвертора, а вторичная через выходной выпрямитель 8 - к конденсатору 10 фильтра и нагрузке 11 и вспомогательный трансформатор 12, первичная обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке силового трансформатора 9, вторичная через обратный выпрямитель 13 к входу инвертора, а дополнительная - к транзисторному коммутатору 14.В режиме номинальной нагрузки преобразователь работает еледующим образом.При отпирании тиристоров 2 и 5 в цепи резонансного контура Формируется синусоидальный импульс тока. Одновременно с отпиранием тиристоров инвертора открываются диоды одного иэ плеч выходного выпрямителя 8 и конденсатор 7 резонансного контура перезаряжается до напрякения с полярностью, противоположной начальной, а конденсатор 10 выходного Фильтра подзаряжается. Напряжение на первичных обмотках трансформаторов 9 и 12, равное приведенному напряжению вторичной обмотки силовогс трансформатора 9 растет с ростом напряжения на конденсаторе 10 Фильтра. Когда амплитуда напряжения на вторичной обмотке вспомогательного трансформатора 12 превышает напряжение источника питания, открываются диоды од1065995 Тираж 672 Подписное ВНИИПИ Заказ 11055/56 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4 ного из плеч обратного выпрямителя 13 и часть тока инвертора замыкается через источник 1 питания.По окончании полупериода колебаний ток в резонансном контуре спадает до нуля и к тиристорам 2 и 5 5 прикладывается обратное напряжение, равное сумме напряжений на конденсаторе 7 и первичной обмотке трансформатора 9 или 12 за вычетом напряжения источника 1 питания. С помощью 10 транзисторного коммутатора 14 напрякение на первичных обмотках трансФорматоров в интервале бестоковой паузы поддерживается той же полярности и приблизительно той же величины, что и в предыдуцем интервале открытого состояния тиристоров. Благодаря этому на тиристорах обеспечивается обратное напряжение, достаточное для быстрого и надежного их запирания в широком диапазоне изменения тока нагрузки преобразователя.В следующий полупериод работы инвертора отпираются тиристоры 3 и 4. При этом в цепи резонансного контура Формируется синусоидальный импульс тока противоположной полярности и все процессы повторяются.В режиме холостого хода напряжение на выходе превышает номинальное и при отпирании тиристоров инвертора 30 открываются диоды обратного выпрямителя 13. Почти вся энергия, греобразуемая инвертором в этом режиме, возвращается на вход преобразователя. Максимальная амплитуда напряже ния на первичной обмотке силового трансформатора определяется приведенным напряжением источника 1 питания и суммарным падением напряжения на индуктивности рассеяния и актив ных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток вспомогательного трансФорматора 12. Перенапряжения на выходе и мощность, возвращаемая обратно на вход преобразователя, зависят непосредственно от выбранного соотношения витков первичной и вторичной обмоток вспомогательного трансформатора 12. Вспомогательный трансформатор имеет минимальную расчетную мощность при некотором опти мальном соотношении витков упомянутых обмоток, при котором еце соблюдаются условия надежной коммутации тиристоров инвертора во всем диапазоне изменения тока нагрузки. В этом 55 случае потери в преобразователе минимальны и он имеет максимальный КПД.Так как обмотки трансформатора 12 выполняются с меньшим витковым на" пряжением, чем в трансформаторе 9, рассчитанном на полную выходную мощность, то в нем несложно получить требуемое соотношение витков. В преобразователе, в котором обратный выпрямитель подключен к обмотке мощ ного силового трансформатора, имеющего высокое витковое напряжение, получить оптимальное соотношение соответствующих витков практически не удается, поскольку даже изменение числа витков дополнительной обмотки на единицу существенно изменяет напряжение на обмотке. Поэтому в известном преобразователе преобразуемая инвертором мощность, а вместе с тем и потери мощности в нем оказываются выше, чем в предлагаемом.Транзисторный коммутатор 14 мокет бить выполненпо схемам 13 и 23 и его удобнее подключать к дополнительной обмотке вспомогательного трансформатора 12, а не к обмотке трансформатора 9. Это облегчает согласование транзисторов коммутатора по напрякению и позволяет упростить конструкцию силового трансформатора.Таким образом, использование в преобразователе постоянного напряжения двух трансформаторов, силового и вспомогательного, вместо одного многообмоточного силового позволяет повысить эффективность использования трансформаторов, снизить потери мощности, повысить КПД преобразователя и упростить конструкцию силового трансформатора. Эти преимущества наиболее ощутимы при построении мощных высоковольтных преобразователей, работающих на частотах порядка единиц-десятков килогерц, в которых используются силовые тороидальные трансформаторы сложной конструкции.Испытания преобразователя показали, что при соотношении витков вспомогательного трансформатора= - : 0,971 имеет место1 67т 9/и нормальная работа преобразователя на холостом ходу, при К0,971 наблюдаются срывы работы инвертора. В случае использования многообмоточного силового трансформатора реально возможное соотношение витков соотретствуюцих обмоток равно КОт 210,952,что превышает оптимальное значение. В результате использования вспомогательного трансформатора КПД у преобразователя со вспомогательным трансформатором на 3-4 выше, чем у преобразователя с одним многообмоточным трансформатором.