Тиристорный конвертор

(9) (11),(51) Н 02 М 3 31 ИОАН ЕТЕНИЯ ЙИЮ 4:)1,.ц"(46) 07.02. 84. Бюл (72) Н. В. Антоневич (71) Ленинградский кий институт связи М. А. Бонч-Бруевича (53) 621. 314. 12 (08 9 5 и Б.З.Ку зле ктрот им. проф икничес 8,08,тво СССР 1980. тво СССР 1980. к,М"Энер 1-20 б.КОНВЕРТОР,ьный реэонанср с трансфорже цепь сбровыполненнуюого элемента.,рого черези питанияющий ся ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) 1. ТИРИСТОРНЫИсодержащий последователный тиристорный инвертоматорным"выходом, а такса избыточной энергии,на основе многообмоточнвторичная обмотка котовентиль связана с шинаминвертора, о т л и ч а тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства путем максимального ограничения напряжений на тиристорах при работе инвертора на выпрямитель со сглаживающим (.С-Фильтром в режиме пуска, укаэанная,цепь сброса выполнена на дросселе сглаживающего (, С-фильтра.2. Конвертор по п. 1, о т л и чающийся тем, что, сцелью улучшения эксплуатационных параметров путем повышения точности стабилизации выходного напряжения и уменьшения спектра акустических помех, он снабжен последовательно соединненными пороговым элементом и Формирователем запускающих импульсов, а также источником опорного напряжения, причем выход последнего соединен с одним входом порогового элемента, другой вход которого подклю С чен к выходным выводам конвертора, вентиль выполнен управляежм и свои- Я ми силовыми .электродами включен по-. следовательно с вторичной обмоткой дросселя ,С-фильтра, а управляющим входом - с выходом формирователя запускающих импульсов.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при преобразовании постоянного тока с одним уровнем нал пряжения в постоянный ток с другим уровнем напряжения с промежуточным высокочастотным преобразованием, например, в источниках питания радиотехнической аппаратуры, которай предъявляет требование гальванической развязки нагрузки в первичной сети.Известен тиристорный конвертор со звеном повышенной частоты, содержащий двухобмоточный дроссель, подключенный к источнику питания постоянного тока, и несколько тиристоров, включенных последовательно с дросселем и образующих вместе с ним цепь заряда-разряда конденсатора. Вторичная обмотка дросселя через вы прямительный диод соединена с цепью заряда-разряда и нагрузкой. В результате такого соединения элементов и узлов. преобразователя энергия, накопленная дросселем в течение интервала проводимости тиристора, передается в цепь нагрузки через выпрями- тельный элемент в течение интервала времени, когда тиристоры заперты Г 13.Известны также тиристорные кон верторы,.содержащие работающий на фиксированной частоте тиристорный инвертор с коммутирующей последовательной резонансной цепью, отделенной от нагрузки, и накопительным 35 индуктивным элементом, цепь рекуперации избыточной энергии этого элемента и однополупериодные выпрямители с емкостными фильтрами. Причем в 23 выпрямитель выполнен на управ ляемом вентиле, а цепь рекуперации на неуправляемом, а в 3 3 - наоборот. Эти устройства по сравнению с устройством, описанным в 1,позволяют фиксировать частоту преобразования, что приводит к уменьшению спектра излучаемых частот.Однако во всех этих устройствах в качестве элемента гальванической развязки используется дроссель-трансформатор, через который протекает постоянная составляющая тока источника питания конвертора, что приводит к резкому ухудшению массогабаритных показателей преобразователя, сужая область его использования, 55Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь, содержащий полумостовой резонансный тиристорный инвертор, с раздельной коммутирующей емкостью и трансформатор ным выходом. В данное устройство кроме инвертора введена также цепь сброса избыточной энергии, выполненная на основе многообмоточного элемента, в качестве которого исйольэу 6 ется выходной трансформатор инвертора 43.Однако в данном устройстве сбросэнергии в источник питания возможентолько при значительных измененияхсоотношения напряжений на нагрузкеи источника питания. Выполнение цеписброса энергии по известной схемепри наличии нелинейной нагрузки (выпрямитель с емкостным фильтром) оказывается малоэффективным, так какизменение соотношения напряжений нанагрузке и источника питания можетпривести к тому, что большая частьэнергии колебаний будет поступать вцепь рекуперации энергии, а, крометого, при таком построении цепи сброса энергии, энергия, запасаемая виндуктивности рассеивания трансформатора, всегда будет поступать вцепь нагрузки.Таким образом, недостатком данного преобразователя является наличиерезкого возрастания напряжения нааноде запертого тиристора относительно установившегося значения при работе преобразователя на выпрямительсо сглаживающим фильтром в режимепуска, когда выходное напряжение близкб к нулю. При этом возможно открывание запертого тиристора по аноду,что приводит к появлению сквозноготока через оба тиристора, т.е. к аварийному режимуЦель изобретения - повышение надежности в работе устройства путеммаксимального ограничения напряженийна тиристорах в режиме пуска при работе инвертора на выпрямитель сосглаживающим .С-фильтром.Поставленная цель достигаетсятем, что в тиристорном конверторе,содержащем последовательный резонансный тиристорный инвертор с трансформаторным выходом, а также цепь сброса избыточной энергии, выполненную .на основе многообмоточного элемента,вторичная обмотка которого через вентиль связана с шинами питания инвер"тора, указанная цепь сброса выполнена на дросселе сглаживающегоС-фильтра,Устройство надежно работает какв установившемся, так и в переходном режимах, однако при уменьшениинагрузки частота запуска тиристоровдолжна изменяться в боЛьших пределах (при изменении нагрузки преобразователя от номинальной до нулячастота меняется от максимальной донулевой), что определяет широкийспектр акустических помех, и, крометого, возрастают пульсации выходного напряжения, что ухудшает стабиль-ность выходного напряжения.Для улучшения эксплуатационныхпараметров путем повышения точности10 стабилизации выходного напряженияи уменьшения спектра акустическихпомех устройство снабжено последовательно соединенными пороговым эле.ментом и Формирователем запускающих импульсов, а также источникомопорного напряжения, при этом выходпоследнего соединен с одним входомпорогового элемента, другой входкоторого, подключен к выходным выводам конвертора, вентиль выполненуправляемым и своими силовыми элект-родами включен последовательнос вторичной обмоткой дросселя ЬСфильтра, а управляющим входом - свыходом формирователя запускающих 15импул ь со в,На фиг. 1 приведено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - то же,вариант.Устройство (Фиг. 1) содержит последовательный резонансный тиристорный инвертор 1, на выходе котороговключен трансформатор 2, вторичнаяобмотка которого подключена к входудвухполупериодного выпрямителя 3, 25выходкоторого через первичную обмотку дросселя 4 индуктивности соединенс емкостным фильтром 5 и зажимамидпя подключения нагрузки б, при этомначало первичной обмотки дросселя 4 30соединяется с выходом двухполупериодного выпрямителя 3, диод 7, катодкоторого соединен с положительнойшиной питания инвертора, а анод - сдополнительной индуктивностью 8, вто-З 5рой вывод которой имеет соединениес началом вторичной обмотки индуктивности 4, конец которой подключен котрицательной шине питания инвертора. При этом величина дополнительной 40",ндуктивности выбирается равной величине индуктивности первичной обмотки дросселя 4, а соотношение витковпервичной и вторичной обмоток зависит от соотношения напряжения питания инвертора 1 и напряжения на 45емкостном Фильтре 5. Это соотношениевыбирается таким, чтобы пои наличииноминального напряжения на выходеконвертора, т.е. на емкостном фильтре 5, напряжение наводимое на вто" 50ричной обмотке, было бы меньше, чемнапряжение питания инвертора 1.Дроссель 8 предназначен для сохранения колебательного процесса в конту"ре инвертора 1 при включении диода 7.Введение в устройство цепи, состоящей из дросселя 8 и диода 7,позво.ляет Ограничить величину энергииколебаний в контуре инвертора 1 в 60режиме пуска устройства на уровне,незначительно превышающем значениев установившемся режиме. Это достигается благодаря введению в устройство дополнительного потребителя энер" 65 гии, причем он вводится только навремя переходного процесса. Принципдействия вводимой цепочки основанна переводе режима работы дросселя 4 в режим трансформатора, Припоявлении напряжения на емкостномфильтре 5 и;его увеличении до номинального значения амплитуда напряжения, наводимого на вторичной обмотке, уменьшается и становится меньше, чем напряжение питания инвертораЭто означает, что цепочка отключается и при нормальной работе инвертора не оказывает влияния на егоработу .Устройство (фиг. 2) содержит последовательный резонансный тиристор.ный инвертор 1, на выходе котороговключен трансформатор 2, вторичнаяобмотка которого подключена к входу двухполупериодного выпрямителя 3,выход которого через первичную обмотку дросселя 4 соединен с емкост"ным фильтром 5 и выводами для под"ключения нагрузки б, соединенными свходом порогового устроиства 7, второй вход которого соединен с выходом.источника 8 опорногс напряжения,а выход через Формирователь 9 запускающих импульсов - с управляющимэлектродом дополнительного тиристофра 10, катод которого соединен с положительной шиной питания последовательного резонансного инвертора 1,а анод - с концом вторичной обмоткидросселя 4 индуктивности, началокоторой соединено с отрицательнойшиной питания инвертора 1, при этомза начало первичной обмотки дросселя 4 принимается вывод, соединенныйс выходом двухполупериодного выпрямителя 3. При этом соотношение витков первичной и вторичной обмотокдросселя 4 выбирается таким, чтобыпри включенном тиристоре 10 диодывыпрямителя 3 были бы заперты обратно приложенным напряжением, наведенным на обмотку дросселя 4,При работе устройства в режимемаксимальной мощности и минимального напряжения источника питанияэнергия, передаваемая инвертором 1в цепь нагрузки, равна энергии, рассеиваемой на нагрузке за тот же интервал времени, в результате чего напряжение на емкостном фильтре 5 невозрастает до верхнего пороговогозначения, задаваемого источником 8опорного напряжения. При этом допол-нительно введенный тиристор 10 невключается и принцип действия устройства не отличается от принципадействия известного преобразователя,При сбросе нагрузки либо при возрастании напряжения источника питания энергия, передаваемая инвертором в цепь нагрузки за один циклаказ 141/49 Тираж 667 ВНИИПИ Гооударственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушПодпи сное оглитета СССР открытий ая наб., д. 4/5П Патент, г.ужгород, ул.Проектная ил инвертирования, оказывается больше, чем необходимо дпя поддержания выходного напряжения в заданных пределах. В результате этого во время процесса передачи энергии в нагру зочную цепь напряжение на емкоотном фильтре 5 возрастает быстрее.и в некоторый момент времени достигает порогового значения, определяемого источником 8 опорного напряжения. При этом под воздействием сиГнала от порогового устройства 7 срабаты" вает формирователь 9 запускающих импульсов, который включает тиристор 10. В результате включения тиристора 10 напряжение на первичной обмотке индуктивности 4 возрастает до значения большего, чем напряжение на емкостном фильтре 5. При этом выпрямитель 3 запирается и первичная обмотка индуктивности 4 обесточивается, а. энергия, запасенная в магнитном поле индуктивности 4, через вторичную обмотку и включен-, ный тиристор 10 возвращается обратно в источник.Таким образом, дополнительно вве" денные элементы позволяют уменъшить величину энергии, передаваемой преобразователем в цепь нагрузки эа один цикл инвертирования. В результате этого уменьшаются пульсации напряжения на нагрузке, что улучшает стабильность выходного напряжения,так как среднее значение выходногонапряжения может находиться от минимального до максимального мгновенного значения выходного напряжения,Кроме того, изменение начальных условий разряда приводит к ускорениюснижения выходного напряжения донижнего порогового значения, что увеличивает частоту запуска тиристоровинвестора 1, а следовательно, уменьшает диапазон изменения частоты преобразования,Предлагаемое устройство по срав нению с известными позволяет повысить точность стабилизации выходногонапряжения и уменьшить диапазон изменения частоты запуска тиристоровинвертора. Уменьшение диапазона из менения частоты запуска приводит куменьшению спектра излучаемых преобразователей частот, т,е, позволяетупростить устройства подавления помех, создаваемых устройством, а так же уменьшает акустические шуьв. Кро"ме того, в устройстве возможно исключить перенапряжения на тиристорахинвертора в режиме пуска. Это позволяет уменьшить запас по электричес О кой прочности тиристоров, т.е. использовать более низковольтные, азначит, и более дешевые тиристоры.