Импульсный преобразователь постоянного напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4(5 ц Н 02 М 3/135 ОБРЕТ ИСАЙ лектродами дноименными си управляемых ве Ующий блок вын овательно соед ичем комму виде после иле лне ненных лност ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬЩЮ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1.Авторское свидетельство СССР Р 760332, кл, Н 02 М 3/ 135, 1979.2,Авторское свидетельство СССР по заявке В 3244316/24-07,кл. Н 02 М 7/515, 1981.(54) (57) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий силовые управляемые вентили, одни одноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуют выводы для подключения цепи нагрузки, обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объе диненным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другими 301153383 управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности повышения частоты при одновременном повышении надежности, КПД и улучшения весогабаритных показателей, дополнительно введен конденсатор, подключенный к зажиму для подключения нагрузки и к второму выводу коммутирующего блока.Изобретение относится к пресбра зовательной технике и моет быть использовано в промьпвленности и на транспорте, в частности на электровозах постоянного тока.Известен импульсный преобразователь, содержащий силовые управляемые вентили и схему коммутации 1 1.Однако в известном преобразователе велика установленная мощность коммутирующего конденсатора и пони- жена надежность в связи с высокой скоростью нарастания тока и напряжения управляемых вентилей.Наиболее близким к предлагаемому является импульсный преобразователь постоянного напряжения, содержащий силовые управляемые .вентили, одни одноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуют выводы для подключения цепи нагрузки, обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первый вывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовых управляемых вентилей, второй вывод коммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другими одноименными силовыми электродами управляемых вентилей, причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностью управляемого ключа и конденсатора, к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а через диод подсоединена вторичная обмотка первого ограничивающего дросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входом преобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контур коммутации 2 . Этот преобразователь имеет пониженную частоту в связи с увеличенным временем выключения разделительных управляемых вентилей при отсутствии смещения; пониженную надежность изэа высокой скорости нарастания напряжения на вентилях; пониженные весогабаритные показатели в связи со значительными габаритами и весом защитных целей и пониженный КПД иэ-за потерь в защитных цепях.Цель изобретения - обеспечение воэможности повышения частоты при одновременном повьппении надежности, коэААициента полезного действия и 5 0 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 улучшении весогабаритных показателей.Указанная цель достигается тем,что в импульсный преобразовательпостоянного напряжения, содержащийсиловые управляемые вентили, одниодноименные силовые электроды которых объединены, а другие образуютвыводыдля подключения цепи нагрузки,обратные диоды, ограничивающие дроссели и коммутирующий блок, первыйвывод которого подключен к объединенным силовым электродам силовыхуправляемых вентилей, второй выводкоммутирующего блока через разделительные вентили соединен с другимиодноименными силовыми электродамиуправляемых вентилей, причем коммутирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных полностьюуправляемого ключа и конденсатора,к выводам которого подключен дополнительный источник подзаряда, а,через диод подсоединена вторичнаяобмотка первого ограничивающегодросселя, первичная обмотка которого включена между выводом для подключения источника питания и входомпреобразователя, а второй ограничивающий дроссель включен в контуркоммутации, дополнительно введен конденсатор, подключенный к зажиму дляподключения нагрузки и к второму выводу коммутирующего блока.В качестве второго ограничивающего дросселя может быть использована индуктивность рассеяния монтажныхкабелей при достаточной ее величине.На Лиг. 1-3 приведены вариантыпринципиальной схемы предлагаемогоустройства, отличающиеся способомподключения цепи нагрузки.Импульсный преобразователь содержит силовые управляемые вентили 1,обратные диоды 2, шунтирующие нагрузку 3, разделительные вентили 4,коммутирующий конденсатор 5, источник подзаряда 6, полностью управляемый ключ или его аналог 7, ограничивающие дроссели Я и 9, вторичнаяобмотка которого через диод 10 подключена к коммутирующему конденсатору 5, и конденсатор 11. В цепь нагрузки могут быть включены дроссели12 (Аиг. 2 и 3)Преобразователь работает следующим образом,Ток нагрузки 3 протекает но силовым управляемым вентилям 1. Полностью управляемый ключ или его аналог 7 заперт. Коммутирующий конденсатор 5 заряжен от источника подэаряда 6, конденсатор 11 разряжен. Для запирания силовых управляемых вентилей 1 в случае использования в качестве раэдепительных вентилей 4 диодов отпирают полностью управляемый ключ 7. Скорость нарастания тока заряда конденсатора 11 ограничивается дрос- О селем 9, а скорость нарастания тока в контуре коммутация - дросселем 8.Напряжение коммутирующего конденсатора 5 прикладывается к силовымуправляемым вентилям 1, ток через 15 которые снижается до нуля, а ток нагрузок 3 начинает протекать по цепи дроссель 9 - конденсатор 5 - ключ 7 - разделительный вентиль 4 (фиг. 1). Вентили 1 запираются. Че реэ время, равное времени их восстановления, запирают полностью управляемый ключ 7, Конденсатор 11 разряжается током нагрузки. Скорость нарастания напряжения на силовых 25 управляемых вентилях 1 и ключе 7 определяется скоростью разряда конденсатора 11. После разряда конденсатора 11 ток нагрузок 3 замыкается через обратные диоды 2. Энергия, накопленная в дросселе 9, черездиод 10 передается коммутирующему конденсатору 5, который дозаряжается от источника подзаряда 6.При использовании в качестве раэЗ 5 целительных вентилей 4 управляемых вентилей коммутацию силовых управляемык вентилей 1 осуществляют со сдвигом во времени. Возрастает частота коммутации уменьшается пульсаУ 40 ция напряжения источника питания, уменьшается установленная мощность коммутирующего конденсатора 5 иполностью управляемого ключа 7.За счет энергии накопленной в ин 1 45 дуктивности монтажных кабелей, происходит перезаряд конденсатора 11 и к выключаемому разделительному вентилю 4 прикладывается обратное напряжение. Уменьшается реальное время50 выключения разделительных управляемых вентилей.При включении между силовым управляемым вентилем 1 и нагрузкой 3 дросселя 12 (фиг. 2-3) уменьшается пуль сация напряжения и тока на нагрузке.Напряжение источника подзаряда 6 выбирается иэ условия чтобы на каждый запираемый силовой вентиль 1приходилось 30-50 В.В качестве источника подэарядаможет быть использован низковольтный неуправляемый выпрямитель.В качестве полностью управляемогоключа возможно использование тиристора с малым временем восстановленияи индивидуальным узлом коммутации.При отпирании полностью управляемого ключа 7 скорость нарастания тока заряда конденсатора 11 ограничивается дросселем 9. Энергия, накопленная в дросселе 9, через диод 1 Оотдается коммутирующему конденсатору 5. При коэффициенте трансформации дросселя 9 равном 1 напряжениена конденсаторе 11 превышает напряжение источника питания на удвоеннуювеличину напряжения коммутирующегоконденсатора 5 (без учета влиянияиндуктивности монтажных кабелей),т.е, практически равно напряжениюпитания,Заряд и разряд конденсатора 11происходит с минимальными потерями,энергия конденсатора при разрядеотдается в нагрузку, что позволяетпрактически без снижения КПД обеспечить требуемую скорость нарастания напряжения на вентилях и свестик минимуму мощность дополнительныхзащитных РС -цепей, снизить потерив защитных цепях и уменьшить их габариты и вес,Энергия, накопленная в дросселе 9во время заряда конденсатора 11, отдается коммутирующему конденсатору5 во время его разряда током нагруз.ки при выключении силового управляемого вентиля, что позволяет уменьшить емкость коммутирующего конденсатора, его вес и габариты.Так, при номинальном напряженииисточника питания 3300 В, коммутируемом токе 500 А (пусковой режим)и полностью управляемом ключе смгновенной коммутацией при емкостиконденсатора 11 равной 2,5 мкФобеспечивается скорость нарастаниянапряжения на управляемых вентилях200 В/мкс.При использовании аналога полностью управляемого вентиля скорость нарастания напряжения на вентилях 200 В/мкс обеспечивается при емкости конденсатора 11 равной ,0,825 мкф.1153383 Фит аказ 2517/43 Тираж 64 б Подпис нлиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, .4 При уменьшении коммутируемого то. ка пропорционально уменьшается скорость нарастания напряжения на вентилях. При индуктивности монтажных кабелей 1 мкГн (примерно 1 м кабеля) напряжение обратного переэаряда без учета потерь равно примерно 320- 360 В. С учетом потерь указанное напряжение примерно равно 150 В. Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет повысить надежность благодаря ограничению скорости. нарастания напряжения, умень шению перенапряжений на вентилях;улучшить весогабаритные показатели эа.счет уменьшения мощности защитных РС -цепей ; повысить КПД благодаря уменьшению потерь в защитных цепях;10 обеспечивает возможность при необходимости повысить частоту преобразователя.