Импульсный преобразователь постоянного тока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ае ао(59 4 Н 02 М 3/135 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт и Производственное электромашиностроительное объединение "Динамо"(54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий входнойфильтр и прерыватель, состоящий изпараллельно включенных тиристора,анод которого через входной фильтрсоединен с положительным входным выводом для подключения источникапитания, обратно включенного перезарядного диода и цепи коммутации,состоящей из последовательно соединенных конденсатора и дросселя,общая точка соединения которых подключена через обратно включенныйограничивающий диод к отрицательному входному выводу, свободный выводконденсатора соединен с анодомтиристора, а свободный конец дросселя соединен с одним из выходныхвыводов для подключения нагрузкио т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью уменьшения массы и габаритов и повышения надежности, введендополнительный прерыватель с темже составом входящих в него элементов, что и основной прерыватель, вкотором катод тиристора и свободныйвывод конденсатора цепи коммутацииподключены к отрицательному входному выводу, общая точка соединенияанода тиристора, катода перезарядного диода и свободного конца дросселя цепи коммутации соединена сдругим выходным выводом, а катодограничивающего диода, к аноду которого подключена общая точка соединения дросселя и конденсатора цепикоммутации, через указанный входнойфильтр соединен с положительнымвходным выводом.10 5 С) 1Изобретение относится к преобразовательной технике и может бьгь использовано для питания потребителей с активно-индуктивным характером нагрузки, например для питания обмоток возбуждения синхронных машин или машин постоянного тока.Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов преобразователя и повышение надежности.На фиг. 1 приведена принципиальная схема импульсного преобразователя постоянного тока; на фиг. 2 временные диаграммы напряжений и токов на соответствующих элементах схемы нагрузки и источника питания.Схема импульсного преобразователя постоянного тока симметричная и содержит ключевые элементы - тиристоры 1 и 2 (фиг. 1) для запирания которых параллельно подсоединены последовательные коммутирующие цепи: к тиристору 1 - конденсатор 3 и индуктивность 4, а к тиристору 2 - конденсатор 5 и индуктивность б.Встречно-параллельно тиристору 1 включен перезарядный диод 7, а тиристору 2 - диод 8, которые позволяют коммутирующим конденсаторам пере- зарядиться, минуя нагрузку 9. Нагрузка 9 подключена одним зажимом к катоду тиристора 1, а другим - к аноду тиристора 2. Конденсатор 3 через обратный ограничительный диод 10 подключен к минусу источника питания, а конденсатор 5 через диод 11 и входной фильтр 12 к плюсу источника питания, Диоды 10 и 11 предназначены для ограничения напряжения на конденсаторах 3 и 5 до величины напряжения питания. Для уменьшения пульсаций потребляемого тока преобразователь снабжен входным фильт-. ром 12.Преобразователь работает следую- щим образом.Регулирование тока и среднего напряжения на нагрузке производится посредством изменения частоты тактовых импульсов преобразователя, при постоянном сдвиге по фазе между моментами отпирания тиристоров 1 и 2, равном половине периода следования тактовых импульсов (фиг. 2). Ллительность открытого состояния прерывателей Г, выполненных на тиристорах 1 и 2, постоянна и одинакова для обоих прерывателей, Напряжение источника питания к нагрузке прикла 18 2ьдывается только при открытых состояниях обоих прерывателей. Таким образом, регулирование тока и среднегонапряжения на нагрузке сводится кизменению длительности совпаденияоткрытых состояний прерывателей натиристорах 1 и 2.На выходе преобразователя частотаудваивается, поскольку совпапениеоткрытых состояний прерывателей происходит дважды за период следованиятактовых импульсов Т.Периоды работы схемы удобно рассмотреть по характерным интервалам:а (Режим 1 , фиг, 2 а),В интервале г-тиристор 1 закрыт и к нему приложено в прямом нап.равлении напряжение коммутирующегоконденсатора 3, равное напряжениюисточника питания. Диод 8 открыт,и через него протекает ток, равныйразнице перезаряда конденсатора 5и тока нагрузки. Ток нагрузки замыкается через диод 8, ограничительныйДИОД 10 и Дроссель 4.В моментотпирается тиристор1 и конденсатор 3 начинает перезаряд; напряжение на конденсаторе 3уменьшается, и к диоду 10 прикла -дывается обратное напряжение. В результате нагрузка оказывается подключенной к источнику питаниячерез открытый тиристор 1 и диод 8,Ток нагрузки замыкается по двумконтурам: уменьшаясь по одному(нагрузка 9 - диоц 8 - диод 10,дроссель 4 - нагрузка 9) и увеличиваясь по другому ( (+) источникапитания - тиристор 1 - нагрузка 9диод 8 - (-) источника питания).Скорость нарастания через тиристор 1ограничивается дросселемВ момент г. ток в интервале 10уменьшается до нуля и он запирается,В интервале 1-Г.Э ток нагрузки замыкается по контуру: (+) источникапитания - тиристор 1 - нагрузка 9диод 8 - (-) источника питания. В момент 1 ток перезаряда конденсатора 5 становится равным току нагрузки, диод 8 запирается и конденсатор продолжает перезаряд до напряжения питания током нагрузки по контуру: (+) источника питания тиристор 1 - нагрузка 9 - дроссель б - конденсатор 5 - (-) источника питания, В интервале- к наг 2 3руэке прикладывается разность напряжения питания и напряжения на кон-денсаторе 5,В момент С конденсатор 5 заряжается до напряжения питания и открывается диод 11. 1 ок нагрузки замыкается по контуру: нагрузка 9дроссель 6 - диод 11 - тиристор 1нагрузка 9, Через полупериод собственных колебаний цепи ЬС тиристора 1 знак заряда конденсатора 3сменяется на обратный и конденсатор3 продолжит перезаряд в обратномнаправлении, уменьшая ток, протекающий через тиристор 1,В момент С, когда ток конденсатора 3, текущий уже в обратномнаправлении, станет равным току нагрузки, тиристор 1 запирается. Приэтом к нему прикладывается напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде 7, через которыйпродолжается перезаряд конденсатора 3. Через диод 7 протекает ток,1равныйразнице тока перезарядаконденсатора 3 и тока нагрузки,который замыкается по контуру: нагрузка 9 - дроссель 6 - диод 11диод 7 - нагрузка 9.Ввиду симметричности схемы с момента 1по г., преобразовательработает так же, как с момента ц потолько функции, которые выполняли элементы прерывателя на тиристоре 1, выполняются элементами прерывателя на тиристоре 2, и наоборот.б (Режим 11, фиг. 2 б).ГВ интервале С -Т тиристор 1закрыт. Тиристор 2 открыт, и черезнего перезаряжается конденсатор 5.Ток нагрузки замыкается через тиристор 2, ограничительный диод 10 идроссель 4.В момент , отпирается тиристор 1и конденсатор 3 начинает перезаряд.К нагрузке прикладывается напряжениеисточника питания через открытые тиристоры 1 и 2, Ток нагрузки замыкается по контурам: нагрузка 9тиристор 2 - диод 10 - дроссель 4нагрузка 9 и (+) источника питаниятиристор 1 - нагрузка 9 - тиристор2 - (-) источника питания.В момент г. ток на диоде 10 уменьшается до нуля и он запирается. Токнагрузки замыкается по контуру: (+)источника питания - тиристор 9тиристор 2 - (-) источника питания.В момент С ток перезаряда конденсатора 5, протекающий в обратном 5 1 О 15 20 25 30 . 35 40 45 50 55 направлении через тиристор 2, станосится равным току нагрузки, Тиристор 2 запирается, к нему прикладывается напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде 8, через который продолжается перезаряд конденсатора 5. Через диод 8 протекает ток, равный разнице тока перезаряда конденсатора 3 и тока нагрузки, кото. рый замыкается по контуру.Сопоставление диаграмм на Лиг, 2 а и 2 б показывает, что в интервалах ст-е, и е, -е, ео -г, и со-е ,-Т и 1, -С, С, - г. и С - 1 режимов 1 и 11 схема работает одинаково.С моментапо 1 ю преобразователь работает так же, как с моментапо С , только функции, которые выполняли элементы прерывателя на т 1- ристоре 1, выполняются элементами прерывателя на тиристоре 2, и наоборот.Регулирование тока и среднего напряжения на нагрузке обеспечивается изменением тактовой частоты в небольшом диапазоне от величины Т - 2 ь до величины, когда Т немного большеВ начале регулирования при минимальной тактовой частоте (Т=2) ток и среднее напряжение на нагрузке равны нулю. При повышении тактовой час. тоты (Т с 2 с) происходит совпадение открытых состояний прерывателей на тиристоре 1 и на тиристоре 2. К нагрузке прикладывается напряжение и начинает протекать ток нагрузки, при этом преобразователь работает в режиме 1 с характерными интерва-. лами Т - Т, С -й, 1 -1, С -С,- (фиг. 2) .В случае, если амплитуда тока перезаряда конденсатора значительно превышает величину тока нагрузки (во всем диапазоне регулирования), преобразователь работает в режиме 1 во всем диапазоне регулирования до частоты, когда величина Т немного превышает оДопустим, что величина тока нагрузки при высоких тактовых частотах преобразователя ненамного меньше (примерно в два раза) амплитуды тока перезаряда конденсатора. При малых частотах преобразователь ра-. ботает в режиме 1 с характерными интервалами: С-С, 1 -С, й- С,- (фиг. 2). По мере увеличения тактовой частоты и тока5нагрузки преобразователь работаетпоочередно в следующих режимах:1в режиме 1 с интервалами С -1,1Сз 1 ф 1 Св режиме 1с интервалами 1-1, С -1, С -Г,Юцф Х 1 1 1,У 1 Составитель Т. Техред Т.Тулик обровольски Корректор Т. Кол аказ 873 1/5 одписное ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 035, Москва, Ж, Ро комит и открыт ская наб 4/ Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиа Редактор Н. Пушненк 1206918