Преобразователь постоянного напряжения в переменное

Союз Советскик Социалистическик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р 1765952(22) Заявлено 060178 (21) 2569688/24-07с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -Опубликовано 230980. Бюллетень МР 35Дата опубликования описания 02.10. 80 51)м, Кл,зН 02 М 7/515 Государственным комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания и электропривода для преобразования постоянного напряжения в переменное.Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий мост из силовых тиристоров, два вспомогательных источника напряжения, подключаемых к силовым тиристорам с помощью полностью управляемого ключа 1,Известен также преобразователь, содержащий один вспомогательный источник напряжения, подключаемый к силовым тиристорам с помощью полностью управляемого ключа и распределительных тиристоров 21.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пре. образователь постоянного напряжения в переменное, содержащий по крайней мере одну преобразователь-ную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, а выходные цепи соединены последовавельно и связаны с выходными выводами, и общийузел принудительной коммутации,образованный вспомогательным источ 5 ником комутирующего напряжения иполностью управляемым ключом, свяэанный с тиристорами вентильныхплеч с помощью распределительныхтиристоров 31.10 Недостатком такого преобразователя является низкий КПД при малыхвходных напряжениях (от несколькихдо 24 В), так как в цепь тока первичной обмотки трансформатора каждой из ячеек включено последовательно два тиристора, падение напряжения на которых составляетзначительную часть входного напряжения.20 Для Формирования той же кривойвыходного напряжения в нулевом варианте преобразователя требуетсявдвое больше преобразовательныхячеек, чем в мостовом, так как в 25 нулевом преобразователе для получения ступеньки напряжения с длительностью, меньшей 180 эл. градтребуется две ячейки, в то времякак в мостовом - одна, Суммарнаяустановленная мощность трансформаторов ячеек у нулевого преобразователя примерно в 1,57 раза больше, чем у мостового. Это приводит к усложнению преобразователя и увеличению его массы.Цель изобретения - упростить преобразователь, уменьшить его массу и повысить его КПД.Это достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в первиенное, содержащем, по крайней мере одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансФорматорным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входными выводами, а выходные цепи соединены последовательно и связаны с выходными выводами, и общий узел принудительной коммутации, образованный последовательно соединенными вспомогательным источником коммутирующего напряжения и полностью управляемым ключом, преобразовательные ячейки выполнены, каждая, по нулевой схеме, причем половины первичных обмоток трансформаторов ячеек зашунтированы, каждая, дополнительными тиристорами, которые через дополнительные распределительные тиристоры и дополнительный полностью управляемый ключ связаны с дополнительным источником коммутирующего напряжения.Источники коммутирующего напряжения могут быть выполнены, например, в виде двухтактного нулевого инвертора напряжения на транзисторах с трансформатором к каждой из двух вторичных обмоток которого подключен выпрямитель и Фильтр.На Фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема преобра-. зователя; на Фиг. 2 - схема преобразователя с включением с обратной полярностью тиристоров, подсоединенных параллельно половинам первичных обмоток трансформаторов ячеек.Преобразователь содержит например, две преобразовательные тиристорные ячейки, одна из которых включает в себя, трансформатор 1, тиристоры 2 и 3, подключающие половины первичной обмотки трансформатора 1 к источнику питания Е дополнительные тиристоры 4 и 5, включенные параллельно половинам первичной обмотки трансформатора 1, и обратные диоды 6 и 7 (соответствующие элементы другой ячейки обозначены дифрами 8-14).Входы ячеек подключены к общим входным выводам преобразователя, а выходные цепи ячеек соединены последовательно и подключены к выходным выводам. В узел принудительной коммутации тиристоров 2, 3, 9 и 10 входят распределительные тиристоры 15-18 и общий ключ - транзистор .19,в узел принудительной коммутации тиристоров 4, 5 11 и 12 входят дополнительные распределительные тиристоры 20-23 и общий ключ - транзистор 24. Транзисторы 25 .и 26 являются вспомогательными. Транзистор 25 служит для запирания распределительных тиристоров 15-18, транзистор 26 - для запирания распреде" лительных тиристоров 20-23. Источники коммутирующего напряжения, входящие в узлы принудительной коммутации, представляют собой, например, питающиеся от маломощного преобразователя (инвертора) постоянного напряжения на транзисторах 27, 28 и трансформаторе 29 выпрямителина диодах 30-33. В узел принудительной коммутации тиристоров 2, 3, 9, 10, 20-23 входит выпрямитель на диодах 30, 31, в узел принудитель 20 ной коммутации тиристоров 4, 5, 11, 12, 15-18 входит выпрямитель на диодах 32, 33. Последовательно с транзисторами 19, .24 включены резисторы34 и 35, Преобразователь питается.25 от источника постоянного напряжения Ерш.Коммутация, например, тиристора2 преобразователя осуществляетсяследующим образом,После снятия управляющего напряжения с этого тиристора подаетсяуправляющее напряжение на тиристор15 и на транзистор 19 в течение интервала времени, необходимого для гарантированного запирания тиристора2 при низком обратном напряжении(0,9-1,5 В), В течение этого интервала времени от выпрямителя на диодах 30 и 31 протекает ток червздиод 6, тиристор 15, резистор 34 и 40 транзистор 19. Этот ток выбираетсяпревышающим максимальное значениерабочего тока тиристора 2. Тнристор2 при этом запирается напряжением,приложенным к нему от отпертогодиода б. Если при этом выходной токпреобразователя имеет обратное направление, т.е, ток проводит диод6 первой ячейки, то ток коммутациидобавляется к току диода 6. Такимобразом происходит запирание тиристора 2 при любом направлении выходного тока преобразователя.Чтобы после снятия управляющихимпульсов с.транзистора 19 и тиристора 15 последний не оставался 5 отпертым эа счет обратных токовдругих распределительных тиристоров и тока утечки запертого транзистора 19 (осОбенно при большомчисле ячеек), после снятия управля ющего напряжения с транзистора 19и тиристора 15 подается управляющее напряжение на транзистор 25.В течение импульса этого напряже-,ния к тиристору 15 приложено обрат- Я ное напряжение от выпрямителянадиодах 32 и 33 через отпертый транзистор 25 и левую по схеме половину первичной обмотки трансформатора 1, зашунтированной тиристором 4 или 5.При подаче управляющего напряжения на тиристоры 4 и 5 происходит закорачивание соответствующей половины первичной обмотки трансоформатора 1 при любом направлении выходного тока преобразователя. Напряжение на выходе ячейки (на вторичной обмотке трансформатора 1) при этом практически равно нулю.По окончании нулевой паузы управляющие напряжения с тиристоров 4 и 5 снимаются и подаются управляющие напряжения на тиристор 21 и транзистор 24. Если выходной ток инвертора в этот момент имеет такое направление, при котором ток проводит тиристор 5, а не тиристор 4, то к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение от выпрямителя на диодах 32 и 33 через отпертые транзистор 24 и тиристор 21. Поскольку йапряжение выпрямителя на диодах 32 и 33 выбирается небольшим (порядка нескольких вольт), то за вычетом падения напряжения на отпертых транзисторе 23 и тиристоре 21 к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение порядка 1,5-2 В, что приводит к его запиранию. Рабочий ток правой половины первичной обмотки трансформатора 1 проходит при этом не через тиристор 5, а по цепи выпрямитель на диодах 32 и 33 - транзистор 24 - тиристор 21. Приложенное на интервале запирания к тиристору 5 и к правой половине первичной обмотки трансформатора 1 небольшое .напряжение от выпрямителя на диодах 32 и 33 (порядка 1,5-2 В) мало отличается от напряжения на отпертых тиристорах 4 или 5 (порядка 0,9- 1,5 В) и практически не искажает выходного напряжения ячейки.При другом направлении выходного тока инвертора, если ток проводит тиристор 4, а не тиристор 5, отпирание тиристора 21 и транзистора 24 приводит к появлению на половинах первичной обмотки трансформатора 1 небольшого напряжения от выпрямителя на диодах 32 и 33. При этом отпертый тиристор 4 закорачивает как левую, так и правую половинуу первичной обмотки трансформатора 1 и от выпрямителя на диодах 32 и 33 протекает ток через отпертые транзистор 24, тиристор 21 и правую половину первичной обмотки трансформатора 1, Этот ток трансформируется в левую половину первичной обмотки и протекает через отпертый тиристор 4. Напряжения на половинах первичной обмотки трансформатора 1 также составляют величину порядка 0,9-1,5 В, и Форма кривой выходного напряжения ячейки практически неискажается.При подаче управляющего напряжения на тиристор 3 он отпирается, ик правой половине первичной обмоткитрансформатораь 1 прикладываетсянапряжение источника питания Е.. Если до этого тиристор 4 отперт,то он запирается обратным напряжением, снимаемым с левой половины первичной обмотки трансформатора 1. Таким образом начинается Фор"мирование отрицательнойступеникривой выходного напряжения первойячейки.Одновременно запираются транзис 15 тор 24 и тиристор 21, причем к последнему пркладывается обратноенапряжение от выпрямителя на диодах30 и 31 через отпертый транзистор 26,Аналогичным образом происходит2 О коммутация тиристоров первой ячейки преобразователя при формировании второй половины периода кривойвыходного напряжения этой ячейки,а также коммутация.тиристоров второйи последующих ячеек, елси таковыеимеются.Чем. больше ячеек в преобразователе, тем меньше мощность однойячейки и мощность, переключаемаятранзисторами 19 и 24, по отношению к мощности преобразователя. Прималом числе ячеек транзисторы 25 и26 могут быть заменены резисторами.Принцип коммутации тиристоровпреобразователя, схема которого да"на на фиг. 2, аналогична описанному. Достоинство такого преобразователя является наличие общей точки катодов тиристоров 36-39 и ти"ристоров 40-43, что облегчает по 40 строение и увеличивает помехозащищенность системы управления, а меньшее число изолированных друг отдруга сборок радиаторов тиристорови обратных диодов ячеек способству 45 ет упрощению конструкцииАналогичным образом могут бытьвыполнены многофазные, в частноститрехфазные преобразователи.Применение нулевых схем ячеек с5 О дополнительными шунтирующими тиристорами позволяет уменьшить количество силовых приборов и тем саьымповысить КПД при низких напряженияхпитания, а также упростить конструкцию преобразователя,55формула изобретения1. Преобразователь постоянногонапряжения в переменное, содержащий, по крайней мере, одну преобразовательную ячейку на тиристорах с трансформаторным выходом, причем входы отдельных ячеек связаны с общими входная выводами, а выходные цепи765952,Оных Ели Фи аказ 6524/51 Тираж 783 Подписное ВНИ ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная ли соединены последовательно и связаны с выходными выводами, и общийузел принудительнойкоммутации, образованный последовательно соединеннымн вспомогательным источником коммутирующего напряжения и полностьюуправляемым ключом, связанный с тиристорами вентильных плеч с помощью распределительных тиристоров,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения, уменьшения массы и повышения КПД, преобразовательные ячейки выполнены, каждая по нулевой схеме, причем половины первичных обмоток трансоформаторов ячеекзашунтированы, каждая, дополнительными тиристорами, которые через дополнительные распределительные тиристоры и дополнительный полностьюуправляемый ключ связаны с дополнительным источником коммутирующегонапряжения. 2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что источники коммутирующего напряжения выполнены в виде двухтактного нулевого инвертора напряжения на .транзисторах с трансформатором, к каждой из двух вторичных обмоток которого подключен выпрямитель и фильтр. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Глазенко Т.А Гончаренко Р.Б,Полупроводниковые преобразователичастоты в электроприводах, Л., Энергия, 1969, с. 32, рис. 18,а.15 2. Заявка Японии Р 51-32207,кл. Н 02 М 7/515, опублик. 11.09,76,3. Авторское свидетельство СССРР 623244, кл. Н 02 М 7/537,03.09.76.