Преобразователь переменного напряжения в постоянное

ОЛ ИСАНИ ЕИЗЬВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУОпубликовано 30.08,82. Бюллетень32Дата опубликования описания 05.09.82 пф делам кзебретенкй и етхрмтий,В. Н. Мишин, В. Л. Кузьмин и В. В. Леоновл р 1 Й ГЩщр;1ЬАцв,Ъ К,(72) Авторы изобретения ыР О Научно-исследовательский институт автоматики и электфЪЪй%МЖй при Томском институте автоматизированных систем уйравленйя и радиоэлектроники(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕР1Изобретение относится к преобразовательной технике.и может быть использовано в электроприводах постоянного тока, а также в устройствах для возбуждения электрических машин.Известны управляемые выпрямители с искусственной коммутацией, содержащие силовой тиристорный мост и узел искусственной коммутации. в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами с принудительной коммутацией, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов 11.Наиболее близким .к предлагаемому является преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий силовой тиристорный мост, устройство искусственной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами с конденсаторной коммутацией, включенными между одноименными полюсами силового и вспомога-. тельного мостов, вольтодобавочный трансформатор, вторичные обмотки которого включены между входными выводами силового и вспомогательного мостов, а первичные обмотки подключены к входным выводам силового моста 121.Основной недостаток известного устройства заключается в том, что введение вольтодобавочного трансформатора с достаточно 5 малой индуктнвностью рассеяния, необходимой, как это будет показано ниже, для эффективного запирания тиристоров силового моста, существенно ухудшает.массогабаритные характеристики устройства. Это особенно сказывается в преобразователях, работающих с большими кратковременными перегрузками по току, как например, в электро- приводах постоянного тока, где перегрузки двухкратной и более величины.Действительно, номинальная мощность 15 вольтодобавочного трансформатора определяется напряжением вольтодобавки, обеспечивающим коммутацию тока из тиристорного моста в цепь диодного, и действующим ,значением тока вторичной обмоткин = 1-1 гн 1 гн (1)Так как для нормальной коммутации токаиз силового моста в цепь вспомогательного моста величина вторичного напряжения вольтодобавочного трансформатора лежит в пределах 10 - 20 В, а действующее значениетока во много раз меньше тока нагрузки,вследствие кратковременности его протекания через вторичную обмотку вольтодобавочного трансформатора, мощность вольтодобавочного трансформатора мала в отличие от величины индуктивности рассеяниявольтодобавочного трансформатора, которая определяется какг(2)где Укб - индуктивная составляющая напряжения трансформатора,Это приводит к увеличению емкости конденсатора, включенного на выходе выпрямителя. Величина угла коммутации тока изсилового моста во вспомогательный мост придопущении, что на интервале коммутацииток нагрузки и напряжение вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора неменяются, определяется по формулегУкб гн 1 кси/ 2)41.,)н окомгде 1 ом - величина коммутируемого токОщ-величина напряжения вольтодобавочного трансформатора в моменткоммутации.Как следует из описания работы преобразователя, процесс коммутации тока из силового тиристора в диод вспомогательногомоста должен закончиться до окончания интервала разряда конденсатора, включенного на выходе Вспомогательного моста. Используя формулу (3), можнопоказать, что в выпрямителях средней и большой мощности при токах1= 21 и реальных параметрах 11 кб,У, угол коммутации тока из тиристорногомоста во вспомогательный мост больше 60 -70 эл. град. Это не удовлетворяет нормальным условиям работы преобразователя и необеспечивает цели введения вольтодобавочного трансформатора, а именно, повышениюжесткости нагрузочных характеристик. Кроме того, выключение силовых тиристоровпроисходит не напряжением вольтодобавочного трансформатора, а определяется параметрами 1 С-контура тиристорных ключей,что не позволяет использовать силовые тиристоры с . Оольшим временем выключения иведет к ухудшению стоимостных характеристик выпрямителя.Устранения этих недостатков в преобразователях, работающих с большими кратковременными перегрузками по выпрямленному току, можно добиться снижением индуктивности рассеяния вольтодобавочного трансформатора, что неизбежно ведет к увеличению его мощности. Однако и в этом случаеположительных результатов можно достичьлишь тогда, когда мощность вольтодобавочного трансформатора становится соизмеримой с типовой мощностью согласующеготрансформатора. Поэтому такое устройство,обладая рядом преимуществ перед другими известными, будет иметь плохие массогабаритные показателиЦель изобретения - улучшение массогабаритных показателей преобразователя.Поставленная цель достигается тем, чтов преобразователе переменного напряженияв постоянное, содержащем силовой тиристорный мост, подключенный к входным выводам через согласующий трансформатор, узелискусственной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором навыходе и двумя тири сторными ключами,включенными между одноименными выводами силового и вспомогательного мостов, согласующий трансформатор выполнен с дополнительными обмотками, каждая из которых15 включена между соответствующими входными выводами силового и вспомогательногомостов,На фиг, 1 представлена принципиальнаясхема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.Преобразователь содержит силовой мост1, подключенный входными выводами к обмоткам 2 согласующего трансформатора 3,а выходными выводами - к нагрузке 4.К обмоткам 5 согласующего трансфооматора25 3 подключен вспомогательный мост 6, навыходе которого включен конденсатор 7.Между выходами силового 1 и вспомогательного моста 6 включены ключи 8 и 9, которыеимеют коммутирующий конденсатор 10, дрос 30сель 11 и два тиристора 12 и 13, зашунтированные обратными диодами 14 и 15.На фиг. 2 обозначено: 16 - ток и напряжение конденсатора 10; 17 - ток и напряжение конденсатора 7; 18 - ток тиристорафазы А силового моста 1; 19 - ток диодафазы А вспомогательного моста 6; 20 - токвключаемой фазы.Преобразователь работает следующим об.разом.Перед началом работы устройства подаются импульсы управления на тиристоры 124 в ключей 8 и 9, а на тиристоры моста 1 импульсы не подаются, тогда конденсатор 7заряжается до напряжения большего, чемамплитуда линейного напряжения вторичныхобмоток согласующего трансформатора, а4 конденсаторы 10 ключей 8 и 9 заряжаютсядо половины этого напряжения, знаки полярности конденсаторов показаны на фиг. 1 вскобках. Оба ключа работают синхронно,поэтому ниже рассматривается лишь работа ключа 8.Пусть ток нагрузки 1 протекает через силовой тиристор фазы А в катодной группемоста 1 и тиристор фазы С в анодной группе. В момент времени 1 (фиг. 2) для коммутации тока из фазы А в фазу В включаюттиристор 13, и конденсатор 10 начинает перезаряжаться по контуру: конденсатор 10,тиристор 13, диод 14, дроссель 11, конденсатор 10. Через открытые тиристоры 13ключей 8 и 9 к нагрузке 4 прикладываетсянапряжение конденсатора 7, большее, чем амплитуда линейного напряжения. Под действием напряжения конденсатора 7 ток из фазы А начинает переходить в цепь конденсатора 7, разряжая его, а одновременно ток из тиристора фазы А силового моста 1 под действием напряжения обмотки 5 трансформатора 3, включенной встречно вторичной обмотке 2, начинает переходить в цепь диода вспомогательного моста 6, синфазного с проводящим силовым тиристором. На интервале 1 о - 11 (фиг. 2) ток из основного моста 1 переходит во вспомогательный мост 6, тиристор моста 1 в фазе а в момент 1 включается и начинает восстанавливать свои свойства под действием напряжения обмотки 5 трансформато ра 3. В момент времени 1 д конденсатор 10 полностью перезарядится и напряжение на его обкладках изменит знак. На интервале 1 з - 1 з через тиристор 13 протекает ток 1, равный сумме двух токов: убывающего тока фазы А и возрастающего тока конденсатора 7. В момент времени 1 з включается тиристор 12 и начинается колебательный перезаряд конденсатора 10. К моменту т 4 ток тиристора 13 спадает до нуля и иа интервале 1 - 1, весь ток нагрузки идет через конден сатор 7 и диод 15, и тиристор 3 восстанавливает свои свойства под действием напряжения на диоде 15, В момент 1 ток пере- заряда становится меньше то 1 а нагрузки, и диод 15 запирается. К моменту 1 на тиристор фазы В должен быть подан импульс ЗО управления. Поскольку в момент 1 диод 15 заперт, ток нагрузки под действием ЭДС самоиндукции не прервется, а будет идти по двум путям: через конденсатор 10, завершая его перезаряд, и через фазы С и В, к которым через вспомогательный мост 6 подключен конденсатор 7. С момента ток нагрузки пойдет по двум цепям: через конденсатор 7, постепенно убывая, и через фазы трансформатора, постепенно возрастая. Когда ток в фазах В и С становится равным 40 току нагрузки, ток конденсатора 7 спадает до нуля и коммутация заканчивается. Таким образом, ввиду малой индуктивности рассеяния обмоток 5 трансформатора 3 интервал 1 О - 11 во много раз меньше интервала 1 - 1 б, и поэтому процесс перевода тока из силового моста 1 во вспомогательный мост 6 не влияет на процессы коммутации тока в фазах преобразователя.Включение дополнительной обмотки согласующего трансформатора выгодно отличает предлагаемый преобразователь с искусственной коммутацией от прототипа, так как это позволяет отказаться от вольтодобавочного трансформатора и исключить влияние процессов, связанных с выключением тиристоров основного моста на процессы коммутации тока в фазах преобразователя. В результате этого улучшены массогабаритные показатели преобразователя на 20 - 3090. как за счет исключения вольтодобавочного трансформатора, так и за счет снижения величины емкости конденсатора, включенного на выходе вспомогательного моста.формула изобретенияПреобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой тиристорный мост, подключенный к входным выводам через согласующий трансформатор, узел искусственной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами, включенными между одноименными выводами и силового и вспомогательного мостов, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, согласующий трансформатор выполнен с дополнительными обмотками, каждая из которых включена между соответствующими входными выводами силового и вспомогательного мостов.Источники информации,принятые вд внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМо 443448, кл. Н 02 М 7/155, 1971.2. Авторское свидетельство СССРМо 519832, кл. Н 02 М 7/155, 1973./7 иг. Мельнс ком ите и откр шская од, ул Составитель Е.Техред А. Войк Тираж 721НИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж - 35. Рау лиал ППП Патент, г. Ужго Редактор Е. ПапиЗаказ 6469/73В оваКорректор Г. РешетникПодписноеа СССРытийаб., д. 4/5Проектная, 4