Преобразователь постоянного напряжения в постоянное с плавным регулированием

(51)5 Н 02 М 3/315 ЗОБРЕТ ДЕТЕЛЬСТВУ де изМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С(71) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта(56) Бедфорд:Б., Хофт:Р, Теория авто номных инверторов, -:М.: Энергия, 1969Авторское свидетельство СССР У 474084, кл Н 02 М 3/315, 1975, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ С ПЛАВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования на электроподвижном составе постоянного тока, Це лью изобретения является расширение диапазона регулирования напряжения на выходе преобразователя, уменьше 2ние установленной мощности оборудования и повышение КЦД, Устройство соржит инверторную ячейку, состоящуюосновных тиристоров 1 и 2, выпрямительных диодов 3 и 4, автотрансформатора 5, сглаживающего реактора 6 и генератора 7 импульсов напряжения коммутации, Генератор 7 состоит из тиристоров 8-11 с встречными диодами 12-15 и колебательного контура, состоящего из реактора 16 и конденсатора 17, Вторичные обмотки 19 и 20 импульсного трансформатора 18 через дополнительные тиристоры 22 и 23 со единены с катодами основных тиристо ров, Для оптимизации установленной мощности оборудования генератора импульсов напряжения коммутации преоб разователь может быть выполнен с общим генератором импульсов напряже ния и коммутации и содержащим анало гичные ннверторные ячейки 29 и 30з.п ф-лы, 4 ил.изобретение относится к преобразовательной технике и предназначенодля использования на электроподвижном составе постоянного тока,Целью изобретения является расширение диапазона регулирования напряжения на выходе преобразователя,уменьшение установленной мощностиоборудования и повышение КЦЦ, 10На фиг,1 и 2 приведены принципиальные схемы преобразователя с одной ячейкой и М дополнительными ячейками; на фиг3 и 4 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу в 5начальный период пуска и в устано 1вившемся режиие,Преобразователь (фиг.1) содержитосновные тиристоры 1 и 2, выпрямительные диоды 3 и 4 автотрансформа 20тор 5, сглаживающий. реактор 6, генератор 7 импульсов напряжения коммутации, включающий тиристорный мостиз тиристоров 8-11 с встречными диодами 12-15, колебательный контур, со 25держащий реактор 16 и конденсатор 17,для коммутации тока вентилей тиристорного моста, импульсный трансформатор 18 с вторичными обмотками 19 и20, причем выводы первичной обмотки 3021 соединены с выходными клеммамиуказанного моста, а вторичные обмотки 19 и 20 включены последовательнов цепь выхода указанного моста и через дополнительные тиристоры 22 и 23соединены с катодами основных тиристоровКроме этого, в преобразовательвходят Г-образный 1.С-фильтр, содержа"щий реактор 24 и конденсатор 25, иблок 26 управления, формирующий им 40пульсы тока управления в.заданнойвременной последовательности для отпирания тиристоров преобразователя,Нагрузка 27 преобразователя присоединена к средней точке 28 автотрансформатора 5 через реактор:6.Элементы 1-6, 22 и 23 образуютячейку 29, причем устройство на фиг,2содержит Н ячеек, в частности дополнительную аналогичную ячейку 3050Выходы блока 26 управления черезблоки 31 и 33 гальванической развязки связаны с управляющими переходамитиристоров 1 и 2, блоки 33 и 34 тиристоров 8, 9 и 10, 11, блоки 35 и36тиристоров 22 и 23. В начальноминтервале пуска преобразователя блок26 управления обеспечивает подачуимпульсов тока управления только в цепи управляющих переходов тиристоров 8, 9 и 10, 11 тиристорного мостаи с некоторой задержкой относительноимпульсов напряжения коммутации вцепи управляющих переходов дополнительных тиристоров 22 и. 23После окончания начального интервала пуска блок 26 управления обеспечивает одновременное отпирание соответственно тиристоров 8, 9 и 22 и 10,11 и 23, При этом с некоторым опережением по отношению к импульсам напряжения коммутации, определяемым величиной напряжения на выходе или током нагрузки, с выходов блока управления поступают импульсы тока управления в цепи управляющих переходовтиристоров 1 и:2С целью оптимизации установленноймощности оборудования генератора импульсов напряжения коммутации преобразователь (фнг.2) может быть выполнен с общим генератором импульсовнапряжения и содержащим М аналогичных инверторных ячеек. При этомблок управления выполнен обеспечивающим поочередную подачу импульсовтока управления тиристорами 8, 9 и10, 11 тиристорного моста генератораимпульсов напряжения коммутации исинхронизированную подачу управляющих импульсов на соответствующие основные и дополнительные тиристоры счастотой, в и раз меньшей частотыуправляющих импульсов вентилями тиристорного моста. указанного генератора, с регулируемой задержкой относительно момента их подачи и сдвинутых между собой на угол 9/К.Преобразователь работает следующим образомВ начальный период пуска тиристоры 1 и 2 заперты и преобразованиепостоянного напряжения осуществляется генератором импульсов напряжениякоммутации, дополнительными тиристорами 22 и 23 и выпрямительными диодами 3 и 4,В момент времениимпульстокапоступает в пепи управляющих переходов тиристоров 8 и 9, При этомна первом выходе генератора импульсов напряжения коммутации и на первичной обмотке трансформатора 18 формируется прямоугольный импульс напряжения Бк положительной полярности(фиг 2), Амплитуда этого импульса обмоткой 19 трансформатора 18 увеличи 5 163 вается на 16-20 Х В момент времениимпульс тока 1 поступает в цепь управляющего перехода тиристора 22, отпирание которого приводит к появлению импульса напряжения У в контуре, образованном конденсатором 25, вентилями 8 и 12 инвертора, вторичной обмоткой 19 трансформатора 18, тиристором 22, полуобмоткой авто трансформатора 5, реактором 6 и нагрузкой 27 При этом через нагрузку протекает результирующий ток, обусловленный током в цепи указанного контура и током, наведенным во второй полуобмотке автотрансформатора : 5 Через тиристоры 8 и 9 протекает результирующий токнагрузки и контура коммутации, Поскольку амплитудаимпульса токаконтура коммутации превыКшает максимальное значение тока нагрузки более чем в 2 раза, то в мо мент времениток через вентили 8, , 12 и 9, 13 меняет свое направление иобратная полуволна тока протекает через диоды 12 и 13С этого момента времени начинается процесс восстановления запирающих свойств тиристо ров 8 и:9Для обеспечения устойчивой работы преобразователя необходимо выполнение условия при котором амплитуда тока нагрузки и длительность импульса тока через встречные диоды 12 и 3 больше времени восстановления запирающих свойств тиристоров генератора импульсов напряжения коммутации.В момент времени к.4 ток через дио ды 12 и 13 становится равным нулю и на вентилях 8, 12 и 9, 13 восстанавливается напряжение, При этом тирис торы 8 и 9 остаются в запертом состоянии, После выключения диодов 12 и 13 ток нагрузки протекает по контуру, в который входит секция обмотки автотрансформатора 5, сглаживающий , реактор 6, нагрузка 27 и диод 3В момент времениимпульс тока 1 поступает в цепи управляющих пе реходов тиристоров 10 и 11, отпирание которых приводит к появлению им пульса напряжения Уположительной полярности на втором выходе генера тора, Амплитуда этого импульса обмот кой 20 трансформатора 18 также увеличивается на 16-203, Далее при появ ленин импульса тока управления .4. в цепи управляющего перехода тиристора 23 электромагнитные процессы в пре 6956 6образоватепе протекают анапогичноописанным.В установившемся режиме работыпреобразователя в начальном периодепуска напряжение на его выходе определяется выражением БН = 2 ЕККГ Т, - Т, );10 ТЗК = а- "Згде Е - напряжение источника пита-.нияКи К - коэффициенты трансформациитрансформаторов 5 и 18;- частота инвертирования;Т, - длительность импульсов наНпряжения коммутации;Т - время задержки отпираниядополнительных тиристоров20 по отношению к моментам отпирания тиристоров инвертора,Ток через нагрузкублагодаряНбольшой индуктивности реактора 625 имеет пульсации пилообразной формычастотой, в 2 раза большей частотыимпульсов напряжения коммутации,После уменьшения времени задержкиотпирания тиристоров 22 и 23 до нулявводятся в работу силовые тиристоры1 и 2, которые окпираются импульсами тока ь. иВ момент времени С 1 импульс тока1(фиг 3) поступает в цепь управляющего перехода тиристора 1, отпи 35рание которого вызывает протеканиетока; по контуру, образованномуконденсатором 25, тиристором 1, полуобмоткой автотрансформатора 5, ре40 актором 6 и нагрузкой 27С этогомомента времени напряжение в нагрузочной цепи практически равно напряженив на конденсаторе 25В момент времениимпульс тока45 1 Э поступает в цепь управля"щегоперехода тиристоров 8, 9 и 22,.отпирание которых приводит к увеличениюнапряжения Б , на величину напряжения на вторичной обмотке 19 трансфор50 матора 18, В результате этого наприжение на аноде тиристора 1 становится отрицательным и он запирается Сэтого момента времени начинается процесс восстановления его запирающихсвойств, а ток нагрузки протекает поконтуру, образованному конденсатором25, тиристором 8, вторичной обмоткой19 трансформатора 18, тиристором 22,полуобмоткой автотрансформатора 5, 163695 бреактором б и нагрузкой 27, В момент времени й ток через вентили 8 и 12 меняет найравление и переходит с ти ристора 8 в цепь диода 2Таким образом, процесс коммутации тока через тиристоры 8 и 9 происходит аналогично описанному, В момент времениток через диод 12 становится равным нулю, С этого момента времени напряО жение Б ы становится равным падению напряжения на диоде 3, и нагрузочный ток протекает по контуру: диод 3, полуобмотка автотрансформатора 5, ре" актор Ь и нагрузка 27В момент времениимпульс тока1управления у 6 поступает в цепь уп равляющего перехода тиристора 2, Его отпирание вызывает протекание тока нагрузкипо контуру, образованно. му конденсатором 25, тиристором 2, второй полуобмоткой автотрансформатора 5, реактором б и нагрузкой 27С этого момента времени напряжение цвь, снова становитсЯ Равным напРЯ 25 жению на конденсаторе 25В момент времени Тз.импульс тока 1 поступает в цепь управляющихпереходов тиристоров 10, 11 и 23, отпирание которых приводит к увели чению напряжения Б вна величину напряжения навторичной обмотке 20 трансформатора 18, и происходит запирание тиристора 2, С этого момента времени ток нагрузки протекает по 35 контуру: конденсатор 25, тиристор 10, вторичная обмотка трансформато ра 18, тиристор 23, вторая полуоб мотка автотрансформатора 5 у реактор 6 и нагрузка 27В момент времени 1 40 ток через вентили О и 14 меняетнаправление и переходит с тиристора 10 в цепь диода 14, В момент времени й ток через диод 14 становитсяВ 45 равным нулю, С этого момента времени напряжение Б ьстановится равным падению напряжения на диоде 4 и нагрузочный ток протекает по контуру: диод 4, вторая полуобмотка трансформатора 5, реактор 6 и нагрузка 27, Далее электромагнитные процессы в преобразователе периодически повто ряютсяНапряжение на первичной обмоткеавтотрансформатора У р имеет прямоугольную форму со стуйеньками, обусловленными импульсом напряжения ком мутации Ук и паузой в работе тиристоров 1 и 2,Формула и зо бр е тения1, Преобразовательпостоянного напряжения в постоянное сплавным регулированием, содержащий входной фильтр,соединенный с инверторной ячейкой,включающей в себя два тиристора,соединенных анодами с положительнымвходным выводом, а катодами с катодами диодов и трансформаторной обмоткой, генератор импульсов напряжениякоммутации, подключенный к минусовомувходному выводу и состоящий из тиристорного моста с первичной обмоткойкоммутирующего трансформатора в диагонали переменного тока и резонанснымЬС-контуром, причем цепь нагрузкиподключена к отрицательному входномувыводу, а также блок управления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, уменьшенияустановленной мощности оборудованияи повышения КПД, инверторная ячейкаснабжена двумя дополнительными тиристорами, а коммутирующий трансформатор выполнен с двумя вторичнымиобмотками, каждая из которых подключена к соответствующему выводу переменного тока моста генератора импульсов и соединена через дополнительныйтиристор с катодами тиристоров инверторной ячейки, в качестве трансформаторной обмотки которой использован автотрансформатор, соединенныйсредним выводом с цепью нагрузки, ааноды диодов ячейки подключены к отрицательному входному выводу, причемблок управления выполнен обеспечивающим синхронизированную подачу управляющих импульсов на соответствующие основные и коммутирующие тиристоры, а также подачу импульсов на дополнительные тиристоры с регулируемой задержкой относительно подачиуправляющих импульсов на коммутирующие тиристоры,Преобразователь по.п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что онснабжен М дополнительными инверторными ячейками, где И - целое число,а блок управления выполнен обеспечивающим подачу управляющих импульсовна основные тиристоры, сдвинутыемежду собой на угол/И,1636956 тор Н,Ревская Редактор О,Юрковецкая Подписно ГКНТ СССР венно 11303 Производственно-издательский комбинат "Патент Заказ 822ВНИИПИ Гос Со ставитель; 0 ПахомоТехред А.Кравчук Тираж 385омитета ло изобретениям осква, Ж, Рауаская н открьггиям лр д. 4/5 жгород, ул, Гагарина, 101