Преобразователь постоянного напряже-ния b переменное

Союз Советских Социалистических Реелублик(22) Заявлено 200979 (21) 2818284/24-07е присоединением заявки Нов(51)М. Кл,З Н 02 М 7/515 Государственный комитет ССр по делам изобретений и открытийИзобретение относится к преобразовательной технике и может бытьиспользовано, например в устройствах энергетики и электропривода.Известен преобразователь, в котором для эапирания силовых вентилей используются коммутирующие узлы,содержащие коммутирующие конденсаторы, дроссели и тиристоры, Каждыйкоммутирующий узел предназначендля запирания соответствующего силового вентиля 11)Недостатком такого преобразователя является сложность и невысокий КПД, так как эапирание силовых 15вентилей производится при токахи напряжениях на элементах коммутирующего узла, превышающих токи напряжение на.нагрузке,Наиболее близким по технической 20сущности к предложенному являетсяпреобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащийпреобразовательные ячейки с силовыми вентилями и трансформатортока, первичная обмотка котороговключена последовательно в выходную цепь переменного тока преобразователя, а вторичные обмотки связаны с силовыми вентилями 2. , 30 Однако такой преобразовательсложен, и не обладает хорошимимассогабаритными показателями, таккак в нем имеются дополнительныетрансформаторы, используемые длязапирания тиристоров.Цель изобретения - улучшениемассогабаритных показателей, КПД и надежности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий неполностью управляемые силовые вентили и трансформатор тока, первичная обмотка которого включена последовательно в выходную цепь переменного тока преобразователя, снабжен полностью управляемыми вентилями по числу силовых вентилей, трансформатор тока выполнен со вторичными обмотками по числу силовых вентилей, связанными через упомянутые полностью управляемые вентили с силовыми вентилями, а параллельно одной из обмоток подключен дополнительный двуполярный полностью управляемый вентиль.Двухполярный вентиль подключен ,параллельно дополнительной повышаю .1 цей обмотке трансформатора тока ивыполнен, например ламповым, либо параллельно первичной обмотке и выполнен, например, транзисторным.На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема однофазного мостового преобразователя с включением лампового двуполярного ключа параллельно отдельной повышающей обмотке трансформатора тока; на фиг, 2 - диаграммы работы преобразователя," на фиг. 3 - принципи- альная электрическая схема однофаэного мостового преобразователя с включением транзисторногс двуполярного ключа параллельно первичной обмотке трансформатора тока; на фиг, 4 - варианты выполнения транзисторного двуполярного ключа,Преобразователь (фиг, 1) выполнен на силовых тиристорах 1-4, зашунтированных обратными диодами 5-8, Трансформатор 9 тока имеет первичную обмотку 10 и вторичные обмотки 11-15. Первичная обмотка 10 включена в цепь переменного тока преобразователя. Ыторичные обмотки 12-15 включены в контуры запирания тиристоров 1-4 через однополярные полностью управляемые вентили, состоящие из электровакуумных ламп 16-19, работающих в импульсном режиме, и диодов 20-27. Параллельно вторичной обмотке 11 включен двуполярный вентиль, состоящий из электровакуумной лампы 28 и моста на диодах 29 - 32. На выходе преобразователя включен дроссель 33 и Фильтр 34 высших гармоник, Ко входу преобразователя подключен источник постоянного напряжения,Запирание тиристора 1 осуществляется следующим образом.Управляющее напряжение тиристора 1 (Фиг. 2 в) непрерывно в отмеченном интервале времени или имеет в этом интервале вид коротких импульсов достаточно высокой частоты. После снятия управляющего напряжения с этого тиристора подается управляющее напряжение на лампу 16 (фиг. 2 ж) и снимается управляющее напряжение с лампы 28 (фиг, 2 л) в течение интервала времени, необходимого для гарантированного запирания тиристора 1 при низком обратном напряжении (0,9-1,5 В), Так как ток через обмотку 10 трансформатора 9 тока определяется нагрузкой преобразователя или входным сопротивлением фильтра 34 и в этот момент не изменяется, то обрыв тока в обмотке 11 вызывает появление тока в одной из половин обмотки 12, так как в этом инвервале лампа 16 открыта управляющим напряжением, а лампы 17-19 заперты. Ток половины обмотки 12 протекает через диод 20 (или диод, 21), диод 5 и открытую лампу 16. При5 10 15 20 25 30 этом, если ампервитки обмотки 11трансформатора 9 тока практическиравны ампервиткам обмотки 10, тоампервитки проводящей ток половины обмотки 12 практически равны ампервиткам обмотки 10. Отношение числа витков половины обмотки 12 (а также половины обмоток 13 - 1 Б) к числу витков обмотки 10 выбираЕтся несколько меньше 1 (порядка 0,95-0,75). Поэтому ток проводящей половины обмотки 12 всегда больше (на 5-25) выходного токо- преобразователя, протекающего через тиристор 1 или диод 5 при любом направлении и при любой величине этого тока. Таким образом, через диод 5 протекает в прямом направлении ток выключения (ток гроводящей половины обмотки 12), и встречно или согласно ему протекает выходной ток (в зависимости от направления этого тока), Через диод 5 протекает разность или сумма тока выключения и выходного тока. Так как ток выключения всегда больше выходного тока, то эта величина всегда положительна, и ток через диод 5 протекает в прямом направлении, Тиристор 1 запирается обратным напряжением, приложенным к нему от открытого диода 5 (0,9 - 1,5 В).После запирания тиристора 1 снимается управляющее напряжение с лампы 16 (фиг, 2 ж), подается управляющее напряжение на лампу 28 то при отсутствии дросселя 33 ипри холостом ходе преобразователя через тиристоры 1 - 4 и обратные диоды 5 - 8 протекают только токиутечки этих вентилей, Так как приэтом ток через первичную обмотку 10не протекает, отсутствует ток вобмотке 11 и при запирании лампы28 и отпирании ламп 16-19 отсутствуют токи выключения тиристоров.При этом из-за разброса токовутечки тиристоров 1-4 и диодов 5-8и близости их к токам удержаниятиристоров, особенно при высокихтемпературах окружающей средь 1, коммутации тиристоров на холостом ходупреобразователя может быть неустойчивой. Чтобы исключить это, следуетпараллельно выходу преобразователявключить небольшой дроссель 33,максимальное значение тока черезкоторый в момент коммутации ролжно 50 55 бО 65(фиг. 2 л) и на тиристор 2 (фиг.2 г),Выходной ток преобразователя переходит с тиристора 1 (диода 5) натиристор 2 (диод 6) . Аналогичнопроисходит запирание других тиристоров преобразователя (фиг. 2 г, д, 40 е, з, и, к), На фиг. 2 а, б данывыходные ток и напряжения преобразователя.Если в преобразователе отсутствует выходной Фильтр 34 (фиг, 1),5 10 15 20 25 30 35 4 О 45 50 53 40 65 в 10-15 раз превышать максимальныйсуммарный ток утечки тиристора идиода (фиг, 2 м - масштаб токасильно увеличен),что достаточнодля надежной коммутации тиристоровпреобразователя на холостом ходуВысокий КПД преобразователя обусловлен малыми потерями мощности в вентилях и в трансформаторе тока. Привходных напряжениях преобразователядо нескольких киловольт, выходныхмощностях в десятки и сотни киловольтампер и частоте выходного напряжения 50-60 Гц КПД преобразователя превышает 96, При этом потеримощности в тиристорах 1-4 и диодах5-8 не превышают нескольких десятых процента от выходной мощностипреобразователя даже с учетом последовательного соединения несколькихтиристоров или диодов, так как падение йапряжения на открытом тиристоре не превышает 1,5 - 1,8 В,на диоде - 0,9-1,5 В. Падение напряжения на открытых импульсных лампах 16-19 может составлять до нес -кольких сотен вольт,т.е. до 10%от входного напряжения преобразователя, однако с учетом того, чтоскважность работы лампы велика, потери мощности в лампах 16-19 не превышает 0,8-1,0 Ъ от выходной мощности преобразователя с учетом потерь мощности также в сеточных цепях и цепях накала ламп,Из-за отсутствия конденсаторнодроссельной системы коммутациивыходного фильтра и выходных трансформаторов масса и габариты преобразователя относительно невелики(определяются массой и габаритамивентилей, трансформатора тока исистемы управления),Повышение надежности преобразователя обусловлено относительномалым числом элементов как в самоминверторе, так и в системе управления им.В преобразователе (фиг. 1) значительная .часть потерь мощностиимеет место в трансформаторе 9 токаи в лампе 28. При выходных токахпреобразователя до нескольких десятков ампер, с целью существенногоуменьшения этих потерь, повышенияКПД преобразователя и уменьшенияего массы и габаритов, двуполярныйключ включен параллельно первичнойобмотке трансформатора и выполнентранзисторным (фиг. 3). Двуполярныйключ (фиг, 3), состоящий из транзистора 35 и моста на диодах 36-39,включен параллельно первичной обмотке 40 трансформатора 41 тока,При этом в течение времени, когдатранзистор 35 открыт, выходнойток преобразователя проходит черезмост на диодах 36-39 и открытыйтранзистор 35. Так как падение напряжения на открытом ключе (наоткрытом транзисторе и двух диодах)порядка нескольких вольт, то из-заиндуктивности первичной обмотки 40ток через нее практически не протекает (ток в десятки или сотни разменьше выходного тока преобразователя). В течение интервала времени,когда транзистор 35 заперт, а открыта одна из ламп 42-45, через первичную обмотку 40 протекает выходной ток преобразователя, а черезполовину соответствующей вторичнойобмотки 46-49 трансформатора 41 токапротекает противоток, в 1,05-1,25раза больший выходного тока (оkределяется тем,что число витков первичной обмотки 40 в 1,05-1,25 раза большЕ числа витков половин вторичныхобмоток 46-49), Так как за это время(50-200 мкс) поток в магнитопроводетрансформатора 41 не успевает заметно возрасти (практически остаетсяравным нулю), то ток соответствующейполовины вторичной обмотки 46-49 на5-25 больше выходного тока преобразователя. При этом напряжение наобмотке 40 и на запертом транзисторе35 практически в 1,05-1,25 разабольше напряжения на открытой лампе42-45. Так как через обмотки трачсформатора 41 токи протекают только в течение коротких инвервалоз времени, а не в течение практически всего периода, как через обмотки. 10 и 11 трансформатора 9 тока в преобразователе (фиг. 1), то существенно уменьшаются потери мощности в трансформаторе 41 тока, его масса и габариты, Хотя через двуполярный ключ в преобразователе (фиг. 3) протекает весь выходной ток преобразователя, а не в 10-20 раз меньший, как в преобразователе (фиг. 1), падение напряжения на открытом транзисторе 35 и двух диодах моста 36-39 значительно меньше,(4-6 В), чем на открытой лампе 28 (до нескольких сотен вольт), поэтому потери . мощности в двуполярном ключе в преобразователе (фиг, 3) даже меньше, чем в этом ключе в преобразователе (фиг. 1). При входных напряжениях преобразователя до 700-800 В и выходных токах до нескольких ампер в преобразователе (фиг. 3) вместо ламп 42-45 можно использовать высоковольтные транзисторы. Хотя у этих транзисторов в открытом состоянии остаточное коллекторное напряжение при больших токах значительно (б В) и требуется значительный базовый ток для их открытия (0,2-0,5 от коллекторного тока), однако потери мощности в них значительно меньше, чем в лампах 42-45, и при скважности работы больше сотни эти транзисторы )Йогут работать практически безрадиаторов.При входных напряжениях преобразователя (Фиг. 3) до 50-100 В сцелью повышения КПД двуполярный ключможет быть выполнен по схеме (фиг.4 аили 4 б). В ключе (фиг. 4 а) выходной,ток преобразователя проходитчерез транзистор 50 или 51 и диод52 или 53, а не через два диодапоследовательно, как в ключе (Фиг.З).Хотя в ключе два транзистора, накаждом рассеивается половинная мощность. Ключ (Фиг. 4 б) проще с точки зрения построения системы управления, однако к запертым трансзисторам прикладывается небольшоеобратное напряжение (0,9-1,65 В)от открытого диода в соответствующий полупериод.Аналогично однофазным мостовымпреобразователям (фиг, 1 и фиг.З)могут быть выголнены однофазныеполумостовые преобразователи с выводом средней точки источника питания, а также многофазные, в частности трехфазные преобразователи,При этом для запирания тиристоровкаждой вертикальной ветви многоФазного преобразователя используетсяотдельный трансформатор тока,Технико-экономическая эффективность предложенного изобретения обусловлена существенным уменьшением массы и габаритов предлагаемого преобразователя по сравнению с существующими, более высоким его КПД и повышением его надежности за счет меньшего количества элементов как в самом преобразователе, так и в системе управления им. Формула изобретения1, Преобразователь постоянногонапряжения в переменное, содержащийнеполностью управляемые силовыевентили и трансформатор тока, первичная обмотка которого включенапоследовательно в выходную цепь фпеременного, тока преобразователя,о т л и ч а ю щ и й с я тем,о что, с целью улучшения массо-габаритных показ.ателей КПД и надежностион снабжен полностью управляемымивентилями по числу силовых.вентилей, трансформатор тока выполне.со вторичными обмотками по числусиловых вентилей, связанными черезупомянутые полностью управляемыевентили с силовыми вентилями, а параллельно одной из обмоток подключендополнительный двуполярный пол 2 О ностью управляемый вентиль.2. Преобразователь пс и. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем чтотрансформатор снабжен дополнительнойповышающей вторичной обмоткой,а двуполярный вентиль подключен параллельно этой обмотке,3. Преобразователь по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем что двуполярный вентиль подключен параллельно первичной обмотке трансформаторатока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Справочник по преобраэова 35 тельной технике. Киев, Техника,1979, с. 152, рис. 3,57.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2 бб 343 б,кл.н 02 М 5/42,14.09.78.8389 б 7 КЫюваке и Фиг.4 ор Г. Решетник Корре Редактор М. Хом Заказ 44 б 9/87 илиал ППП ффПатеитфф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 оставитель А. Сытиехред Ж. Каст елевич,М Тираж 730 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035 Моснва, Ж, РаушПодписноеомитета СССоткрытийая наб д,