Непосредственный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИРЕСПУБЛИК 191 И 1(51) 4 Н 02 11 5/27 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН в плечи4-21,торых включе ва плеча все мостов 1ны тиристормостов, кродовательноодной обмот тиристорным и ключами по 2. Вход кажаторы 26 - 2 апряжения ны правления стильскии инэнергии понапряжения.Хузьмицкаява е реактора ерез конде дого мост подключен источникуы. Система кои част раторы выса, распреормирователи управления, ьше полупеощные генастот 31ьсов 33ичпульсо одержи ал ков С,И. ематичес и низкои делитель34 - 39 и вентильных преЭлектри 62, рис. 3. ьность имеющих соединены с 46. Формироваьсов управлени риода высокои частотпереключателями 41тель 40 широких импуимеющих длительностьда низкой частоты, с около полупериооединен с перема управленияработы с различнно работающих ключателем 47. Систеобеспечивает режимыным числом одновремемостов и в результат на его выходенизкой частоты течение полупериоормируется ступенчапряжение. 2 з.п. зменяю ее 4 ил. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследоватетут по передаче электростоянным током высокого(53) 621.314.27(088.8) (56) Антонов В.М., ПищиСлучанко Е.И, Иетод мамоделирования сложныхобразовательных системчество, 1981, У 2, с.(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в качестве источника однофазного напряжения требуемой и регули"руемой в необходимом диапазоне частоты для питания различных нагрузок.Целью является повышение КПД и уменьшение мощности вентильного оборудования. Устр-во содержит п однофазных ного, включены послеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано вкачестве источника однофазного напряжения требуемой частоты, в том числеи регулируемой в необходимом диапазоне, получаемого из однофазного на"пряжения значительно более высокойчастоты, а также в качестве источника постоянного напряжения требуемойвеличины, в том числе и регулируемойступенями, получаемого из однофазногоЙапряжения высокой частоты, и эффективно в тех случаях, когда исхоДнаявысокая частота имеет значение порядка 1000 Гц и более,Цель изобретения - повышение КПДй уменьшение мощности вентильногооборудования преобразователя.На фиг. 1 представлена электрическая схема преобразователя высокойчастоты в низкую для конкретного еговыполнения при числе однофазных мостов п=3; на Фиг. 2 - эпюры импульсовуправления и основных напряжений этого преобразователя; на фиг. 3электрическая схема преобразователявысокой частоты в нулевую для конкретного его выполнения при числеоднофазных мостов п=3; на Фиг, 4 -эпюры импульсов управления и основныхнапряжений этого преобразователя.Преобразователь высокой частоты. в низкую (Фиг, 1) содержит однофазные мосты 1 3 (В оощем случае пмостов), В каждое плечо моста включен двусторонний тиристорный ключ,состоящий из двух соединенных встречно-параллельно тиристоров. В мосты1 - 3 входят управляемые узкими импульсами тиристоры 4 - 7, 8 - 11и 12 - 15 соответственно. Кроме того,в эти мосты входят тиристоры, управляемые широкими импульсами: тиристоры 16 - 18 одного направления проводимости и тиристоры 19 - 21 другого(обратного) направления проводимости.В два плеча моста 2 включены последовательно с тиристорными ключами поодной обмотке реактора 22. Две обмотки 23 и 24 этого реактора соедине ны встречно-последовательно: выводыэтих обмоток, связаннные с началомкаждой обмотки (отмечены залитымикружками) присоединены к тиристорУ55ным ключам, а выводы, связанные сконцом каждой обмотки, соединенывместе. Общая точка двух соединенныхвстречно-последовательно обмоток реактора образует один вывод моста наего выходе, Так же включены обмотки 23 и 24 реактора 22 в схеме моста 3. В общем случае обмотки реакторов включаются указанным способомв два плеча (и) мостов,Входные выводы мостов 1 - 3 подключены к источнику 25 напряжениявысокой частоты (1 ) соответственночерез конденсаторы 26 - 28, Все конденсаторы имеют одинаковую емкость.Величина емкости конденсатора выбирается такой, чтобы суммарная мощность конденсаторов была в 3-5 разменьше номинальной мощности преобразователя частоты.Выходы мостов соединены последовательно: один вывод на входе моста 1является выводом общего выхода всехмостов, а другой вывод моста 1 соединен с общей точкой двух обмотокреактора 22 моста 2, аналогично соединены выходные выводы мостов 2 и 3,Общий выход всех мостов подключенчерез фильтр 29 к нагрузке 30 преобразователя частоты, к которой приложено напряжение низкой частоты (2).В систему управления преобразователя входят маломощный генератор 31импульсов высокой частоты, маломощный генератор 32 импульсов низкойчастоты, распределитель 33 импульсов,Формирователи 34-39 узких импульсов;управления (по два на каждый мост),формирователь 40 широких импульсовуправления, переключатели 4 1- 46узких импульсов управления, переключатель 47 широких импульсов управления. Задание требуемого значения низкой частоты производится воздействи,ем сигнала 48 на генератор 32 импульсов низкой частоты. В распределитель 33.импульсов поступают от генератора 31 импульсы,имеющие высокую частоту Йь, и ои от генератора 32 импульсы, имеющие низкуючастоту 2. На основе этой информациина выходе распределителя в шести каналах возникают различные серии импульсов, следующих в каждой серии черезпериод высокой частоты, которые начправляются на входы формирователеи34 - 39 узких импульсов управления, ав двух каналах возникают старт-импульсы и стоп-импульсы, поступающие навход Формирователя 40 широких импульсов управления,55 14642Выход формирователя 40 соединен с входом переключателя 47, к которому, кроме того, поступают импульсы низкой частоты от генератора 32. Под5 действием последних этот переключатель так же, как и другие переключатели 41 - 46, изменяет свое положение в конце каждого полупериода низкой частоты, В одном положении переключа теля 47 широкий импульс управления поступает на электроды управления тиристоров 16 - 18 и эти тиристоры оказываются открытыми в течение одного полупериода низкой частоты, В конце этого полупериода положение переключателя 47 изменяется и следующий широкий импульс поступает на электроды управления тиристоров 19 - 21, имеющих обратное по сравнении с тиристорами 16 - 18 направление проводимости. Тиристоры 19 - 21 открыты в течение другого полупериода низкой частоты.Выходы формирователей 34 и 35 уз ких импульсов управления соединены соответственно с входами переключателей 41 и 42. В тот полупериод низкой частоты, когда открыты широким импульсом тиристоры 16, положение 30 переключателей 41 и 42 такое, что. узкие импульсы поступают поочередно через половину периода высокой частоты на электроды управления тиристоров 4 и 6, имеющих одинаковое направление проводимости с тиристорами 16. В результате на выходе моста 1 возникает выпрямленное напряжение Б одной полярности.При переходе к другому полупериоду низкой частоты положение переключателей 41 и 42 изменяется и узкиеимпульсы поступают поочередно через половину периода высокой частоты на электроды управления тиристоров 5 и 7, имеющих одинаковое направление проводимости с открытыми в это время тиристорами 19. В результате на выходе моста 1 возникает выпрямленное напряжение Б, обратной полярности (по сравнению с предыдущим полупериодом низкой частоты, когда отпирались тиристоры 4 и 6), Если в промежутке работы моста 1 другие мосты не работают (на их тиристоры не подаются узкие импульсы управления), напряжение Б, прикладывается к фильтру 29 и через него к нагрузке 30. Это обеспечивается тем, что в других мостах 71 4открыты тиристорь 1 17 и 18 или 20и 21, ток под действием напряжения Б,проходит через эти тиристоры, фильтри нагрузку 30.Аналогично работает мост 2 в томпромежутке времени, когда в одинполупериод низкой частоты поочередноотпираются тиристоры 8,и 10, получаяузкие импульсы управления от формирователей 36 и 37 через переключатели43 и 44, а в другой (следующий) полу-период низкой частоты - тиристоры 9и 11. При одновременной работе мостов1 и 2 их выпрямленные напряжения Уи Б складываются. Если мост 3 в этомпромежутке не работает, то ток проходит под действием напряжения Б, +Бчерез тиристоры 18 или 21, фильтр инагрузку 30.Аналогично работает мост 3, а вобщем случае и другие мосты. В результате на выходе к Фильтру и нагрузке может прикладываться любаякомбинация из напряжений мостов.В разные промежутки времени в течениекаждого полупериода низкой частотыиспользуются следующие комбинациинапряжений мостов 1 - 3: Б,Б+Б,У,+Б +Из. В общем случае, когда преобразователь имеет п мостов, числокомбинаций напряжений мостов увеличивается до У +ББ,На фиг. 2, поясняющей работу преобразователя, на оси 49 показан широкий импульс управления, отпирающийтиристоры 16 - 18, на осях 50 и 51показаны узкие импульсы управленияИ 6 и И 4, отпирающие соответственнотиристоры 6 и 4 моста 1, на осях52 и 53 - узкие импульсь 1 управленияИ 10 и И 8, отпирающие соответственнотиристоры 9 и 8 моста 2, на осях 54и 55 - узкие импульсы управления И 14и И 12, отпирающие соответственнотиристоры 14 и 12 моста 3. В каждойсерии имгульсы следуют через периодвысокой частоты Т. Импульсы, относящиеся к тиристорам одного моста (например, И 6 и И 4),сдвинуты между собой на половину периода высокой частоты. На осях 56 - 58 показаны напряжения Н,Д и У соответственномостов 1 - 3. На оси 59 показано напряжение Н низкой частоты, приложенное после фильтра к нагрузке 30, наоси 60 показан широкий импульс управления, отпирающий тиристоры 19 - 21.На осях 61 - 66 по ., яаны узкие им 5 14642пульсы управления, отпирающие тиристоры 5 и 7,9 и 11, 13 и 15 соответственно мостов 1 - 3.В примере, приведенном ца фиг.2,5длительность широкого импульса управления выбрана равной шести периодамвысокой частоты Т (оси 49 и 60).Промежуток времени 161 т между смежными широкими импульсами равен одномупериоду высокой частоты. Из сравненияшироких импульсов на осях 49 и 60,. с одной стороны, и напряжения низкой1частоты на оси 59, с другой стороны,1видно, что длительность широкого им пульса в этом примере меньше полупе 1,риода низкой частоты -Т на один пе"2 ириод высокой частоты ТНапряжение Б, моста 1 (ось 56): ким импульсам управления Иб и И 4 (оси50 и 51), отпирающим тиристоры б и 4,а в промежутке СС, - импульсам И 5и И 7 (оси 61 и 62), отпирающим тиристоры 5 и 7. Напряжение ц, моста 2(фиг.1). После фильтра образуется сту-пенчатое напряжение низкой частоты Б35(ось 59). На каждой ступеньке это выходное напряжение, если фильтр 29идеальный, равно постоянной составляющей напряжения, подведенного к40фильтру. При реальном фильтре на показанную кривую выходного напряжениянакладываются гармоники, проникшиечерез фильтр.1В промежутках С и 56, когда 45в первом полупериоде.низкой частотыработает только мост 1, ток этогомоста проходит через тиристоры 17и 18 мостов 2 и 3, открытые в этовремя широким импульсом. В промежутках г.си, когда в первом полупериоде низкой частоты работаютмосты 1 и 2, ток, создаваемый суммарным напряжением этих мостов, проходит через тиристоры 18, открытые взто время широким импульсом. В промежутке г. С в первом полупериоде ннзкой частоты работают все три моста.и ток создается их суммарным напряже 71 6нием, Аналогично процессы ир 1 т 1 ека 1 от во втором полупериоде низкой частоты, когда напряжение на стороне ццзксй частоты получает обратное направление.Значение низкой частоты 1 на выходе преобразователя можно регулировать, изменяя частоту генератора 32 импульсов (фиг. 1), Б случае. трехмостового преобразователя наибольшая частотй получится, если каждая ступенька выходного напряжения будет. образована одной полуволной напряжения высокой частоты 2В этом случае наибольшее значение низкой частоты равно 0,2 йв . Уменьшение низкой частоты может быть осуществлено практически до любого необходимого значения. На фнг. 2 изображен случай, когда низкая частота в 14 раз меньше высокой.Реакторы 22, включенные в схемы мостов 2 и 3 (фиг.1), ограничивают уравнительные токи, которые протекают через проводящие тиристоры и конденсаторы 26 - 28. При работе только моста 1 уравнительные токи ограничиваются обмотками 24, Так, например, в промежутке проводимости тиристора 6 индуктивное сопротивление обмотки 24 реактора 22 в схеме моста 2 ограничивает уравнительный ток в цепи: точка А - конденсатор 26 - тиристор 6 - обмотка 24 - тиристор 17 - конденсатор 27 - точка В, При работе одновременно двух и трех мостов в ограничении уравнительных токов участвуют обе обмотки реакторов 22. Так, например, в промежутке проводимости тиристора 8 индуктивное сопротивление обмотки 23 реактора 22 в схеме моста 2 ограничивает уравнительный ток в цепи: точка Б - конденсатор 26 - тиристор 16 обмотка 23 - тиристор 8 - конденсатор 27 - точка А, а в промежутке проводимости тиристора 10 индуктивное сопротивление обмотки 24 реактора 22 в схеме моста 3 ограничивает уравнительный ток в цепи: точка А - конденсатор 27 - тиристор 10 - обмотка 24 - тиристор 18 - конденсатор 28 - точка В.Индуктивное сопротивление одной обмотки реактора 22 выбирается таким, чтобы уравнительные токи были примерно в 10 раз меньше номинального тока преобразователя, При высокой, частоте реакторы 22, обеспечивающие такое ограничение уравнительных то 1464271ков, получаютсяравннгельно небольших размеров и массы.Встречно-последовательное включение двух обмоток реактора 22 обеспе 5чивает небольшое индуктивное сопротивление для коммутирующих токов,проходящих одновременно по обеим обмоткам в одном направлении, Так, например, в промежутке времени, когда 10происходит коммутация тока с тиристора 8 на тиристор 10, коммутирующийток проходит по цепи: точка А - конденсатор 27 - тиристор 8 - обмотка23 в . обмотка 24 - тиристор 17 - кон денсатор 27 - точка В. При этом, благодаря встречно-последовательйому соединению обмоток 23 и 24, индуктивное сопротивление коммутирующему току связано только с небольшим магнитным потоком рассеяния (значительно меньшим, чем основной магнитный поток, определяющий индуктивное сопротивление при прохождении уравнительного тока в одной обмотке реакд 25тора 22).Таким образом, благодаря встречно- последовательному соединению двух обмоток реактора 22, они не препятствуют быстрому протеканию в схеме моста 30 коммутационных процессовПреобразователь высокой частотыв нулевую (фиг.3) содержит однофазные мосты 1 - 3 (в общем случае и мостов). Каждое плечо моста, в отличие35 от преобразователя высокой частоты внизкую, имеет одностороннюю проводимость, В мосты 1 - 3 входят соответственно тиристоры 4 и б, 8 и 10, 12 и 14 и диоды 67 - 69. В остальном силовая схема преобразователя совпадает со схемой фиг. 1.В блок управления вентилями преобразователя входят маломощный генератор 31.импульсов высокой частоты,.распределитель 33 импульсов и формиро- ватели 34 - 39 импульсов управления(по два на каждый мост).Задание числа работающих мостовпроизводится воздействием сигнала 70 на распределитель 33 импульсов.В распределитель 33 импульсов поступают от генератора 31 импульсы, имеющие высокую частоту 2 , и воздей.ствие сигнала 70.55На основе этой информации на выходе распределителя в двух, четырех или шести каналах (по два на каждый мост) возникают серии импульсов, следующие в кажлои серии через период высоков частоты, которые направляются на входы формирователей 34 и 35 или 34 37, или 34 - 39.импульсов управления в зависимости от заданного числа ра"ботающих мостов.Если, например, импульсы управления возникают на выходе формирователей 34 и 35 и с этих выходов поступают поочередно через половину периода высокой частоты на электроды управления тиристоров 4 и 6, на выходе моста 1 возникает выпрямленное напряжение У, . Напряжение Б, через обмоткк 24 реакторов 22 и диоды 68 и 69 поступает на вход фильтра 29 и через него к нагрузке 30.Если импульсы управления возникают на выходе формирователей 34 - 37 и соответственно поступают на тиристоры 4,6,8 и 10, сумма выпрямленных напряжений Ци Б через обмотку 24 реактора 22 моста 3 и диоды 69 прикладывается к входу фильтра 29 и через него к нагрузке 30.Аналогично при возникновении импульсов управления на выходе формирователей 34 - 39 к нагрузке через фильтр прикладывается сумма выпрямленных напряжений ИБ и 13.Таким образом, задавая число работающих мостов, возможно регулировать ступенями величину напряжения на нагрузке, которая при неизменной величине напряжения источника высокой частоты повышается с кратностью, равной числу работающих мостов.На фиг. 4, поясняющей работу преобразователя для случая работы всех трех мостов, на осях 71-76 показаны импульсы управления тиристорами 4,6, 8,10,12 и 14, на осях 77 - 79 - выпрямленные напряжения на выходе мостов 1 - 3 соответственно, на оси 80 - напряжение на нагрузке. Реакторы 22, включенные в схемымостов 2 и 3 (Фиг, 3), ограничиваютуравнительные токи, но практическине препятствуют протеканию коммутирующих токов так же, как описано вслучае преобразователя высокой частоты в низкую (фиг. 1),При замене нагрузки 30 и Фильтра29 источником постоянного напряжения,а воздействия сигнала 70 - блокомсинхронизации, связанным с источником высокой частоты, преобразователь9 14 фиг. 3) может быть обращен в инвертор, работающий на сеть.Применение непосредственного преобразователя позволяет повысить КПД и уменьшить мощность вентильного оборудования за счет ограничения уравнительных токов без ухудшения основных характеристик преобразователя.Формула изобретения1. Непосредственный преобразователь, содержащий и последовательно связанных между собой по .выходным выводам постоянного тока четырехплечих однофазных вентильных мостов, причем выводы переменного тока мостов подключены через конденсаторы к входным силовым выводам питающей сети, реакторы и блок управления, включающий в себя последовательно связанные между собой распределитель и формирователь импульсов, обеспечивающий уп6427110 равление вентильными мостами, о т - л и ч а ю щ и й с я. тем, что, с целью повышения КПД и уменьшения мощ ности вентильного оборудования межФ ду соседними по выходным выводам постоянного тока плечами (п) мостов включены указанные реакторы, по одному в каждом мосту, которые выполнены двухабмоточными со встречно включенными обмотками, причем точка соединения этих обмоток образует выход: ной вывод моста, соединенный с выходным выводом предыдущего из последовательно связанных между собой мостов2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что каждое плечо моста выполнено с двусторонней проводимостью.3. Преобразователь по и. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что каждое плечо моста выполнено с односторонней проводимостью.И 19;Мыцы Составитель Г кедактор Н,Тупица Техред Ц,Дидык Корректор Э.Лончакова ГКНТ ССС роизводственно"издательский комбинат "Патент"., г.ужгород Гагар Заказ 831/57 Тираж ВНИИПИ Государственного коми113035, Мос 45 Подписноеф 1ета по изобретениям и открытияма, Ж, Раушская наб., д. 4/5