Преобразователь постоянного напряжения в переменное

Союз СоеетскмкСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОИ:КОМУ С ТВЛЬСТВУ(22) Завалено 050678 (21) 2625758/24-07 с присоединением заявки й- (23) Прморитет -Опубликовано 15,09.81., Бюллетень 89 34 Дата опубликования описания 150981(51)М. Хл З Н 02 М 7/537// Н 02 Р 13/18 Гвеулврственныя квинтет СССР не аелаи нзобретеннй н открытий"3 ф ,У 1) Заявитель Институт электродинамики АН Укра(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИ В ПЕРЕМЕННОЕ о преобразановленная, гак каквыходного а Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано .в регулируемых вторичных источниках питания с синусоидальным выходным напряжением.Известны автономные инверторы с амплитудно-импульсной модуляцией кривой выходного напряжения. Инвертор позволяет формировать ступенчатую кривую с нулевой полкой 11).Однако, только применительно к чисто активной нагрузке, работа его на ВХ"нагрузку сопровождается вырождением нулевой полки, и, следовательно, искажением гармонического состава напряжения на нагрузке и зависимостью от параметров нагрузки. Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, в котором применена группа: управляемых вентилей. обратного тока, включенных встречно по отношенню к напряжению источника питания, которую коммутируют синхронно с группой вентилей прямого тока. Это обеспечивает обмен реактивной энергией между нагрузкой и питающей сетью, при этом Форма кри вой выходного напряжения такого инвертора не зависит от нагрузки 2). Недостатком таког ов теляявляется большая уст мощность трансформатора онработает на частоте напряжения.Известна также более перспективнасхема Салтерса, в которой к первичной обмотке трансформатора подсоединены параллельный инвертор, а тривторичных обмотки трансформатораподключаются в соответствующей. последовательности к нагрузке с помощьютиристоров, В данном случае трансформатор работает на более высокой ча стоте по сравнению с выходной, чтопозволяет испольэовать трансформаторс меньшими весом и габаритами (3,Однако схема Салтерса не позволяет производить независимое от па раметров нагрузки амплитудно-импульсное регулирование напряжения на нагрузке, что значительно сужает областьее применения.Известен автономный инвертор, си ловая схема и система управления которого использованы в качестве прототипа для силовой части и системыуправления предлагаемого инвертора.Он содержит однофаэный мостовой ин вертор с повентильной коммутацией, 864468к выходу которого подключен трансФорматор с секционированной вторичной обмоткой, каждый из промежуточных выводов которой соединен с выходки задерживается выключение какого- либо тиристора коммутатора, схема управления вырабатывает импульс на включение следующего тиристора коммутатора, который выключает предыдущий тиристор и создает другой путь току самоиндукции нагрузки 41 .Недостатком данной схемы инвертора является то, что расширение диапаэона работы на активно-индуктивную нагрузку достигается за счет обратных связей силовых цепей инвертора с системой управления. Это увеличивает сложность системы управления и снижает надежность работы устройства в целом. Ухудшается помехозащищенность из-за связи системы управления с током нагрузки. 30 Цель изобретения - повышение функциональ ной надежности преобразователя.Указанная цель достигается тем,что в преобразователе постоянного напряжения в переменное с амплитудноимпульсной модуляцией выходного напружения, содержащем однофазный инвертор напряжения, выходом подключеченный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка котороговыполнена с отводами, причем одинпромежуточный отвод связан с первымвыходным выводом преобразователя,40 остальные промежуточные вЫводы вторичной обмотки и ее концы через встречно-параллельно включенные тиристорыкоммутатора связаны со вторым выходным выводом преобразователя, тиристорный блок принудительной коммутации, выходные выводы которого свя-заны через разделительные вентили ссиловыми электродами тиристоров коммутатора, блок управления, выполненный Й виде последовательно связанных между собой задающего генератора, регулятора длительности импульсов, и-канального распределителя импульсов, логического и усилительноразвязывающего узлов управлениятиристорами коммутатора и тиристорами блока принудительной коммутации,а также связанной с задающим генератором длительности импульсов схемы 50 ными зажимами преобразователя черезпары встречно-параллельно включенных тиристоров, и имеет датчик токав силовой цепи. Устройство для управления инвертором содержит четыре дополнительных схемы совпадения, управляемые от ячеек регистра сдвига,от регулятора длительности импульсов,а также от датчиков тока. Независимость выходного напряжения от параметров нагрузки достигается тем,что в момент времени, когда из-заактивно-индуктивного характера нагруэ управления тиристорами инвертора; выводы блока принудительной коммутации подключены к точкам соединения анодов и к точкам соединения катодов двух из трех пар введенных разделительных вентилей, разноименные электроды разных пар разделительных вентилей соединены между собой через дополнительно введенные коммутирую,щие дросаели, средние точки обмоток которых образуют выходные выводы преобразователя, причем обмотка од.ного из коммутирующих дросселей шунтирована третьей парой последовательно соединенных разделительных вентилей, точка соединения которых подключена к упомянутому одному промежуточному отводу вторичной обмотки трансформатора, а к концам обмоток второго коммутирующего дросселя подключены соответственно точки объединения анодов тиристоров коммутатора.Кроме того, преобразователь, при необходимости получения трехступенчатого выходного напряжения, снабжен элементом задержки, логическими элементами И, ИЛИ, а и-канальный распределитель импульсов выполнен с числом каналов, равным 10-ти, причем вход элемента задержки соединен со входом распределителя импульсов, а его выход подключен к логическому узлу и к первому входу логического элемента И, выход которого связан через усилительно-развязывающий каскад с тиристором блока принудительной коммутации, ко второму входу логического элемента И подключен выход логического элемента ИЛИ, входы которого соединены со вторым, третьим, седьмым каналами распределителя импульсовНа фиг. 1 и 2 изображены соответственно схемы силовой части преобразователя постоянного напряжения в переменное и блока управления; на фиг. 3 приведены временные диаграм" мы работы устройства.Силовая схема преобразователя (см. фиг. 1) содержит подключенный к зажимам источника 1, 2 питания инвертор 3, в качестве которого с целью расширения диапазона регулирования выходногО напряжения, а также с целью унификации используемых в инверторе цепей принудительной коммутации тиристоров применен однофаэный тиристорный мостовой инвертор, содержащий тиристорный мост, собранный на тиристорах 4-7, каждая фаза тиристорного моста (4,5 и 6,7) подключена к источнику питания через коммутирующие дроссели 8 и 9, каждый из которых состоит из двух обмоток, при этом одна обмотка соединяет тиристор анодной группы (тиристоры 4 и б) с положительным выводом источника 1 питания, а другая обмотка соединяет тиристор катодной группы(тнристоры 5 и 7) с отрицательнымвыводом источника 2 питания. Одна изобмоток каждого из коммутирующихдросселей имеет промежуточный. вывод,к которому через коммутирующий тиристор 10 (11), шунтированный обратновключенным диодом 12 (13), подключен коммутирующий конденсатор 14 (15)соединенный одной обкладкой с отрицательным 2 (положительным 1) выводом источника питания, а другой обкладкой через вспомогательный дроссель 16 (17) и диод 18 (19) соеди"нен с положительным 1 (отрицатель"ным 2) выводом источника питания.Пареллельно тиристорному мосту под"ключен диодный мост обратного тока,собранный на диодах 20-23., К выходу инвертора подключена первичнаяобмотка 24 трансформатора 25, к промежуточным отводам вторичной обмоткикоторой подключены три пары тиристо Оров коммутатора 26-27, 28-29, 30-31.Катоды тиристоров 26,28,30 объединены в общую точку и присоединены кодному из концов обмотки коммутирующего дросселя 32, а аноды тиристоров 27,29,31 объединены в общуюточку и подсоединены ко второму концуобмотки коммутирующего дросселя 32.Средние точки обмоток коммутирующихдросселей 32 и 33 образуют выходные Зрвыводы преобразователя, к которымподключена нагрузка 34. Нулевой вывод вторичной обмотки трансформатора 25 подсоединен к общей точке последовательно согласно соединенных ,З 5разделительных вентилей 35 и 36,другие концы которых соединены с концами обмотки коммутирующего дросселя 33. К верхним по схеме выводамдросселей 33 и 32 подсоединены анодыпервой пары разделительных вентилей37,38 катоды которых соединены содним иЪ выходных выводов блока принудительной коммутации. Нижние по схеме выводы дросселей соединены с катодами второй пары разделительных 45вентилей 39,40,аноды которых соединены со вторым выводом блока принудительной коммутации 41 (см, фиг, 1),включающий в себя тнрнстор 42, коммутирующий конденсатор 43 с параллель Оно ему подключенной цепочкой из вспомогательного дросселя 44 и диода 45и второй цепочки из вспомогательногодросселя 46 и отсекающего диода 47,один конец которой йодсоединен к поло жительному выводу источника питания1, а другой конец подсоединен к верхней обкладке конденсатора 43. Нижняя обкладка конденсатора 43 приэтом подключена к отрицательному вы"воду источника питания 2. 60Блок управления преобразователясодержит последовательно включенныезадающий генератор 48, первый элементзадержки 49, регулятор длительностй 65 импульсов 50, второй элемент задержки 51, и-канальный распределительимпульсов 52, логический узел 53,состоящий иэ десяти схем совпадения54-63, также связанную с задающимгенератором 48 и регулятором длительности импульсов схему управления инвертором 64, а также связанные совторым элементом задержки 65, логический элемент И 66 и логический элемент ИЛИ 67. Сумма управления инвертором состоит из двух триггеров 68,69, с общим счетным входом н четырех схем совпадения 70-73, Сигналы,следующие в цепи управления силовыми тиристорами, проходят через усилительно"раэвязывающие узлы (показаны) . Кроме того, в схемах совпадения54-63, 70-73 вторые нижние входы(фиг. 2) являются инверсными.силовая схема инвертора работаетследующим образом,Блок управления формирует на выходах схем совпадения 70-73 импульсыуправления(см.фиг.3 ж,з,и,к),следующие на силовые тиристоры инвертора 3.Инвертор на первичной обмотке 24,трансформатора 25 формирует двухполярные импульсы напряжениь регулируемой длительности 024(см. Фиг. 3 с,где указан порядок включения тири"сторов). Большая глубина регулирования ширины импульсов на выходе предварительного инвертора достигается эасчет принудительной пофазной коммутации тиристоров тиристорного моста.Принудительная коммутация тиристоров4,5 осуществляется включением коммутирующего тиристора 10, через который конденсатор 14 разряжается нанижнюю (по схеме) часть обмотки дросселя 8. Возникающий при этом импульснапряжения: на всей обмотке превышаетнапряжение источника питания, чтоприводит к выключению тиристора 5.Импульс напряжения, возникающий навторой обмотке дросселя, приводит квыключению тиристора 4, Аналогичновключением тиристора 11 осуществляется принудительное выключение тиристоров 6,7 другой фазы тиристорного моста, в котором, участвуют конденсатор 15 и дроссель 9. Через диоды 12 и 13 осуществляется дерезаряд конденсаторов 14 и ф 15 до исходной полярности. Через цепочки 16,18, 17, 19 осуществляется доэарядконденсаторов 14,15 до напряженияисточника питания. Следует отметить,что во время Формирования нулевыхнапряжений. на выходе инвертора попе"ременно включены (см. Фиг. 3 с) либоанодная пара тиристоров 4,6, либокатодная пара тиристоров 5,7 инвертора,тем самым осуществляется закорачивание с помощью тиристоров идиодов моста обратного тока 20-23первичной обмотки трансформаторанезависимо от направления тока вцепи нагрузки. Энергия, запасенная в нагрузке, рассеивается в самой нагрузке.Непосредственное формирование ступенчатого напряжения на нагрузке (см. Фиг. 3 т) осуществляется с помощью тиристорного коммутатора, собранного на тиристорах 26-31. При этом для достижения независимого от параметров нагрузки амплитудно-импульсного регулирования напряжения применена принудительная коммутация тиристоров 26-31 в первой половине кажцого полупериода выходного напряжения, когда возможно искажение выходного напряжения и срыв работы тиристорного коммутатора. Принудитель ное выключение тиристоров 26-31 происходит в момент формирования предварительным инвертором нулевого напряжения (см. Фиг. 3 р, где приведены импульсы управления, формируе мые элементом 66, следующие на тири- стор 42 коммутационной схемы), тем самым исключается противо-ЭДС источника питания в процессе принудительного восстановления управляющих д 5 свойств тиристоров коммутатора.В момент коммутации фиг. 1) напряжение конденсатора 43 через коммутирующий тиристор 42 и разделительные вентили 37-40 подается на коммутирующие дроссели в такой полярности, что уменьшает ток нагрузки. При этом все тиристоры коммутатора последовательными парами 26-27, 28-29, 30- 31 оказываются подключенными к напряжению на конденсаторе 43 в полярности, обеспечивающей их выключение. После выключения тиристоров 26-31 ток самоиндукции нагрузки замыкается на конденсатор блока принудительнща коммутации. В этом случае раз делительные вентили 37-40 выполняют роль выпрямительного моста, т.е. принудительная коммутация тиристоров коммутатора может производиться при любом направлении тока нагрузки и 45 всегда будет путь для замыкания тока нагрузки на конденсатор 43. Через время восстановления тиристоров коммутатора, что определяется длительностью импульса, формируемого треть- у им элементом 51 задержки блока управления, импульсы управления поступают на следующую пару тиристоров, через которие и замыкается ток нагрузки по мере того, как осуществляется перезаря коммутирующего конденсатора 43 коммутационной схемы до противоположной полярности. После чего тиристор42 восстанавливает свои управляющие свойства, а конденсатор 43 перезаряжается до исходной полярности через 6 О вспомогательный дроссель 44 и диод45. Во время Формирования второй половины каждой полуволны ступенчатогонапряжения на нагрузке (см. Фиг.3 т)происходит естественная коммутация 65 тиристоров коммутатора, поэтому импульсы управления на тиристор коммутационной схемы не подаются.Блок управления (см. фиг, 2) работает следующим образом.Задающий генератор 48, регулируемый по частоте, формирует последовательность импульсов (см, фиг. 3 а), которая поступает на управление коммутирующим тиристором 10, на триггер 68 и на первый элемент задерж-. ки 49. Сигналы с прямого и инверсного выходов триггера 68 поступают соответственно на прямые входы схем совпадения 70 и 71, на инверсные входы которых поступает сигнал с первого элемента задержки. При этом задние фронты импульсов на выходе схем совпадения 70 и 71 формируются соответственно по заднему и по переднему фронту импульсов триггера 68, а передние фронты импульсов на выходах схем 70 и 71 совпадения сдвинуты по времени соответственно от переднего и заднего фронтов импульсов триггера 68 на время импульса элемента задержки 49 (фиг. 2) . Таким образом, тиристоры 4 и 5, цепи управления которых связаны с выходами 70 и 71, в любой момент времени не могут одновременно находиться в проводящем состоянии. Длительность задержки элемента 49 должна равняться времени восстановления управляющих . свойств тиристоров. Сигнал с выхода элемента задержки 49 через регулятор длительности импульсов 50 поступает на цепь управления коммутирующим тиристором 11 и схему управления тиристорами б и 7. Управление тиристорами б, 7 осуществляется аналогично управлению тиристорами 4,5. С помощью регулятора длительности импульсов 50 осуществляется регулировка длительности импульсов напряжения П на первичной обмотке трансформатораЯ,ф (сигналы на выходе элементов 68, 49, 50,51,69 приведены соответственно на фиг. 2 б,в,г,д,е).Управление тиристорным коммутатором происходит следующим образом.Импульсы со второго элемента 51 задержки поступают на третий элемент 65 задержки и на распределитель импульсов, выходы которого связаны с прямив входами схем 54-63 совпадения, на инверсные входы которых поступают импульсы с выхода элемента 65. Схема 54-63 совпадения обеспечивает, согласно программе распределения, выработку импульсов включения на тиристоры коммутатора 26-31. С выхода второго, третьего, седьмого и восьмого каналов распределителя поступают импульсы на прямые входы логического элемента ИЛИ 67, выход которого соединен с прямым входом логического элемента И 66, второй прямой вход которого соединен с вы20 Формула изобретения 1. Преобразователь постоянного напряжения в переменное с амплитудно-импульсной модуляцией выходного напряжения, содержащий однофазный ин- р 5 вертор напряжения, выходом подключенный к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого выполнена с отводами, причем один промежуточный отвод связан с первым выходным выводом преобразователя, остальные промежуточные отводы вторичной обмотки и ее концы через встречно-параллельно включенные тиристоры коммутатора связаны со вторым выходным выводом преобразователя, тиристорный блок принудительной коммутации, выходные выводы которого связаны через разделительные вентили с силовыми электродами тиристоров комМутатора, блок управления, выпол ненный в виде последовательно связанВных между собой задающего генератора, регулятора длительности импульсов, логического и усилительно-развязывающего узлов управления тиристорами 45 коммутатора и тиристорами блока принудительной коммутации, а также связанной с задающим генератором и регулятором длительности импульсов схемы управления тнристорами инвертора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения функциональходом элемента 65. В моменты, когда из-за активно-индуктивного характера нагрузки может произойти вырождение нулевой полки выходного напряжения, т.е. в конце первого, второго, шестого и седьмого тактовых интервалов, по переднему фронту импульса элемента задержки 65 на выходе логического элемента И формируется импульс управления коммутирующим тиристором 42, включение которого приводит к принудительному выключению всех тиристоров коммутатора.Такое построение силовой схемы и блока управления преобразователя применительно к трехступенчатому напряжению можно распространить на Ъю бое число формируемых ступеней напряжения на нагрузке. ной надежности преобразователя, выводы блока принудительной коммутацииподключены к точкам соединения анодови к точкам соединения катодов двухиз трех пар, введенных разделительных вентилей, разноименные электродыразных пар разделительных вентилейсоединены между собой через дополнительно введенные коммутирующиедроссели, средние точки обмоток которых образуют выходные выводыпреобразователя, причем обмотка одного из коммутирующих дросселей шунтирована тре,.ьей парой последовательно соединенных разделительных вентилей, точка соединения которых подключена к упомянутому одному промежуточному отводу вторичной обмоткитрансформатора, а к концам обмоткивторого коммутирующего дросселя подключены, соответственно, точки объединения катодов и точки объединенияанодов тиристоров коммутатора.2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ й й с я тем, что при необходимости получения трехступенчатого выходного напряжения, он снабжен элементом задержки, логическими,элементами И, ИЛИ, а и-канальныйраспределитель импульсов выполнен счислом каналов, равным десяти, причемвход элемента задержки соединен совходом распределителя импульсов, аего выход подключен к логическомуузлу и к первому входу логическогоэлемента И, выход которого связанчерез усилительно-развязывающий каскад с тиристором блока принудительной коммутации, ко второму входу логического элемента И подключен выходлогического элемента ИЛИ, входы которого соединены совторым, третьим,седьмым и восьмым каналами распределителя импульсов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 276234, кл. Н 02.М 7/48, 1969.2. Авторское свидетельство СССР9 285509, кл. Н 02 М 7/52, 1969.3. Патент Франции В 1281153,кл. Н 02 М 7/52, 1970.4, Авторское свидетельство СССР9 517133, кле Н 02 Р 1318, 1977.864468 аощ Уц Ф р е оуФ Ьт и О, К Мз Редактор П. Коссей Тираж 733 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/ 4/5