Преобразовательная установка

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах для преобразования напряжения первичного источника питания впеременное напряжение регулируемойвеличины и частоты.Целью изобретения является повышение надежности преобразовательнойустановки путем уменьшения величинынапряжения, прикладываемого к транзисторам мостового инвертора,На Фиг. 1 представлена структурнаясхема преобразовательной установки;на Фиг.2 - электрическая принципиальная схема мостового и полумостового инверторов; на фиг.З - примервыполнения схемы формирования задержанных импульсов; на фиг.4 - пример выполнения усилительно-развяэывающего узла системы управления мостового инвертора; на фиг.5 - примервыполнения фаэосдвигающего блока;на фиг.6 - пример выполнения злемента задержки; на фиг.7 - пример выполнения усилительно-раэвязывающего узла схемы управления полумостовым ин-,вертором; на фиг,8 - временные диаграммы, поясняющие принцип работыпреобразовательной установки.Преобразовательная установка содержит источник 1 питания, связанныйчерез полумостовой инвертор 2 с мостовым инвертором 3, а также систему 4управления мостовым инвертором и блок5 управления полумостовым инвертором 2, Плечи 6 полумостового и мостового инверторов (фиг.2) выполнены ввиде соединенных последовательно тиристоров 7 и транзисторов 8, зашунтированных обратными диодами 9. Параллельно каждому транзистору 8 включена защитная цепочка 10, содержащаясоединенные последовательно конденсатор 11 и диод 2, а также резистор13, включенный параллельно диоду 12.Система 4 управления содержит соединенные последовательно задающий генератор 14, фазорасщепитель 15 и Фаэосдвигающий блок 16, к входу и выходукоторого через схемы 17 формированиязадержанных импульсов подсоединеныусилительно-развязывающие узлы 18 и 19,выходами связанные с управляющими це 55пями тиристоров мостового инвертора3. Вход и выход фазосдвигающего блоканепосредственно подсоединены к усилительно-развяэывающим узлам 19, выходы которых связаны с управляющимицепями транзисторов мостового инвертора 3.Блок 5 управления полумостовым инвертором 2 (фиг.1) содержит два Формирователя 20 управляюших импульсов,каждый иэ которых выполнен в виде соединенных последовательно элемента21 задержки, а также усилительно-развязывающего узла 22, связанного выходами с управляющими цепями тиристоров полумостового инвертора 2. Крометого, формирователи 20 управляющихимпульсов содержат усилительно-раэвязывающие узлы 23, входами подключенные к входам элементов 21 задержки,а выходами связанные с управляющимицепями транзисторов полумостового инвертора 2. Блок 5 управления содержит также элемент 24 И-НЕ, входоми выходом связанный с входами формирователей 20 управляющих импульсов ивходом подсоединенный к счетному входу синхронизируемого триггера Фазосдвигающего блока 16,Задающий генератор 14 может бытьвыполнен по схеме симметричного мультивибратора, а фазорасщепитель 15 -на одном триггере, работающем в режиме деления частоты.Схема 17 формирования задержанныхимпульсов может быть выполнена на логических элементах типа 2 И-НЕ (фиг.З)в виде двух однотипных каналов обработки сигнала. Величина задержки импульсов регулируется путем измененияпараметров интегрирующей цепи.Усилительно-раэвяэывающие узлы 1и 19 могут быть выполнены по схемеусилителя мощности с трансформаторным выходом (фиг.4).Фаэосдвигающий блок 16 может бытьвыполнен (фиг.5) в виде соединенныхпоследовательно схемы 25 выделенияимпульсов, генератора.26 пилообразного напряжения, дифференциальногоусилителя 27, фазоинвертора 28 и синхронизируемого триггера 29, а такжеделителя 30 напряжения, связанного снеинвертирующим входом дифференциального усилителя 27,Усилительно-раэвязывающий узел 22блока управления полумостовым инвертором может быть выполнен по схемеусилителя с оптоэлектронной развязкой (фиг.7) гальванически несвязанными дополнительными источниками питания.141887Установка работает следующим образом,Задающий генератор 14 системы 4управления формирует на выходе напряжение 31, которое. поступает навход фазорасщепителя 15. При этом навыходах фазорасщепителя формируютсяимпульсы 32 и 33 с длительностью положительной и отрицательной полуволн, 10равной величине полупериода. Поступая на вход усилительно-развязывающего узла 19, импульсы 32 и 33 обеспечивают формирование на управляющих переходах транзисторов 8 мостового инвертора 3 в течение полупериода отпирающего и запирающего импульсов (диаграмма 34). На выходах схемы17 формирования задержанных импульсов формируются последовательностиимпульсов 35 и 36, обеспечивая формирование на выходе усилительно-развязывающего узла двухполярного управляющего тиристорами 7 импульсногонапряжения 37. 25На вход схемы 25 выделения импульсов фаэосдвигающего блока 16 поступают противофазные импульсы 32 и33, формируя на ее выходах последовательчость импульсов 38, управляющую работой генератора 26 пилообразного напряжения. В момент сравненияпилообразного напряжения 39 с управляющим напряжением 40 (диаграмма 41)поступающим с делителя 30, иа выходе35дифференциального усилителя 27 изменяется полярность напряжения, приэтом на выходе буферного усилителяфазоинвертора 28 формируется напряжение 42. Поступая на счетный входсинхронизируемого триггера 29, импуль.сы 42 обеспечивают на его выходах формирование последовательностей импульсов 43 и 44. Жесткая синхронизацияработы триггера 29 обеспечивается пос ледовательностями импульсов 32 и 33,подаваемыми на управляющие входы триггера. Поступая на вход усилительнораэвязывающего узла 9, импульсныепоследовательности 43 и 44 обеспечивают формирование на управляющих переходах транзисторов 8 мостового инвертор двухполярного импульсногонапряжения 45. На выходах усилительно-раэвязывающего узла 18 при этомформируется двухполярное управляющеетиристорами 7 напряжение 46. Такимобразом осуществляется регулированиесреднего за полупериод значения вы 44ходного напряжения 47 ицвертора. Иэменеще величины управляющего напряжения 40 приводит к изменению длительности нулевой паузы в кривой напряжения 47.Между моментом отпирания транзисторов и моментом отпирания тиристоров вводится задержка, Длительность задержки ь, выбирается такой, чтобы ранее проводивший ток транзистор успел перейти из режима насыщения в режим отсечки до открытия очередного тиристора противофазно-управляемого плеча инвертора, Этим исключается возможность протекания сквозного тока по стойке мостового инвертора. Такой алгоритм переключения транзисторов и тиристоров в плечах одной стойки мостового инвертора не только исключает сквозные токи, но и обеспечивает минимальные динамические потери в транзисторах при его включении, так как переход транзистора иэ режима отсечки в режим насыщения происходит при коллекторном токе, равном О, ввиду того, что тиристоры только через время , начинают пропускать ток. Динамические потери при этом оказываются локализованы только в тиристорах, которые менее критичны (в отличие от транзисторов) к этому параметру. Включение тиристоров достигается эа счет уменьщения величины тока в них с помощью транзисторов до значения менее величины тока удержания, В этом случае через время, равное времени восстановления запирающих свойств тиристора, последние переходят в запертое состояние,Алгоритм управления силовыми ключами полумостового инвертора пол ностью аналогичен рассмотренному алгоритму работы силовых ключей мостового инвертора, Силовые ключи обоих плеч управляются противофазно с задержкой момента отпирания тиристоров относительно моментов отпирания транзисторов. Введение дополнительного полумостового инвертора позволяет уменыпить величину напряжения, прикладываемого к запертым транзисторам мостового инвертора, до единиц вольт. Это достигается за счет отключения мостового инвертора от источника питания на интервале времени О - й ии подключения его к источнику питайия на интервале времени 1,-1 и Т-С . С этой целью напряжение 42, поступающее с выхода фазоинвертора5 14 28, подается на элемент И-НЕ и с его входа и выхода на формирователь 20 управляющих импульсов. Непосредственно с входа элемента И-НЕ напряжение 42 поступает на уснлительно-развязывающнй узел 23, формируя в базовой цепи транзистора 8 полумостового инвертора токовый импульс 48. Напряжение 42 задержанное с помощью элемента 21 задержки (фиг.б) подается на усилнтельно-развязывающий узел 22, обеспечивая формирование в управляющей цепи тиристора 7 полумостового инвертора токового импульса 49. С выхода элемента И-НЕ управляющее напряжение поступает на усилительно-раэвязывающий узел 23 другого плеча, формируя в базовой цепи транзистора 8 токовый импульс 50, а также, будучи задержанным на время 3, формирует на выходе усилительно-развязывающего узла 22 импульс 5 в управляющей цепи гиристора 7 другого плеча. Задержка на С между включением транзистора и тиристора в плечах полумостового инвертора существенно уменьшает величину динамических потерь в транзисторах 8 полумостового инвертора. Для уменьшения величины динамических потерь в транзисторах полумостового инвертора при их выключении установлены защитные цепочки 10, В запертом состоянии к транзисторам полумостового инвертора прикладывается полное напряжение питания. Отключение мостового инвертора на время О - й, и 1 - 1от питающей сети и шунтирование его на это время тиристором 7 и транзистором 8 позволяет обеспечить процесс переключения силовых ключей мостового инвертора при напряжениях порядка нескольких вольт, а также обеспечить протекание реактивного тока нагрузки. Если бы не было защитных цепочек, то после перехода тиристора и транзистора в запертое состояние и повторного приложения напряжения, прикладываемого к запертому транзистору, указанная величина определялась бы его внутренним сопротивлением, Значительно уменьшить эту величину можно было бь 1, включив параллельно транзистору резистор с величиной сопротивления на один - два порядка ниже величины внутреннего сопротивления запертого тиристора. Однако более эффективно применение защитных цепочек18874 6 30 35 40 45 50 55 5 10 15 20 25 10, н момент выключения тиристора сопротивление такоЙ цепочки практически близко к нулю. В результате в течение всего запертого состояния к силовым транзисторам мостового ннвертора приложено напряжение на уровне 1-2 В, Таким образом, транзисторы мостового инвертора оказываются в облегченном режиме работы.Изобретение повышает надежность преобразовательной установки за счет уменьшения коэффициента нагрузки по напряжению транзисторов мостового инвертора, Введение дополнительного полумостового инвертора формально приводит к некоторому повышению интенсивности отказов преобразовательной установки ввиду увеличения общего числа элементов схемы. Однако помимо уменьшения напряжения на транзисторах мостового инвертора полумостовой инвертор одновременно является исполнительным органом быстродействующей системы защиты инвертора от перегрузок, что также повышает надежность функционирования мостового инвертора. Формула изобретения Преобразовательная установка, содержащая источник питания, связанный с ним мостовой инвертор, каждое плечо которого выполнено в виде соединенных последовательно тиристора и транзистора, эашунтированных обратным диодом, а также систему управления, выполненную в виде соединенных последовательно задающего генератора, фазорасщепителя и фазосдвигающего блока, выход которого образован парафаэными выходами синхронизируемого триггера, причем к входу и выходу фазосдвигающего блока подсоединены через схемы формирования задержанных импульсов усилительно-развязывающие узлы, выходами связанные с управляющими цепями тиристоров, а также усилительно-развязывающие узлы, выходами связанные с управляющими цепями транзисторов мостового ннвертора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения величины напряжения, прикладынаемого к транзисторам мостового иннертора, она дополнительно снабжена полумостоньм иннертором, плечи которого, выполненные н ниде последовательно соедннелннх тиристора н транзистора, зншунтиронаны обратнц874 1418 Ми диодами и крайними выводами подключены к источнику питания, а общим выводом подключен к диагонали постоянного тока мостового инвертораф 5 защитными цепочками по числу плеч мостового и полумостового инверторов, каждая из которых включена параллельно транзистору соответствующего плеча и выполнена в виде соеди ненных последовательно конденсатора и диода, а также резистора, включенного параллельно диоду, и блоком управления полумостовьм инвертором, содержащим элемент И-НЕ, к входу и 15 выходу которого подсоединены два формирователя управляющих импульсов,каждый из которых выполнен в виде соединенных последовательно элемента задержки и усилительно-развязывающего узла, связанного с управляющей цепью тиристора, а также усилительно-развязывающего узла, входом подключенного к входу элемента задержки, а выходомк управляющей цепи транзистора одного из плеч полумостового инвертора1 причем вход элемента И-НЕ подключен к счетному входу синронизируемого триггера,1418874 ею. дСоставитель В.БунаковТехред М. Ходанич Коррек ецка акто.Демчик аз 416 Подписноомитета СССР открытий ая наб, д, 4 роиэводственно-полиграфическое предприятие,54 Тирам 665 ВНИИПИ Государственногопо делам иэобретений и 13035, Москва, Ж, Раушс жгордд, ул. Проектная,