преобразователь постоянного напряжения

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты, отличающийся тем, что введены переключающий логический элемент, датчик входного напряжения, датчик среднего за полупериод значения магнитного потока трансформатора и дополнительная вторичная обмотка силового трансформатора, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек, управляющие входы которых объединены с управляющим входом полупроводникового ключевого элемента, причем второй вывод первичной обмотки силового трансформатора соединен с объединенными выводами конденсаторов первой стойки моста, выход датчика входного напряжения подключен к первому входу переключающего логического элемента, второй вход которого подключен к выходу генератора задающей частоты, управляющий вход которого соединен с выходом датчика среднего за полупериод значения магнитного потока трансформатора, входы которого подключены к выводам дополнительной обмотки силового трансформатора, а парафазные выходы переключающего логического элемента подключены к входам соответствующих блоков формирования сигналов управления, а датчик входного напряжения предназначен для формирования сигнала разрешения переключения переключающего логического элемента по сигналу с выхода генератора задающей частоты при наличии входного напряжения в диапазоне допустимых значений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям постоянного напряжения, и может быть использовано в преобразователях постоянного высоковольтного напряжения (в частности, 4 кВ) в заданное количество постоянных напряжений различных уровней.

Известен преобразователь постоянного напряжения [1], содержащий основную и две дополнительные инверторные ячейки, каждая из которых выполнена на двух тиристорах, выходные трансформаторы, подключенные к выпрямителю, и генератор коммутирующих импульсов.

Однако известное устройство не способно обеспечивать достаточную точность поддержания выходных напряжений и надежную работу при широком изменении входного высоковольтного напряжения.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения [2], содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образованно полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты.

Однако и это известное устройство не способно обеспечивать достаточную точность выходных напряжений и надежную работу при больших колебаниях входного высоковольтного напряжения из-за отсутствия элементов, которые эффективно учитывали бы внешние характеристики сглаживающих фильтров и допускаемый уровень входного напряжения.

Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой точности преобразования выходных напряжений при значительных колебаниях входного высоковольтного напряжения.

Для этого в преобразователь постоянного напряжения, содержащий мост, плечи первой стойки которого образованы конденсаторами, одни выводы которых подключены к соответствующим шинам входного напряжения, другие выводы через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора и конденсатора, подключены к первому выводу первичной обмотки силового трансформатора и к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образованно полупроводниковым ключевым элементом, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего блока формирования сигналов управления, вторичную обмотку силового трансформатора, подключенную через выпрямитель и фильтр к шинам выходного напряжения, и генератор задающей частоты, введены переключающий логический элемент, датчик входного напряжения, датчик среднего значения за полупериод магнитного потока трансформатора и дополнительная обмотка трансформатора, а каждый полупроводниковый ключевой элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристорных ячеек, управляющие входы которых объединены с управляющим входом полупроводникового ключевого элемента, причем второй вывод первичной обмотки силового трансформатора соединен с объединенными выводами конденсаторов первой стойки моста, выход датчика входного напряжения подключен к первому входу переключающего логического элемента, второй вход которого подключен к выходу генератора задающей частоты, управляющий вход которого соединен с выходом датчика среднего значения магнитного потока трансформатора, входы которого подключены к выводам дополнительной обмотки силового трансформатора, а парафазные выходы переключающего логического элемента подключены к входам соответствующих блоков формирования сигналов управления.

Сущность изобретения заключается в том, что введение вышеописанных узлов и элементов и соответствующее их подключение в предлагаемом устройстве позволили поддерживать постоянным среднее значение напряжения на вторичных обмотках силового трансформатора и ограничивать работу устройства в диапазоне допустимого изменения входного высоковольтного напряжения, что обеспечивает необходимую точность преобразования выходных напряжений при широком изменении входного напряжения.

Сравнение предлагаемого преобразователя с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии изобретения критерию "новизна", а отсутствие в аналогах отличительных признаков говорит о выполнении критерия "изобретательский уровень". Предварительные испытания позволяют утверждать о возможности широкого промышленного использования.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - пример выполнения переключающего логического элемента; на фиг. 3 - датчик среднего значения магнитного потока трансформатора.

Преобразователь содержит шины 1, 2 входного высоковольтного напряжения, к которым подключены датчик 3 входного напряжения и одни выводы конденсаторов 4, 5, образующих плечи первой стойки моста. Другие выводы конденсаторов 4, 5 через диагональ моста, образованную колебательным контуром из последовательно соединенных реактора 6 и конденсатора 7, подключены к первому выводу первичной обмотки 8 силового трансформатора 9, вторичные обмотки 10-1...10-K которого через выпрямители 11-1...11-K и соответствующие фильтры 12-1. . .12-K подключены к шинам 13-1...13-K, 14-1...14-K выходного напряжения.

Первый вывод первичной обмотки 8 силового трансформатора 9 подключен к объединенным выводам плеч второй стойки моста, каждое из которых образовано полупроводниковым ключевым элементом, выполненным в виде последовательно-соединенных тиристорных ячеек 15-1...15-N и 16-1...16-N, управляющие входы которых соединены с выходом соответствующего блока 17 или 18 формирования сигналов управления, вход каждого из которых подключен к соответствующему парафазному выходу 19 или 20 переключающего логического элемента 21. Входы последнего соединены с выходами генератора 22 задающей частоты и выходом датчика 3 входного напряжения, который может быть выполнен в виде датчика Холла, к выходу которого подключен логический компаратор.

Кроме того, преобразователь содержит датчик 23 среднего значения магнитного потока трансформатора, выход которого подключен к управляющему входу генератора 22 задающей частоты, а входы соединены с выводами дополнительной вторичной обмотки 24 силового трансформатора 9.

Каждая тиристорная ячейка содержит тиристор 25 с обратно включенным диодом 26.

Переключающий логический элемент 21 (фиг. 2) может быть выполнен в виде последовательно соединенных элемента И 27 и триггера 28.

Датчик 23 среднего значения магнитного потока (фиг. 3) может быть выполнен в виде последовательно соединенных выпрямителя 29, сглаживающего фильтра 30 и делителя на резисторах 31, 32.

Преобразователь работает следующим образом.

При наличии входного напряжения в диапазоне допустимых значений датчик 3 вырабатывает второй сигнал разрешения для переключающего логического элемента 21. При этом генератор 22 постоянно с требуемой частотой и длительностью вырабатывает первый сигнал разрешения логического элемента 21, который при совпадении двух разрешающих сигналов поочередно на выходах 19 или 20 вырабатывает сигналы, по фронту либо по срезу которых блоки 17 и 18 поочередно формируют сигналы управления на открытие тиристоров 25 силовых ячеек 15-1... 15-N и 16-1...16-N соответственно.

Входное постоянное напряжение при поочередном открывании тиристоров 25 силовых ячеек 15-1...15-N верхнего плеча и тиристоров 25 силовых ячеек 16-1. ..16-N нижнего плеча преобразуется на реакторе 6 и конденсаторе 7 колебательного контура в однофазное переменное напряжение и подается на первичную обмотку 8 силового трансформатора 9, которое из одного уровня преобразуется во вторичных обмотках 10-1...10-K в требуемые напряжения других уровней, которые после выпрямителей 11-1...11-K и сглаживающих фильтров 12-1...12-K образуют на положительных выходных шинах 13-1...13-K и отрицательных выходных шинах 14-1...14-K требуемые выходные напряжения преобразователя.

При этом переменное напряжение обмотки 24, величина которого прямо пропорциональна мгновенному значению магнитного потока трансформатора 9, поступает на датчик 23, который преобразует данное переменное напряжение в постоянное, величина которого прямо пропорциональна среднему значению магнитного потока силового трансформатора 9, и передает его на вход генератора 22. Под действием поступающего сигнала генератор 22 вырабатывает первый сигнал разбиения для логического элемента 21 с такой частотой, при которой Сиднее значение магнитного потока в трансформаторе 9 поддерживается постоянным. Таким образом, поддерживая постоянным среднее значение магнитного потока силового трансформатора 9, достигается точность поддержания выходных напряжений преобразователя.

Причем при малых недопустимых значениях входного напряжения датчик 3 входного напряжения перестает вырабатывать второй сигнал разрешения для переключающего элемента 21, вследствие чего блоки 17 и 18 прекращают вырабатывать управляющие сигналы на открытие тиристоров 25. Благодаря этому не возникают аварийные ситуации.

Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается высокая точность преобразования выходных напряжении при значительных колебаниях входного высоковольтного напряжения.