преобразователь напряжения постоянного тока на реверсивном выпрямителе

Формула изобретения

Преобразователь напряжения постоянного тока на реверсивном выпрямителе, содержащий инвертор и многосекционный трансформатор, ключи переменного тока, отличающийся тем, что инвертор, выполненный на двух транзисторах, имеет систему управления, а в трансформаторе первичная и вторичная обмотки содержат среднюю точку, реверсивный выпрямитель выполнен на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров и имеет систему управления, причем начало и конец первичной обмотки трансформатора через эмиттер-коллекторные переходы транзисторов подключены к первому входному зажиму инвертора напряжения на реверсивном выпрямителе, а ко второму входу подключена средняя точка первичной обмотки трансформатора, также параллельно входным зажимам подключен входной конденсатор, средняя точка вторичной обмотки трансформатора через выходной фильтр соединена с вторым выходом инвертора напряжения на реверсивном выпрямителе, начало вторичной обмотки трансформатора подключено к первому и второму встречно-параллельно включенным тиристорам, а конец вторичной обмотки трансформатора подключен к третьему и четвертому встречно-параллельно включенным тиристорам, выходы которых объединены с выходами первого и второго тиристоров и через выходной фильтр подключены к первому выходному зажиму инвертора напряжения на реверсивном выпрямителе, система управления инвертора содержит генератор пилообразного напряжения, трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилители импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого присоединен к выходу трансформаторно-выпрямительного блока, выход формирователя импульсов подключен к входу распределителя импульсов, а его выходы подключены к первому и второму усилителям импульсов соответственно, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к первому и второму входным зажимам преобразователя, а система управления реверсивным выпрямителем содержит блок синхронизации, задающий генератор, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем выход блока синхронизации подключен к вторым входам логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входом первого и второго распределителей импульсов соответственно, первый и второй выходы первого распределителя импульсов, первый и второй входы второго распределителя импульсов соединены с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями импульсов, выходы первого и второго усилителей импульсов системы управления однофазным инвертором подключены к управляющим электродам и эмиттерам первого и второго транзисторов однофазного инвертора соответственно, первый и второй входы блока синхронизации подключены к средней точке и выходу вторичной обмотки трансформатора, а выходы первого и второго, третьего и четвертого усилителей импульсов системы управления реверсивным выпрямителем подключены к управляющим электродам первого и третьего, второго и четвертого тиристоров реверсивного выпрямителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.

Известно устройство, содержащее два однофазных инверторных моста, трансформатор, диоды, включенные встречно-параллельно эмиттер-коллекторным переходам транзисторов, и входной конденсатор инвертора (свидетельство на полезную модель № 16888, мкл H02M 7/48).

Недостатками преобразователя являются большая масса и габариты.

Наиболее близким по техническому решению является преобразователь напряжения (А.С. СССР № 944027), содержащий однофазный инвертор, многосекционный трансформатор, ключи переменного тока.

Недостатками преобразователя являются большая масса и габариты, и относительно низкая надежность работы.

Техническим решением поставленной задачи является улучшение массогабаритных показателей и повышения надежности работы преобразователя напряжения переменного тока.

Поставленная задача достигается тем, что преобразователь напряжения постоянного тока на реверсивном выпрямителе содержит инвертор и многосекционный трансформатор, ключи переменного тока, согласно изобретению инвертор, выполненный на двух транзисторах, имеет систему управления, а в трансформаторе первичная и вторичная обмотки содержат среднюю точку, реверсивный выпрямитель выполнен на двух парах встречно-параллельно включенных тиристоров и имеет систему управления, причем начало и конец первичной обмотки трансформатора через эмиттер-коллекторные переходы транзисторов подключены к первому входному зажиму инвертора напряжения на реверсивном выпрямителе, а ко второму входу подключена средняя точка первичной обмотки трансформатора, так же параллельно входным зажимам подключен входной конденсатор, средняя точка вторичной обмотки трансформатора через выходной фильтр соединена с вторым выходом инвертора напряжения на реверсивном выпрямителе, начало вторичной обмотки трансформатора подключено к первому и второму встречно-параллельно включенным тиристорам, а конец вторичной обмотки трансформатора подключен к третьему и четвертому встречно-параллельно включенным тиристорам, выходы которых объединены с выходами первого и второго тиристоров и через выходной фильтр подключены к первому выходному зажиму инвертора напряжения на реверсивном выпрямителе, система управления инвертора содержит генератор пилообразного напряжения, трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, распределитель импульсов, первый и второй усилитель импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого присоединен к выходу трансформаторно-выпрямительного блока, выход формирователя импульсов подключен к входу распределителя импульсов, а его выходы подключены к первому и второму усилителям импульсов соответственно, вход трансформаторно-выпрямительного блока подключен к первому и второму входному зажиму преобразователя, а система управления реверсивным выпрямителем содержит блок синхронизации, задающий генератор, генератор типа кривой, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределитель импульсов, первый, второй, третий и четвертый усилители импульсов, причем выход блока синхронизации подключен к вторым входам логических элементов И, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой, вход которого соединен с выходом задающего генератора, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входом первого и второго распределителя импульсов соответственно, первый и второй выход первого распределителя импульсов, первый и второй вход второго распределителя импульсов соединены с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями импульсов, выходы первого и второго усилителей импульсов системы управления однофазным инвертором подключены к управляющим электродам и эмиттерам первого и второго транзисторов однофазного инвертора соответственно, первый и второй входы блока синхронизации подключены к средней точке и выходу вторичной обмотки трансформатора, а выходы первого и второго, третьего и четвертого усилителей импульсов системы управления реверсивным выпрямителем подключены к управляющим электродам первого и третьего, второго и четвертого тиристоров реверсивного выпрямителя.

Новизна технического решения заключается в том, что для улучшения массогабаритных показателей и повышения надежности работы преобразователя напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока его силовая схема содержит инвертор, выполненный на двух транзисторах, однофазный трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого содержат среднюю точку, реверсивный выпрямитель, выполненный на четырех тиристорах, и выходной фильтр, при этом управление транзисторами инвертора и тиристорами реверсивного выпрямителя осуществляется двумя независимыми системами управления.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная электрическая схема преобразователя напряжения постоянного тока; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы преобразователя.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Преобразователь напряжения постоянного тока на реверсивном выпрямителе содержит инвертор 1, состоящий из двух транзисторов 2 и 3, трансформатора 4, реверсивного выпрямителя 5, содержащего тиристоры 6 и 7, 8 и 9, которые включены встречно-параллельно выходного фильтра 10 и входного конденсатора 11, причем начало 12 и конец 13 первичной обмотки трансформатора 4 через эмиттер-коллекторные переходы транзисторов 2 и 3 подключены к первому входному зажиму 14 преобразователя напряжения, а ко второму входному зажиму 15 подключена средняя точка 16 первичной обмотки трансформатора 4, начало 17 вторичной обмотки трансформатора 4 подключено к тиристорам 6 и 7, а конец 18 вторичной обмотки трансформатора 4 подключен к тиристорам 8 и 9, выходы которых объединены с выходами 6 и 7 тиристоров и через выходной фильтр 10 подключены к первому выходному зажиму 19 преобразователя напряжения, второй выходной зажим 20 преобразователя напряжения через выходной фильтр 10 соединен с средней точкой 21 вторичной обмотки трансформатора 4. Система управления инвертора 22 содержит генератор пилообразного напряжения 23, трансформаторно-выпрямительный блок 24, формирователь импульсов 25, распределитель импульсов 26, первый 27 и второй 28 усилитель импульсов, причем выход генератора пилообразного напряжения 23 подключен к первому входу формирователя импульсов 25, второй вход которого присоединен к выходу трансформаторно-выпрямительного блока 24, вход которого соединен с выходом преобразователя, выход формирователя импульсов подключен к входу распределителя импульсов 26, а его выходы подключены к первому 27 и второму 28 усилителям импульсов соответственно, выходы первого 27 и второго 28 усилителей импульсов системы управления однофазным инвертором подключены к управляющим входам первого 2 и второго 3 транзисторов инвертора 1. Система управления реверсивным выпрямителем 29 содержит блок синхронизации 30, задающий генератор 31, генератор типа кривой 32, первый 33 и второй 34 логические элементы И, первый 35 и второй 36 распределитель импульсов, первый 37 второй 38, третий 39 и четвертый 40 усилители импульсов, причем выход блока синхронизации 30 подключен к вторым входам логических элементов И 33 и 34, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами генератора типа кривой 32, вход которого соединен с выходом задающего генератора 31, выходы первого 33 и второго 34 логических элементов И соединены с входом первого 35 и второго 36 распределителя импульсов соответственно, первый и второй выход первого распределителя импульсов 35, первый и второй вход второго распределителя импульсов 36 соединены с первым 37 и вторым 38, третьим 39 и четвертым 40 усилителями импульсов соответственно, выходы первого 37 и второго 38, третьего 39 и четвертого 40 усилителей импульсов являются выходами системы управления реверсивным выпрямителем 29 и подключены к управляющим электродам первого 6 и третьего 8, второго 7 и четвертого 9 тиристоров реверсивного выпрямителя 5 соответственно.

Преобразователь напряжения постоянного тока на реверсивном выпрямителе работает следующим образом. Постоянное напряжение от источника напряжения поступает на вход инвертора 1 и при попеременной работе транзисторов 2 и 3 во вторичной обмотке трансформатора 4 наводится переменная ЭДС повышенной частоты e (фиг.2д). Реверсивный выпрямитель 5 понижает частоту ЭДС, а выходной фильтр 10 сглаживает высшие гармоники, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения. Система управления однофазного инвертора напряжения 22 работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения 23 генерирует опорный сигнал u_ГПН, который поступает на формирователь импульсов 25 (фиг.2а). На второй вход формирователя импульсов 25 поступает ведущий сигнал u_ТВБ от трансформаторно-выпрямительного блока 24 (фиг.2а). В случае когда u_ГПН>u_ТВБ , формируются управляющие сигналы u_ФИ (фиг.2б), который через распределитель импульсов 26 и усилители импульсов 27, 28 поступает на управляющие электроды транзисторов 2 или 3 (фиг.2в, г), формируя тем самым во вторичной обмотке трансформатора 4 высокочастотную ЭДС. Система управления реверсивного выпрямителя 29 работает следующим образом. Задающий генератор 31 формирует низкочастотный сигнал синусоидальной формы u_ЗГ, соответствующий частоте нагрузки (фиг.2ж), который поступает на вход генератора типа кривой 32, на выходе генератора формируются импульсы, соответствующие положительной и отрицательной полуволнам задающего генератора 31 (фиг.2з). Сигналы с выхода генератора типа кривой 32 подаются на первые входы логических элементов И 33 и 34 соответственно. На второй вход которых поступает сигнал, синхронизированный с напряжением источника питания (фиг.2е) через блок синхронизации 30. При положительной полярности низкочастотного выходного напряжения срабатывает логический элемент И 33 и импульсы управления через первое распределительное устройство 35 и усилители импульсов 37, 38 поступают на управляющие электроды тиристоров 6 и 8 силовой схемы реверсивного выпрямителя 5 и на выходе преобразователя формируются положительные полуволны u₂ (фиг.2и, 0÷ ). При отрицательной полярности срабатывает логический элемент И 34 и импульсы управления через второе распределительное устройство 36, и усилители импульсов 39, 40 поступают на управляющие электроды тиристоров 7 и 9 силовой схемы реверсивного выпрямителя 5 и на выходе преобразователя формируются отрицательные полуволны u₂ (фиг.2и, ÷2 ). Выходной фильтр 10 подавляет высшие гармоники и на выходных зажимах 19, 20 формируется низкочастотное напряжение u_ВЫХ (фиг.2и). К примеру, при уменьшении напряжения на выходе преобразователя сигнал u_ТВБ уменьшается (фиг.2к) и, как следствие, уменьшается угол управления транзисторами, тем самым увеличивая время открытого состояния транзисторов инвертора напряжения 2 и 3 (фиг.2л), что увеличивает величину напряжения u₂ и соответственно увеличивается и величина выходного напряжения преобразователя u_ВЫХ (фиг.2м).

Использование в составе преобразователя напряжения постоянного тока инвертора напряжения, выполненного на двух транзисторах, однофазного трансформатора, первичная и вторичная обмотки которого содержат средние точки, реверсивного выпрямителя, выполненного на четырех тиристорах, выходного фильтра и локальных систем управления инвертором напряжения и реверсивным выпрямителем, выгодно отличается от известного технического решения, улучшаются массогабаритные показатели и повышается надежность его работы.