ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА РЕВЕРСИВНОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ
DC VOLTAGE CONVERTER ON REVERSIBLE RECTIFIER

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.
ГПН
ТВБ
ГПН
ТВБ
ФИ
ЗГ
2
2
ВЫХ
ТВБ
2
ВЫХ
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, который поступает на формирователь импульсов 25 (фиг.2а). На второй вход формирователя импульсов 25 поступает ведущий сигнал u от трансформаторно-выпрямительного блока 24 (фиг.2а). В случае когда u>u, формируются управляющие сигналы u (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, 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 u (фиг.2и, 0÷π). 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 u (фиг.2и, π÷2π). Выходной фильтр 10 подавляет высшие гармоники и на выходных зажимах 19, 20 формируется низкочастотное напряжение u (фиг.2и). К примеру, при уменьшении напряжения на выходе преобразователя сигнал u 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 u и соответственно увеличивается и величина выходного напряжения преобразователя u (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.