преобразователь постоянного напряжения

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения, содержащий два последовательно соединенных однофазных импульсных инвертора, в каждом из которых две группы конденсаторов совместно с двумя транзисторами образуют полумостовую схему однофазного импульсного инвертора, в диагонали упомянутых инверторов которых включены первичные обмотки разделительного трансформатора, кроме того, преобразователь постоянного напряжения содержит неуправляемый диодный мост, LC-фильтр на его выходе и трехфазный мостовой инвертор напряжения, отличающийся тем, что к выходу каждой вторичной обмотки разделительного трансформатора подключены выводы для питания потребителей однофазного переменного тока, при этом вторичные обмотки разделительного трансформатора соединены между собой параллельно и подключены к неуправляемому диодному мосту, а все обмотки разделительного трансформатора размещены на общем магнитопроводе, на выходе LC-фильтра подключен трехфазный мостовой инвертор напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу электроподвижного состава постоянного тока и предназначено, в частности, для питания электрических машин переменного тока.

Основной областью применения преобразователя постоянного напряжения является питание вспомогательных асинхронных двигателей электроподвижного состава постоянного тока. Ограниченные массогабаритные показатели электроподвижного состава вынуждают принимать технические решения, способствующие минимизации массогабаритных показателей и количества единиц оборудования при сохранении его функциональных характеристик. На электроподвижном составе постоянного тока для таких устройств, как, например, возбудители обмоток тяговых двигателей, необходимо пониженное переменное напряжение. С этой целью используют входные понижающие инверторы. Последние занимают достаточно емкое пространство и обладают значительными потерями в силовых полупроводниковых приборах и реактивных элементах, ухудшая тем самым технико-экономические показатели электроподвижного состава. Кроме того, неустановившийся характер нагрузок возбудителей приводит к разбалансу потребляемых мощностей входных инверторов, ухудшению коэффициента использования трансформаторов, а следовательно, и их габаритных показателей. В этой связи, применение на электроподвижном составе универсальных силовых преобразовательных установок, будет выгодно отличать их от существующих схемных решений.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий последовательно соединенные однофазные инверторы, в каждом из которых две группы конденсаторов совместно с двумя транзисторами образуют полумостовую схему однофазного импульсного инвертора, в диагональ которых включены первичные обмотки трансформаторов напряжения, неуправляемый диодный мост, LC-фильтр со средним выводом между конденсаторами и трехфазный мостовой инвертор напряжения (Б.И.Хоменко, Г.И.Колпахчьян, И.В.Пехотский / Вспомогательные транзисторные преобразователи для перспективного ЭПС // Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "Всеросс. н-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - Новочеркасск, 2003. - Т.45, с.188, рис.3 поз.3.2).

Недостатком преобразователя является невозможность питать дополнительных потребителей от входных инверторов при несимметричной нагрузке, поскольку в этом случае один из входных инверторов может быть недогруженным, а другой перегруженным.

Наиболее близким, по технической сущности, является преобразователь постоянного напряжения, содержащий два последовательно соединенных однофазных инвертора, в каждом из которых две группы конденсаторов совместно с двумя ключами образуют полумостовую схему однофазного импульсного инвертора, в диагональ которых включены первичные обмотки трансформаторов напряжения, неуправляемый диодный мост, LC-фильтр на его выходе и трехфазный мостовой инвертор напряжения, причем вторичные обмотки разделительных трансформаторов соединены последовательно (патент на полезную модель РФ №39763, МПК 7 Н 02 Р 1/26, Н 02 Р 7/517).

Такая схема также не позволяет питать дополнительных потребителей от однофазных импульсных инверторов. Кроме того, преобразователь содержит два разделительных трансформатора, не связанных общим магнитопроводом. При наличии технологического разброса параметров трансформаторов возможен небаланс нагрузок входных преобразователей.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем введения новых признаков, таких как возможность питания от преобразователя дополнительных нагрузок однофазного переменного тока и их выравнивание.

Поставленная задача достигается тем, что известный преобразователь постоянного напряжения содержит два последовательно соединенных однофазных инвертора, в каждом из которых две группы конденсаторов совместно с двумя транзисторами образуют полумостовую схему однофазного импульсного инвертора, в диагональ которых включены первичные обмотки разделительного трансформатора, неуправляемый диодный мост, LC-фильтр на его выходе и трехфазный мостовой инвертор напряжения. Ко вторичным обмоткам разделительного трансформатора подключены выводы для питания потребителей однофазного переменного тока. С целью выравнивания нагрузок вторичные обмотки разделительного трансформатора соединены параллельно. При этом все обмотки разделительного трансформатора размещены на общем магнитопроводе в отличие от прототипа.

Положительный эффект изобретения проявляется в том, что предлагаемое техническое решение позволит обеспечить выравнивание нагрузок дополнительных потребителей с различной мощностью за счет параллельного соединения вторичных обмоток трансформатора.

На чертеже показана схема преобразователя постоянного напряжения, нагрузкой которого могут являться трехфазные асинхронные двигатели и дополнительные потребители однофазного переменного тока, например возбудители тяговых двигателей.

Преобразователь постоянного напряжения содержит клеммы для подключения к источнику питания, из которых - клемма 1 отрицательной полярности, клемма 2 положительной полярности, входной дроссель 3, подключенный к зажиму 2 источника питания, последовательно соединенные однофазные инверторы 4 и 5 подключенные параллельно источнику питания. В каждом из инверторов 4 и 5 две группы конденсаторов совместно с двумя транзисторными модулями образуют полумостовые схемы однофазных импульсных инверторов, в диагональ которых включены первичные обмотки разделительного трансформатора напряжения 8. Первичные и вторичные обмотки трансформатора 8 размещены на общем магнитопроводе, причем вторичные обмотки трансформатора 6 и 7 соединены между собой параллельно. Параллельно соединенные вторичные обмотки трансформатора 8 подключены к неуправляемому диодному мосту 9, к выходу которого подключен LC-фильтр 10. На выходе LC-фильтра 10 подключен трехфазный мостовой инвертор напряжения 11, содержащий выводы 16, 17, 18 для питания трехфазных асинхронных двигателей. Ко вторичной обмотке 6 трансформатора 8 подключены выводы 12, 13, а ко вторичной обмотке 7 трансформатора 8 подключены выводы 14, 15 для питания однофазных потребителей переменного тока. В случае различия в потребляемых нагрузках подключенных к выводам 12, 13 и 14, 15 между вторичными обмотками 6 и 7 трансформатора 8 будет протекать уравнительный ток, приводящий к выравниванию нагрузок и по отношению к первичным обмоткам трансформатора 8.

Питание преобразователя осуществляют от источника с напряжением от 2200 до 4000 В постоянного тока. Плавное регулирование осуществляют коммутацией транзисторных модулей в соответствии с известными способами управления. Входные инверторы могут управляться способом широтно-импульсного регулирования, автономный инвертор напряжения - способом широтно-импульсной модуляции.

Примером конкретного исполнения преобразователя постоянного напряжения является макет преобразователя, реализованный на ОАО "ВЭл-НИИ"

Преобразователь постоянного напряжения с параметрами:

Индуктивность входного дросселя, мГн	22
Суммарная емкость входных конденсаторов, мкф	10000
Коэффициент трансформации
разделительного трансформатора	1,32
Индуктивность LC-фильтра, мГ	6,5
Емкость LC-фильтра, мкФ	5000
Тип транзисторных модулей	MBN1200С33
Диоды неуправляемого моста	ДЛ 153-1600

Таким образом, предложенный преобразователь постоянного напряжения позволяет расширить функциональные возможности существующих прототипов - осуществлять питание однофазных потребителей, а также выравнивание нагрузок дополнительных потребителей благодаря параллельному соединению вторичных обмоток трансформатора.