RU174024U1 - Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь - Google Patents

Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь Download PDF

Info

Publication number
RU174024U1
RU174024U1 RU2016150254U RU2016150254U RU174024U1 RU 174024 U1 RU174024 U1 RU 174024U1 RU 2016150254 U RU2016150254 U RU 2016150254U RU 2016150254 U RU2016150254 U RU 2016150254U RU 174024 U1 RU174024 U1 RU 174024U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulse
modulator
transformer
terminals
rack
Prior art date
Application number
RU2016150254U
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Алексеевич Жегов
Михаил Владимирович Марченко
Станислав Борисович Резников
Игорь Александрович Харченко
Кирилл Николаевич Храмцов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс")
Priority to RU2016150254U priority Critical patent/RU174024U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU174024U1 publication Critical patent/RU174024U1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в авиационно-космических электроэнергетических и пилотажно-навигационных комплексах в качестве вторичного источника электропитания нагрузок постоянного и переменного напряжения с произвольными параметрами при питании от низковольтной аккумуляторной и/или суперконденсаторной батареи с гальванической развязкой.Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет функции обратимого конвертора с униполярным и/или дифференциальным выходом, а также за счет возможности совместного питания нагрузки переменного тока от источников с низким и повышенным постоянными напряжениями. Дополнительным техническим результатом является повышение КПД конвертирования за счет дополнительной - трансреакторной - передачи электроэнергии, повышение удельной мощности устройства за счет указанного совместного питания и способность рекуперации электроэнергии, поступающей из цепи нагрузки, в источник электропитания. Указанные технические результаты обеспечиваются благодаря тому, что в двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь, содержащий внешние входные и выходные выводы 1-2 и 3-4 для подключения источника электропитания постоянного напряжения и нагрузки произвольного регулируемого напряжения, трансформатор 5 с первичной и вторичной обмотками 6-7 и 8-9, первую фильтровую стойку 10-11, фильтровой конденсатор 12, циклоконвертор 13 с двунаправленными вентилями 14, 15, первый импульсный модулятор 16, состоящий из вентильно-ключевых стоек 17-18 и 19-20 и диодно-ключевой стойки 21-22, двух снабберных конденсаторов 23, 24 и балластного реактора 25, также блок управления 26 с цепями 27, 28 обратных связей, с первой группой 29 импульсно-модуляторных выводов, с первой и второй группами 30 и 31 релейно-сигнальных выводов, во-первых, введены внешние дифференциальные выводы 32-33-34 со второй фильтровой стойкой 35-36 и второй импульсный модулятор 37, аналогичный по составу и схеме соединений первому, трансформатор снабжен третьей обмоткой 38-39, а блок управления снабжен второй группой 40 импульсно-модуляторных выводов и третьей группой 41 релейно-сигнальных выводов, во-вторых, в него введены два уравнительных делителя напряжения 42 и 43 с уравнительным реактором 44-45 и с диодно-ключевыми стойками 46-47 и 48-49, а блок управления снабжен третьей и четвертой группами 50 и 51 импульсно-модуляторных выводов, в-третьих, балластные реакторы выполнены с общим для них магнитопроводом, в-четвертых, каждый модулятор снабжен двухвентильной стойкой 52-53, а блок управления снабжен четвертой и пятой группами 54 и 55 релейно-сигнальных выводов, в пятых, в него введен выпрямитель с дифференциальным выходом и с коррекцией коэффициента мощности, состоящий из фильтрового дросселя 56, двухдиодной стойки 57-58 и двунаправленного электронного ключа 59, а блок управления снабжен пятой группой 60 импульсно-модуляторных выводов, и в-шестых, контур, составленный из вторичной обмотки трансформатора, циклоконвертора и выпрямителя с внешними выходными выводами, выполнен в трехфазном варианте. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике и предназначена для использования в авиационно-космических электроэнергетических и пилотажно-навигационных комплексах в качестве вторичного источника электропитания нагрузок постоянного и переменного напряжения с произвольными параметрами при питании от низковольтной аккумуляторной и/или суперконденсаторной батареи с гальванической развязкой.
Известен двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь (аналог), содержащий внешние входные и выходные выводы для подключения источника электропитания постоянного напряжения и нагрузки с постоянным или переменным регулируемым напряжением, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, высокочастотный трансформатор тока с двухсекционными первичной и вторичной обмотками, выходной циклоконвертор с двунаправленными управляемыми вентилями, двухтактный импульсный модулятор с двумя вентильно-ключевыми и двумя диодно-ключевыми стойками, двухвентильной стойкой, двумя блокирующими диодами, двумя балластными реакторами, буферно-накопительным конденсатором и четырьмя нерассеивающими демпферно-снабберными цепочками, составленными из демпферных дросселей, снабберных конденсаторов и зарядно-разрядных двухдиодных стоек (С. Резников, С. Климова, И. Харченко, В. Смирнов, В. Савостьянов. Резервно-аккумуляторные источники бесперебойного питания для автономных и сетевых систем электроснабжения со звеном постоянного повышенного напряжения. Силовая электроника, №2, 2016 г., с. 64-68, стр. 66, рис. 3).
К недостаткам указанного устройства (аналога) относятся: узкие функциональные возможности из-за неспособности обратимого конвертирования двух постоянных напряжений, в частности - дифференциального и униполярного, неспособности совместного питания нагрузки переменного тока от источников низкого и повышенного постоянных напряжений (так называемое «горячее» резервирование каналов питания) и как следствие - малая удельная мощность устройства.
Из известных устройств наиболее близким по технической сути к предлагаемому является двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь (прототип), содержащий внешние входные и выходные выводы для подключения источника электропитания постоянного напряжения (в частности - аккумуляторной батареи) и нагрузки произвольного (постоянного или переменного) регулируемого напряжения, зашунтированные емкостными фильтрами, двухобмоточный высокочастотный трансформатор тока, циклоконвертор (циклически реверсируемый выпрямитель с двунаправленными управляемыми вентилями), импульсный модулятор с балластным реактором, двумя вентильно-ключевыми стойками, двумя диодно-ключевыми стойками, тремя снабберными конденсаторами с зарядно-разрядными двухдиодными стойками и блок управления с цепями обратных связей по внешним токам и напряжениям, а также с импульсно-модуляторными и релейно-сигнальными выводами, подключенными к управляющим выводам ключей и вентилей (см. там же, стр. 67, рис. 4).
К недостаткам указанного известного устройства (прототипа) относятся: узкие функциональные возможности устройства из-за отсутствия функции обратимого конвертора с униполярным и/или дифференциальным выходом, неспособности совместного питания нагрузки переменного тока от источников с низким (аккумуляторным) и повышенным (например, выпрямленно-сетевым) постоянными напряжениями, низкий КПД конвертирования из-за одноканальности преобразования энергии (только через трансформатор), малая удельная мощность (на единицу массы и объема) из-за неспособности указанного совместного питания и неспособность рекуперации электроэнергии, поступающей из цепи нагрузки в источник электропитания (например, при питании электропривода с рекуперативным торможением).
Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет функции обратимого конвертора с униполярным и/или дифференциальным выходом, а также за счет возможности совместного питания нагрузки переменного тока от источников с низким и повышенным постоянными напряжениями. Дополнительным техническим результатом является повышение КПД конвертирования за счет дополнительной - трансреакторной - передачи электроэнергии, повышение удельной мощности устройства за счет указанного совместного питания и способность рекуперации электроэнергии, поступающей из цепи нагрузки, в источник электропитания.
Указанные технические результаты обеспечиваются благодаря тому, что в двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь, содержащий внешние входные и выходные выводы для подключения источника электропитания постоянного напряжения и нагрузки произвольного регулируемого напряжения, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, первую фильтровую стойку, фильтровой конденсатор, циклоконвертор с двунаправленными вентилями, первый импульсный модулятор, состоящий из вентильно-ключевых стоек и диодно-ключевой стойки, двух снабберных конденсаторов и балластного реактора, также блок управления с цепями обратных связей, с первой группой импульсно-модуляторных выводов, с первой и второй группами релейно-сигнальных выводов, во-первых, введены внешние дифференциальные выводы со второй фильтровой стойкой и второй импульсный модулятор, аналогичный по составу и схеме соединений первому, трансформатор снабжен третьей обмоткой, а блок управления снабжен второй группой импульсно-модуляторных выводов и третьей группой релейно-сигнальных выводов, во-вторых, в него введены два уравнительных делителя напряжения с уравнительным реактором и с диодно-ключевыми стойками, а блок управления снабжен третьей и четвертой группами импульсно-модуляторных выводов, в-третьих, балластные реакторы выполнены с общим для них магнитопроводом, в-четвертых, каждый модулятор снабжен двухвентильной стойкой, а блок управления снабжен четвертой и пятой группами релейно-сигнальных выводов, в пятых, в него введен выпрямитель с дифференциальным выходом и с коррекцией коэффициента мощности, состоящий из фильтрового дросселя, двухдиодной стойки и двунаправленного электронного ключа, а блок управления снабжен пятой группой импульсно-модуляторных выводов, и в-шестых, контур, составленный из вторичной обмотки трансформатора, циклоконвертора и выпрямителя с внешними выходными выводами, выполнен в трехфазном варианте.
Экспериментальные исследования лабораторного макета и компьютерное моделирование предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.
На чертеже представлены принципиальная силовая схема и каналы управления предлагаемого двухтактного трансформаторного импульсного преобразователя.
Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь содержит: внешние входные и выходные выводы 1-2 и 3-4, включая заземленные, для подключения источника электропитания постоянного напряжения и нагрузки произвольного регулируемого напряжения, трансформатор 5 с двухсекционными первичной и вторичной обмотками 6-7 и 8-9 со средними межсекционными выводами, первую двухконденсаторную фильтровую стойку 10-11, шунтирующую выводами первого конденсатора внешние входные выводы устройства, фильтровой конденсатор 12, шунтирующий внешние выходные выводы устройства, циклоконвертор 13, состоящий из управляемых двунаправленных вентилей 14, 15, первый импульсный модулятор 16, состоящий из электронных двух управляемых вентильно-ключевых стоек 17-18 и 19-20 и диодно-ключевой стойки 21-22, двух снабберных конденсаторов 23, 24 с последовательно с ними соединенными зарядными диодами и балластного реактора 25. Устройство содержит также блок управления 26 с цепями 27, 28 обратных связей по внешним токам и напряжениям, с первой группой 29 импульсно-модуляторных выводов, а также с первой и второй группами 30-31 релейно-сигнальных выводов. Кроме этого устройство содержит дифференциальные выводы 32-33-34, включая заземленный среднепотенциальный, для подключения дифференциальной нагрузки постоянных напряжений с режимом рекуперации энергии, зашунтированные второй двухконденсаторной фильтровой стойкой 35-36 с заземленным средним выводом, и второй импульсный модулятор 37, аналогичный по составу и схеме соединений первому импульсному модулятору. Трансформатор имеет также третью двухсекционную обмотку 38-39. Блок управления снабжен также второй группой 40 импульсно-модуляторных выводов и третьей группой 41 релейно-сигнальных выводов. Помимо вышеуказанного устройство содержит два уравнительных делителя напряжения 42 и 43, состоящих каждый из двухсекционного уравнительного реактора 44-45 и двух диодно-ключевых стоек 46-47 и 48-49. Блок управления снабжен также третьей и четвертой группами 50 и 51 импульсно-модуляторных выводов. Каждый из импульсных модуляторов снабжен управляемой двухвентильной стойкой 52-53. Блок управления снабжен четвертой и пятой группами 54 и 55 релейно-сигнальных выводов. Кроме перечисленного устройство содержит также выпрямитель с дифференциальным выходом и коррекцией коэффициента мощности, состоящей из фильтрового дросселя 56, двухдиодной стойки 57-58 и двунаправленного электронного ключа 59. Блок управления снабжен также пятой группой 60 импульсно-модуляторных выводов. Контур, составленный из вторичной обмотки трансформатора, циклоконвертора и выпрямителя, выполнен в трехфазном варианте с заземленной нейтралью, а блок управления снабжен соответствующими дополнительными группами выводов. Балластный реактор 25 первого импульсного модулятора 16 включен между средними выводами первой фильтровой стойки 10-11 и первичной обмотки 6-7 трансформатора 5. Циклоконвертор 13 включен между выводами вторичной обмотки 8-9 трансформатора 5 и выводами фильтрового конденсатора 12. Ключи 18 и 20 первой и второй вентильно-ключевых стоек 17-18 и 19-20 первого импульсного модулятора 15 своими силовыми выводами включены каждый между первым внешним входным выводом 1 устройства и соответствующим крайним выводом первичной обмотки 6-7 трансформатора 5, подключенным через вентиль 17, 19 той же стойки к среднему выводу диодно-ключевой стойки 21-22, шунтирующей своими крайними выводами второй конденсатор 11 первой фильтровой стойки 10-11. Диодно-ключевые стойки 46-47 и 48-49 первого уравнительного делителя напряжения 42 соединены между собой в параллель по схеме полууправляемого косого моста, подключенного своими диагональными выводами постоянного тока к крайним выводам уравнительного реактора 44-45, а своими диагональными выводами переменного тока - к крайним выводам первой фильтровой стойки 10-11. Второй уравнительный делитель напряжения 43 аналогичен по составу и схеме соединений первому делителю. Каждый из двух снабберных конденсаторов 23 и 24 первого импульсного модулятора 16 шунтирует через соответствующий зарядный диод силовые выводы ключа соответствующей из первой и второй вентильно-ключевых стоек 17-18 и 19-20. Каждый управляемый вентиль двухвентильной стойки 52-53 шунтирует через соответствующий зарядный диод соответствующую секцию 6, 7 первичной обмотки трансформатора 5. Двунаправленный ключ 59 заземляет через фильтровой дроссель 56 незаземленный внешний выходной вывод 3 и через диоды двухдиодной стойки 57-58 - незаземленные разнополярные внешние дифференциальные выводы 32 и 33 устройства.
Балластные реакторы 25 импульсных модуляторов 16 и 27 выполнены с общим для них магнитопроводом и включены между собой электромагнитно - согласно относительно направлений проводимостей ключей 22 диодно-ключевых стоек 21-22, подключенных к ним и зашунтированных обратными диодами.
В качестве однонаправленных электронных ключей использованы ключевые транзисторы или двухоперационные (запираемые по управлению) тиристоры, в качестве двунаправленного ключа 59 - последовательно-встречно включенные ключевые транзисторы, зангунтированные обратными диодами, в качестве однонаправленных управляемых вентилей -обычные (однооперационные) тиристоры, а в качестве двунаправленных вентилей 14 и 15 циклоконвертора 13 - симисторы (триаки) или параллельно-встречные пары тиристоров.
Блок управления 25 подключен первой и второй группами 29 и 40 импульсно-модуляторных выводов к управляющим выводам ключей импульсных модуляторов 16 и 37, третьей и четвертой группами 50 и 51 аналогичных выводов - к управляющим выводам ключей уравнительных делителей напряжения 42 и 43, а пятой группой 60 таких же выводов - к управляющим выводам двунаправленного ключа 59. Этот же блок своими первой и второй группами 30 и 31 релейно-сигнальных выводов подключен к управляющим выводам вентилей первого модулятора 16 и циклоконвертора 13, третьей группой 41 таких же выводов - к управляющим выводам вентилей второго модулятора 37, четвертой и пятой группами 54 и 55 таких же выводов - к управляющим выводам двухвентильных стоек 52-53 модуляторов. Добавленные группы импульсно-модуляторных релейно-сигнальных выводов блока управления подключены к соответствующим добавленным двум выпрямителям и циклоконверторам.
Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь работает следующим образом. К внешним входным выводам 1-2 подключают источник электропитания с постоянным низким напряжением (например, 27 В). К внешним выходным выводам 3-4 подключают нагрузку произвольного (постоянного или переменного) регулируемого напряжения (например, однофазную обмотку стартер-генератора в режиме электрозапуска силовой установки или двигателя исполнительного электропривода с режимом рекуперативного торможения (с возвратом энергии торможения в источник электропитания).
К дифференциальным внешним выводам 32-33-34 подключают накопительно на - нагрузочное дифференциальное звено постоянного повышенного напряжения (например, 0±270 В или 0±135 В), в частности - аналогичные звенья параллельно подключенных других таких же импульсных преобразователей, образующих вместе с рассматриваемым единый электротехнический комплекс.
На импульсно-модуляторных выводах блока управления формируются высокочастотные прямоугольные импульсы с постоянным периодом широтно-импульсной модуляции (Тшим) и регулируемой длительностью: tи=γТшим, где γ - относительная длительность (коэффициент заполнения) импульса, регулируемый в зависимости от разностей величин сигналов в цепях обратных связей (27, 28) и соответствующих эталонных сигналов. На релейно-сигнальных выводах блока управления формируются кратковременные импульсы (или пачки высокочастотных импульсов), синхронизируемые с фронтами (или спадами) модуляторных импульсов, а также с полупериодами выходного переменного напряжения на внешних выводах 3-4 (U3-4).
Симметрия схем импульсных модуляторов 16 и 37 позволяет не рассматривать процессы с питанием от дифференциальных внешних выводов 32-33-34, т.к. они аналогичны процессам с питанием от внешних входных выводов 1-2.
При питании устройства от внешних входных выводов 1-2 первый импульсный модулятор 16 выполняет функцию двухтактного инвертора высокочастотного прямоугольного тока, второй модулятор 37 - функцию двухполупериодного выпрямителя этого тока, циклоконвертор 13 (циклически реверсируемый выпрямитель) - функцию делителя высокой частоты (непосредственного преобразователя частоты) с низкой выходной частотой (например, 400 Гц или регулируемой в диапазоне: от 0 до 800 Гц). При этом выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности (56, 57, 58, 59) выполняет функцию цепи рекуперативной и/или реактивной мощности и дополнительной зарядки второй фильтровой стойки 35-36 дифференциального звена постоянного повышенного напряжения (выводы 33-34-35). Уравнительные делители напряжения 42 и 43 выполняют функцию автоматических выравнивателей напряжений на конденсаторах первой и второй фильтровых стоек 10-11 и 35-36 при любых несимметриях токов зарядки конденсаторов стойки.
Рассмотрим поочередную работу перечисленных узлов.
1. Работа импульсных модуляторов 16 и 37 при питании от выводов 1-2.
В зависимости от соотношения напряжений питания (U1-2=U10) и напряжений на дифференциальных внешних выводах U6=7, приведенных к секции первичной обмотки 6-7 трансформатора 5 (через коэффициент трансформации), различают два возможных режима импульсной модуляции: 1а) режим «понижения» напряжения и 1б) режим «повышения» напряжения.
1а) Режим «понижения» напряжения (U10>U6-7). При каждом очередном включении ключа 18 (или 20) наступает этап нарастания полного потокосцепления (
Figure 00000001
) балластных реакторов (25 и 2537) вместе с токами в цепях: 10-25-6 (или 7) - 18 (или 20) - 10, а также 39 (или 38) - 1937 (или 1737) - 2137-36-35 - обратный диод 1837 (или 2037) - 38 (или 39) - 39 (или 38) и 2537 - обратный диод 2237-2137-36-35-5337-2537 (прямоходовая зарядка второй фильтровой стойки 35-36). Вслед за этим производятся (синхронно) выключение ключа 18 (или 20) и включение ключа 22 и вентиля 17 (или 19), и наступает этап токозамыкающей паузы с приблизительным сохранением полного потокосцепления реакторов (
Figure 00000002
) вместе с током в замкнутой накоротко цепи: 25-6 (или 7) - 17 (или 19) - 22-25. При этом токи, обусловленные ЭДС самоиндукции индуктивностей рассеяния второго балластного реактора и секций третьей обмотки трансформатора, относительно быстро спадают до нуля по вышеуказанным цепям. По окончании токозамыкающей паузы (с относительной длительностью: Δγ=Δt/Тшим) ключ 22 также выключается, и наступает этап частичного (или полного) спада потокосцепления реакторов (
Figure 00000003
) вместе с токами в цепях: 25-6 (или 7) - 17 (или 19) - 21-11-25 и 2537-39 (или 38) - 1937 (или 1737) - 2137-36-2537 (обратноходовая зарядка конденсатора 36 второй фильтровой стойки).
Далее указанные процессы высокочастотно качественно циклически повторяются, индуцируя во вторичной обмотке 8-9 высокочастотную ЭДС Снабберные конденсаторы 23 и 24 заряжаются через зарядные диоды при выключении соответствующих ключей 18 и 20 и полностью разряжаются через те же ключи и через вентили 52 и 53 на соответствующие секции 6 и 7 первичной обмотки трансформатора 5 для дальнейшей передачи накопленной ими энергии в нагрузку. Указанные конденсаторы вместе с индуктивностями рассеяния обмотки трансформатора обеспечивают мягкую коммутацию ключей (при нулевом токе или напряжении).
1б) Режим «повышения» напряжения (U10<U6-7).
На первом этапе (
Figure 00000004
) ключи 18 и 20 включаются вместе (синхронно), после чего полное потокосцепление балластных реакторов (25 и 2537) нарастает вместе с токами в цепях: 10-25-6-18-10 и 10-25-7-20-10, не вызывая намагничивания магнитопровода трансформатора 5. Вслед за этим производятся (синхронно) выключение одного из ключей 18 и 20 (поочередно от периода к периоду ШИМ) и включение ключа 22 и соответствующего вентиля 17 или 19, и наступает этап токозамыкающей паузы с длительностью: Δt=ΔγTшим с приблизительным сохранением полного потокосцепления реакторов (
Figure 00000005
) вместе с током в замкнутой накоротко цепи: 25-7 (или 6) - 19 (или 17) - 22-25. При этом ток, обусловленной ЭДС самоиндукцией индуктивностей рассеяния секции 6 (или 7) первичной обмотки трансформатора 5 относительно быстро спадает до нуля по цепи: 6 (или 7) - 17 (или 19) - 21-11-25-6 (или 7), а ток в другой секции этой обмотки скачкообразно почти удваивается (сохраняя при этом полное потокосцепление трансформатора и ток в цепи реактора) и индуцирует скачок ЭДС в третьей обмотке 38-39 и соответствующее нарастание тока в цепи: 38-1737-2137-36-35-обратный диод 2037-39 (при скачке тока в секции 6), т.е. идет обратноходовая зарядка второй фильтровой стойки 35-36. Затем ключ 22 также выключается, а подключенный к нему вентиль (17 либо 19) остается включенным, и наступает заключительный этап частичного (или полного) спадания потокосцеплений реакторов и трансформатора (этап
Figure 00000003
длительностью (1-γ-Δγ)Тшим) вместе с токами в цепях: 25-6 (или 7) - 17 (или 19) - 21-11-25, а также 2537-38-1737-2137-36-2537 и 2537-39-1937-2137-36-2537 (обратноходовая зарядка стойки 35-36). Далее указанные процессы высокочастотно-периодически качественно повторяются, индуцируя во вторичной обмотке 8-9 высокочастотную ЭДС.
2. Работа уравнительных делителей напряжения 42 и 43.
Принцип их действия базируется на двунаправленном (обратимом) «транспортировании» зарядов на обкладках конденсаторов 10 и 11 (или 35 и 36) фильтровых стоек с помощью полярно-инвертирующих импульсных конверторов. При превышении напряжения U11 над напряжением U10 широтно-модулируется ключ 49. При его включении полное потокосцепление уравнительного реактора 44-45 нарастает (этап
Figure 00000006
) вместе с током в цепи: 11-49-44-11, а после его выключения - частично (или полностью) спадает (этап
Figure 00000007
) вместе с током по цепи: 44-10-48-44. Аналогично производятся: обратная «транспортировка» заряда (от 10 к 11), а также взаимный обмен зарядами конденсаторов 35 и 36, т.е. автоматическое выравнивание напряжений U32-34 и U34-33 на дифференциальных внешних выводах 32-33-34.
1. Работа выпрямителя 56-59 с дифференциальным выходом и коррекцией коэффициента мощности.
По своей схеме он является полярно-повторяющим повышающим (бустерным) конвертором с реверсивным входом. В процессе широтно-импульсной модуляции при каждом включении двунаправленного ключа 59 ток фильтрового дросселя 59 нарастает, а при его выключении - частично (или полностью) спадает, заряжая один из конденсаторов второй фильтровой стойки 35-36, в соответствии с полупериодом переменного напряжения на внешних выходных выводах 3-4. При этом благодаря регулированию параметра γ формируется синусоидальная форма тока дросселя, синхронизированная с указанными полупериодами напряжения (для приближения коэффициента мощности к единице). Энергия, потребляемая второй фильтровой стойкой 35-36 через выпрямитель (диоды 57-58), либо непосредственно передается дифференциальной нагрузке постоянных напряжений, либо через второй импульсный модулятор 37 и трансформатор 5 передается на внешние входные и/или выходные выводы 1-2 и 3-4. Если нагрузка является униполярной, то она подключается либо к крайним выводам второй фильтровой стойки, либо к одному из конденсаторов этой стойки (35 или 36).
Таким образом, предлагаемый двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь по сравнению с прототипом обеспечивает основной технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет функции обратимого конвертора с униполярным и/или дифференциальным выходом, а также за счет возможности совместного питания нагрузки переменного тока от источников с низким и повышенным постоянными напряжениями, а также дополнительные технические результаты: повышение КПД конвертирования за счет дополнительной - трансреакторной передачи электроэнергии (через балластные реакторы), повышение удельной мощности (на единицу массы или объема) устройства за счет указанного совместного питания и способность рекуперации электроэнергии, поступающей из цепи нагрузки в источник электропитания.

Claims (6)

1. Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь, содержащий внешние входные и выходные выводы, включая заземленные, для подключения источника электропитания постоянного напряжения и нагрузки произвольного регулируемого напряжения, трансформатор с двухсекционными первичной и вторичной обмотками со средними выводами, первую двухконденсаторную фильтровую стойку, шунтирующую выводами первого конденсатора внешние входные выводы устройства, фильтровой конденсатор, шунтирующий внешние выходные выводы устройства, циклоконвертор, состоящий из управляемых двунаправленных вентилей, включенный между выводами, вторичной обмотки трансформатора и выводами фильтрового конденсатора, первый импульсный модулятор, состоящий из электронных двух управляемых вентильно-ключевых стоек с ключами, зашунтированными обратными диодами, и диодно-ключевой стойки, двух снабберных конденсаторов, шунтирующих через зарядные диоды ключи, и балластного реактора, включенного между средними выводами первой фильтровой стойки и первичной обмотки трансформатора, а также блок управления с цепями обратных связей по внешним токам и напряжениям, с первой группой импульсно-модуляторных выводов, подключенных к управляющим выводам ключей вентильно-ключевых стоек первого модулятора, из которых ключи первой и второй стоек включены каждый своими силовыми выводами между первым внешним входным выводом устройства и соответствующим крайним выводом первичной обмотки трансформатора, подключенным через вентиль этой же стойки к среднему выводу диодно-ключевой стойки, шунтирующей своими крайними выводами второй конденсатор первой фильтровой стойки, а также с первой и второй группами релейно-сигнальных выводов, подключенных к управляющим выводам вентилей вентильно-ключевых стоек первого модулятора и двунаправленных вентилей циклоконвертора, соответственно, отличающийся тем, что в него введены внешние дифференциальные выводы, включая заземленный среднепотенциальный, для подключения дифференциальной нагрузки постоянных напряжений с режимом рекуперации энергии, зашунтированные второй двухконденсаторной фильтровой стойкой с заземленным средним выводом, и второй импульсный модулятор, аналогичный по составу и схеме соединений первому модулятору, трансформатор снабжен третьей двухсекционной обмоткой, а блок управления снабжен второй группой импульсно-модуляторных выводов и третьей группой релейно-сигнальных выводов, подключенных к управляющим выводам ключей и вентилей второго модулятора, соответственно.
2. Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в него введены два уравнительных делителя напряжения, состоящих каждый из двухсекционного уравнительного реактора и двух диодно-ключевых стоек, соединенных между собой в параллель по схеме полууправляемого косого выпрямительного моста, подключенного своими диагональными выводами постоянного тока к крайним выводам уравнительного реактора, а своими диагональными выводами переменного тока - к крайним выводам соответствующей из первой и второй фильтровых стоек, а блок управления снабжен третьей и четвертой группами импульсно-модуляторных выводов, подключенными к управляющим выводам ключей первого и второго уравнительных делителей напряжения, соответственно.
3. Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь по п. 1 или 2, отличающийся тем, что балластные реакторы импульсных модуляторов выполнены с общим для них магнитопроводом и включены между собой электромагнитно - согласно относительно направлений проводимостей ключей диодно-ключевых стоек, подключенных к ним и зашунтированных обратными диодами.
4. Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что каждый из его импульсных модуляторов снабжен управляемой двухвентильной стойкой, а блок управления снабжен четвертой и пятой группами релейно-сигнальных выводов, подключенных к управляющим выводам вентилей указанных двухвентильных стоек, соответственно, шунтирующих каждый своими силовыми выводами через соответствующий зарядный диод соответствующую секцию первичной обмотки трансформатора.
5. Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что в него введен выпрямитель с дифференциальным выходом и коррекцией коэффициента мощности, состоящий из фильтрового дросселя, двухдиодной стойки и двунаправленного электронного ключа, а блок управления снабжен пятой группой импульсно-модуляторных выводов, подключенных к управляющим выводам двунаправленного ключа, заземляющего через фильтровой дроссель незаземленный внешний выходной вывод и через диоды двухдиодной стойки - незаземленные разнополярные внешние дифференциальные выводы устройства.
6. Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что контур, составленный из вторичной обмотки трансформатора, циклоконвертора и выпрямителя с внешними выходными выводами выполнен в трехфазном варианте с заземленной нейтралью, а блок управления дополнен соответствующими группами импульсно-модуляторных и релейно-сигнальных выводов, подключенными к двум добавленным выпрямителям и циклоконверторам.
RU2016150254U 2016-12-21 2016-12-21 Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь RU174024U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150254U RU174024U1 (ru) 2016-12-21 2016-12-21 Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150254U RU174024U1 (ru) 2016-12-21 2016-12-21 Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU174024U1 true RU174024U1 (ru) 2017-09-26

Family

ID=59931401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016150254U RU174024U1 (ru) 2016-12-21 2016-12-21 Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU174024U1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184367U1 (ru) * 2018-06-20 2018-10-24 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Импульсный преобразователь напряжений
RU2761109C1 (ru) * 2021-03-29 2021-12-06 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Генератор двухфазных гармонических сигналов

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2080734C1 (ru) * 1993-12-30 1997-05-27 Акционерное общество открытого типа "Счетное машиностроение" Стабилизированный преобразователь напряжения
RU2314627C1 (ru) * 2006-07-12 2008-01-10 Федеральное Космическое Агентство Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Головное Особое Конструкторское Бюро "Прожектор" Двухтактный преобразователь напряжения
WO2008020629A1 (fr) * 2006-08-17 2008-02-21 Shanghai Jiao Tong University Convertisseur cc/cc à commutation souple pousser-tirer de type poussée d'isolation
RU2455746C2 (ru) * 2010-05-12 2012-07-10 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Двухтактный мостовой преобразователь

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2080734C1 (ru) * 1993-12-30 1997-05-27 Акционерное общество открытого типа "Счетное машиностроение" Стабилизированный преобразователь напряжения
RU2314627C1 (ru) * 2006-07-12 2008-01-10 Федеральное Космическое Агентство Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Головное Особое Конструкторское Бюро "Прожектор" Двухтактный преобразователь напряжения
WO2008020629A1 (fr) * 2006-08-17 2008-02-21 Shanghai Jiao Tong University Convertisseur cc/cc à commutation souple pousser-tirer de type poussée d'isolation
RU2455746C2 (ru) * 2010-05-12 2012-07-10 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Двухтактный мостовой преобразователь

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU184367U1 (ru) * 2018-06-20 2018-10-24 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Импульсный преобразователь напряжений
RU184367U9 (ru) * 2018-06-20 2018-11-22 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (ФГУП "ГосНИИАС") Импульсный преобразователь напряжений
RU2761109C1 (ru) * 2021-03-29 2021-12-06 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Генератор двухфазных гармонических сигналов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Oates A methodology for developing ‘Chainlink’converters
US8824179B2 (en) Soft-switching high voltage power converter
US9543842B2 (en) Converter for transferring power between DC systems
US7659700B2 (en) Charge-transfer apparatus and method
US7402983B2 (en) Method for use of charge-transfer apparatus
US20140254223A1 (en) Method and system for a high speed soft-switching resonant converter
Chen Novel current-mode AC/AC converters with high-frequency AC link
RU172182U1 (ru) Импульсный преобразователь напряжения
EP2338222A1 (en) Power converter
CN113746361A (zh) 具高电压增益的交流-直流电源变换***
US20230299660A1 (en) Switching sequence controlled current steering for stacked half bridge converters
RU2681839C1 (ru) Автономная система электроснабжения
RU174024U1 (ru) Двухтактный трансформаторный импульсный преобразователь
CA2709100A1 (en) Power converter
AU2021240158A1 (en) Efficient electric power conversion
RU190083U1 (ru) Импульсный преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения
CN105914771A (zh) 能源路由器
Takahashi et al. Power decoupling method for isolated DC to single-phase AC converter using matrix converter
RU167948U1 (ru) Трансформаторный импульсный преобразователь
JP2016517260A (ja) 電子正弦波トランス
RU175512U1 (ru) Импульсный преобразователь частоты со звеном постоянного напряжения
RU184367U1 (ru) Импульсный преобразователь напряжений
RU177680U1 (ru) Многофункциональный импульсный преобразователь
RU175768U1 (ru) Многофункциональный импульсный преобразователь
RU183854U1 (ru) Полумостовой инвертор прямоугольного тока с трансформаторно-циклоконверторным делителем частоты