RU167948U1

RU167948U1 - Transformer Pulse Converter

Info

Publication number: RU167948U1
Application number: RU2016137041U
Authority: RU
Inventors: Николай Алексеевич Жегов; Михаил Владимирович Марченко; Станислав Борисович Резников; Игорь Александрович Харченко
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2017-01-13

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 тока от низковольтной аккумуляторной и/или суперконденсаторной батареи с гальванической развязкой. Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет двунаправленности преобразования электроэнергии, а также питания нагрузок переменного тока. К дополнительным техническим результатам относятся: повышение надежности, КПД и удельной мощности устройства и снижение помехоизлучений за счет обеспечения мягкой коммутации ключей и рекуперации энергии индуктивностей рассеяния электромагнитных элементов. Указанные результаты обеспечиваются тем, что в трансформаторный импульсный преобразователь, содержащий две пары внешних выводов 1-2 и 3-4 для подключения источника электропитания и нагрузки постоянного тока, первый фильтровой конденсатор 5, первый и второй буферные конденсаторы 6 и 7, первый и второй реакторы 8 и 9, трансформатор 10 с двумя обмотками 11 и 12, первый электронный ключ 13, первый диод 14 и блок управления 15 с цепями 16, 17 обратных связей и с первым импульсно-модуляторным выводом 18, во-первых, введены второй ключ 19, второй диод 20, второй фильтровой конденсатор 21 и управляемые вентили 22 и 23, а блок управления снабжен вторым импульсно-модуляторным выводом 24 и основными релейно-сигнальными выводами 25, во-вторых, в него введены третья пара внешних выводов 26-27 для подключения нагрузки переменного тока,The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended for use in aerospace electric power and flight and navigation systems as a secondary source of power for AC and DC loads from a low-voltage battery and / or supercapacitor battery with galvanic isolation. The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device due to the bi-directional conversion of electricity, as well as powering AC loads. Additional technical results include: improving the reliability, efficiency and specific power of the device and reducing noise emissions by providing soft switching of the keys and recovering the energy of the inductance of the scattering of electromagnetic elements. These results are ensured by the fact that in a transformer pulse converter containing two pairs of external terminals 1-2 and 3-4 for connecting a power source and a DC load, the first filter capacitor 5, the first and second buffer capacitors 6 and 7, the first and second reactors 8 and 9, a transformer 10 with two windings 11 and 12, a first electronic switch 13, a first diode 14 and a control unit 15 with feedback circuits 16, 17 and with a first pulse-modulator output 18, firstly, a second switch 19 is introduced, second diode 20, second fil a three-phase capacitor 21 and controllable gates 22 and 23, and the control unit is equipped with a second pulse-modulator output 24 and the main relay-signal outputs 25, secondly, a third pair of external terminals 26-27 are inserted into it to connect an AC load,

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 тока от низковольтной аккумуляторной и/или суперконденсаторной батареи с гальванической развязкой.The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and is intended for use in aerospace electric power and flight and navigation systems as a secondary source of power for AC and DC loads from a low-voltage battery and / or supercapacitor battery with galvanic isolation.

Известен трансформаторный импульсный преобразователь (аналог), содержащий две группы внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки (в том числе - дифференциальных) постоянного тока, зашунтированные фильтровыми конденсаторами, двухобмоточный трансформаторный реактор (трансреактор), буферный (накопительный) конденсатор, силовые электронные ключи, с обратно-шунтирующими диодами, силовые блокирующие диоды, узел рекуперации энергии рассеяния трансреактора в виде диодно-ключевой стойки с балластным реактором, два ограничительных дросселя, снабберный конденсатор с зарядно-разрядной двухдиодной стойкой и блок управления с цепями обратных связей по внешним токам и напряжениям и с импульсно-модуляторными выводами (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, с. 65, рис. 1).Known transformer pulse converter (analogue), containing two groups of external terminals for connecting a power source and load (including differential) DC, shunted by filter capacitors, double-winding transformer reactor (transreactor), buffer (storage) capacitor, power electronic keys, with reverse-shunt diodes, power blocking diodes, transreactor dissipation energy recovery unit in the form of a diode-key rack with a ballast reactor, two an inductor choke, a snubber capacitor with a charge-discharge two-diode rack and a control unit with feedback circuits for external currents and voltages and with pulse-modulator outputs (S. Reznikov, S. Klimova, I. Kharchenko, V. Smirnov, V. Savostyanov. Battery backup uninterruptible power supplies for autonomous and network power supply systems with a constant high voltage link. Power Electronics, No. 2, 2016, pp. 64-68, p. 65, fig. one).

К недостаткам известного устройства (аналога) относятся: низкие КПД и удельная мощность из-за большой внутренней реактивной мощности, развиваемой узлом рекуперации энергии, и узкие функциональные возможности из-за неспособности питания нагрузки переменного тока.The disadvantages of the known device (analogue) include: low efficiency and specific power due to the large internal reactive power developed by the energy recovery unit, and narrow functionality due to the inability to supply AC load.

Из известных устройств наиболее близким по технической сути к предлагаемому является трансформаторный импульсный преобразователь (прототип), содержащий две пары внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки постоянного тока, фильтровые конденсаторы, буферные конденсаторы, два реактора со взаимно индуктивной связью (с общим магнитопроводом), двухобмоточный трансформатор, электронный ключ, шунтирующий диод и блок управления с цепями обратных связей и импульсно-модуляторным выводом (С. Кук, С. Ненахов. Новый DC/DC-преобразователь с нулевыми пульсациями и интегрированными магнитопроводами. Силовая электроника, №2, 2004 г., с. 62-64, с. 64, рис. 4).Of the known devices, the closest in technical essence to the proposed one is a transformer pulse converter (prototype) containing two pairs of external terminals for connecting a power source and a DC load, filter capacitors, buffer capacitors, two reactors with mutually inductive coupling (with a common magnetic circuit), two-winding transformer, electronic switch, shunt diode and control unit with feedback circuits and pulse-modulator output (S. Cook, S. Nenakhov. New DC / DC pre photoelectret zero pulses and integrated magnetic circuits. Power electronics, №2, 2004, pp. 62-64, p. 64, fig. 4).

К недостаткам известного устройства (прототипа) относятся: узкие функциональные возможности из-за однонаправленности преобразования электроэнергии и неспособности питания нагрузки переменного тока, низкие надежность, КПД и удельная мощность устройства и большие помехоизлучения из-за жесткой коммутации ключей (со скачками токов и напряжений) и из-за отсутствия рекуперации энергии реактивных элементов индуктивностей рассеяния.The disadvantages of the known device (prototype) include: narrow functionality due to the unidirectional conversion of electricity and the inability to supply AC loads, low reliability, efficiency and specific power of the device and large noise emissions due to hard switching of keys (with jumps in currents and voltages) and due to the lack of energy recovery of the reactive elements of the scattering inductances.

Основным техническим результатом предложения является расширение функциональных возможностей устройства за счет двунаправленности преобразования электроэнергии, а также питания нагрузок переменного тока. К дополнительным техническим результатам относятся: повышение надежности, КПД и удельной мощности устройства и снижение помехоизлучений за счет обеспечения мягкой коммутации ключей и рекуперации энергии индуктивностей рассеяния электромагнитных элементов.The main technical result of the proposal is to expand the functionality of the device due to the bi-directional conversion of electricity, as well as powering AC loads. Additional technical results include: improving the reliability, efficiency and specific power of the device and reducing noise emissions by providing soft switching of the keys and recovering the energy of the inductance of the scattering of electromagnetic elements.

Указанные результаты обеспечиваются тем, что в трансформаторный импульсный преобразователь, содержащий две пары внешних выводов для подключения источника электропитания и нагрузки постоянного тока, первый фильтровой конденсатор, первый и второй буферные конденсаторы, первый и второй реакторы, трансформатор с двумя обмотками, первый электронный ключ, первый диод и блок управления с цепями, обратных связей и с первым импульсно-модуляторным выводом, во-первых, ВВЕДЕНЫ второй ключ, второй диод, второй фильтровой конденсатор и управляемые вентили, а блок управления СНАБЖЕН вторым импульсно-модуляторным выводом и основными релейно-сигнальными выводами, во-вторых, в него ВВЕДЕНЫ третья пара внешних выводов для подключения нагрузки переменного тока, третий фильтровой конденсатор и циклоконвертор с двунаправленными вентилями, трансформатор СНАБЖЕН третьей обмоткой, а блок управления СНАБЖЕН дополнительными релейно-сигнальными выводами, и в-третьих, каждый из его ключей СНАБЖЕН снабберным конденсатором, зарядно-разрядной диодно-ключевой стойкой и диодно-дроссельной стойкой, а блок управления СНАБЖЕН вспомогательными импульсно-модуляторными выводами.The indicated results are ensured by the fact that a transformer pulse converter containing two pairs of external terminals for connecting a power source and a DC load, a first filter capacitor, first and second buffer capacitors, first and second reactors, a transformer with two windings, a first electronic switch, a first diode and control unit with circuits, feedbacks and with the first pulse-modulator output, firstly, the second key, the second diode, the second filter capacitor and controlled There are two wires, and the control unit is equipped with a second pulse-modulator output and main relay-signal outputs, secondly, a third pair of external terminals for connecting an AC load, a third filter capacitor and a cyclo-converter with bi-directional valves, A transformer is equipped with a third winding, and the control unit is SUPPLIED with additional relay-signal outputs, and thirdly, each of its keys is equipped with a snubber capacitor, a charge-discharge diode-key rack and a diode-choke rack d, and the control unit is SUPPLIED with auxiliary pulse-modulator outputs.

Экспериментальные исследования лабораторного макета и компьютерное моделирование предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность и целесообразность широкого промышленного использования.Experimental studies of the laboratory layout and computer simulation of the proposed device confirmed its efficiency and the feasibility of wide industrial use.

На чертеже представлены принципиальная силовая схема и каналы управления предлагаемого трансформаторного импульсного преобразователя.The drawing shows a schematic power circuit and control channels of the proposed transformer pulse converter.

Трансформаторный импульсный преобразователь содержит две пары внешних выводов 1-2 и 3-4 для подключения источника электропитания и нагрузки постоянного тока, вторая из которых зашунтирована первым фильтровым конденсатором 5, первый и второй буферные конденсаторы 6-7, первый и второй реакторы 8 и 9 со взаимно индуктивной связью (с общим магнитопроводом), трансформатор 10 с первой и второй обмотками 11 и 12, первый электронный ключ 13 и первый шунтирующий диод 14. Устройство содержит также блок управления 15 с цепями 16, 17 обратных связей по внешним токам и напряжениям и с первым импульсно-модуляторным выводом 18. Кроме этого устройство содержит: второй электронный ключ 19, второй шунтирующий диод 20, второй фильтровой конденсатор 21, первый и второй силовые управляемые вентили 22 и 23. Блок управления снабжен вторым импульсно-модуляторным выводом 24 и основными релейно-сигнальными выводами 25. Помимо перечисленного устройство содержит: третью пару внешних выводов 26-27 для подключения нагрузки переменного тока, зашунтированные третьим фильтровым конденсатором 28, циклоконвертор, состоящий из управляемых двунаправленных вентилей 29, 30. Трансформатор снабжен третьей обмоткой 31. Блок управления снабжен дополнительными релейно-сигнальными выводами 32. Каждый из электронных ключей снабжен снабберным конденсатором 33 и 34, зарядно-разрядной диодно-вентильной стойкой 35-36 и 37-38 и силовым блокирующим диодом 39 и 40. Блок управления снабжен вспомогательными релейно-сигнальными выводами 41.The transformer pulse converter contains two pairs of external terminals 1-2 and 3-4 for connecting a power source and a DC load, the second of which is shunted by the first filter capacitor 5, the first and second buffer capacitors 6-7, the first and second reactors 8 and 9 with mutually inductive coupling (with a common magnetic circuit), a transformer 10 with the first and second windings 11 and 12, the first electronic switch 13 and the first shunt diode 14. The device also contains a control unit 15 with circuits 16, 17 of external current feedback m and voltages and with a first pulse-modulator output 18. In addition, the device contains: a second electronic switch 19, a second bypass diode 20, a second filter capacitor 21, the first and second power controlled valves 22 and 23. The control unit is equipped with a second pulse-modulator output 24 and the main relay-signal outputs 25. In addition to the above, the device contains: a third pair of external terminals 26-27 for connecting an AC load, shunted by a third filter capacitor 28, a cyclo-converter, consisting of up two-way valves 29, 30. The transformer is equipped with a third winding 31. The control unit is equipped with additional relay-signal terminals 32. Each of the electronic keys is equipped with a snubber capacitor 33 and 34, a charge-discharge diode-valve rack 35-36 and 37-38 and a power blocking diode 39 and 40. The control unit is equipped with auxiliary relay-signal terminals 41.

Первый электронный ключ 13 шунтирует своими силовыми выводами последовательно между собой соединенные первый буферный конденсатор 6 с первой обмоткой 11 трансформатора 10 и подключен ими через первый реактор 8 к первой паре внешних выводов 1-2 устройства, вторая пара выводов 3-4 которого подключена через второй реактор 9 к последовательно между собой соединенным второму буферному конденсатору 7 со второй обмоткой 12 трансформатора 10, зашунтированным первым шунтирующим диодом 14. Второй фильтровый конденсатор 21 шунтирует первую пару внешних выводов 1-2 устройства. Силовые выводы второго электронного ключа 19 включены параллельно первому диоду 14 и параллельно ветви со вторыми буферным конденсатором 7 и обмоткой 12 трансформатора 10. Каждый из силовых управляемых вентилей 22 и 23 шунтирует (через соответствующий силовой блокирующий диод 39-40) соответствующую пару реактора с буферным конденсатором: 8-6 и 9-7. Циклоконвертор 29-30 включен между третьей обмоткой 31 трансформатора 10 и третьей парой внешних выводов 26-27 устройства. Каждый из силовых блокирующих диодов 39-40 включен последовательно с соответствующим силовым управляемым вентилем 22 и 23. Каждая из зарядно-разрядных диодно-вентильных стоек 35-36 и 37-38 своим средним выводом подключена через снабберный конденсатор 33 и 34 к первому силовому выводу соответствующего ключа 13 и 19, своим крайним диодным выводом подключена ко второму силовому выводу того же ключа, а своим крайним вентильным выводом - к общим выводам соответствующих силовых управляемого вентиля и блокирующего диода, образующих однонаправленные стойки 22-39 и 23-40. Первый и второй реакторы 8 и 9 включены между собой электромагнитно-согласно относительно направлений проводимости подключенных к ним ключей (что отражено звездочками, обозначающими начала обмоток).The first electronic switch 13 shunts with its power terminals the first buffer capacitor 6 connected in series with each other with the first winding 11 of the transformer 10 and connected by them through the first reactor 8 to the first pair of external terminals 1-2 of the device, the second pair of terminals 3-4 of which are connected through the second reactor 9 to the second buffer capacitor 7 connected in series with each other with the second winding 12 of the transformer 10, shunted by the first shunt diode 14. The second filter capacitor 21 shunts the first pair of external 1-2 odov device. The power terminals of the second electronic switch 19 are connected parallel to the first diode 14 and parallel to the branches with the second buffer capacitor 7 and the winding 12 of the transformer 10. Each of the power controlled valves 22 and 23 shunts (through the corresponding power blocking diode 39-40) the corresponding reactor couple with a buffer capacitor : 8-6 and 9-7. The cycloconverter 29-30 is connected between the third winding 31 of the transformer 10 and the third pair of external terminals 26-27 of the device. Each of the power blocking diodes 39-40 is connected in series with the corresponding power controlled valve 22 and 23. Each of the charge-discharge diode-gate racks 35-36 and 37-38 is connected via its snubber capacitor 33 and 34 to the first power terminal of the corresponding key 13 and 19, with its extreme diode terminal connected to the second power terminal of the same key, and its extreme valve terminal - to the common terminals of the corresponding power controlled valve and blocking diode, forming unidirectional racks 22-39 and 23-40. The first and second reactors 8 and 9 are interconnected electromagnetically according to the directions of conductivity of the keys connected to them (which is reflected by asterisks indicating the beginning of the windings).

Блок управления 15 подключен: первым и вторым импульсно-модуляторными выводами 18 и 24 к управляющим выводам первого и второго электронных ключей 13 и 19, а основными, дополнительными и вспомогательными релейно-сигнальными выводами 25, 32 и 41 - к управляющим выводам силовых вентилей 22, 23, двунаправленных вентилей 29, 30 и вентилей 36, 38 зарядно-разрядных диодно-вентильных стоек соответственно. В качестве электронных ключей 13 и 19 использованы ключевые транзисторы, в качестве управляемых вентилей 22, 23 и 36, 38 - тиристоры, а в качестве двунаправленных вентилей 29, 30 - симисторы или пары встречно-параллельных тиристоров.The control unit 15 is connected: the first and second pulse-modulator terminals 18 and 24 to the control terminals of the first and second electronic keys 13 and 19, and the main, additional and auxiliary relay-signal terminals 25, 32 and 41 to the control terminals of the power valves 22, 23, bidirectional valves 29, 30 and valves 36, 38 of the charge-discharge diode-valve racks, respectively. The key transistors are used as electronic keys 13 and 19, thyristors are used as controlled gates 22, 23 and 36, 38, and triacs or pairs of counter-parallel thyristors are used as bidirectional gates 29, 30.

Трансформаторный импульсный преобразователь работает следующим образом.Transformer pulse Converter operates as follows.

Благодаря полной симметрии силовой схемы устройство способно одинаково преобразовывать постоянные напряжения в обоих направлениях, что позволяет рассмотреть только одно из них: от первой пары внешних выводов 1-2 ко второй паре внешних выводов 3-4.Due to the complete symmetry of the power circuit, the device is capable of converting constant voltages in both directions in the same way, which allows us to consider only one of them: from the first pair of external terminals 1-2 to the second pair of external terminals 3-4.

Первую пару внешних выводов 1-2 устройства подключают к источнику постоянного (или пульсирующего знакопостоянного напряжения, в частности - выпрямленного сетевого), в соответствии с полярностью, показанной на чертеже. Вторую пару внешних выводов 3-4 устройства подключают к нагрузке знакопостоянного напряжения, например, к двигателю постоянного тока, имеющему режим рекуперативного торможения с возвратом энергии в источник питания и/или во второй фильтровой конденсатор 21.The first pair of external terminals 1-2 of the device is connected to a constant source (or pulsating alternating voltage, in particular a rectified mains voltage), in accordance with the polarity shown in the drawing. The second pair of external terminals 3-4 of the device is connected to a load of alternating voltage, for example, to a DC motor having regenerative braking with the return of energy to the power source and / or to the second filter capacitor 21.

При подключении происходит предварительная зарядка второго фильтрового конденсатора 21 и первого буферного конденсатора 6 (по цепи 21-8-6-11-21), а также частичная импульсная зарядка второго буферного конденсатора 7 через первый диод 14 благодаря ЭДС индукции, наводимой во вторичной обмотке 12 трансформатора 10 при нарастании зарядного тока в его первичной обмотке 11.When connected, the second filter capacitor 21 and the first buffer capacitor 6 are pre-charged (along the circuit 21-8-6-11-21), as well as a partial pulse charge of the second buffer capacitor 7 through the first diode 14 due to the induction emf induced in the secondary winding 12 transformer 10 with increasing charging current in its primary winding 11.

При синхронной подаче первого управляющего прямоугольного импульса с первого импульсно-модуляторного выходного вывода 18 и с первого релейно-управляющего выходного вывода 25 блока управления 15 происходит включение первого электронного ключа 13. Это приводит к нарастанию тока в дросселе 8 по цепи: 21-8-13-21 и к нарастанию тока в первичной обмотке 11 трансформатора 10, вызванного частичной разрядкой первого буферного конденсатора 6 по цепи: 6-13-11-6. Одновременно с этим наводимая ЭДС вторичной обмотки 12 трансформатора 1 складывается с напряжением второго буферного конденсатора 7 (с полярностью, показанной на Фиг.) и вызывает нарастание тока во втором дросселе 9 и в нагрузке по цепи: 12-5-9-7-12. Этот процесс продолжается в течение промежутка времени импульса t_и=γТ_шим, где Т_шим - период высокочастотной широтно-импульсной модуляции, γ - относительная длительность импульса (коэффициент заполнения импульса). Затем с помощью блока управления ключ 13 выключается.When the first control rectangular pulse is supplied synchronously from the first pulse-modulator output terminal 18 and from the first relay-control output terminal 25 of the control unit 15, the first electronic switch 13 is turned on. This leads to an increase in current in the inductor 8 along the circuit: 21-8-13 -21 and to the increase in current in the primary winding 11 of the transformer 10, caused by the partial discharge of the first buffer capacitor 6 along the circuit: 6-13-11-6. At the same time, the induced EMF of the secondary winding 12 of the transformer 1 is added to the voltage of the second buffer capacitor 7 (with the polarity shown in Fig.) And causes an increase in current in the second inductor 9 and in the load along the circuit: 12-5-9-7-12. This process continues during the pulse time interval t = γT _and _PWM, where T _PWM - the period of high-frequency pulse-width modulation, γ - relative pulse duration (duty cycle). Then, using the control unit, key 13 is turned off.

На импульсно-модуляторных выводах 18 и 24 блока управления 15 формируются высокочастотные прямоугольные импульсы с постоянным периодом широтно-импульсной модуляции (Т_шим) и с регулируемой длительностью импульсов: t_и=γТ_шим, где γ - относительная длительность (коэффициент заполнения) импульсов, зависящий от величины разностей между сигналами в цепях обратных связей и эталонными сигналами (по известному принципу отрицательной обратной связи для замкнутых систем управления). На релейно-сигнальных выводах 25 блока управления 15 формируются высокочастотные кратковременные прямоугольные импульсы, синхронизированные своими фронтами со спадами импульсов на выводах 18 и 24 соответственно, а на выводах 41 - такие же импульсы, синхронизированные с фронтами импульсов на выводах 18 и 24. На выводах 32 блока управления 15 формируются низкочастотные кратковременные импульсы (или их низкочастотно чередующиеся пачки), синхронизированные с соответствующими полупериодами выходного переменного напряжения на внешних выводах 26-27 (U_26-27(t)).In pulse-modulatory terminals 18 and 24, 15 of the control unit are formed by high-frequency rectangular pulses with a constant period pulse width modulation (T _PWM) and an adjustable pulse duration: t _u = γT _PWM where γ - relative duration (duty ratio) of pulses, which depends on the magnitude of the differences between the signals in the feedback circuits and the reference signals (according to the well-known principle of negative feedback for closed-loop control systems). On the relay-signal terminals 25 of the control unit 15, high-frequency short-time rectangular pulses are formed, synchronized by their fronts with the decays of the pulses at the terminals 18 and 24, respectively, and at the terminals 41 - the same pulses synchronized with the edges of the pulses at the terminals 18 and 24. At the terminals 32 of the control unit 15, low-frequency short-term pulses (or their low-frequency alternating bursts) are generated, synchronized with the corresponding half-periods of the output alternating voltage at the external terminals 26-27 (U _26-27 (t)).

На протяжении каждого периода Т_шим на первом этапе с длительностью t_и нарастают токи в цепях: 21-8-13-21 и 6-13-11-6, а также трансформируемый ток в цепи: 12-5-9-7-12. На втором этапе с длительностью: Т_шим-t_и=(1-γ)Т_шим токи сначала частично (или полностью) спадают в цепях: 8-6-39-22-8, 11-39-22-21-11 (за счет ЭДС самоиндукции индуктивности рассеяния обмотки 11), а также в цепях: 12-7-14-12 и 9-14-5-9 (за счет трансформаторной и самоиндукции ЭДС), а затем и по цепи: 8-6-11-21-8 (за счет ЭДС самоиндукции реактора 8).During each period of T _PWM at the first stage with a duration t _and currents increase in the circuits: 21-8-13-21 and 6-13-11-6, as well as the transformed current in the circuit: 12-5-9-7-12 . At the second stage, with a duration of: _Tshim -t _and = (1-γ) _Tshim currents first partially (or completely) decrease in the circuits: 8-6-39-22-8, 11-39-22-21-11 ( due to the EMF of self-induction of the scattering inductance of the winding 11), as well as in the circuits: 12-7-14-12 and 9-14-5-9 (due to transformer and self-induction of the EMF), and then along the circuit: 8-6-11 -21-8 (due to the emf of self-induction of the reactor 8).

Далее указанные процессы высокочастотно-периодически качественно повторяются, трансформируя в третьей обмотке 31 трансформатора 10 высокочастотное переменное напряжение (ЭДС). Это напряжение низкочастотно-реверсивно выпрямляется циклоконвертором 29-30, формируя (после демодуляции) на выводах третьего фильтрового конденсатора 28 выходное переменное напряжение: U_26-27, близкое по форме к синусоидальному.Further, the indicated processes are periodically and qualitatively repeated qualitatively, transforming high-frequency alternating voltage (EMF) in the third winding 31 of transformer 10. This voltage is low-frequency reversibly rectified by the cycloconverter 29-30, forming (after demodulation) at the terminals of the third filter capacitor 28 an output alternating voltage: U _26-27 , close in shape to a sinusoidal one.

В указанном режиме прямого преобразования электроэнергии обеспечивается мягкая коммутация электронного ключа 13 (без скачков тока и напряжения). При этом снабберный конденсатор 33 плавно заряжается после каждого выключения ключа 13 через диод 35, а затем полностью разряжается после очередного его включения по цепи: 33-36-22-8-13-33 через проводящие к этому моменту вентили 36 и 22, отдавая накопленную энергию реактору 8 для дальнейшего использования (без существенных тепловых потерь). Как и в прототипе, благодаря электромагнитной связи реакторов 8 и 9 и наводимых в них вольтдобавочных ЭДС обеспечивается снижение пульсаций внешних токов.In the specified direct power conversion mode, soft switching of the electronic key 13 is provided (without surges in current and voltage). At the same time, the snubber capacitor 33 is smoothly charged after each switch-off of the key 13 through the diode 35, and then completely discharged after its next turn-on by the circuit: 33-36-22-8-13-33 through the valves 36 and 22 conducting to this moment, giving back energy to the reactor 8 for further use (without significant heat loss). As in the prototype, due to the electromagnetic coupling of the reactors 8 and 9 and the boosted EMF induced in them, the pulsation of external currents is reduced.

При обратном преобразовании электроэнергии (от выводов 3-4 к выводам 1-2) происходят процессы, аналогичные тем, что и в прямом направлении.With the reverse transformation of electricity (from pins 3-4 to pins 1-2), processes similar to those in the forward direction occur.

К вышесказанному можно добавить возможность относительно маломощного преобразования электроэнергии переменного напряжения (U_25-26) в энергию аккумуляторных или конденсаторных батарей, подключенных к выводам 1-2 и 3-4. Для этого, во избежание насыщения магнитопровода трансформатора, двунаправленные вентили 29-30 поочередно включаются в моменты, близкие к окончаниям спадов синусоидального напряжения: U_26-27(t), подводя к выводам третьей обмотки 31 трансформатора 10 знакопеременные низкочастотные относительно узкие треугольные импульсы. При этом на выводах первой и второй обмоток 11 и 12 трансформатора наводятся импульсы ЭДС той же формы, которые, выпрямляясь с помощью силовых блокирующих диодов 39, 40 и управляемых вентилей 22, 23, заряжают фильтровые конденсаторы 21 и 5.To the above, we can add the possibility of a relatively low-power conversion of electric power of alternating voltage (U _25-26 ) into the energy of rechargeable or capacitor batteries connected to terminals 1-2 and 3-4. To do this, in order to avoid saturation of the transformer magnetic circuit, bidirectional valves 29-30 are switched on alternately at the moments close to the ends of the sinusoidal voltage drops: U _26-27 (t), bringing alternating low-frequency relatively narrow triangular pulses to the terminals of the third winding 31 of the transformer 10. In this case, the EMF pulses of the same shape are induced at the terminals of the first and second windings 11 and 12 of the transformer, which, being rectified with the help of power blocking diodes 39, 40 and controlled valves 22, 23, charge the filter capacitors 21 and 5.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве обеспечиваются основной технический результат: расширение функциональных возможностей за счет двунаправленности преобразования электроэнергии и питания нагрузки переменного тока, а также дополнительные технические результаты: повышение надежности, КПД и удельной мощности устройства и снижение помехоизлучений за счет обеспечения мягкой коммутации ключей и рекуперации энергии реактивных элементов и снабберных цепочек.Thus, in comparison with the prototype, the proposed device provides the main technical result: the expansion of functionality due to the bi-directional conversion of electricity and power supply of the AC load, as well as additional technical results: increased reliability, efficiency and specific power of the device and reduced noise due to soft key switching and energy recovery of reactive elements and snubber chains.

Claims

1. A transformer pulse converter containing two pairs of external terminals for connecting a power source and a DC load, the second of which is shunted by the first filter capacitor, the first and second buffer capacitors, the first and second reactors with mutually inductive coupling, the transformer with the first and second windings, the first electronic switch and the first diode, shunting the second buffer capacitor and the transformer winding connected in series with each other, as well as the control unit with the circuit circuits connections on external currents and voltages and with the first pulse-modulator output connected to the control terminal of the first electronic switch, shunting the first buffer capacitor and the transformer winding in series with each other by connecting them through the first reactor to the first pair of external terminals of the device, the second pair of external terminals of which is connected through the second reactor to the terminals of the first diode, characterized in that a second electronic key, a second diode, and a second filter capacitor, shunting the first pair of external terminals of the device, as well as the first and second power controlled gates, and the control unit is equipped with a second pulse-modulator output connected to the control terminal of the second electronic switch, the power terminals of which are connected in parallel with the first diode, and is also equipped with the main relay -signal outputs connected to the control terminals of the controlled valves, shunting each corresponding circuit from a series-connected reactor with a buffer to ndensatorom.

2. The transformer pulse converter according to claim 1, characterized in that a third pair of external terminals for connecting an AC load, shunted by a third filter capacitor, and a cyclo-converter consisting of controlled bi-directional valves, the transformer is equipped with a third winding, and the control unit is equipped with additional relay-signal outputs connected to the control terminals of the bi-directional valves of the cycloconverter connected between the third winding of the transformer and the third pair oh external device pins.

3. The transformer pulse converter according to claim 1, characterized in that each of its electronic keys is equipped with a snubber capacitor, a charge-discharge diode-key rack and a diode-choke rack, connected in series with the corresponding key, and the control unit is equipped with auxiliary pulse-modulator the leads connected to the control terminals of the keys of the diode-key racks, each of which is connected through the snubber capacitor to the first power terminal of the key through its middle terminal, its extreme m diode output connected to the second power output of the key, and its extreme key output connected to the common conclusions of the respective reactor and controlled valve.

4. The transformer pulse converter according to claim 1, characterized in that the first and second reactors are electromagnetically interconnected according to the directions of conductivity of the keys connected to them.