Четырехквадрантный преобразователь

Четырехквадрантный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока, в частности для питания силового привода на электроподвижном составе железных дорог.

Общеизвестно, что четырехквадрантные преобразователи предназначены для выпрямления и инвертирования электрической энергии с заданным сдвигом фазы тока относительно фазы напряжения.

Известные четырехквадрантные преобразователи имеют высокий коэффициент мощности. Однако при работе они потребляют значительную мощность на переключение силовых полупроводниковых ключей.

К тому же форма входного тока четырехквадрантного преобразователя приближена к форме синусоиды, искаженной пульсациями высших гармоник. Такая форма тока приводит к дополнительным потерям мощности в элементах цепи протекания такого тока.

Известен четырехквадрантный преобразователь, принцип которого основан на поочередной работе в режиме тактирования, когда вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко черед дроссель, или инвертирования, когда вторичная обмотка трансформатора подключается к цепи выпрямленного тока.

[4q-S - Четырехквадрантный преобразователь электровозов переменного тока (принцип работы, анализ и экспериментальные исследования) / В.В. Литовченко, - Известия вузов. Электромеханика, 2000 г. - №3 - С. 64-73.].

Четырехквадрантный преобразователь содержит полупроводниковый мост, систему управления, дроссель, однофазный трансформатор, сглаживающий конденсатор и нагрузку.

Полупроводниковый мост является четырехплечевым и выполнен из двух цепочек, каждая из которых представляет собой два последовательно соединенных полупроводниковых ключа. Каждый полупроводниковый ключ представляет собой полностью управляемый вентиль, зашунтированный одноименным обратным диодом.

В первой цепочке первый диод своим анодом соединен к катоду второго диода и образует вход этой цепочки. При этом катод первого диода является положительным выводом первой цепочки, а анод второго диода - отрицательным выводом этой цепочки.

Во второй цепочке третий диод своим анодом соединен к катоду четвертого диода и образует вход этой цепочки. При этом катод третьего диода является положительным выводом второй цепочки, анод четвертого диода - отрицательным выводом этой цепочки.

Система управления предназначена для создания импульсов управления и соединена с управляющим электродом каждого полностью управляемого вентиля полупроводникового моста. Система управления содержит источник модулирующего сигнала, источник пилообразного сигнала, инвертирующий элемент и четыре элемента сравнения. Выход источника модулирующего сигнала подключен к положительному входу первого элемента сравнения, к отрицательному входу второго элемента сравнения и к входу инвертирующего элемента. Выход источника пилообразного сигнала подключен к отрицательным входам первого и третьего элементов сравнения и к положительным входам второго и четвертого элементов сравнения. Выход инвертирующего элемента подключен к положительному входу третьего элемента сравнения и к отрицательному входу четвертого элемента сравнения. Выход каждого элемента сравнения подключен к управляющему электроду одноименного полностью управляемого вентиля полупроводникового моста.

Первичная обмотка однофазного трансформатора соединена с выходом питающей сети, вход которой подключен к источнику синусоидального напряжения.

Вторичная обмотка однофазного трансформатора содержит два вывода, первый вывод через дроссель соединен с входом первой цепочки, а второй вывод напрямую соединен с входом второй цепочки.

При этом источник синусоидального напряжения в положительном полупериоде переменного напряжения создает положительный потенциал на первом выводе вторичной обмотки трансформатора и отрицательный потенциал на втором выводе вторичной обмотки трансформатора. В отрицательном полупериоде переменного напряжения источник синусоидального напряжения создает отрицательный потенциал на первом выводе вторичной обмотки трансформатора и положительный потенциал на втором выводе вторичной обмотки трансформатора.

Сглаживающий конденсатор своим положительным выводом подключен к положительным выводам первой и второй цепочек, а своим отрицательным выводом - к отрицательным выводам первой и второй цепочек. При этом напряжение сглаживающего конденсатора превышает максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Нагрузка подключена параллельно сглаживающему конденсатору.

Устройство работает следующим образом.

Источник модулирующего сигнала создает синусоидальный сигнал регулируемой амплитуды и фазы, частота которого равна частоте переменного напряжения источника синусоидального напряжения, а источник пилообразного сигнала создает переменный пилообразный сигнал. Эти сигналы поступают на первый и второй элементы сравнения, где происходит их сравнение. Разностный сигнал с первого и второго элементов сравнения поступает на первый и второй полностью управляемые вентили соответственно.

Одновременно синусоидальный сигнал регулируемой амплитуды и фазы поступает на инвертирующий элемент, где меняется его знак. Этот сигнал поступает на третий и четвертый элементы сравнения, где происходит их сравнение. Разностный сигнал с третьего и четвертого элементов сравнения поступает на третий и четвертый полностью управляемые вентили соответственно.

При этом управляемый вентиль полупроводникового моста открывается, когда сигнал на положительном входе соответствующего ему элемента сравнения больше сигнала на его отрицательном входе.

Таким образом, система управления подает на заданные полностью управляемые вентили импульсы управления, которые открывают их в режиме тактирования или инвертирования.

При тактировании в положительном полупериоде переменного напряжения открываются третий или второй полностью управляемые вентили, а в отрицательном полупериоде переменного напряжения открываются первый или четвертый. При этом вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко через дроссель и открытый полностью управляемый вентиль, что приводит к изменению в ней тока с большой скоростью в направлении согласно полярности переменного напряжения.

При инвертировании в положительном полупериоде переменного напряжения открывается первый и четвертый полностью управляемые вентили, а в отрицательном полупериоде переменного напряжения открываются второй и третий полностью управляемые вентили. При этом к вторичной обмотке трансформатора через дроссель и открытые полностью управляемые вентили подключается сглаживающий конденсатор, что приводит к изменению в ней тока с небольшой скоростью в направлении, обратном полярности переменного напряжения.

В результате работы четырехквадрантного преобразователя ток во вторичной обмотке трансформатора, а следовательно, в первичной обмотке трансформатора и питающей сети имеет форму, состоящую из участков с резким изменением тока при тактировании и участков с медленным изменением тока при инвертировании. В результате в этом токе содержится значительное число высших гармоник.

Чередование комбинаций открытия полностью управляемых вентилей различной продолжительности приводит к созданию требуемой формы тока в питающей сети. В питающей сети создается ток, форма которого приближена к синусоидальной форме, а фаза совпадает с фазой переменного напряжения источника синусоидального напряжения. При этом дроссель в режиме тактирования запасает электромагнитную энергию источника синусоидального напряжения, а во время режима инвертирования отдает эту энергию на сглаживающий конденсатор, образуя на нем постоянное напряжение.

Причем благодаря приближенной к синусоидальной форме тока, фаза которого совпадает с фазой напряжения, в тяговой сети практически отсутствует реактивная энергия, что говорит о высоком коэффициенте мощности четырехквадрантного преобразователя.

Таким образом, известный четырехквадрантный преобразователь позволяет выпрямлять переменный ток источника синусоидального напряжения с высоким коэффициентом мощности.

Достоинством известного четырехквадрантного преобразователя является его высокий коэффициент мощности.

Недостаток известного четырехквадрантного преобразователя заключается в больших потерях мощности в питающей сети, обусловленных большой скоростью изменения тока при тактировании и вызываемыми этим током пульсациями электромагнитных полей.

Наиболее близким к заявляемому решению является четырехквадрантный преобразователь, принцип работы которого основан на параллельной работе двух полупроводниковых мостов, работающих в различных режимах [Анализ потерь тягового трансформатора электровоза при параллельной работе четырехквадрантным преобразователей / М.Ю. Пустоветов, К.П. Солтус. - Вестник РГУПС, 2009. - №3. - С. 31-41].

Четырехквадрантный преобразователь содержит два полупроводниковых моста, систему управления, два дросселя, однофазный трансформатор с секционированной вторичной обмоткой, сглаживающий конденсатор и нагрузку.

Каждый полупроводниковый мост является четырехплечевым и выполнен из двух цепочек, представляющих собой два последовательно соединенных полупроводниковых ключа. Каждый полупроводниковый ключ представляет собой полностью управляемый вентиль, зашунтированный одноименным обратным диодом.

В первой цепочке первый диод своим анодом соединен к катоду второго диода и образует вход этой цепочки. При этом катод первого диода является положительным выводом первой цепочки, а анод второго диода - отрицательным выводом этой цепочки.

Во второй цепочке третий диод своим анодом соединен к катоду четвертого диода и образует вход этой цепочки. При этом катод третьего диода является положительным выводом второй цепочки, анод четвертого диода - отрицательным выводом этой цепочки.

Система управления предназначена для создания сигналов управления управляемыми вентилями и соединена с управляющим электродом каждого полностью управляемого вентиля каждого полупроводникового моста. Она содержит источник модулирующего сигнала, источник пилообразного сигнала, элемент задержки и блок управления ключами.

Блок управления ключами содержит инвертирующий элемент и восемь элементов сравнения. Отрицательные входы первого и третьего элементов сравнения и положительные входы второго и четвертого элементов сравнения соединены между собой. Отрицательные входы пятого и седьмого элементов сравнения и положительные входы шестого и восьмого элементов сравнения соединены между собой. Положительные входы четвертого и восьмого элементов сравнения и отрицательные входы третьего и седьмого элементов сравнения соединены между собой. Положительные входы второго и шестого элементов сравнения и отрицательные входы первого и пятого элементов сравнения соединены между собой. Вход инвертирующего элемента соединен с положительным входом первого элемента сравнения, а его выход - с положительным входом третьего элемента сравнения. Первым входом блока управления ключами является положительный вход первого элемента сравнения, вторым входом - отрицательный вход первого элемента сравнения, а третьим входом - отрицательный вход пятого элемента сравнения. Выходы восьми элементов сравнения представляют собой восемь выходов блока управления ключами, номера которых определяются номером соответствующего элемента сравнения.

Источник модулирующего напряжения подключен к первому входу блока управления ключами, источник пилообразного напряжения - ко второму входу блока управления ключами и к входу элемента задержки. Выход элемента задержки подключен к третьему входу блока управления ключами.

Выходы блока управления ключами с первого по четвертый подсоединены к управляющим электродам соответственно первого, второго, третьего и четвертого полностью управляемых вентилей первого полупроводникового моста, а выходы блока управления с пятого по восьмой подсоединены к управляющим электродам соответственно первого, второго, третьего и четвертого полностью управляемых вентилей второго полупроводникового моста.

Первичная обмотка однофазного трансформатора с секционированной вторичной обмоткой соединена с выходом питающей сети, вход которой подключен к источнику синусоидального напряжения.

Вторичная обмотка однофазного трансформатора с секционированной вторичной обмоткой состоит из двух независимых идентичных секций, содержащих по два вывода. Первый вывод первой секции вторичной обмотки трансформатора с секционированной вторичной обмоткой через первый дроссель соединен с входом первой цепочки первого полупроводникового моста, а второй вывод - с входом второй цепочки первого полупроводникового моста. Первый вывод второй секции вторичной обмотки трансформатора с секционированной вторичной обмоткой через второй дроссель соединен с входом первой цепочки второго полупроводникового моста, а второй вывод - с входом второй цепочки второго полупроводникового моста.

При этом источник синусоидального напряжения в положительном полупериоде переменного напряжения создает положительный потенциал на первых выводах каждой секции вторичной обмотки трансформатора с секционированной вторичной обмоткой и отрицательный потенциал - на вторых выводах каждой секции вторичной обмотки трансформатора с секционированной вторичной обмоткой. В отрицательном полупериоде переменного напряжения источник синусоидального напряжения создает отрицательный потенциал на первых выводах каждой секции вторичной обмотки трансформатора с секционированной вторичной обмоткой и положительный потенциал на вторых выводах каждой секции вторичной обмотки трансформатора с секционированной вторичной обмоткой.

Сглаживающий конденсатор своим положительным выводом подключен к положительным выводам первой и второй цепочек каждого полупроводникового моста, а своим отрицательным выводом - к отрицательным выводам первой и второй цепочек каждого полупроводникового моста. При этом напряжение сглаживающего конденсатора превышает максимальное напряжение на каждой секции вторичной обмотки трансформатора.

Нагрузка подключена параллельно сглаживающему конденсатору.

Устройство работает следующим образом.

Источник модулирующего сигнала создает синусоидальный сигнал регулируемой амплитуды и фазы, частота которого равна частоте переменного напряжения источника синусоидального напряжения, а источник пилообразного сигнала создает переменный пилообразный сигнал. Эти сигналы поступают на первый и второй элементы сравнения блока управления ключами, где происходит их сравнение.

Разностный сигнал с первого и второго элементов сравнения блока управления ключами поступает на соответственно первый и второй полностью управляемые вентили первого полупроводникового моста.

Одновременно синусоидальный сигнал регулируемой амплитуды и фазы поступает на инвертирующий элемент блока управления ключами, где меняется его знак. Этот сигнал поступает на третий и четвертый элементы сравнения, где происходит их сравнение. Разностный сигнал с третьего и четвертого элементов сравнения поступает на соответственно третий и четвертый полностью управляемые вентили первого полупроводникового моста.

На пятый и шестой элементы сравнения поступает синусоидальный сигнал регулируемой амплитуды и фазы, а также переменный пилообразный сигнал с увеличенной элементом задержки фазой на четверть периода. Разностный сигнал с пятого и шестого элементов сравнения блока управления ключами поступает на соответственно первый и второй полностью управляемые вентили второго полупроводникового моста.

На седьмой и восьмой элементы сравнения поступает синусоидальный сигнал регулируемой амплитуды и фазы с измененным знаком, а также переменный пилообразный сигнал с увеличенной элементом задержки фазой на четверть периода. Разностный сигнал с седьмого и восьмого элементов сравнения поступает на соответственно третий и четвертый полностью управляемые вентили второго полупроводникового моста.

При этом каждый управляемый вентиль полупроводникового моста открывается, когда сигнал на положительном входе соответствующего ему элемента сравнения больше сигнала на его отрицательном входе.

Таким образом, блок управления ключами системы управления подает на заданные полностью управляемые вентили каждого полупроводникового моста импульсы управления, которые открывают их в режиме тактирования или инвертирования.

Благодаря задержке по фазе пилообразного сигнала для пятого, шестого, седьмого и восьмого элементов сравнения блока управления ключами полупроводниковые мосты работают в различных режимах большую часть времени работы четырехквадрантного преобразователя.

При тактировании каждого полупроводникового моста в положительном полупериоде переменного напряжения открываются третий или второй полностью управляемые вентили, а в отрицательном полупериоде переменного напряжения - первый или четвертый. При этом соответствующая этому мосту секция вторичной обмотки трансформатора замыкается накоротко через соответствующий дроссель и открытый полностью управляемый вентиль, что приводит к изменению в ней тока с большой скоростью в направлении согласно полярности переменного напряжения.

При инвертировании каждого полупроводникового моста в положительном полупериоде переменного напряжения открывается первый и четвертый полностью управляемые вентили, а в отрицательном полупериоде переменного напряжения открываются второй и третий полностью управляемые вентили. При этом к соответствующей секции вторичной обмотки трансформатора через соответствующий дроссель и открытые полностью управляемые вентили подключается сглаживающий конденсатор, что приводит к изменению в ней тока с небольшой скоростью в направлении, обратном полярности переменного напряжения.

При работе четырехквадрантного преобразователя система управления генерирует импульсы управления, которые открывают управляемые вентили полупроводниковых мостов в режимах тактирования или инвертирования со сменой этих режимов несколько раз за полупериод переменного напряжения. Причем в большинстве времени работы четырехквадрантного преобразователя тактированию в первом полупроводниковом мосте соответствует инвертирование во втором полупроводниковом мосте и, наоборот, инвертированию в первом полупроводниковом мосте соответствует тактирование во втором полупроводниковом мосте.

В результате работы четырехквадрантного преобразователя ток в каждой секции вторичной обмотке трансформатора имеет форму, состоящую из участков с резким изменением тока при тактировании и участков с медленным изменением тока при инвертировании. Вместе с тем при резком изменении тока в одной секции вторичной обмотки трансформатора в другой секции вторичной обмотки трансформатора происходит медленное изменение тока в противоположном направлении. Таким образом, токи обеих секций вторичной обмотки трансформатора с различной по знаку скоростью изменения складываются в трансформаторе и передаются в первичную обмотку этого трансформатора и, соответственно, в питающую сеть. Образованный таким образом ток питающей сети имеет меньшую скорость изменения, чем ток в отдельно взятой секции вторичной обмотки трансформатора.

Чередование комбинаций открытия полностью управляемых вентилей различной продолжительности приводит к созданию тока в питающей сети требуемой формы. Форма тока в питающей сети приближена к синусоидальной форме, а фаза совпадает с фазой переменного напряжения источника синусоидального напряжения. При этом дроссель в режиме тактирования запасает электромагнитную энергию источника синусоидального напряжения, а во время режима инвертирования отдает эту энергию на сглаживающий конденсатор, образуя на нем постоянное напряжение.

В результате в питающей сети протекает электрический ток определенной формы, представляющий собой сумму токов обеих секций вторичной обмотки трансформатора.

Таким образом, известный четырехквадрантный преобразователь позволяет выпрямлять переменный ток источника синусоидального напряжения с коэффициент мощности, близким к единице.

Причем благодаря тому что большую часть времени полупроводниковые мосты работают в разных режимах, а их токи складываются в трансформаторе с секционированной обмоткой, то по питающей сети будет протекать ток с уменьшенной скоростью изменения, который вызывает меньшие пульсации электромагнитных полей.

Достоинством известного четырехквадрантного преобразователя является повышение коэффициента мощности, достигаемое уменьшением скорости изменения тока в питающей сети за счет одновременного протекания режимов тактирования и инвертирования на разных секциях вторичной обмотки трансформатора.

Недостаток известного четырехквадрантного преобразователя заключается в значительных потерях мощности во вторичной обмотке трансформатора, обусловленных большими пульсациями электромагнитных полей, вызываемых чередованием режимов работы с большой и малой скоростью изменения тока в секции вторичной обмотки трансформатора.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке четырехквадрантного преобразователя, обеспечивающего снижение потерь мощности во вторичной обмотке трансформатора за счет уменьшения скорости изменения тока в секции вторичной обмотки трансформатора при протекании в ней режима тактирования.

Для решения поставленной задачи в четырехквадрантном преобразователе, содержащем полупроводниковый мост, выполненный из двух цепочек, каждая из которых представляет собой два последовательно соединенных полупроводниковых ключа из управляемого вентиля, зашунтированного одноименным обратным диодом, систему управления полупроводниковым мостом, включающую источник модулирующего сигнала, источник пилообразного сигнала, связанный с элементом задержки, однофазный трансформатор с секционированной вторичной обмоткой из двух секций, первичная обмотка которого подключена к источнику синусоидального напряжения, а также два дросселя, сглаживающий конденсатор с параллельно подключенной нагрузкой, причем вход каждой цепочки образован соединением анода диода первого полупроводникового ключа с катодом диода второго полупроводникового ключа, первый и второй выводы первой секции вторичной обмотки трансформатора через дроссель и напрямую соответственно соединены с входами первой и второй цепочек полупроводникового моста, сглаживающий конденсатор своим положительным выводом подключен к катодам диодов первых полупроводниковых ключей каждой цепочки полупроводникового моста, а отрицательным выводом - к анодам диодов вторых полупроводниковых ключей каждой цепочки полупроводникового моста, в полупроводниковый мост дополнительно введена третья цепочка, в однофазном трансформаторе обе секции вторичной обмотки соединены последовательно с образованием третьего вывода, который через дроссель соединен с входом третьей цепочки полупроводникового моста, в систему управления полупроводниковым мостом введены блок определения режимов тактирования и инвертирования, выполненный с входами модулирующего сигнала (М), пилообразного сигнала (П1), пилообразного сигнала с задержкой (П2) и с выходами инвертирования в первой секции (И1), инвертирования во второй секции (И2), инвертирования в обеих секциях (И3), тактирования в первой секции (Т1), тактирования во второй секции (Т2), а также блок генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста, выполненный с входами модулирующего напряжения (М) инвертирования в первой секции (И1), инвертирования во второй секции (И2), инвертирования в обеих секциях (И3), тактирования в первой секции (Т1), тактирования во второй секции (Т2) и с выходами сигнала открытия первого ключа полупроводникового моста (К1), сигнала открытия второго ключа полупроводникового моста (К2), сигнала открытия третьего ключа полупроводникового моста (К3), сигнала открытия четвертого ключа полупроводникового моста (К4), сигнала открытия пятого ключа полупроводникового моста (К5), сигнала открытия шестого ключа второго полупроводникового моста (К6), причем выход источника модулирующего сигнала, выход источника пилообразного сигнала и выход элемента задержки соответственно соединены с входом модулирующего сигнала (М), с входом пилообразного сигнала (П1) и с входом пилообразного сигнала с задержкой (П2) в блоке определения режимов тактирования и инвертирования, выход источника модулирующего сигнала соединен с входом модулирующего сигнала (М) блока генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста, у которого входы сигнала инвертирования в первой секции (И1), сигнала инвертирования во второй секции (И2), сигнала инвертирования в обеих секциях (И3), сигнала тактирования в первой секции (Т1) и сигнала тактирования во второй секции (Т2) соответственно соединены с выходами сигнала инвертирования в первой секции (И1), сигнала инвертирования во второй секции (И2), сигнала инвертирования в обеих секциях (И3), сигнала тактирования в первой секции (Т1) и сигнала тактирования во второй секции (Т2) в блоке определения режимов тактирования и инвертирования, а выходы сигнала открытия первого ключа (К1), сигнала открытия второго ключа (К2), сигнала открытия третьего ключа (К3), сигнала открытия четвертого ключа (К4), сигнала открытия пятого ключа (К5), сигнала открытия шестого ключа (К6) в блоке генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста соединены с управляющими электродами соответствующих ключей полупроводникового моста.

Совокупность существенных признаков заявляемого решения отличается от совокупности существенных признаков прототипа введением в полупроводниковый мост дополнительно третьей цепочки полупроводниковых ключей, в систему управления полупроводниковым мостом блока определения режимов тактирования и инвертирования и блока генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста, выполненных определенным образом, приводящих к изменению в ней взаимосвязей между элементами, последовательным соединением в однофазном трансформаторе обеих секций вторичной обмотки с образованием третьего вывода, который через дроссель соединен с входом третьей цепочки полупроводникового моста.

Наличие в совокупности существенных признаков заявляемого решения существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Дополнительное введение в полупроводниковый мост третьей цепочки полупроводниковых ключей, в систему управления полупроводниковым мостом блока определения режимов тактирования и инвертирования и блока генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста, выполненных определенным образом, приводящих к изменению в ней взаимосвязей между элементами, и последовательное соединение в однофазном трансформаторе обеих секций вторичной обмотки с образованием третьего вывода, который через дроссель соединен с входом третьей цепочки полупроводникового моста, приводит к снижению потерь мощности во вторичной обмотке трансформатора за счет взаимокомпенсации электромагнитных пульсаций в последовательно соединенных секциях вторичной обмотки.

Система управления четырехквадрантным преобразователем с выполненными определенным образом блоком определения режимов тактирования и инвертирования и блоком генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста создает сигналы открытия согласно заданным режимам работы, которые обеспечивают открытие ключей полупроводникового моста. Заданное открытие ключей полупроводникового моста, в свою очередь, приводит к созданию разных токов в секциях вторичной обмотки трансформатора согласно заданному режиму работы. Смена режимов работы секций вторичной обмотки трансформатора приводит к возникновению в них пульсаций электромагнитных полей, которые взаимокомпенсируются благодаря последовательному соединению секций. Компенсация пульсаций электромагнитных полей приводит к снижению потерь мощности во вторичной обмотке трансформатора.

Причинно-следственная связь «Введение в полупроводниковый мост третьей цепочки полупроводниковых ключей, в систему управления полупроводниковым мостом блока определения режимов тактирования и инвертирования и блока генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста, выполненных определенным образом, приводящих к изменению в ней взаимосвязей между элементами, и последовательное соединение в однофазном трансформаторе обеих секций вторичной обмотки с образованием третьего вывода, который через дроссель соединен с входом третьей цепочки полупроводникового моста, приводит к снижению потерь мощности во вторичной обмотке трансформатора за счет взаимокомпенсации электромагнитных пульсаций в последовательно соединенных секциях вторичной обмотки» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него.

Наличие новой причинно-следственной связи «отличительные существенные признаки - новый результат» свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

На чертежах представлены иллюстрации, подтверждающие работоспособность и промышленную применимость заявляемого четырехквадрантного преобразователя.

На фиг. 1 представлена схема четырехквадрантного преобразователя.

На фиг. 2 представлена схема блока определения режимов тактирования и инвертирования системы управления четырехквадрантного преобразователя, описанная в примере 1.

На фиг. 3 представлена схема блока определения режимов тактирования и инвертирования системы управления четырехквадрантного преобразователя, описанная в примере 2.

На фиг. 4 представлена схема блока генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста системы управления четырехквадрантного преобразователя, описанная в примере 3.

На фиг. 5 представлена схема блока генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста системы управления четырехквадрантного преобразователя, описанная в примере 4.

На фиг. 6 представлены осциллограммы напряжения и тока на входе четырехквадрантного преобразователя.

Четырехквадрантный преобразователь содержит полупроводниковый мост 1, систему управления полупроводниковым мостом 2, два дросселя 3, однофазный трансформатор с секционированной вторичной обмоткой 4, сглаживающий конденсатор 5 и нагрузку 6.

Полупроводниковый мост 1 является шестиплечевым и выполнен из трех цепочек 7, каждая из которых представляет собой два последовательно соединенных полупроводниковых ключа 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13.

Каждый полупроводниковый ключ 8-13 представляет собой полностью управляемый вентиль 14, зашунтированный одноименным обратным диодом 15.

В первой цепочке 7 диод 15 полупроводникового ключа 8 своим анодом соединен с катодом диода 15 полупроводникового ключа 9 и образует вход первой цепочки 7. При этом катод диода 15 полупроводникового ключа 8 является положительным выводом первой цепочки 7, а анод диода 15 полупроводникового ключа 9 - отрицательным выводом этой цепочки 7.

Во второй цепочке 7 диод 15 полупроводникового ключа 10 своим анодом соединен с катодом диода 15 полупроводникового ключа 11 и образует вход второй цепочки 7. При этом катод диода 15 полупроводникового ключа 10 является положительным выводом второй цепочки 7, а анод диода 15 полупроводникового ключа 11 - отрицательным выводом этой цепочки 7.

В третьей цепочке 7 диод 15 полупроводникового ключа 12 своим анодом соединен с катодом диода 15 полупроводникового ключа 13 и образует вход третьей цепочки 7. При этом катод диода 15 полупроводникового ключа 12 является положительным выводом третьей цепочки 7, а анод диода 15 полупроводникового ключа 13 - отрицательным выводом этой цепочки 7.

Первичная обмотка трансформатора 4 соединена с выходом питающей сети 16, вход которой подключен к источнику синусоидального напряжения 17.

Вторичная обмотка трансформатора 4 состоит из двух последовательных идентичных первой 18 и второй 19 секций, образующих три вывода.

Между первым и вторым выводами вторичной обмотки трансформатора 4 подключена первая секция 18 вторичной этого трансформатора, а между вторым и третьим - вторая секция 19 вторичной обмотки. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора 4 через первый дроссель 3 соединен с входом первой цепочки 7, второй ее вывод напрямую - с входом второй цепочки 7, а третий ее вывод через второй дроссель 3 -с входом третьей цепочки 7.

При этом в первом полупериоде переменного напряжения источника синусоидального напряжения 17 на первом выводе вторичной обмотки трансформатора 4 образован положительный потенциал, а на третьем ее выводе - отрицательный. Во втором полупериоде переменного напряжения источника синусоидального напряжения 17 на первом выходе вторичной обмотки трансформатора 4 образован отрицательный потенциал, а на третьем ее выводе - положительный.

Сглаживающий конденсатор 5 своим положительным выводом подключен к положительным выводам первой, второй и третьей цепочек 7, а своим отрицательным выводом - к отрицательным выводам этих цепочек 7. При этом напряжение сглаживающего конденсатора 5 превышает максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора 4 между ее первым и третьим выводами.

Нагрузка 6 подключена параллельно сглаживающему конденсатору 5.

Система управления полупроводниковым мостом 2 предназначена для создания сигналов открытия управляемых вентилей 14 и соединена с управляющим электродом каждого управляемого вентиля 14 полупроводникового моста 1.

Система управления 2 содержит источник модулирующего сигнала 20, источник пилообразного сигнала 21, элемент задержки 22, блок определения режимов тактирования и инвертирования 23, блок генерации сигналов открытия ключей полупроводникового моста 24.

Блок определения режимов тактирования и инвертирования 23 предназначен для генерации сигналов, задающих режимы тактирования или инвертирования как для каждой из секций вторичной обмотки трансформатора 4 в отдельности, так и для всей его вторичной обмотки в целом.

Блок определения режимов тактирования и инвертирования 23 выполнен с входами модулирующего сигнала (М), пилообразного сигнала (П1) и пилообразного сигнала с задержкой (П2), а также с выходами сигнала инвертирования в первой секции (И1), сигнала инвертирования во второй секции (И2), сигнала инвертирования в обеих секциях (И3), сигнала тактирования в первой секции (Т1) и сигнала тактирования во второй секции (Т2).

Блок определения режимов тактирования и инвертирования 23 реализуется различными техническими средствами, описанными в примерах 1 и 2.

Пример 1

Блок определения режимов тактирования и инвертирования 23 содержит три блока вычисления модуля числа 25-27, четыре элемента сравнения 28-31, два логических элемента «И» 32 и 33, а также четыре управляемых размыкающих ключа 34-37.

Входы первого 25, второго 26 и третьего 27 блоков вычисления модуля числа являются соответственно входами модулирующего сигнала (М), пилообразного сигнала (П1) и пилообразного сигнала с задержкой (П2) в блоке определения режимов тактирования и инвертирования 23. Выход первого блока вычисления модуля числа 25 соединен с положительными входами первого 28 и второго 29 элементов сравнения и с отрицательными входами третьего 30 и четвертого 31 элементов сравнения. Выход второго блока вычисления модуля числа 26 соединен с отрицательным входом первого элемента сравнения 28 и с положительным входом третьего элемента сравнения 30. Выход третьего блока вычисления модуля числа 27 соединен с отрицательным входом второго элемента сравнения 29 и с положительным входом четвертого элемента сравнения 31. Выходы первого 28 и второго 29 элементов сравнения сое