Выпрямительно-инверторный преобразователь

 

ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-1тВЕРТОРНЫЙ. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, шунтированных конденсаторами, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тирис тора, а катодная с катодом в.торрго дополнительного тиристора , узел принудительной коммута ции, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним вьшодом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя , подключенных параллельно коммутирующему конденсатору, отличающийся тем, что, с целью повыпения коэффициента мощности путем осуществления принудительной комkn мутации всех плеч тиристорного моста и обоих дополнительных тиристоров, анод второго дополнительного тиристора соединен с катодом первого дополнительного тиристора.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А

3(51) Н 02 М 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3531905/24-07 (22) 06.01.83 (46) 07.05.84. Бюл. ¹ 17 (72) Ю.А.Карпов, В.Д.Тулупов, Ю.И.Ковалев, Л.М.Трахтман и В.С.Стародумов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергети-, ческий институт (53) 621.314.5(088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 954270, кл. В 60 Ь 9/12, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР № 852660, кл. В 60 Ь 9/12, 1981. (54) (57) ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫЙ.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, шунтированных конденсаторами, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная— с катодом второго дополнительного тиристора, узел принудительной коммута ции, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим— со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующему конденсатору, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повыпения коэффициента мощности путем осуществления принудительной коммутации всех плеч тиристорного моста и обоих дополнительных тиристоров, анод второго дополнительного тиристора соединен с катодом первого дополнительного тиристора.

1091292

Иэобрете относится к силовои тиристорной преобразовательной технике и предназначено, в основном, для использования на железнодорож.ном подвижном составе в качестве 5 главного преобразователя переменного тока в постоянный (в режиме тяги 1 и обратно (в режиме рекуперативного торможения 1.

Известен выпрямительно-инвертор10 ный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого разделена на две сек" ции, управляемый мост, два плеча с принудительной коммутацией, на выход которого подключены тяговые двигатели, причем к выходным зажимам подключена цепочка управляемых вентилей, средняя точка которых соединена со средней точкой трансформатора и связана через блок принудительной коммутации с одним из зажимов цепи тяговых двигателей, параллельно каждой иэ вторичных полуобмоток трансформатора включен отдельный конден25 сатор 1 1 J.

Недостатком устройства является наличие трех отдельных узлов принудительной коммутации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суцности: является выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнеиа иэ двух секций, шунтированных конденсаторами, и соединена с вы,водами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнитель- 1О ного тиристора, а катодная — с катодом второго дополнительного тиристо- ра, узел принудительной коммутации, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим — со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя„

5Î подключенных параллельно коммутирующему конденсатору (2 1.

Недостатком известного устройства является отсутствие принудительной коммутации двух тиристорных плеч и второго дополнительного тиристора„

55 1ля надежной работы которых моменты их переключений ограничиваются некоторыми предельными значениями, что1 снижает коэффициент мощности преобразователя.

Цель изобретения — повышение коэффициента мощности преобразователя путем осуществления принудительной коммутации всех плеч тиристорного моста и обоих дополнительных тиристоров.

Для достижения указанной цели в выпрямительно-инверторном преобразователе, содержащем силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена иэ двух секций, шунтиро-. ванных конденсаторами, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная — с катодом второго дополнительного тиристора, узел принудительной коммутации, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующему конденсатору, анод второго дополнительного тиристора соединен с катодом первого дополнительного тиристора, Ha фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя; на фиг,2временные диаграммы рабочего процесса (в режиме тяги 1.

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит выпрямительный тиристорный мост, состоящий из тиристоров I 4,÷åðåý который нагрузка { тяговые электрические машины ) 5 подключена к вторичной секционирован. ной обмотке 6 силового трансформа-.ора, параллельно каждой секции которой включены конденсаторы 7. Коммутирующий узел, состоящий из коммутирующего конденсатора 8, а также тиристора 9 и дросселя 10,подключен, одним выводом к общей точке дополни" тельных тиристоров II и l2, а вторым — к средней точке вторичной обмотки трансформатора 6.

Работа преобразователя и узла принудительной коммутации в режиме тяги поясняется диаграммами на фиг.2.

Кривая U представляет собой кривую на вторичной обмотке 6 силового трансформатора, а кривая i. — ал1091292 гебраическую сумму токов в секциях вторичной обмотки 6 силового трансформатора (эта сумма равна приведенному. току первичной обмотки трансформатора, т.е. току в контактной сетию. 5

Интервал времени t„ соответствует паузе, когда ток нагрузки не протекает по обмоткам трансформатора, а замыкается по плечам выпрямительного моста с тиристорами I и 3. Этот интервал заканчивается подачей управляющего импульса на дополнительный тиристор 12, при этом тиристор 3 принудительно запирается.

Колебательный процесс за время 15

t> приводит к возрастанию тока до величины тока нагрузки. В этот момент следующим импульсом отпирается тиристор 4, а дополнительный тиристор !2 запирается суммой напря- 20 жения конденсатора 8 и одной секции трансформатора. Колебательный процесс прекращается и начинается период выпрямления (через плечи моста с тиристорами 1 и 4 и вторичную об= 25 мотку 6 трансформатора ).

Процесс коммутации (интервал времени t ) сопровождается наложением полупериода собственных колебаний входного контура на кривую вторич- 30 ного напряжения U

Изменением фазы подачи первого импульса регулируется среднее значение выпрямленного напряжения на тяговых машинах. Период времени выпрямления t заканчивается принуди3 тельным запиранием тиристора I с одновременным отпиранием дополнительного тиристора 11. Колебательный про- 0 цесс за Время 4 приводит к снижению тока i до относительно небольшой величины принужденного тока конденсаторов 7. В этот момент отпирается тиристор 2, а тиристор 11 принудитель45 но запирается, и ток нагрузки переводится в цепь, образованную тирис-. торами 2 и 4. Колебательный процесс в период коммутации t также сопро4. вождается наложением полупериода соб- 0 ственных колебаний в контуре вторич. иых обмоток 6 трансформатора и конденсаторов 7 иа кривую напряжения U

В следующем полупериоде напряжения сети отпирается дополнительный тиристор 12, затем отпирается тирис55 тор 3 и устанавливается период выпрямления полного напряжения вторичной обмотки по тиристорам 2 и 3 ° В конце рассматриваемого полупериода осуществляется эапирание тиристора

2 с одновременным отпиранием дополнительного тиристора ll а затем отпирание .тиристора 1 с одновременным запиранием тиристора ll, в результате чего ток нагрузки выводится из вторичной обмотки трансформатора и протекает по тиристорам и 3 моста.

Процесс принудительной коммутации тиристоров происходит следующим образом., Перед отпиранием дополнительного тиристора 12 коммутирующий конденсатор 8 заряжен напряжением, имеющим полярность, показанную на фиг.1.

Ток нагрузки протекает по тиристорам

1 и 3. При отпирании тиристора 12 в контуре, состоящем из тиристора 3, одной секции вторичной обмотки 6 трансформатора, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 12, действует суммарное напряжение (одного знака), способствующее загиранию тиристора 3 и отпиранию тиристора 12.

Ток нагрузки (i ) мгновенно коммуН тирует из тиристора 3 в дополнительный типистоп 12 и коммутирующий конденсатор 8. По мере разряда коммутирующего конденсатора 8 током нагрузки напряжение на конденсаторе

8 (U ) уменьшается, однако на тиристоре 3 сохраняется достаточно большое обратное напряжение.

Так как ток нагрузки (i ) являетН ся пульсирующим и период коммутации происходит всегда при значении i< близком к минимальному, а t — - к макУ симальному значению тока нагрузки, то при одинаковом времени обоих коммутаций конденсатор 8 заряжается больше с полярностью, показанной на о фиг.1, вплоть до срыва принудительной коммутации. Для симметрирования ,напряжения на конденсаторе 8 в момент времени t< отпирается тиристор 9 и конденсатор 8 разряжается как током нагрузки, так и током i> колебательного контура, состоящего из конденсатора 8, тиристора 9 и дросселя 10.

Колебательный процесс прекращается в момент достижения током i нулево-2 го значения (t ). Полярность напряжения на конденсаторе 8 изменяется на противоположную и к моменту окончания периода t> длстигает своего исходного значения. Если величина пульсаций тока нагрузки в процессе работы преобразователя меняется, то

1091292 момент отпирания тиристора 9 должен регулироваться так, чтобы подцерживать напряжение на конденсаторе 9 симметричным.

В момент окончания периода t по- 5

2 дается отпирающий импульс на тиристор 4, и в контуре из тиристора 4, одной из секций вторичной обмотки 6 трансформатора, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 12 начинает действовать напряжение, способl ствующее запиранию дополнительного тиристора 12 и отпиранию тиристора 4.

Ток нагрузки мгновенно коммутирует из дополнительного тиристора 12 в тиристор 4.

Рассмотрим принудительное запирание тиристоров 1, li и 2. Перед отпиранием дополнительного тиристора ll коммутирующий конденсатор 8 заряжен напряжением, имеющим полярность, обратную показанной на фиг.l, и превосходящим мгновенное значение напряжения половины вторичной обмотки 6 трансформатора. Ток нагрузки протекает по тиристору I вторичной обмотке 6 трансформатора и тиристору 4. При отпирании дополнитель-. нога тиристора ll в контуре, состоя" щем из тиристора 1, одной из секций 30

Вторичной обмотки 6, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 11, дей-, ствует суммарное напряжение, спо собствующее запиранию тиристора 1 и отпиранию дополнительного тиристора 1l, поэтому ток нагрузки мгновенно коммутирует из тиристора 1 в тиристор 11 и коммутирующий конденсатор 8. По мере разряда конденсатора 8 током нагрузки напряжение на 4О нем 01 ) уменьшается, однако на тиристоре 1 сохраняется обратное напряжение в течение времени, достаточного для восстановления запирающих свойств тиристора. Дальнейшее, протекание тока нагрузки через кон денсатор 8 приводит к изменению полярности напряжения на нем и к моменту окончания периода t+ это напряжение достигает своего исходного значения, но с полярностью, как показано на иг.l. В момент окончания периода t подается отпирающий импульс на тиристор 2. Тогда в контуре, образованном тиристором 2, одной из секций вторичной обмотки 6, коммутирующим конденсатором 8 и дополнительным тиристором ll действует напряжение, запирающее тиристор ll и отпирающее тиристор 2, и ток нагрузки мгновенно коммутирует из дополнительного тиристора Il в плечо моста с тиристором 2.

Ограничением нагрузочной способности рассмотренного коммутирующего узла является амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе 8, емкость которого следует выбирать такой, чтобы избежать перенапряжений на тиристорах преобразователя при максимальной нагрузке.

Технические преимущества предлагаемого преобразователя состоят в том, что увеличивается коэффициент мощности вследствие исключения необходимых при естественной коммутации ограничений предельных,по условиям адежности коммутации, моментов пееьеочения тиристоров 3 и 4, и дополнительного тиристора 12, улучшаются массогабаритные показатели и потери в дросселе 10 в связи с тем, что через него происходит не весь, а лишь частичный перезаряд конденсатора 8, определяемый величиной пульсаций тока нагрузки 1 .

Зкономический эффект от применения изобретения складывается из экономии энергии за счет уменьшения потерь энергии в устройствах электроснабжения при повьввении коэффициента мощности преобразователя.

1091292

Составитель IO.Ñïèâàê

Техред М.Кузьма Корректор С.Шекмар

Редактор С. Юско

Филиал ППП "Патент", г. Увгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3096/52 Тираа 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5