Тиристорный импульсный преобразователь постоянного напряжения

 

ТИРИСТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, включающий коммутирующее устройство. содержащее два насыщгиощихся токоогр ничивающих реактора с основными обмотками , обмотками сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивания, разделительный диод и коммутирующий тиристор, шунтированный LC-цепью, инверторную схему из двух параллельных цепей, каждая в виде двух последовательно включенных силовых тиристоров , шунтированных обратными диодами , а также два выходных вывода, причем первый из них образован общей точкой соединения силовых тиристоров одной из двух указанных парашлельных цепей инверторной схеки, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования S выходного напрягжения, второй выходной вывод преобразователя образован об- Q щей точкой соединения силовых тирис- - торов второй из двух параллельных це- 1мм пей инверторной схемы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (111

3(Я) Н 02 М 7/515

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3475872/ 24-07 (22) 28.07.82 (46) 07.07.84. Бюл. 9 25 (72) (0.П. Гончаров, Н.А. Тимченко и В.A.Øååíêî (71) Харьковский ордена Ленина поли— технический институт им. В.И.Ленина (53) б 21 . 316 . 7 22 . 1 (088. 8) (56) 1.Аранчнй Г.В.и др.Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов.М.,"Энергия", 1968 с.9б,рис.4-17.

2. Глазенко T.A . .и др. Тиристорные преобразователи с дросселями насыщения для систем электропрнвода. Л,, Энергия, 1978, с. 83, рис,.4-ба, 3. Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника, 1982, вып. 5/142, с. 4, рис. 1. (54)(57) ТИРИСТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, включающий коммутирующее устройство, содержащее два насыщакнцихся токоогр. ничивающих реактора с основными обмотками, обмотками сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивання, разделительный диод н коммутирующий тиристор, шунтнрованный LC-цепью, ннверторную схему из двух параллельных цепей, каждая в ниде двух последовательно включенныХ силовых тнристоров, ыунтированных обратными диодами, а также два выходных вывода, причем первый из ннх образован общей точкой соединения силовых тиристоров одной из двух укаэанных параллельных цепей ннвЕрторной схемы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования в( выходного напряжения, второй выходной вывод преобразователя образован общей точкой соединения силовых тнристоров второй из двух параллельных це- %, пей инверторной cxew.

110l996

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в постоянное или переменное с глубоким диапазоном регулирования выходного напряжения, которые подверже- 5 ны ударным нагрузкам по току. Эти преобразователи могут отличаться конфигурацией инверторной схемы: однофазиая мостовая с подключением нагрузки в диагональ, полумостовая с подключением нагрузки между средними точками источника и фазы моста, трехфазьая мостовая с подключением нагрузок к средним точкам фаз моста и др. Тиристорный импульсный преоб- 15 разователь может найти применение в системах электропривода, электроснабжения и электротехнологии.

Известен тиристорный импульсный преобразователь, в состав которого щ входят два управляемых индухтивных элемента в виде насыщающихся реакто- ров, содержащих основные обмотки, включенные между источниками питания и силовыми тиристорами преобразовате-gg ля, обмотки сброса избыточной энергии, подключенные через рекуперирующие диоды в обратном направлении к полюсам источников, обмотки подмагничивания, включенные последовательно с дополнительным фильтровым реактором в цени тока подмагничивания. Два коммутирующих тиристора соединены последовательнО между собой и согласно с током нагрузки, подключены разноименными выводами к общим точкам выводов индуктивных элементов и силовЫх тиристоров, Коммутирующий конде н с ат ор под ключе н между о бщей точ кой соединения коммутирующих тиристоров и общей точкой соединения разноимен- 0 нЫх полюсов последовательно соединен. ных источников 1, Управление насыщающимися реакторами осуществляется путем подмагничи-. вания постоянным током, расчитанным 45 на максимальный ток нагрузки. При широком диапазоне регулирования и с ростом мощности нагрузки потери энергии в дополнительном L-фильтре, сглаживающем пульсации тока подмагничива- 0 ни яр увеличиваются, Известен тиристорный импульсный преобразователь, в состав которого входят два управляемых индуктивных элемента, каждый в виде двух насыщающихся реакторов, содержащих основные

Обмотки, включенные между полюсами источника питания и силовыми тиристорбми преобразователя, обмоткк подмагиичивания, включенные последовательно в цепь тока нагрузки, обмотки @ начального подмагничивания, включенные последовательно с дополнительным фильтровым реактором в цепи тока цодмагничивания, коммутирующие обмотки, включенные между полюсами дополнительно ных источников и последовательной цепью коммутирующих тири сторон, н аправление проводимости которых соглас но с направлением тока источников.

Коммутирующий конденсатор подключен между общей точкой соединения коммути рующих тиристоров и общей точкой соединения разноименных полюсов последовательна соединенных дополнительных источников (2 1 .

Энергия, запасаемая в индуктивнос. ти нагрузки, используется для перезаряда коммутирующего конденсатора и подмагничивания насыщающихся реакторов „Дополнительный фильтровый реактор в цепи ток а начального подмагничивания имеет меньшую мощность потерь. Однако простое включение обмоток подмагничивания двух насыщающих-ся реакторов коммутирующего устройства последовательно с нагрузкой в реверсивном преобразователе постоянного напряжения невозможно, так как ток нагрузки при реверсе меняет знак .

Поэтому коммутирующее устройство реверсивного преобразователя содержит два управляемых индуктивных элемента, каждый из которых содержит два насыщающихся реактора с обмотками управления в цепи тока нагрузки. Это усложняет конструкцию управляемого индуктивного элемента, Потери энергии при обратном перемагничивании маг нитопроводав увеличени из-за отсутствия обмоток сброса избыточной энергии

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является тиристорный импульсный преобразователь постоянного напряжения,. включающий коммутирующее устройство, содержащее два насыщающихся токоограничинающих реактора с основными обмотками, обмотками сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивания, разделительный диод и коммутирующий тиристор, шунтированный LC-цепью, инверторную схему из двух параллельных цепей в виде двух последовательно включенных силовых тиристоров, шунтированных обратными диодами, а также два выходных вывода, причем первый из них образован общей точкой соединения силовых тиристоров одной из двух указанных параллельных цепей инверторной схемы (3 ), Этот преобразователь обратимый, т,е, направление потока энергии в нем может изменять знак. Если нагрузка содержит противоЭДС, то ток протекает,как от источника к нагрузке, так и от нагрузки к источнику. Таким образом, если нагрузкой является якорь двигателя постоянного тока независимого возбуждения, то преобразователь обеспечивает как двигательный режим, так и режим рекуперативного торможения.

1101996 н применяется для режимов двигательного и рекуперативного торможения при наличии противоЭДС в нагрузке, Кроме того, напряжение на выходе коммутирующего устройства прикладывается к нагрузке прн помощи двух параллельных .цепей из двух последовательно включенных таристоров инверторной схемы, шунтированных обратными диодами. Выходное напряжение на выходных выводах предлагаемого преобразователя регулируемое и может изменять полярность, т,е, предложенный преобразователь является как обратимым, так и реверсивным. Поэтому его диапазон регулирования расширен, он может применяться для питания как якорной обмотки, так и обмотки возбуждения двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема тиристорного импульсного преобразователя постоянного напряжения; íà Фиг. 2 — временные диаграмМЫ.

Преобразователь содержит источник

1 питания, управляемый индуктивный элемент, включающий в себя первый насыщающийся токоограничивающий реактор

2 с основной 3, подмагничивания 4 обмотками и обмоткой 5 сброса избыточной энергии реактора, второй насыщающийся токоограничивающий реактор б с основной 7, подмагничивания 8 обмотками и обмоткой 9 сброса избыточной энергии реактора, рекуперирующий диод 10, коммутирующее звено 11, состоящее из коммутирующих тиристоров 12, 13 коммутирующего конденсатора 14 и коммутирующего реактора 15 без стали, мостовую схему соединения силовых тиристорон 16"19 с обратными диодами 20-23, нагрузку 24 с активной

25 и индуктивной 26 составляющими, К положительному полюсу источника

1 питания подключено начало обмотки

3 реактора 2, конец обмотки 3 соединен с концом обмотки 7 реактора б, а начало обмотки 7 подключено к общей точке соединения анодов тиристоров 12, 16 и 17 и катодов диодов

20 и 21. К катоду тиристора 12 подключены анод тиристора 13 и первый вывод конденсатора 14, второй вывод конденсатора 14 подключен к первому выводу реактора 15, а второй вывод реактора 15 совместно с катодами тиристоров 13, 18, 19 и анодами да9дов 10, 22, 23 подключен к отрицательному полюсу источника 1. Катод диода 10 подключен к концу обмотки 9 реактора б, начало обмотки 9 подсоединено к началу обмотки 5 реактора 2, а конец обмотки 5 подключен к положительному полюсу источника 1. К Ьбщей точке соединения катодов тиристора 16 и диода 22, анодов тиристора 18 и диода 20 подключен конец

Выходное напряжение преобразователя, возникающее на выходных выводах, образовано суммой падений напряжений на основной обмотке одного из насыщающихся токоограничивающих реакторов и на силовом тиристоре, шунтированном обратным диодом. Его среднее значение регулируется от нуля до напряжения питания, Напряжение обратной полярности, приклыдваемое к нагрузке, обусловлено процессом размагничива- 1О ния токоограничивающего реактора, Это напряжение не регулируется ввиду того, что соотношение витков между обмотками реактора постоянное, и к обмотке сброса избыточной энергии на 15 указанных интервалах времени прикла- дывается импульс постоянного напряжения источника питания, трансформирующийся в нагрузку.

При подключении в качестве нагруз- 20 ки, например, обмотки возбуждения двигателя постоянного тока независимого возбуждения, ток в нагрузке не может изменить знак, так как обмотка возбуждения не содержит источник про- 2 тиноЭДС, а ныходное напряжение другой полярности нерегулируемое. Поэтому поток энергии знак направления не изменяет, преобразователь неренерсивный. Это ограничивает диапазон регулирования выходного напряжения преобразователя. Преобразователь нельзя применить, например, для ренерсирования вращения двигателя постоянного тока

Цель изобретения — расширение диа- 35 назона регулирования выходного напряжения тиристорного импульсного преобразователя постоянного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорном импульсном преобра- 4Q зователе постоянного напряжения, включающем коммутирующее устройство, содержащее дна насыщающихся токоограничивающих реактора с основными обмотками, обмотками сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивания, разделительный диод и коммутирующий тиристор, щунтированный LC-цепью, инверторную схему из двух параллельных цепей, каждая в виде двух пос- 5 ледовательно включенных силовых тиристоров, шунтированных обратными диодами, а также два выходных вывода, причем первый из них образован общей точкой соединения силовых тиристоров одной из двух указанных параллельных цепей инверторной схемы, второй выходной вывод преобразователя образонан общей точкой соединения силовых тиристорон второй из двух параллельных цепей инверторной схемы, 60

В предлагаемом преобразователе сохраняется возможность изменения направления выходного тока при неиз-: менном выходном напряжении, т,е. он, как и известный, является обратимым

)101996

)О

15 обмотки 8 реактора 6 начало обмотки

8 соединено с концом обмотки 4 реактора 2, а начало обмотки 4 через индуктивную 26 и активную 25 составляю щиЕ нагрузки 24 подключено к общей точке соединения катодов тнристора

17, диода 23 и анодов тиристора 19, диода 21, Преобразователь работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на схему преобразователя система управления выдает управляющий импульс на тиристор 12. Коммутирующий конденсатор 14 заряжается от источника 1 пи1ания током, протекающим в контуре источник 1 питания — обмотка 3 — обмотка 7 — тиристор 12 — конденсатор

l4 — реактор 15 - источник 1, Через половину периода колебаний в элементах 14 и 15 ток в этом контуре изменяет знак, н тиристор 12 выключается.

В зависимости от требуемого направ. ления тока в нагрузке 24 управляющие импульсы подаются далее на тиристоры 16, 19 или 17, 18. С включением, например, тиристоров 16, 19 ток от источника l.питания (фиг. 2а) протекает в контуре источник 1 питания обмотки 3, 7 — тиристор 16 — обмотки 8, 4 — нагрузка 24 — тиристор 19 — З источник 1 питания. Длительность протекания этого тока задается системой управления преобразователем, ИсходныЕ рабочие точки реакторов 2 и 6 устанавливаются током нагрузки 24, Ç5 протекающим по обмоткам 8 и 4, в положение, 0 на веберамперных характеристиках (фиг. 3, 4). В интервале (фиг. 2 д, е) ампервктки обмоток 3 и 4 направлены встречно, ам- 4О первитки обмоток 7 и 8 направлены согласно и рабочие точки реакторов

2 к 6 перемещаются в положение 1 (Фкг. 3, 4).

Ток в нагрузке 24 коьмутируется 45 следующим образом.

С включением в момент t< {фиг,2б) тиристора 13 конденсатор 14 перезаряжается в контуре конденсатор 14 тиристор 13 — реактор 15 - конденсатор 14 (фиг. 2в). Через половину периода колебаний в элементах 14 и 15

t ток в этом контуре изменяет знак, и тиристор 13 выключается.

В. момент t (фиг. 2г), определяе-1 мый системой управления, включается тиристор 12 и начинаются два процесса. С одной стороны, токи от конденсатора 14, проткая в контурах 1415-22-16-12-l4 и 14.-15-19-21-12-14, снижают ток нагрузки 24 в тиристорах 16 и 19 до нуля. С другой сто-. роны, ток от источника 1, протекая через обмотки 3, 7, а далее по цепям

16-22-1 и 21-19-1, действует согласно с током нагрузки 24 в тиристорах 65

lб и 19 и увеличивается до значения

Л 1„(фиг. 2а), Чтобы ограничить приращение тока от источника ь l и потери энергии в элементах коммутирующего звена 11, суммарное изменение индукции в реакторе 2 не должно превышать удвоенного значения индукции насыщения В>.

В интервале — 1 (фиг ° 2 д, 4) pa6o— чие точки реакторов 2 и б перемещаются в положение 2 . Интервал (фиг. 2г) протекания в контурах реактор 15 — диоды 22 н 20 тиристор 12 — конденсатор 14 — реактор 15 и реактор 15 — диоды 23 и 21 тиристор 12 — конденсатор 1 4 — ре ак тор 15 токов от конденсатора 14, превышающих токи в тиристорах 16 и 19, должен быть не меньше времени выключения tq .ïðè ограниченном обратном напряжении на указанных тиристорах, С момента времени t (фиг. 2 в,г) ток нагрузки 24 за счет ЭДС самоиндукции протекает в контуре нагрузка 24 — диод 21 — тиристор 12 — конденсатор 14 — реактор 15 — диод 22 обмотки 8, 4 — нагрузка 24 и заряжает конденсатор 14 до напряжения, превышающего напряжение источника 1, Когда в контуре источник 1 питания обмотки 3, 7 — тиристор 12 — конденсатор 14 — реактор 15 — источник 1 питания выполняется условие У, > U„ +

aU W3/W«rZe ИЗ, W< — число витков об. обмоток 3 и 5, напряжения, действующие на обмотках 3 и 7, а также 5 и

9, изменяют знак, В контуре источник

1 питания — диод 20 — обмотка 9 обмотка 5 — источнИк 1 питания к диоду 10 приложено прямое напряжение

10 U < + U > U„H начинает протекать ток рекуперации (фиг. 2ж).

Энергия, направленная в магнитопроводах реакторов 2 и 6 в интервале (Фкг. 2а), передается в источник 1.

С задержкой времени, = л L„ C„ от момента t, включается один из ти3 ристоров 16 и 19 и ток нагрузки 24 нарастает в контуре нагрузка 24 диод 21 — тиристор 16 — обмотки 8, 4нагрузка 24 либо в контуре нагрузка

24 — ткристор 19 — диод 22 — обмотки 8,4 — нагрузка 24. При этом ток в тиристоре l2, протекающий в контуре нагрузка 24 — диод 21 — тиристор 12 — конденсатор 14 - реактор 15 диод 22 — обмотки 8, 4 - нагрузка 24, спадает в момент t, изменяет знак и тиркстор 12 выключается, Ампервитки подмагничивания реактора 12 выбраны кз условия i „W > 1 И +

+Bi„W и рабочие точки реакторов 2 и

6 в йнтервале t --t перемещаются н положению 0 . В момент ts (фиг.2ж) магнитопроводы реактора 2, б размагничиваются. Напряжение на обмотках 3 и 7 {фиг; 2 д, е), а также на обмот1101996

"n ю,, е е ю, Ass

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Заказ 4779/41

Филиал GIIII "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 ках 5 и 9 падает до нуля и диод 10 запирается напряжением источника 1.

В последующий момент t, определяемый системой управления, включается один из тиристоров 19 и 16, а диод 21 или 22 запирается напряжением источника 1. Ток нагрузки 24 начинает протекать в контуре источник 1 питания †. обмотки 3, 7 — тиристор 16 — обмотки 8, 4 — нагрузка 24 — тиристор 19 — источник 1 пи- 10 тания и процессы в схеме повторяются, Напряжение на выходе коммутирующего

1 устройства представлено на фиг, 2и °

Для ускорения спада тока в нагрузке 24 при реверсе тиристор 16 или

19 в момент t = t > + t < (фиг. 2г) повторно не включается. После отпирания рекуперирующего диода 10 ток в тиристоре 12 спадает, а ток в контуре нагрузка 24 — диод 21 — об20 мотки 7, 3 — источник 1 питания диод 22 — обмотки 8, 4 — нагрузка 24 нарастает. Энергия, накопленная в нагрузке, передается в источник 1, Для изменения направления тока в нагрузке 24 включаются тиристоры 17 и 18, и процессы в преобразователе протекают ан алогично. Исходные положения рабочих точек реакторов 2 и 6 переходят на противоположные насыщенные участки веберамперных характеристик. Приращение тока от источника ограничивает реактор 6, рабочая точка которого перемещается на ненасыщенный участок характеристики, Таким образом, не только выходной ток преобразователя, но и его выходное напряжение изменяют полярность. При этом напряжение регулируется от нуля до напряжения источника питания.