Трехфазный тиристорный преобразователь с искусственной коммутацией

 

ТРЕХФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ , содержапщй фильтрокомпенсирующее устройство, вьшолненное в виде колебательного контура из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированного встречно-параллельно соединенными перезарядным тиристором и диодом, параллельно которым через обратный разделительный диод подключен полярный конденсатор фильтра, а также две группы силовых тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме и две группы коммутирующих тиристоров , соединенных также по трехфазной мостовой схеме, причем диагонали переменного тока обоих мостов образуют трехфазные выводы переменного тока, а диагональ постоянного тока моста силовых тиристоров образует выводы постоянного тока, отличающий ся тем, что, с целью его упрощения и уменьшения массогабаритных показателей за счет использования одного фильтрокомпенсирующего § устройства, положительньш полюс мос (О та силовьк тиристоров через дополнительно введенный встречно включенный тиристор соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, а через дополнительно введенный обратно включенный диод - с отрицательной обкладкой указанного конденсатора фильтра, отрицательный полюс моста tc силовых тиристоров через дополнительно введенный второй встречно включенУ1 ный тиристор соединен с анодом перезарядного тиристора и общим зажимом катодной группы коммутирующих тиристоров , причем общий зажим анодной группы коммутирующих тиристоров соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра и через дополнительно введенный диод, включенный в проводящем направлении, - с катодом ,перезарядного тиристора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК..SU(II) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ l

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3619269/?4;07 (2?) 08.07.83 (46) 07.09.84. Бюл. И- 33 (7?) С.Н.Сидоров, М.А.Боровиков, А.А.Борисов и С.В.Потапчук (71) Ульяновский политехнический институт (53) 624.314.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 453778, кл. Н 02 M 7/12, 1974.

2. Зайцев А.И. и др. Компенсационные тиристорные преобразователи переменного тока в постоянный. Материал научи.-техн. конф. "Повышение эффективности устройств преобразовательной техники", ч. 2. Киев, 1972, с. 39-43.

3. Разработка, исследование и технико-экономическое обоснование использования в народном хозяйстве тиристорных преобразователей с искусственной коммутацией для возбуждения синхронных машин. — Отчет по итогам

НИР .. гос. регистрации 780?0985, инв. и 656622, М., ВНТИЦ, 1978, с.83, рис. 3, 5, с. 22-32. (54) (57) ТРЕХФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ содержащий фильтрокомпенсирующее стройство, выполненное в виде колебательного контура из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированного встречно-параллельно соединенными перезарядным тиристором и диодом, параллельно которым через обЗШ Н 02 М 7/155, Н 02 M 9/00 ратный разделительный диод подключен полярный конденсатор фильтра, а также две группы силовых тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме и две группы коммутирующих тиристоров, соединенных также по трехфазной мостовой схеме, причем диагонали переменного тока обоих мостов образуют трехфаэные выводы переменного тока, а диагональ постоянного тока моста силовых тиристоров образует выводы постоянного тока, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

его упрощения и уменьшения массогабаритных показателей за счет использования одного фильтрокомпенсирующего устройства, положительный полюс моста силовых тиристоров через дополнительно введенный встречно включенный тиристор соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, а через дополнительно введенный обратно включенный диод — с отрицательной обкладкой указанного конденсатора фильтра, отрицательный полюс моста силовых тиристоров через дополнительно введенный второй встречно включен ный тиристор соединен с анодом перезарядного тиристора и общим зажимом катодной группы коммутирующих тиристоров, причем общий зажим анодной группы коммутирующих тиристоров соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра и через дополнительно введенный диод, включенный в проводящем направлении, — с катодом ,перезарядного тиристора.

1112507

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многофазным тиристорным преобразователям с искусственной коммутацией, получающим разнообразное применение в качестве инверторов напряжения, компенсационных выпрямителей, источников реактивной мощности H др °

Известны трехфазные тиристорные преобразователи с групповой искусст- 10 венной коммутацией, в которых ограни. чение коммутационных перенапряжений и запирание тиристоров в каждой вентильной группе осуществляется с помощью специального фильтрокоммутирую 15 щего устройства, которое подключается в параллель силовым тиристорам с помощью группы коммутирующих тиристоров и представляет собой колебательный „С вЂ конт, образованный последователь20 ным соединением коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированных в обоих направлениях перезарядным тиристором и диском, параллельно которым с помощью разделительного дио- 25 да подключен полярный конденсатор фильтра достаточно большой емкости.

При таком построении преобразователя устраняется необходимость в дополнительных цепях отвода накапливающейся в конденсаторах фильтра избыточной энергии коммутации, так как эти конденсаторы на первом этапе каждой коммутации частично разряжаются током вступающей в работу фазы, а на второмЗ этапе заряжаются вновь до исходного уровня током выходящей из работы фазы, т.е. находятся в режиме двустороннего обмена энергией с элементами контура коммутации. При этом улучша- 40 ются характеристики преобразователя и несколько упрощается его конструкция (1j и Я .

Недостатками таких устройств, препятствующими их внедрению, являются сравнительная сложность схемы и значительные массогабаритные показатели

;в связи с большим количеством дополнительных коммутирующих вентилей и низкими на данном этапе удельными характеристиками неполярных коммутирующих конденсаторов, что особенно сказывается в получающих наибольшее применение мостовых схемах преобразователей в связи с необходимостью использования в них двух одинаковых фильтрокоммутирующих устройств для проведения коммутаций в катодной и анодной группах моста. Вместе с тем в ряде устройств преобразовательной техники, особенно малой и средней мощности, возможность одновременного протекания коммутаций в обеих группах тиристорного моста отсутствует, например, в силу сравнительно низкой частоты коммутаций, ограниченного диапазона нагрузок или малой индуктивности цепей со стороны переменного тока. Следовательно, в таких преобразователях существуют условия, применения одного фильтрокоммутирующего устройства для поочередного проведения коммутаций в обеих вентильных группах моста.

Наиболее близким к изобретнию является трехфазный тиристорный преобразователь с искусственной коммутацией, содержащий фильтрокомпенсирующее устройство, выполненное в виде колебательного контура из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированного встречно-параллельно сое— диненными перезарядным тиристором и диодом, параллельно которым через обратный разделительный диод подключен полярный конденсатор фильтра, а также две группы силовых тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме, и две группы коммутирующих тиристоров соединенных также по трехфазной мостовой схеме, причем диагонали переменного тока обоих мостов образуют трехфазные выводы переменного тока, а диагональ постоянного тока моста силовых тиристоров образует вы оды постоянного тока (3) .

Недостатком известного устройства является сложность и увеличенные массогабаритные показатели за счет использования двух фильтрокоммутирующих устройств.

Целью изобретения является упрощение и уменьшение массогабаритных показателей за счет использования одного фильтрокоммутирующего устройства для проведения коммутаций в обеих группах вентильного МосТВ.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном тиристорном преобразователе с искусственной коммутацией, содержащем фильтрокоммутирующее устройство. выполненное в виде колебательного контура из последовательно соединенных коммутирующего, 1112507

10 тока моста силовых тиристоров образу-15

20 группы коммутирующих тиристоров, при- З0

12 — анодную группы вентилей. Фильтро- ..конденсатора и дросселя, зашунтиро ванного встречно-параллельно соединенными перезарядным тиристором и диодом, параллельно которым через обратный разделительный диод подклкгчен полярный конденсатор фильтра, а также две группы силовых тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме и две группы коммутирующих тиристоров, соединенных также по трехфазной мостовой схеме, причем диагонали переменного тока обоих мостов образуют трехфазные выводы переменного тока, а диагональ постоянного ет выводы постоянного тока, положительный полюс моста силовых тиристоров через дополнительно введенный встречно включенный тиристор соеди— нен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, а через дополнительно введенный обратно включенный диод — с отрицательной обкладкой указанного конденсатора фильтра, отрицательный полюс моста силовых тиристоров через дополнительно введенный второй встречно включенный тиристор соединен с анодом перезарядного тиристора и общим зажимом катодной чем общий зажим анодной группы коммутирующих тиристоров соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра и через дополнительно введенный диод, включенный в проводящем направлении, — с катодом перезаряд— ного тиристора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 — диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу устройства во времени, (где U, 0 0 и U — напряжения в фазах А, В и С соответственно; U1, и — напряжение и ток k --ro элемента схемы, k = 1, 2, 3, ...) .

Преобразователь содержит шесть силовых тиристоров 1-6, включенных по трехфазной мостовой схеме выпрямления, причем тиристоры 1, 3 и 5 образуют катодную группу, а тиристоры 2, 4 и 6 — анодную группу моста.

В параллель силовым тиристорам со стороны цепей переменного тока включены коммутирующие тиристоры 7 -12, из которых тиристоры 7, 9 и 11 обра" зуют катодную, в тиристоры 8, 10 и

55 коммутирующее устройство содержит неполярный коммутирующий конденсатор

13, включенный последовательно с дросселем 14. В прямом направлении цепочка из коммутирующего конденсатора и дросселя зашунтирована перезарядным тиристором 15, а в обратном направленин — диодом 16, образуя тем самым колебательный L< -контур. Пареллельно этому контуру с помощью разделительного диода 17 включен полярный конденсатор 18 фильтра, причем положительная обкладка этого конденсатора подключена к катоду разделительного диода, а отрицательная обкладка — к катоду перезарядного тиристора. Положительный полюс моста, образованный общими катодами тиристоров 1, 4 и 5 подключен к каторам тиристора

19 и диода 20. Анодами тиристор 19 подключен к положительной обкладке, а диод 20 — к отрицательной обкладке конденсатора фильтра. Отрицательный полюс моста, образованный общими анодами тиристоров ?, 4 и 6, подключен к аноду тиристора 21, который свом катодом связан с анодом перезарядного тиристора и одновременно с общими катодами коммутирующих тиристоров 7, 9 и 11. Коммутирующие тиристоры 8, 10 и 12 общими анодами подключены к положительной обкладке конденсатора фильтра и одновременно к катоду диода 22, который своим анодом соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра. В зависимости от назначения входными и выходными зажимами преобразователя могут служить как зажимы постоянного, так и переменного тока, поэтому источник входного напряжения и цепи нагрузки на фиг. 1 не изображены.

Работу устройства рассмотрим на примере использования его как зависимого (сетевого) преобразователя, полагая, что зажимы переменного тока

А, В и С подключены посредством согласующего трансформатора или токоограничивающих реакторов к трехфазной сети, а к зажимам постоянного непрерывного тока подключена нагрузка.

Наличие устройства искусственной коммутации позволяет включать тиристоры в диапазоне опережающих относительно точек естественной коммутации углов управления — 11 с К 0. При пуске преобразователя требуется предварительный заряд конденсаторов, для

1112507 осуществления которого необходимо подать управляющие импульсы на коммутирующие тиристоры 7 — 12, обеспечив некоторое время их работу с углами управления К = О. Ввиду наличия в контурах заряда конденсаторов индуктивных элементов начальное напряжение на них устанавливается на уровне, превышающем амплитуду междуфазного напряжения сети с полярностью, указанной на Фиг. 1 без скобок. После

Вслед за прямым перезарядом, после которого полярность напряжения на обкладках конденсатора 13 на фиг. 1 имеет знак, указанный в скобках, на.чинается обратный перезаряд. К этому моменту на коммутирующий тиристор

7 выходящей из работы фазы А, а также на силовой тиристор 3, вступающей в работу фазы В, подаются управляющие импульсы. Обратный перезаряд прочего все коммутирующие и вспомогательные вентили запираются, и фильтрокоммутирующее устройство отключается до начала коммутации. 15

Пусть в результате подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры ток нагрузки протекает по контуру, содержащему фазу А, тиристор 1, цепь нагрузки, тиристор 2, фазу С (фиг. 2). В начале первого этапа коммутации в катодной группе моста управляющие импульсы подаются одновременно на тиристоры 15 и 19, а также на коммутирующий тиристор 9 вступающей в работу фазы В. При этом конденсатор фильтра 18 включается между коммутирующими фазами А и В с полярностью напряжения на обкладках, способствующей возникновению и нарас-30 танию тока в фазе В по контуру, содержащему тиристоры 9 и 15, конденсатор 18, тиристор 19 и цепь нагрузки. Это происходит потому, что суммарное напряжение на обкладках конденсатора 18 и в фазе В вьппе напряжения в фазе А. Возрастание тока во вступающей в работу фазе сопровождается таким же уменьшением тока в выходящей из работы фазы. Под воз- 40 действием нарастающего тока фазы В конденсатор фильтра частично разряжается, отдавая энергию в контур коммутации. Одновременно с этим происходит колебательный перезаряд ком- 45 мутирующего конденсатора 13 по конту ру, содержащему тиристор 15 и дроссель 14. исходит по параллельным контурам, один из которых содержит проссель

14 и тиристор 15, другой содержит дроссель 14, диод 20, тиристоры 1 и

7. В момент, когда составляющие тока перезаряда конденсатора сравняются с прямыми поками, протекающими в этих контурах, тиристоры 1 и 15 выключаются, после чего к ним в течение примерно полупериода колебаний коммутирующего С-контура прикладывается обратное напряжение, выделяющееся на диоде 1б, необходимое для восстановления запирающей способности этих тиристоров. В этот момент времени, обозначенный на фиг. 2 вертикальной пунктирной линией, начинается второй этап коммутации, на котором ток вступающей в работу фазы переходит в цепь очередного силового тиристора 3, а ток выходящей из работы фазы вынужден замыкаться по контуру, содержащему тиристор 7, диод 17, конденсатор 18, диод 20, втекая в положительную обкладку конденсатора фильтра 18 и дозаряжая его вновь до исходного уровня. Одновременно проис-. ходит дозаряд и коммутирующего конденсатора 13 по цепи, содержащей тиристор 7, дроссель 14 и диод 20.

В момент окончания коммутации тиристор 7 запирается,и схема возвращается в исходное состояние. В дальшейшем коммутации в катодной группе моста происходят аналогично.

Коммутацию в анодной группе рассмотрим на примере перехода тока из фазы С с тиристором 2 в фазу А с ти— ристором 4. В первый момент управляю щие импульсы подаются на тиристоры

15 и 21, а также на коммутирующий тиристор 10 вступающей в работу фазы

А. В результате конденсатор 18 фильтра включается между коммутирующими фазами С и А с полярностью напряжения на обкладках, способствующей возникновению и нарастанию тока в фазе А по контуру, содержащему тиристоры 21 и 15, конденсатор 18, тиристор 10, фазы А и С, тиристор 3 и цепь нагрузки. Возрастание отрицательной полуволны тока в фазе А сопровождается, как показано на фиг. 2, таким же уменьшением отрицательной полуволны тока в фазе С. На первом этапе коммутации конденсатор фильтра частично разряжается под воздействием нарастающего тока вступающей в работу фазы

1112507

Одновременно происходит подготовитель ный перезаряд коммутирующего конденсатора 13 по цепи, состоящей из тиристора 15 и дросселя 14. К моменту начала обратного перезаряда этого конденсатора на коммутирующий тиристор 8 выходящей из работы фазы,а также на очередной силовой тиристор 4 подаются управляющие импульсы. В данном случае обратный перезаряд происходит 10 по параллельным контурам, один иэ которых образован дросселем 14 и тиристором 15, а другой содержит дроссель

14, диод 22, тиристор 8, силовой тиристор 2 и тиристор 21. В момент ра- 15 венства прямых и обратных токов тиристоры 15 и 2 запираются, после чего начинается второй этап коммутации.

На данном этапе ток вступающей в работе фазы А переходит в цепь вновь 20 включенного силового тиристора 4, а ток выходящей из работы фазы замыкается по .цепи: тиристор 21, диод 17, конденсатор 18, диод 22, тиристор 8, фазы С и В, тиристор 3, цепь нагруз- 25 ки, под воздействием которого конденсатор фильтра заряжается вновь до исходного уровня. Одновременно происходит дозаряд коммутирующего конденсатора 13 по цепи, содержащей ти- З0 ристор 21, конденсатор 13, дроссель

14, диод 22 и тиристор 8. После окончания коммутации тиристоры 8 и 21 под воздействием напряжения на конденсаторах запираются, и схема воз- 35 вращается в исходное состояние.

Предлагаемый преобразователь может быть использован и как трехфазный автономный инвертор, для чего первичный источник постоянного напря-4 жения подключается к зажимам постоянного тока с полярностью, соответствующей проводящему состоянию силовых тиристоров, а нагрузка — к зажимам переменного тока А, В и С. Алгоритм проведения коммутаций в группах мос та будет тем же, однако при пуске .предварительный заряд конденсаторов должен осуществляться путем включения тиристора 21.

Таким образом, в предлагаемой схеме преобразователя коммутации в обеих вентнльных группах моста реализуются в разное время с помощью одного фильтрокоммутирующего устройства. Это позволяет по сравнению с известным устройством исключить иэ силовой схемы, кроме коммутирующего конденсатора и дросселя, а также полярного конденсатора фильтра, образующих основу фнльтрокоммутирующего устройства, еще как минимум 8 диодов. Достигаемое упрощение повысит надежность и расширит области применения устройства. Уменьшение массогабаритных показателей в преобразователе достигается исключением одного из коммутирующих конденсаторов, являющихся наиболее громоздкими элементами устройства.

Предлагаемое устройство сохраняет большинство положителыых свойств известного устройства, кроме возможности работы при длительности коммутаций фазных токов свыше 60 эл.град.

К числу этих достоинств следует отнести сравнительно высокий КПД вслед.ствие целесообразного использования избыточной энергии коммутации, поступающей вначале в конденсатор фильтра, а затем в цепь вступающей в работу фазы, хорошие регулировочные свойства и жесткие нагрузочные характеристики благодаря независимости начального напряжения на конденсаторах от тока нагрузки и кратковременности подключения конденсаторов, возможность реализации различных законов переключения вентилей, обеспечиваю-. щих повышение энергетических и динамических показателей преобразователя.

Предлагаеиай преобразователь можно использовать в качестве полупроводникового коммутатора вентильных двигателей.! 112507 юг. 1

1112507 аж 666 Подписное

° г.

ilute. 2 д,.ул.Проектная, 4