Тиристорный преобразователь постоянного напряжения в @ - фазное квазисинусоидальной формы

 

1. ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРДЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В П1 -ФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ, содержащий N -фазные узел высокой частоты , трансформаторный узел и ш-фазный узел преобразования частоты на однофазных реверсивных выпрямителях по нулевой схеме с реакторами, о тличающийся тем, что, с .целью улучшения массогабаритных показателей при Л1 2., в каждой фазе узла преобразования частоты анодная и катодная группы тиристоров одного реверсивного выпрямителя соединены соответственно с катодной и анодной группами тиристоров другого реверсивного выпрямителя через иагнитосвязанные обмотки реактора, а средние точки вторичных обмоток трансформаторов , , связанных с разными фазами узла повьпиенной частоты и питающих реверсивные выпрямители, образуют выходные выводы фаз преобразователя . 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что узел высокой частоты вьтолнен по нулевой схеме на четырех основных тиристорах с общим последовательным резонансным контуром, оба вывода которого соединены через коммутирующие тиристоры с общей катодной шиной (Л основных тиристоров, причем один вывод контура соединен через коммутирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки одной фазы трансформаторного узла, а другой вывод контура соединен через 00 коммутирующие тиристоры с анодами о ;о со основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки другой фазы трансформаторного узла. Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН д(.ц) Н 02 М 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

gpss, г-.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3612778/24-07 (22) 30.06.83 (46) 23. 12.84. Бюл. Ф 47 (72) Л.Н.Седов (7 1) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (53) 62 1.314.5.72(088.8) (56) 1. Тонкаль В.Е. и др. Многофазные автономные инверторы напряжения с улучшенными характеристиками. Киев, "Наукова думка", 1980, .с.126, рис.51.

2. Там же, с. 130, рис.56. (54) (57) 1 . ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В Ф11 -ФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ, содержащий Й -фазные узел высокой частоты, трансформаторный узел и N-фазный узел преобразования частоты на однофаэных реверсивных выпрямителях по нулевой схеме с реакторами, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения.массогабаритных показателей при Й =2, в каждой фазе узла преобразования частоты анодная и катодная группы тиристоров одного реверсивного выпрямителя соединены соответственно с катодной и анодной..SU„„1130996 A группами тиристоров другого реверсивного выпрямителя через магнитосвязанные обмотки реактора, а сред ние точки вторичных обмоток трансформаторов,.связанных с разными фазами узла повышенной частоты и питающих реверсивные выпрямители, образуют выходные выводы фаз преобразователя.

2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что узел высокой частоты выполнен по нулевой схеме на четырех основных тиристорах с общим последовательным резонансным контуром оба вывода котоt Ф рого соединены через коммутирующие Ж тиристоры с общей катодной шиной .основных тиристоров, причем один вывод контура соединен через коммутирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки одной фазы трансформаторного узла, а другой вывод контура соединен через коммутирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки другой фазы трансформаторного узла.

11309

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах гаранти,рованного питания и в электроприводе переменного тока. 5

Известны тиристорные преобразователи постоянного напряжения в трехфазное, содержащие 9 -фазные узел повышенной частоты, трансформаторный узел и,ttl -фазный узел преобразо- 10 вания частоты на однофазных реверсивных выпрямителях по нулевой схе— ме (1),.

Однако при М =1 эти преобраз ователи отличаются невысоким качеством преобразования электроэнергии, так как при управлении по принципу ШИР в кривой выходного напряжения велико содержание высших гармоник низкого порядка, а при управлении по прин- 2б ципу ШИМ велика амплитуда пульсаций (двухполярная ШИМ).

Как известно, при увеличении .фазности Й качество преобразования электроэнергии повышается, напри- р5 мер, при Ц = 2 кривая выходного напряжения при управлении тиристорами узла преобразования частоты по заданному низкочастотному закону соответствует кривой однополярной щ

ШИМ, получаемой путем суммирования напряжений двух однофазных реверсивных выпрямителей, питающихся от разных фаз узла высокой частоты.

Однако, улучшение качества преобразования связано с удвоением числа всех элементов схемы,,что приводит к ухудшению массогабаритньгх показателей. при N = 2.

Наиболее близким к изобретению является тиристорный преобразователь постоянного напряжения в Й1 -фазное, содержащий Я -фазные узел повышенной частоты, трансформаторный узел и

9L -фазный узел преобразования частоты на однофазных реверсивных выпрямителях по нулевой схеме с реакторами, KQTQPbIH cJI T JIH6o PJIH искУсственной коммутации тиристоров реверсивных выпрямителей при наличии индуктив5О ности в цепи нагрузки, либо для ограничения уравнительных токов при .совместном управлении тиристорами реверсивных выпрямителей по низкочастотному закону в зоне узлов естественно- 5 го отпирания (2) .

Однако при Я=2 в известном преобразователе ухудшаются массогабаритные

96 2 показатели, так как количество реакторов удваивается без увеличения пульсности работы, также без увеличения частоты работы удваивается количество коммутирующих элементов в узле повышенной частоты.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей при Ч = 2.

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорном преобразо вателе постоянного напряжения в

H1. -— фазное квазисинусоидальной форме, содержащем Й -фазные узел высокой частоты, трансформаторный узел и/И-фазный узел преобразования частоты на однофазных реверсивных выпрямителях по нулевой схеме с реакторами в каждой фазе узла преобразования частоты анодная и катодная группы тиристоров одного реверсивного выпрямителя соединены соответственно с катодной и анодной группами тиристоров другого реверсивного выпрямителя через магнитосвязанные обмотки реактора, а средние точки вторичных обмоток трансформаторов, связанных с разными фазами узла повышенной частоты и питающих реверсивные выпрямители, образуют выходные выводы фаз преобразователя.

Кроме того узел высокой частоты выполнен по нулевой схеме на четырех основных тиристорах с общим последовательным резонансным конту-. ром, оба вывода которого соединены через коммутирующие тиристоры с общей катодной шиной основных тиристоров, причем один вывод контура соединен через коммутирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки одной фазы трансформаторного узла, а другой вывод контура соединен через коммутирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки другой фазы трансформаторного узла.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя, на фиг.2принципиальная схема узла повышенной частоты, на фиг.З вЂ” временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Узел 1 повышенной частоты подключен к входным выводам преобразователя и к трансформаторному узлу 2 и

1130996 4 может быть выполнен по любой известной схеме, обеспечивающей двухфаз»ое напряжение, например, из двух однофазных инверторов, соединеных с соответствующими первичными обмотками 3 и 4 однофазных трансформаторов, входящих в трансформаторный узел 2. Каждый из трансформаторов узла 2 имеет три вторичные обмотки 5 и 6, которые крайними выводами ip соединены с узлом 7 преобразования частоты, состоящим из трех фаз. Каждая иэ фаз состоит из двух однофаз,ных реверсивных выпрямителей 8, выполненных по нулевой схеме и питаемых указанными вторичными обмотками 5 и 6, принадлежащими к разным фазам узла 2. В каждой фазе узла 7 реверсивные выпрямители 8 соединены последовательно друг с другом следующим образом. Анодная и катодная группы тиристоров одного реверсивного выпрямителя соединена соответственно с катодной и анодной груплами тиристоров другого, реверсивного выпрямителя через магнитосвязанные об/ мотки реактора 9, служащего для ограничения уравнительных токов при. совместном управлении тиристорами реверсивных выпрямителей. Выходными выводами каждой из фаз преобразова— теля являются средние точки обмоток 5 и 6.

Узел 1 высокой частоты (фиг.2) выполнен в виде двухфазного инверто- З5 ра напряжения по нулевой схеме на четырех основных тиристорах 10-13 с обратными диодами 14-17. Аноды тиристоров 10 и 11 соединены с край-, ними выводами первичной обмотки 3 40 одного трансформатора узла 2, а аноды тиристоров 12 и 13 соединены с крайними выводами первичной обмотки 4 другого трансформатора узла 2.

Средние выводы обмоток 3 и 4 соединены с плюсовым выводом преобразо.вателя, а общая катодная шина тиристоров 10-13 — с минусовым.

Для коммутации тиристоров инвертора имеется последовательный резонанс- 50 ный контур, состоящий из последовательно соедииеных конденсатора 18 и реактора 19. Оба вывода контура соединены через коммутирующие тиристоры 20 и 21 с общей катодной шиной основных 55 тиристоров 10-13. Кроме того, один из выводов контура соединен через коммутирующие тиристоры 22 и 23 соответственно с анодами тиристоров 10 и I1, а другой,из выводов контура соединен через коммутирующие тиристоры 24 и 25 соответственно с анодами тиристоров 12 и 13.

Для пояснения принципа работь1 преобразователя на фиг.3 приведены следующие временные диаграммы напряжения, на которых обозначены напряжение О» одной фазы узла высо— кой частоты, напряжение U äðóroé фазы уз:га высокой частоты, напряжение U Uq анодной и катодной групп одного реверсивного выпрямителя, напряжение Ц Оь. катодной и анодной групп другого реверсивного выпрямителя, суммарные напряжения 0« U разных групп обоих выпрямителей, результирующее фазное напряжение U преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Узел 1 высокой частоты преобразует постоянное напряжение, приложен-ное к входным выводам преобразователя, в переменное напряжение высокой частоты с прямоугольной формой кривой типа "меандр" (в принципе может быть использован инвертор с синусоидальной формой кривой). Управление тиристорами 10-13 осуществляется с одинаковой частотой, но управляющие импульсы тиристоров 10 и 11 сдвинуты по фазе на 90 эл. град. относительно управляющих импульсов тиристоров 12 и 13 в результате че-. го напряжения на первичных обмотках 3 и 4 трансформаторного узла 2 также сдвинуты между собой на

90 эл.град., т.е. образуют двухфазную систему напряжений Ц Uq высокой частоты.

Для коммутации основных тиристоров 10 — 13 последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора 18 и реактора 19, поочередно подключается к основным тиристорам через коммутирующие тиристоры 20-25 и перезаряжается через эти тиристоры от источника питания. Для выключения тиристора 10 включаются тиристоры 21 и 22, а для выключения тиристора 12 через четверть периода высокой частоты включаются тиристоры 23 и 24. Затем (через полпериода повышенной частоты) для выключения тиристора 11 включаются тиристоры 21 и 23, а для выключения тиристора 13 (через

11309

S три четверти периода) — тиристоры

20 и 25. Далее процессы повторяются.

Полученное на первичных обмотках

3 и 4 двухфазное напряжение транс в 5 формируется во вторичные обмотки

5 и б,и питает реверсивные выпрями-, тели 8.

Для получения на выходе преобразователя напряжения квазисинусо-. идальной формы управление тиристорами реверсивных выпрямителем осуществляют по заданному низкочастотному закону в зоне углов естественного отпирания, т.е. при положи- 15 тельном анодном напряжении на тиристорах, в результате чего никаких дополнительных средств для выключения тиристоров реверсивньгх выпрямите— лей не требуется. 20

Тиристоры анодных и катодных групп каждого реверсивного выпрямителя управляются по низкой частоте, -.как обычно в противофазе, а тиристоры анодных и катодных групп ревер- 25 сивных выпрямителей, питающихся от разных фаз трансформаторного узла 2, управляются по низкой частоте синфазно (напряжения 0 --06 на выходе

", групп) . Тиристоры реверсивных выпря- эп мителей разных фаз узла 7 преобразования частоты управляются по низкой частоте, как обычно, с фазовым сдвигом на 120 эл.град. Полученные напряжения разных групп реверсивных 3 выпрямителей, питающихся от разных фаз трансформаторного узла 2, суммируются друг с другом, т.е. Ц =

U 4, а Ц-Оа 0ь . При согласованном управлении в результа- 4О те неравенства мгновенных значений напряжений Uy,0 (при равенстве средних значений) между выпрямителями возникают уравнительные токи, которые ограничиваются индуктивиостью обмо- 4S ток реактора 9, при этом разность мгновенных значений напряжения Ц и US прикладывается к указанным обмоткам, а на выходных выводах фазы преобразователя выделяется результирующее напряжение Ug

Изобретение позволяет улучшить массогабаритные показатели предлагаемого преобразователя при N =2, по сравнению с известным. В схеме из- вестного преобразователя при N =2 каждая фаза узла преобразователя частоты содержит два двухобмоточных реактора. Каждый из реакторов ограничивает уравнительный ток своего выпрямителя, а полуволны тока нагрузки протекают поочередно через обмотки обоих реакторов. В предлагаемой схеме вместо двух реакторов в каждой фазе узла преобразования частоты используется один реактор с теми же параметрами.

Действительно, уравнительный ток остается на том же уровне, так как протекает через те же две обмотки одного реактора, при вдвое большем напряжении и вдвое большей пульсности (частоте). Полуволны тока нагрузки протекают теперь поочередно только через одну обмотку, что улучшает внешнюю характеристику преобразователя. Таким образом, количество реакторов узла преобразования частоты в предлагаемой схеме вдвое меньше.

В узле повышенной частоты при прямоугольной форме кривой без паузы нет необходимости использовать мостовые схемы. Использование же нулевых схем, кроме известного сокращения числа тиристоров и диодов, позволяет упростить коммутирующее yciройство, в результате чего, несмотря на некоторое увеличение установленной мощности трансформаторного узла, массогабаритные показатели узла повышенной частоты улучшаются вдвое по полупроводниковым элементам и вчетверо по коммутирующим элементам (конденсаторы и реакторы).

ll30996

Фиг. /

ll30996

Фиг. 2

1130996. BHMggg Какие РбРб У тикал ббб Поллиское аикикл mm Патеитк, г.уигорол, ул.Проектикк, 4