Способ управления тиристорным выпрямителем с искусственной коммутацией

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЬМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ по авт. св. f 873375, отличающийся тем, что, с целью повьшения энергетических показателей , измеряют длительность заднего фронта импульса сетевого тока и угол выключения увеличивают на величину, равную половине длительности заднего фронта.

СОЮЗ СОЗЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5!) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

P4lZ. 7 (61) 873375. (21) 3615297/24-07 (22) 04.07.83 (46) 15.03,85. Бюл. N - 10 (72) О.Г.Булатов и В.А.Ыитов (7 1) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316.727(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 873375, кл. Н 02 М 7/06, 1979.

„„SU„„1145431 (54)(57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ С ИСКУССТВЕННОЙ

КОММУТАЦИЕЙ по авт. св. У 873375, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей„ измеряют длительность заднего фронта импульса сетевого тока и угол выключения увеличивают на величину, равную половине длительности заднего фронта.

11454

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для использования в мощных тиристорных выпрямителях с улучшенными энергетическими показателями. 5

По основному авт. св. Р 873375 известен способ управления тиристорным выпрямителем с искусственной коммутацией Р13, заключающийся в том что на каждом полупериоде сетевого на- !О пряжения, формируют однополярные выходные импульсы путем включения тиристоров с отставанием относительно начала полупериода на заданную величину угла регулирования и выключения тиристоров с опережением относительно конца этого полупериода на величину угла регулирования р, причем в процессе регулирования измеряют длительность переднего фрон- .2р та импульса сетевого тока у„и между углами регулирования поддерживают соотношение

Цель изобретения — повышение энергетических показателей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления ти- 55 ристорньи выпрямителем с искусственной коммутацией измеряют длительность заднего фронта импульса сетевого то-, Однако в этом способе невозможно обеспечить максимальное значение ко= эффициента сдвига соз . Этот коэффициент является одним из основных З0 энергетических показателей и учитывает угол V- фазовый сдвиг основной гармоники сетевого тока относительно синусоиды питающего напряжения. Ограниченные возможности способа объясняются тем, что при таком способе учитывается только длительность переднего фронта импульса сете,вого тока, а длительностью его задне -. ао фронта пренебрегают. Однако прак=4„ тически вследствие наличия сетевых индуктивностей (индуктивности линии, 1 рассеяния обмоток питающего трансфор матора и т.д.) сетевой ток не только не может мгновенно нарастать, но и мгновенно спадать. Неучет длительности заднего фронта импульса сетевого тока приводит к сдвигу вправо его основной гармоники относительно си нусоиды питающего напряжения, т.е. к снижению коэффициента сдвига.

31 ка у и.угол выключения увеличиг вают на величину г /2, т.е. между углами регулирования поддерживают равенство

Р "(+ 3"„/2 + З1, /2

На фиг. 1 представлена диаграмма сетевого тока, на фиг., 2 и 3 — электрические схемы тиристорных выпрямителей с искусственной коммутацией, реализующие предлагаемый способ управления; на фиг. 4 и 5 — алгоритмы управления выпрямителями, показанными на фиг. 2 и 3 соответственно.

Сущность предлагаемого способа управления поясняется фиг. 1, где показаны полуволна сетевого напряжения О и noëîæèòåëüíûé импульс сетевого тока 1(u) - круговая частота питающей сети). Вследствие наличия индуктивностей в фазах сетевой ток нарастает не мгновенно, а плавно— в течение интервала U - LI . .В момент

U выключают проводившие ранее тиристоры. Сетевые индуктивности пре- . пятсгвуют мгновенному спаду сетевого тока. В результате этот ток плавно уменьшается от номинальной величины до нуля в течение интервала М

0<. Максимальное значение коэффициента сдвига со будет обеспечено, если основная гармоника сетевого тока 1 будет синфазна с питающим на-. пряжением Ч .

Плавное нарастание сетевого тока на интервале переднего фронта приводит к сдвигу основной гармоники этого тока вправо на /2. Нали61 чие интервала 0 с плавным спадом сео 1 тевого тока дополнительно сдвигает его основную гармонику вправо на

A/2. Поэтому для г оддержания синфазности основной гармоники сетевого тока и питающего напряжения необходимо разность углов регулирования р -Ы, дополнительно увеличить на 2 /2. Тогда угол выключения определяется выражением

p-- К+ -„/2 + у /2.

Практическая реализация этого способа управления требует обеспечения вывода энергии, накопленной в фазах питающей сети. Принудительное запирание вентилей (например, двухоперационных тиристоров) разры-, вает связь между нагрузкой и питаю3 1145431 4 щей сетью. Поскольку в питающей сети имеются индуктивности, то принудительный разрыв такой цепи приводит к недопустимым коммутационным перенапряжениям на вентилях . Для обеспечения работоспособности выпрямите5 ля с искусственной коммутацией необходимо предусмотреть специальные схемотехнические элементы, обеспечиваюшие защиту от перенапряжений за счет плавного спада сетевого тока к нулю. Именно такие элементы содержатся в схемах, представленных на фиг. 2 и 3. Защита от коммутационных перенапряжений в этих схемах обес15 печивается путем вывода энергии, накопленной в индуктивностях сети.

Принципиально возможно выводить эту энергию обратно в сеть либо в нагрузку. Соответственно первый случай

20 реализован в схеме фиг. 2, а второй— в схеме фиг. 3.

Схема, представленная на фиг. 2, содержит основной выпрямительный 25 мост 1, подключенный к сети с помощью трансформатора 2. К этому же трансформатору подключен диодный мост 3 с конденсатором 4 на выходе.

Через дроссель 5 к конденсатору 4 подключен зависимый инвертор 6, передающий энергию в сеть через трансформатор 7. Соотношение коэффициентов трансформации трансформаторов

2 и 7 должно быть таким, чтобы напря35 жение на вторичной стороне трансформатора 7 было на 10-207 больше вторичного напряжения трансформатора 2.

Из тиристоров 8-11 моста 1 тиристоры

8 и 9 являются двухоперационными.

Диоды 12-15 содержатся в мосте 3.

Схема по фиг. 3 содержит те же выпрямительный мост 1 и трансформатор

2. Вместо диодного моста 3 к вторич- ной обмотке трансформатора 2 подклю- 45 чены два диода 16 и 17, соединенные с одним из выходных зажимов сети с помощью двуоперационного тиристора

18, а с другим — с помощью конденсатора 19. В обеих схемах (фиг. 2 и 50

3) тиристоры 10 и 11 основного выпрямительного моста 1 включают с отставанием относительно момента естественной коммутации на величину угла регулирования с, а двухопера- 55 ционные тиристоры 8 и 9 — с опережением на величину угла регулирова,ния (3.

Работа схемы фиг. 2 поясняется дь|,аграммой, и казанной на фиг. 4. Пусть на интервале, предшествующем моменту

U, проводили два смежн нс тиристо1 ра 8 и 11 моста 1. В результате выходное напряжение равно нулю. В момент

0 включают тиристор lO. На интервале 0, — U, идет процесс нарастания сетевого тока i . Если бы индуктивности сети (а также индуктивности рассеяния трансформатора 2) отсутствовали, то сетевой.ток 1 мгновенно увеличился бы от нуля до величины, определяемой нагрузкой. В момент Ц запи3 рают двухоперационный тиристор 8 и одновременно, включают тиристор 9.

В результате ток нагрузки замыкается через два смежных тиристора 9 и 10, а напряжение на нагрузке равно нулю.

Если бы в сети отсутствовали индуктивности, то сетевой ток в момент 01 мгновенно уменьшился бы до нуля. Сетевые индуктивности затягивают этот процесс..Вследствие возникновения

ЭДС самоиндукции напряжение на вторичной стороне трансформатора 2 мгновенно повышается до уровня напряжения на конденсаторе 4. В результате отпираются диоды 12 и 13 моста 3 и накопленная в индуктивностях сети энергия переходит в конденсатор 4, вызывая повышение напряжения на нем. Эту энергию необходимо выводить, иначе она будет накапливаться от цикла к циклу. Вывод энергии осуществляется обратно в сеть по контуру: сглаживающий дроссель 5 — зависимый инвертор

6 — трансформатор 7. Инвертор 6 работает непрерывно. Регулирование тока в дросселе 5 осуществляется за счет изменения угла управления тиристоров инвертора 6. Этот ток является током разряда конденсатора 4, он должен быть акакии, чтобы к следующему моменту запирания двуоперационного тиристора моста 1, т.е. через половину периода сетевой частоты, напряжение на конденсаторе 4 восстановило свой начальный уровень.

Схема фиг. 3 на интервале LI — U

1 .3 (см. фиг. 5) работает также, как и схема фиг. 2. Отличие заключается в выводе накопленной энергии. На интервале 0 â U эта энергия выводится в конденсатор 19 через тиристор 10 и диод 16 (либо через тиристор 11 и диод 17 в следующем полупериоде). В результате напряжение на конденсаторе 19 повышается. В момент U< сете1145 вой ток спадает до нуля и заряд конденсатора 19 прекращается. В этот момент времени (или несколько позднее его) включают двухоперационный тиристор 18 и частично разряжают конденсатор 19 током нагрузки. В момент 0 конденсатор 19 разряжается до начального уровня напряжения, в этот момент запирают тиристор 18. На интерt вале 0 — U выходное напряжение равно 10 напряжению на конденсаторе, что приводит к появлению дополнительного импульса выходного напряжения. Обе .описанные схемы позволяют реализовать предлагаемый способ управления и обеспечивают ограничение коммутационных перенапряжений на заданном. уровне. ю

Использование способа управления. позволяет повысить энергетические по-рр казатели выпрямителя с искусственной коммутацией за счет повышения коэффициента сдвига соз . При управлении по предлагаемому способу этот коэф431 6 ! фициент достигает своего максимального значения, равного единице, z известном способе управления не учитывается длительность заднего фронта импульса сетевого тока. В реальных условиях, когда значение напряжения короткого замыкания питающего трансформатора составляет 5-102 от номинального, длительность заднего фронта может составить 20 эл.град.

Если не вводить коррекцию угла выключения на половину этой величины, то коэффициент сдвига снизится на несколько процентов. Такое снижение коэффициента сдвига приводит к потребленю реактивной мощности, составляющей порядка 157 от номинальной мощности выпрямителя. Для компенсации этой мощности необходимы косинусные конденсаторы. Управление по предлагаемому способу позволяет обеспечить компенсацию реактивной мощности без дополнительного оборудования.

1345431

В

11

12

13

ФЯ2. Ф

1145431

17

18

Составитель Е.Мельникова

Редактор Н.Киштулинец ТехредЖ..Кастелевич Корректор В.Гирняк

Заказ 1184/40 Тираж 64б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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