Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в регулируе 1ых выпрямителях и инверторах. Цель изобретения - повышение надежности. Устройство содержит тиристорный преобразователь 1 на коммутирующих тиристо- . рак 3-6, зарядных тиристорах 15 и 16, разрядных диодах 23 и 24, возвратных диодах 25 и 26, коммутирующих LC-цепях 9-14, коммутируюгцих трансформаторах 19 и 20, распределительных тиристорах 28 и 29, разделительных диодах 17 и 18, формирователя сигналов управления (ФСУ) 27. Введение коммутирующих тиристоров 5 и 6,.коммутирующей LC-депи 11 и 12, разделитель§ ного диода 17 и введение в ФСУ 27 усилителя-формирователя, одновибра (Л тора и элемента сравнения ИЛИ обеспечивает перевод тока нагрузки из цепи силового тиристора преобразователя 1 в коммутирующую LCцепь . Избыточная энергия, запасенная; to О) 01 ел 27 К 3,1,5.5,7,8 15,Г$,28,2Э iput.l

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„126755 (58 4 Н 02 И 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3790043/24-07 (22) 31.08.84 (46) 30.10.86, Еюл. Р 40 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72} Г.Н.Ковяливкер, Ю.И.Иньков, P.Ä.Âàëååâ и В.T.Çàãoðñêèé (53) 621.314.27 (088.8) (56) Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. 11.: Энергия, 1974, с. 71, рис. 2.10а.

Авторское свидетельство СССР

9 1171935, кл. Н 02 М 7/515, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ КОИИУТАЦИИ ТИРИСТОРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в регулируемых выпрямителях и инверторах. Цель изобретения — повышение надежности. Устройство содержит тиристорный преобразователь 1 на коммутирующих тиристорах 3-6, зарядных тиристорах 15 и 16, разрядных диодах 23 и 24, возвратных диодах 25 и 26, коммутирующих LC-цепях 9-14, коммутирующих трансформато рах 19 и 20, распределительных тиристорах 28 и 29, разделительных диодах 17 и 18, формирователя сигналов управления (СУ) 27. Введение коммутирующих тиристоров 5 и 6,.коммутирующей ЬС-цепи 11 и 12, разделительного диода 17 и введение в ФСУ 27 усилителя-формирователя, одновибратора и элемента сравнения ИЛИ обеспечивает перевод тока нагрузки из цепи силового тиристора преобразователя 1 в коммутирующую LCцепь. Избыточная энергия, запасенная

1 267550

1О током нагрузки в коммутирующем реакторе 13, возвращается в источник питания 2 через коммутирующий трансИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в регулируемых выпрямителях и инверторах, а также в тяговых приводах электровозов пере— менного тока с асинхронными двигателями.

Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения средств вывода избыточной энергии коммутации.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства принудительной ком!

5 мутации, вариант; на фиг.2 — второй вариант; на фиг.3 — диаграммы импульсов управления, поясняющие работу устройства по первому варианту,, а также кривые импульсов тока и напря20 жения на коммутирующих тиристорах; на фиг.4 — то же, по второму варианту; на фиг.5 — функциональная схема одного из возможных вариантов формирователя сигналов управления по первому и второму вариантам.

Устройство принудительной коммутации по первому варианту (фиг.1) подключено к общим шинам, соединяющим тиристорный преобразователь 1 с

30 источником 2 питания, и содержит однофазный мост коммутирующих тиристоров 3-6, два дополнительных коммутирующих тиристора 7 и 8, три коммутирующие LC-цепи 9-14, два зарядных тиристора 15 и 16, два разделительных 35 диода 17 и 18, коммутирующий трансформатор с двумя первичными обмотками

19 и 20, с двумя вторичными обмотками 21 и 22, два разрядных диода 23 и 24, два возвратных диода 25 и.26, формирователь 27 сигналов управления, две группы распределительных тиристоров 28 и 29, два обратных диода 30 и 31. Аноды тиристоров 3, 5, 7 и 15 и катоды диодов 23, 26 и 31 подключе- 45, ны к положительной шине источника 2 форматор. Изобретение содержит второй вариант устройства. 2 с.п.ф-лы.

5 ил.

2 питания. Катоды тиристоров 4, 6, 8 и 16 и аноды диодов 24, 25 и 30 подключены к отрицательной шине источника 2 питания. Одни концы LC-цепей

9-14 присоединены к общим точкам соединения коммутирующих тиристоров 3-8, другие концы подсоединяются к общим точкам соединения тиристора 15 и диода 17, диодов 17 и 18, диода 18 и тиристора 16. Две первичные обмотки 19 и 20 коммутирующего трансформатора соединяются согласно-последовательно с двумя вторичными обмотками 21 и 22. Выводы первичных обмоток

19 и 20 присоединяются к аноду и катоду разделительных диодов 17 и 18.

Общие точки соединения обмоток 19, 2i и 20, 22 присоединяются к аноду и катоду разрядных диодов 23 и 24.

Концы вторичных обмоток 21 и 28 присоединяются к катоду и аноду возвратных диодов 25 и.26. Катоды распределительных тиристоров анодной группы

28 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1, аноды — к катоду разделительного диода 18. Аноды распредедительных тиристоров катодной гругпы 29 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1, катоды — к аноду разделительного диода 17.

Выходы формирователя 27 сигналов уп-. равления подсоединяются к управляю-. щим электродам 3-8, 15, 16, 28 и 29.

Обратные диоды 30 и 31 подсоединяются своими выводами к общим точкам соединения коммутирующих тиристоров

3, 4, 7 и 8.

Устройство принудительной комму-, тации по второму варианту (фиг.2) подключено к общим шинам, соединяющим тиристорный преобразователь 1 с источником 2 питания, и содержит . трехфазный мост коммутирующих тиристоров 3-8, три коммутирующие LC-цепи

9-14, два разрядных тиристора 15 и

16, два разделительных диода 17 и 18>

1267550 ме управления фиг.3 в момент, включается тиристор 3 и конденсатор 10 начинает перезаряжаться по цепи: 10, 17, 18, 19, 23, 3, 9, 10. Напряжение первичной обмотки 19 коммутирующего трансформатора прикладывается через распределительный тиристор группы 28 к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении на вре10 мя,.необходимое для восстановления

его запирающих свойств. Ток нагрузки переводится из цепи силового тиристора преобразователя 1 в коммутирующую

ЕС-цепь 9, 10. В момент Е1 включается тиристор 5 и ток нагрузки из LCцепи 9, 10 переводится в LC — öåïü 11, 12. При этом конденсатор 12 перезаряжается по цепи: 12, 18, 19, 23, 5, 11, 12. В момент включается ком20 мутирующий тиристор 7 и конденсатор

14 перезаряжается по цепи: 14, 19, 23, 7, 13, 14. Ток нагрузки из LC-цепи 11, 12, переводится в LC-цепь

13, 14. В момент 1 6 мгновенное зна- 25 чение тока конденсатора 14 становится меньше тока нагрузки и диод 23 запирается, Энергия, запасенная током нагрузки в коммутирующем реакторе 13, заканчивается током нагрузки в конденсатор 14 по цепи: 13, 17, 28, 7, 13. Таким образом, на интервале времени — (фиг,3) напряжение на коммутирующем конденсаторе 14 становится вьппе напряжения источника питания

55 коммутирующий трансформатор с двумя первичными обмотками 19 и 20,с дву-

1я вторичными обмотками 21 и 22, два разрядных диода 23 и 24, два воз вратных диода 25 и 26, формирователь

27 сигналов управления, две группы распределительных тиристоров 28 и 29 мост обратных диодов 30-35, два тиристора 36 и 37, Аноды тиристоров 3, 5, 7, 15 и ка тоды диодов 23, 26, 31, 32 и 33 тиристоров 4, 6, 8, 16 и аноды диодов

24, 25, 30, 34, 35 присоединяются к отрицательной шине источника 2 питания ° Одни концы LC-цепей 9-14 включе ны в диагонали переменного тока трех фазных мостов коммутирующих тиристоров и зарядных диодов, другие концы через разделительные диоды 17 и 18 соединены между собой.

Анод диода 17 соединяется с катодом первого зарядного тиристора 15, катод диода 18 — с анодом второго зарядного тиристора 16. Две первичны обмотки 19 и 20 коммутирующего тран сформатора соединяются согласно-последовательно с двумя вторичными обмотками 21 и 22.

Выводы первичных обмоток 19 и 20 присоединяются к аноду и катоду тиристоров 15 и 16. Общие точки соединения обмоток 19, 21 и 20, 22, присоединяются к аноду и катоду разрядных диодов 23 и 24, Концы вторичных обмоток 21 и 22 присоединяются к ка35 тоду и аноду возвратных диодов 25 и 26. Катоды распределительных тиристоров анодной группы 28 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1 аноды — к аноду второt

ro з:арядного тиристора -16. Аноды распределительных тиристоров катодной группы 29 присоединяются к зажимам тиристорного преобразователя 1, катоды — к катоду первого зарядного .ти45 ристора 15. Выходы формирователя 27 сигналов управления подсоединяются к управляющим электродам тиристоров

3-8, 15 и 16. Общие точки соединения конденсаторов коммутирующих ЬС-цепей

„50

9-12 и 13, .14 соединяются между собой через тиристоры 36 и 37.

Уатройство согласно первому варианту работает следующим образбм.

Предположим, что в начальный момент времени конденсаторы 10, 12 и

14 заряжены полярностью напряжения, М укаэанной на фиг. 1. Согласно диаграмВ момент 1 начинается вывод избыточной энергии конденсатора 14 в источник 2 питания по цепи: 14, 13, 31, 2, 24, 20, 17, 18. Во вторичной обмотке 22 коммутирующего трансформатора наводится ЭЛС взаимоиндукции, ток которой замыкается по цепи: 22, 26, 2, 24,22.

Таким образом, часть избыточной энергии возвращается в источник 2 питания через коммутирующий трансформатор. На интервале времени 18 - ток конденсатора 14 спадает до нуля..

В момент п подаются импульсы управления на включение тиристоров 3, 5, 7 и 16. Тиристоры 3, 5 и 16 включаются и происходит дозаряд конденсаторов 19 и 12 по цепи: 2, 3, 9, 10, 17, 18, 16, 2; 2, 5, 11, 12, 18, 16, 2. Тиристор 7 остается запертым, так как напряжение конденсатора 14 в момент п вьппе напряжения источника пи тания 0 . В момент ю заканчивается

1267550 дозаряд коммутирующих конденсаторов.

Конденсаторы 10 и 12 в колебательном режиме заряжаются до значения напряжения более высокого, чем 0,,и процесс коммутации заканчивается. Тиристоры 3 и 5 запираются под действием разности напряжений конденсаторов 10, 12 и источника 0, т,е.

Мй с Я.

Б момент ц включается коммутирующий тиристор 8 и конденсатор 14 разряжается по цепи: 14,13, 8, 24, 20, 17, 18, 14. Падение напряжения первичной обмотки 20 коммутирующего трансформатора через распредепительный тиристор группы 29 прикладывается к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении.

В момент 1, включается тиристор

6 и конденсатор 12 перезаряжается по цепи: 12; 11, 6, 24, 20, 17, 12.

Ток нагрузки на интервале времени переводится из LC-цепи 13,14 в LC-цепь 11, 12. В момент 1, открывается тиристор 3 и ток нагрузки переводится из LC-цепи 11, 12 в LCцепь 9, 10. Конденсатор 10 перезаряжается по цепи: 10, 9, 4, 24, 20, 10, В момент мгновенное значение тока конденсатора 10 становится меньше тока нагрузки и диод 24 запирается. Энергия, запасенная током нагрузки в коммутирующем реакторе 9,заканчивается током нагрузки в конденсатор 10 по цепи: 9, 4, 1, 29., 10, 9.

Таким образом, на интервале времени ® -1ц (фиг.3) напряжение на коммутирующем конденсаторе 10 становится выше напряжения источника питания Llz, В момент 1д начинается вывод избыточной энергии конденсатора 10 в источник 2 питания по цепи: 10, 17, 18, 19, 23, 3, 9, 10. Во вторичной обмотке 21 коммутирующего трансформатора. наводится ЭДС взаимоиндукции, ток которой замыкается по цепи: 21, 23, 2, 25, 21, и часть избыточной энергии конденсатора возвращается в источник 2 питания через коммутируюший трансформатор, На интервале времени 1,8- 1 ток конденсатора 10 спадает до нуля. В момент 1,8 осуществляется дозаряд коммутирующих конденсаторов по цепям: 2, 15, 10, 9, 4, 2; 2, 15, 17, 12, 11, 6, 2,; 2, 15, 17, 18, 14, 13, 8, 2. Далее процесс коммутации заканчивается °

Устройство по второму варианту работает следующим образом.

Предположим, что в начальный момент времени конденсаторы 10, 12 и

14 заряжены полярностью напряжения,,указанной на фиг.2. Согласно диаграмме управления фиг.4 в момент 1

)включается тиристор 3 и конденсатор 10 начинает перезаряжаться по цепи: 10, 17, 18, 19, 23, 3, 9, 10. Напряжение первичной обмотки коммутирующего трансформатора 19 прикладывается через распределительный тиристор груп-!

5 пы 28 к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении и ток нагрузки переводится из цепи силового тиристора преобразователя 1 в коммутирующую 1,С-цепь 9, 10, В мо20 мент 1 включается коммутирующий тиz ристор 5 и ток нагрузки переводится из LC-цепи 9, 10 в LC — цепь 11, 12 и замыкается по цепи: 12, 18, 19, 23, 5, 11, 12. В момент 1 включается коммутиРующий тиристор 7 и ток нагрузки из LC-цепи 11, 12 переводится в

LC-цепь 13, 14. Ток конденсатора 14 замыкается по цепи: 14, 19, 23, 7, 13, 14, В момент мгновенное значение тока конденсатора 14 становитЗО ся меньше тока нагрузки и открываются тиристоры 36 и 37. Энергия, запасенная током нагрузки в коммутирующем реакторе 13, заканчивается током нагрузки в конденсаторы 10, 12, 14 по цепям: 13, 14, 28, 1, 7, 13; 13, 37, 12, 18, 28, 1, 7, 13 13, 37, 36, 10, 17, 18» 28, 1, 7, 13. В момент ток в реакторе 13 спадает до нуля и коммутирующий тиристор 7 запирается напряжением противоположной полярности конденсатора 14. На интервале времени. — 16 коммутирующие конденсаторы 10, 12, 14 заряжаются до напряжения более высокого, чем напряжение источника питания. Поэтому на интервале времени т < — k 8 избыточная энергия конденсаторов выводится в.источник 2 питания по цепям: 14, 13, 31

2, 24, 20, 17, 18, 14; 12, 11, 33, 20, 10. В момент 6< подаются управляющие импульсы на тиристоры 3, 5, 7, 16 для осуществления дозаряда ком. мутирующих конденсаторов по цепям:. источник 2 питания,3, 9, 10, 17, 18, t6, источник 2; источник 2, 5, 11, i2, 18, 16, источник 2; источник 2, 7, 13. 14, 16 источник 2.

7 1267

Однако в момент 17 согласно фиг.4 напряжение на конденсаторах выше напряжения источника 2 питания, поэтому тиристоры 3, 5, 7 не открываются и дозарядка не происходит. В момент ток в диодах обратного моста спадает до нуля и процесс коммутации заканчивается. В момент 9 начинается очередная коммутация тиристоров преобразователя и при этом меняется !О очередность включения LC-цепей.

В момент <, включается коммутирую9 щий тиристор 8 и конденсатор 14 разряжается по цепи: 14, 13, 8, 24, 20, 17, 18, 14. Падение напряжения пер- 15 вичной обмотки 20 коммутирующего трансформатора через распределительный тиристор группы 29 прикладывается к запираемому тиристору преобразователя 1 в обратном направлении. В мо- 2О мент <0 включается тиристор 6 и конденсатор 12 перезаряжается по цепи:

12, 11, 6, 24, 20, 17, 1.2. В момент

1« включается тиристор 4 и конденсатор 10 перезаряжается по цепи: 10, 25

9, 4, 24, 20, 10. В момент 1< открываются тиристоры 36, 27 и избыточная энергия, запасенная током нагрузки в реакторе 9, заканчивается в конденсаторы 10, 12, 14 по цепям: реактор 3О

9, 4, преобразователь 1, 29, 10;реактор 9; реактор 9, 4, 1, 29, 17, 12, 36, 9; реактор 9, 4, 1, 29, 17, 18, 14, 37, 36, 9. В момент 1з токи в конденсаторах 10, 12, 14 и в реакторе 9 спадают до нуля и начинается вывод избыточной энергии коммутации из коммутирующих конденсаторов в источник питания по цепям: конденсатор 10, 17, 18, 19, 23, 2, 30, 9, 10; 12, 18,4О

19, 23, 2, 34, 11, 12; 14, 19, 23, 2, 35, 13, 14. Во вторичных обмотках 22 и 21 коммутирующего трансформатора наводятся ЭДС, токи которых замыкаются по цепям: 21, 23, 2, 25, 21; 22,45

26, 2, 24, 22. Таким образом, часть избыточной энергии коммутации выводится в источник 2 питания через коммутирующий трансформатор. Далее процессы коммутации повторяются аналогично

550 8 логических элементах. Каждый канал распределителя импульсов состоит из усилителей-формирователей 40-47, одновибраторов 48-51, логических элементов сравнения ИЛИ 52-55.

Выходы регулятора 38 соединяются с входами усилителей-формирователей 40, выходы которых в первом и втором канале управления соединяютФ ся с входами одновибраторов 48-51.

Выходы одновибраторов соединяются с входами усилителей-формирователей

4i-44, выходные сигналы которых подаются на входы логических элементов сравнения ИЛИ 52-55. С выходов элементов логического сравнения сигналы управления поступают на управляющие выводы тиристоров 3, 5, 7 и 16 в первом канале управления и на управляющие выводы тиристоров 4, 6, 8 и

15 во втором канале управления.

Устройство формирования сигналов управления согласно диаграмме импульсов управления фиг.5, по первому и второму каналам работа гт следующим образом.

На вход регулятора 38 частоты подается сигнал 5 у задания по выходной частоте. С выхода 38 формируются два сигнала + U и -UA. Согласно диаграмме управляющих импульсов фиг.5 по заднему фронту сигналов +UA, — UA. формирователь 40 импульсов формирует импульс, который поступает на входы

48-52. Одновибраторы по переднему фронту импульса 40 формируют импульсы различной длительности, равные интервапам времени t,< -t 4< - 4, По задним фронтам этих импульсов формирователи 41, 42, 43, 44 импульсов формируют импульсы, длительностью равные сигналам управления, которые поступают на входы логических элементов сравнения и с их выходов на управляющие выводы тирис-. торов. По второму каналу управления устройство работает аналогично.

Формула и з о б р е т е н и я

Система формирования сигналов управления устройств принудительной коммутации по первому и второму вариантам (фиг.5) состоит из регулятора 38 частоты и распределителя 39 импульсов управления, выполненного в виде двух каналов управления, на

1. Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя, содержащее источник питания, к выходным шинам которого подключены соответствующие выводы постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, соответствующие выводы

1267550 двух зарядных тиристоров, двух зарядных диодов, двух возвратных диодов„ два обратных диода, включенных встречно-параллельно к соответствующим тиристорам указанного однофазного моста, две коммутирующие ЬС-цепи, подсоединенные одними выводами к выводам переменного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров и другими выводами — к катоду первого и аноду второго зарядных тирисч оров, разделительный диод, подключенный катодом к аноду второго зарядного тиристора, коммутирующий трансформатор, одни выводы первичных обмоток которого соединены с катодом первого и анодом второго зарядных тиристоров, а другие их выводы — с соответствующими выводами вторичных обмоток, подключенных к анодами катодам разрядных и возвратных диодов, а также анодную и катодную группы распределительных тиристоров, подключенных анодами к аноду второго зарядного тиристора, катодами — к катоду первого зарядного тиристора, причем другие аноды и катоды служат для подключения к соответствующим зажимам тиристорного преобразователя, формирователь сиг налов управления, состоящий из регулятора частоты и двухканального распределителя импульсов управления, подсоединенного своими выходами к управляющим электродам коммутирующих .и зарядных тиристоров, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения средств вывода избыточной энергии коммутации, оно снабжено двумя дополнительными согласно — последовательно соединенными между собой коммутирующими тиристорами, подсоединенными своими анодом и катодом к шинам источника питания, дополнительным разделительным диодом, подсоединенным анодом к катоду первого зарядного тиристора, катодом— к аноду разделительного диода, ком- мутирующей LC-цепью, подсоединенной

10 одним выводом к общей точке соединения дополнительных коммутирующих тиристоров и другим выводом — к катоду дополнительного разделительного диода, а их управляющие электроды под15 соединены к соответствующим выходам формирователя сигналов управления, причем в каждый канал распределителя импульсов дополнительно введены соединенные соответствующим образом уси20 литель-формирователь, одновибратор и элемент сравнения ИЛИ, а управляющие электроды дополнительно введенных коммутирующих тиристоров подсоединены в каждом канале к выходам элементов

25 сравнения ИЛИ.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введены четыре обратных диода, включенных встречно-параллельно к соответствующим коммутирующим тиристорам, два тиристора, подсоединенные катодами и анодами к соответствующим общим точкам соединения коммутирующих конденсаторов и реакторов

LC-цепей, а их управляющие электроды подсоединены к соответствующим выходам формирователя сигналов уп, равления.

vr

VLF

У

VI Р fç 4 4 ts 17 tg fg trp н trzftsf-.ЮФАН 1п 1 3 та fzo

ФЬг. 5

У

У

1267550

Составитель Г.1ыцык

Техред Л.Олейник

Корректор I Колб

Редактор И.Келемеш

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r.узгород, ул, Проектная, 4

4lЗ

УФ

ll5

УУ

У5 фф ф

4Ф

Заказ 579f/54 Тираж 63!

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1 с