Устройство для принудительной коммутации тиристоров преобразователя

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых выпрямителях и инверторах. Целью изобретения является повышение техникоэнергетических показателей. Устройство содержит трехфазный мост коммутирующих тиристоров (КТ) 27 - 32 и мост зарядных тиристоров 33 - 36. Вывода переменного тока моста КТ 27 - 32 соединены с коммутирующими .LC-цепями 37 - 42, которые подключены через зарядные тиристоры 43, 46 и разделительные диоды 44, 45 к источнику питания (ИП) 19. Выводы постоянного тока моста КТ 27 - 32 подключены к ИП 19 через диоды 25, 26. ИП 19 включает в себя фильтровой конденсатор (ФК) 24. При коммутации тиристоров преобразователя 1 напряжение соответствующего конденсатора LC-цепей 37 - 42 ограничивается на уровне ФК 24, 1 з.п. ф-лы, 3 ил. а (Q оо о tN3 4 о о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1302406

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3850522/24-07 (22) 01.02 ° 85 (46) 07.04, 87. Бюп. Ф, 13 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) Г, Н, Коваливкер, P Д. Валеев, В. Т. Загорский, Ю. М ° Иньков и Г, В. Кузина (53) 621.314,572(088,8) (56) Заявка Японии 9 58-54747, кл, Н 02 M 7/515, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 862329, кл. 11 02 М 7/515, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1267550, кл. H 02 М 7/5!5, 31.08 ° 84 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИНУДПТЕЛЪНОЙ

КОММУТАЦИИ ТИРИСТОРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

К5 (5в 4 Н 02 M 7/515- // Н 02 M 5 27 (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемых выпрямителях и инверторах. Целью изобретения является пс.ышение техникоэнергетических показателей, Устройство содержит трехфазный мост коммутирующих тиристоров (KT) 27 - 32 и мост зарядных тиристоров 33 — 36. Выводы переменного тока моста КТ 27

32 соединены с коммутирующими .LC-цепями 37 — 42, которые подключены через зарядные тиристоры 43, 46 и разделительные диоды 44, 45 к источнику питания (ИП) 19, Выводы постоянного тока моста КТ 27 — 32 подключены к ИП 19 -."ерез диоды 25, 26, ИП 19 включает в себя фильтровой конденсатор (ФК) 24. При коммутации тиристоров преобразователя 1 напряжение соответствующего конденсатора

LC-цепей 37 — 42 ограничивается на уровне ФК 24, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

06

1 13024

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть ис-пользовано для принудительной коммутации тиристоров в регулируемых выпрямителях и инверторах, в частнос5 ти в автономных инверторах напряжения электровозов переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями,, Целью изобретения является повышение технико-экономических показателей путем более эффективного ограничения коммутационных напряжений.

На фиг, 1 приведена принципиальная схема устройства для принудительной коммутации тиристоров преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы импульсов управления соответствующих элементов, поясняющие работу устройства, а также кривые импульсов тока и напряжения на коммутирующих 20 конденсаторах; на фиг, 3 — функциональная схема одного из возможных вариантон формирователя сигналов уп-равления устройства для коммутации тиристоров преобразователя. 25

Устройство для принудительной коммутации (фиг, 1) присоединяется своими шинами к тиристорному преобразователю 1, состоящему из главных тиристоров 2-7, обратных тиристо- 30 ров 8-13, нагрузки 14-16, диодов 17 и 18 связи, Источник 19 питания устройства принудительной коммутации выполнен в виде тиристорного моста 20-23 и фильтрового конденсатора 24 и подключен с помощью диодов 25 и 26 к выводам постоянного тока трехфазного моста коммутационных тиристоров 27-32. Устройство принудительной коммутации также содержит мост зарядных тиристоров 3336, коммутирующие LC-цепи, состоящие из дросселей 37-39 и конденсаторов 40-42, зарядный тиристор 43, разделительные диоды 44 и 45, зарядный тиристор 46, коммутирующий трансформатор с двумя Первичными обмотками 47 и 48 с двумя вторичными обмотками 49 и 50, разрядные диоды 51 и 52, возвратные диоды 53 и 54, анодную группу распределительных тиристоров 55, состоящую из тирис.торов 56-58, катодную группу распределительных тиристоров 59, состоящую из тиристоров 60-62, ограничиваюшие тиристоры 63 и 64, формирователь 65 сигналов управления, Катоды диодов

51 и 53 присоединяются к общим точкам соединения анодов тиристоров

27-29 и к нсаУ диода "5 А од, дио дов 52 и 54 подсоединяются к катодам тиристоров 30-32 и к катоду диода 2б.

Коммутирующие L,C-цепи одним выВо. îM подсоединяются к выводам переменного тока моста коммутирующих тиристоров 27-32 и другими выводами к аноду разделительного диода 44, к катоду разделительного диода 45 и к общей точке соединения разделительных диодов 44 и 45. Аноды зарядных тиристоров 33,.34 и 43 и катод диода. 25 подсоединяются к положительной шине "источника 19. Катоды зарядных тиристоров 35,36 и 46 и анод диода 26 подсоединяются к отрицательному выводу источника 19 питания. Первичные обмотки 47 и 48 коммутирующего трансформатора присоединяются к катоду и аноду различных диодов 44 и 45 и к аноду и катоду разрядных диодов 51 и 52, Вторичные обмотки 49 и 50 коммутирующего трансформатора при =оединяются своими выводами к концам первичных обмоток 47 и 48 и к катоду и аноду возвратных диодон 54 и 53. Анодная группа распределительны:с тиристоров 55 подсоединяется катодами к соответствующим зажимам тиристорногс преобразователя 1 и ан адами к катоду разделительнсго диода 45.

Катодная группа распределительных тиристоров подключается анодами к зажимам тиристорного преобразователя 1 и катодаьж к аноду разделительного диода 44, Выходы формирователя 65 сигналов управления подсоединяются к тиристсрам 27-36, 43, 46, 56-62, 63 и 64. Orðÿ.íè÷èòeëüíûe тиристоры 63 и 64 подклкчаются аноpoì и катодом к общим тсчкам соединения дросселей 37 и 39 с конденсаторами 40 и 42 и другими выводами— к шинам источника 19 питания. Аноды зарядных тиристоров 33 и 34 и катоды зарядных тиристсров 35 и 36 подсоединяются к шинам источника 19 питания, Катод тиристора 34 и анод тиристора 35 подсоединяются к выводу коммутирующего дроссепя 38, катод тиристора 33 и анод тиристора 36 к выводам дросселей 27 и 39, Рассмотрим рабс,у устройства принудительной коммутации на примере коммутации тиристоров преобразоватеяя автономного иннертора напряжения, ни t включается коммутирующий тиристор 28, и ток нагрузки из ЬС-цепи 37,40 переводится в LC-цепь 38, 41, В момент времени t ток первой

LC-цепи 37,40 спадает до нуля, а ток превышения второй ЕС-цепи замыкается по цепи: элементы 41,45,47,51, 28 38,41 ° В момент времени г. включается коммутирующий тиристор 29 и ток нагрузки из LC-цепи 38,41 переводится в LC — цепь 39,42. Ток превышения замыкается по цепи: элементы

42,47,51,29,41 и 42, В момент времени t ток превышения становится равным току нагрузки, и диод 51 запирается, Далее, если напряжение конденсатора 42 меньше входного напряжения источника 19 питания, происходит дозаряд конденсатора тсков нагрузки на интервале времени С ...t до напряжения источника питания преобразователя 1 по цепи: "плюс" источника питания преобразователя 1, элементы 17,29,41,42,56,14,15 и 6, 11 минус источника питания преобраэои вателя 1, В момент времени t „ напряжение конденсатора 42 становится равным входному напряжению преобразователя

1. При этом открывается обратный тирис:ар 1 1 .инвертора и происходит коммутация тока нагрузки из LC-контура 39,42 в нагрузку. При этом в обычной схеме конденсатор 42 доэаряжается на ин-,åðâàëå времени t ...t ч спадающим током нагрузки (кривые тока и напряжения показаны пунктирной линией) до напряжения, значительно превышающего входное напряжение преобразователя 1, по цепи: источник питания преобразователя 1, диод 17, элементы 29,39,42,56,14,15 и 6, "минус" источника питания преобразователя 1, По мере спадания тока в цепи: источник питания преобразователя 1, элементы 17,29,39,42,56,14,15 и 6 ток в цепи: элементы 14,15,6 и

11 нарастает, и в момент времени t гок в LC-цепи 41,42 становится рав«ым нулю, а в цепи обратного тирисгора 11 нарастает до тока нагрузки.

В предлагаемой схеме в отличие от известной на интервале времени t

°,,t „ (кривые тока и напряжения показаны сплошной линией) открывается ограничивающий тиристор, и в момент времени, когда напряжение конденсатора 42 становится равным напряжению источника 19 питания, часть тока на3 1302406

Предположим, что к мо енту времени с включены тиристоры 2,4 и 6

1 преобразователя, и ток нагрузки замыкается по цепям: плюс" входного напряжения, элементы 1,2,14,15 и 16, "минус" входного напряжения; "плюс" входного напряжения, элементы 1,4,16, 1

15 и 6 "минус" входного напряжения °

Предположим, что конденсаторы 40

42 заряжены к моменту времени с„ по- 10 лярностью, указанной на фиг. 1 (с

"плюсом" на правой обкладке), В Мо мент времени t, включается коммутирующий тиристор 27, распределительный тиристор 56 и тиристор 11, и 15 конденсатор 40 начинает разряжаться по цепи: элементы 40,44,45,56,2,17, 27,37 и 40, вытесняя ток нагрузки из тиристора 2 преобразователя 1.

В момент времени t ток колеба1 .тельного 1.С-контура из дросселя 37 и конденсатора 40 становится равным току нагрузки, и тиристор 2 запирается ° Ток превышения этого LC-контура, представляющий собой часть комму-25 тирующего импульса тока, превышающего коммутируемый ток нагрузки, замыкается по цепи: элементы 40,44,45, 47,51,27,37 и 40, создавая на первичной обмотке коммутирующего трансформатора 47 падение напряжения, "плюс" которого прикладывается через распределительный тиристор 56 к катоду запираемого тиристора 2, а

"минус" через диоды 51 и 17 — к аноду тиристора 2. При достижении

ЭДС вторичной обмотки 49 коммутирующего трансформатора величины, превышающей напряжение на фильтровом конденсаторе 24 источника 19, открывается возвратный диод 54, и ток обмотки 49 замыкается по цепи: элементы 49,51,25,24,26,54,49. Таким образом, на время протекания тока превышения по первичной обмотке 47 к запираемому тиристору 2 приклады- вается обратное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, равной напряжению заряда фильтрового конденсатора 24, деленному на коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора, и обеспечивается восстановление его запирающих свойств.

Ток нагрузки 14 коммутируемой

Il I! фазы протекает по цепи: плюс ис- 55 точника питания преобразователя элементы 17,27,37,40,44,45,56,14,15 и 6, "минус" источника питания преобразователя 1. В момент време2406

5 130 грузки замыкается по цепи; "плюсс" источника питания преобразователя. 1, элементы 17,29,39,63,24,26 к 18, "мИнус" источника питания преобразователя 1, При этом часть тока замыкается по цепи: плюс" источника питания преобразователя 1, элементы

17,29,39,42,56,14,15 и 6,"минус" ис-точника питания преобразователя 1, Так как емкость конденсатора ?4 выбирается много большей емкости конденсатора 42, то напряжение конденсаторов 24 и 42 за счет энергии, запасенной н реакторе спадающим током нагрузки, повышается незначительно, и, следовательно, напряжение конденсатора 42 ограничивается уровнем напряжения конденсатора 24, величина которого поддерживается на заданном уровне тиристорами 20-23. При этом ток нагрузки 14 замыкается по цеггк: элементы 14,15,6,11 и 14, В момент времени tg ток в конденсаторах 42 и

24 спадает до нуля и переводится полностью в цепь: элементы 14,15 6 и

11. Ткркстор 56 и диод 17 запираются, и процесс коммутации заканчивается, Таким образом, энергия, запасенная в конденсаторе 42, переводится в фильтровой конденсатор 24, и выбором соотношения емкостей конденсаторов

24 и 42 можно ограничить напряжение на конденсаторе 42 на любом заданном уровне.

В момент времени t открываются зарядные тиристоры 33 и 34 и происхо,дит дозаряд коммутирующих конденсаторов 40 и 41 по цепям: "плюс" источника 19, элементы 33,37,40,44, 45 и 46, "минус" источника 19; "плюс" источника 19, элементы 34,38,41,45 и 46, "минус" источника 19, Таким образом, энергия, заканчиваемая током нагрузки, используется для дозаряда двух других LC-цепей.

В момент времени t ïðîöåññ доэаряда заканчивается, и схема подготовлена для очередной коммутации противоположной полярностью, Рассмотрим коммутацию тиристорон катодной группы преобразователя

Предположим, что к моменту времени

t„, включены тиристоры 5,6 и 4 преобразонателя 1, а конденсаторы 40—

42 заряжены полярностью, указанной на фиг. 1 в скобках. В момент для коммутации тиристора 6 включается тиристор 61, коммутирующий тиристор 32 и с выдержкой времени об" г

"Q

55 ратный ткристор 9. Конденсатор 42 начинает разряжать=я по цепи: элементы 42,39,32,18„6,61,44,45 и 42, вытесняя ток нагрузки из ткркстора 6, Ток превышения конденсатора 42 замни.ается по цепи: элементы 42,,39, 32,52,48,44,45 к 42.

"Плюс" напряжения обмотки 48 прккладЬ1вается к катоду запираемого тиркстора б по цепи: "плюс" обмотки

48, элементы 52 к 19, катод тиристора 6. "Минус" напряжения обмотки

48 прикладывается через распределительный ткристор 61 к аноду тиркстора 6., В момент "t включается комму—

10 ткруюшкй ткркстор 31, и ток нагрузкк переводится кз .: С-цепи 39 „42 в

LC-цепь 38,41. В момент нремекк

1.1 включается коммутирующий ткристор

30,, к ток нагрузкк переводится кз

LC-цепи 38,41 в LC-цепь 37,40, На интервале времени " ...t подается

16 17 управляющий импульс на ограничивающий ткркстор 64, к когда напряжение на конденсаторе 40 становится равным напряжению фкльтро1зого конденсатора

?4 источника 19 питания, часть тока нагрузки замыкается по цепи: "плюс" источника питания преобразователя 1, элементы 2,14,15,16,41,37,30 и 18„

"минус источника питания преобразо1зателя 1, Другая часть тока замыкается по цепи; пплюсч источника питания преобразователя 1, элементы 25, 24,64,37,30 и 18, "минус" источника питания преобразователя 1, При этом ток нагрузки переводится н цепь: элементы 15,9,2,14 и 15, В момент времени 1:1 ток в 1.С-цепи 37,38 спадает до нуля, а в цепи: элементы 2, 14,15,9 и 2 нарастает до тока на-грузки, В момент 11н включаются зарядные ткристоры 35,36 и 43, и конденсаторы 40 и 42 доэаряжаются по цепям

"плюс" источника 19, элементы 43,44, 41,,39 и 35, "минус" источника 19;

" плюс" источника 19, элементы 43, 44„ 45, 42, 39 к 36, "минус" источника 19, В момент времени t ток

19 дозаряда спадает дэ нуля, к процесс коммутации заканчивается, Таким образом, при коммутации тиристоров катодной груг1пъ1 преобразователя 1 напряжение конденсатора 40 ограничивается на уровне напряжения фильтрового конденсатора 24. Известно, что энергия, передающаяся колебательным контуром н коммутирующий и фильтро1302406

I вой конденсатор, определяется индуктивностью коммутирующего реактора.

Для уменьшения индуктивности коммутирующего реактора собственную частоту колебательного контура первой и третьей LC-цепей можно выбирать выше чем второй LC-цепи. Кривые напряжения и тока коммутирующих конденсаторов для этого случая показаны на фиг. 2, При этом минимальную ве- 1О личину индуктивности коммутирующего реактора можно выбрать из условия максимально допустимой скорости наоастания тока нагрузки, т.е.

1.1 со мин gI/gt ния тока.

15 где 6I/дг. — максимально допустимая скорость нарастания прямого тока по техническим условиям тиристора.

Волновое сопротивление первого и третьего контура (т.е, емкость С„„„ ) можно выбрать из условия равенства амплитуд коммутирующего импульса первого и третьего контура, т.е.

С мин в

2 где С, 1. — емкость и индуктивность второго контура.

В случае, если собственная частота второго колебательного контура значительно выше чем собственная час1 тота первого и третьего контура ин1 дуктивность второго контура при одинаковых амплитудах коммутирующих импульсов тока также значительно выше, т,е.

2 мн

Следовательно, на дозаряд второй LCцепи от источника 19 питания потребляется значительная часть энергии, передающейся спадающими токами нагрузки первой и третьей LC-цепей.

При таком выборе параметров коммути- рующих LC-цепей при некотором проигрыше в габаритах можно добиться баланса энергии.

Применение предлагаемого устройства принудительной коммутации наиболее эффективно, когда вместо одного коммутирующего тиристора приходится по условию допустимой мощности потерь включать три коммутирующих тиристора параллельно. В этом случае число коммутирующих тиристоров в одноконтурной и трехконтурной схемах одинаково, Такой режим может

8 быть в случае соединения обмоток преобразователя 1 в треугольник. При этом возрастает амплитуда импульСов тока, его крутизна и соответственно потеря в коммутирующих тиристорах на участках нарастания и установлеСистема 65 формирования сигналов управления устройства для принудительной коммутации (фиг. 3) состоит из регулятора 66 частоты и,распределителя 67 импульсов управления, выполненного в виде двух каналов управления на логических элементах, Каждый канал распределителя импульсов состоит из усилителя-формирователя 68, одновибраторов 69-72 и усилителей-формирователей 73-78.

Выходы регулятора 66 соединяются с входамн усилителей-формирователей

68, выходы усилителей-формирователей

68 — с входами одновибраторов 69-72, выходы одновибраторов — с входами усилителей-формирователей 73-78. С выходов усилителей-формирователей

73-78 сигналы управления поступают на управляющие выводы тиристоров 2729, 63,33,34 и 46 в первом канале управления и на управляющие выводы тиристоров 31,30,64,35,36 и 43 во втором канале управления, Устройство формирования сигналов управления согласно диаграмме импульсов управления работает следующим образом.

На вход регулятора 66 частоты,подается сигнал U задания по выходной частоте ° С выхода регулятора 66 для каждой фазы преобразователя 1 формируются два сигнала (например, +П„, -U ), Согласно диаграмме (фиг. 3) по заднему фронту этих сигналов формирователи 68 формируют импульсы, поступающие на вход тиристоров 27 и

32 и на вход одновибраторов 69-72, Одновибраторы формируют импульсы, длительностью равные интервалам ч времени с,... г, с,...с „, t, t >

t ... t по задним фронтам которых усилители-формирователи 73 - 78 формируют импульсы управления, поступающие на тиристоры 27-29,63,33,34 и

46 в первом канале управления и на тиристоры 31,30,64,35,36 и 43 во втором канале управления.

Формула изобретения

, Устройство для принудительной коммутации тиристоров преобразователя, 130240бсодержащее источник питания, трех фазный мост коммутирующих тиристорон, к выводам постоянного тока ко-торого присоединены соответстнуюшие выводы двух разрядных и двух возвратных диодов, два согласно-последовательно включенных раздехжтельных диода, три коммутирующие 1.С-цепи, подключенные одними соответствующими выводаМи к выводам переменного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров и другими выводами к соответствующим выводам разделительных диодон, дна зарядных тиристора.„ под" ключенных одними анодом и катодом к соответствующим шинам источника питания и другими катодами и анодом к аноду первого и к катоду второго разделительных диодов, коммутирующий трансформатор, подсоединенный соответствующими выводами своих пер" вичных обмоток к общим точкам соеди. нения зарядных тиристорон и разделительных диодов, соответствующими ныводами вторичных обмоток — к анодам и катодам разрядных и возвратных диодов и к другим выводам первичных обмоток, анодную и катодную группу распределительных тиристоров, подсоединенных анодами к катоду второго разделительного диода, катадами— к аноду первого разделительного диода и другими анодами и катодамик соответствующим зажимам тиристар-. ного преобразователя, дна ограничивающих тиристора, подключенных соответствующими анодом и катодом к общим точкам соединения конденсаторов и реакторон соответствующих LC-цепей, формирователь сигналов управления, подсоединенный выводами к управляющим электродам тиристорон,, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения технико-энергетических показателей путем более эффективного ограничения коммутационных напряжений, оно дополнительно снабжено двумя диодами, подсоединенными соответственно одними катодом и анодом к шинам источника питания и другими анодам и катодом — к выводампастоянногс тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров,, а также четырьмя пог арно-встречно соединенными анодами и катодами дополнительными зарядными тиристорами, общие точки соединения анодов и катодов которых присоединены к положительной и отрицательной шинам источника питания, а другие их аноды и катоды присоединены к соответствующим ныводам LC-цепей, причем другие выводы ограничивающих тиристаров присоединены к соответствующим шинам ис 0 точника питания, 2. Устройстно по и, 1, о т л и— ч а ю щ е е = я тем, чта источник питания выполнен н виде тчристорно: с моста с фильтровым конденсатором на ВыхОде, 1302405

Составитель Г. Мыцык

Редактор В. Данко Техред А.Кравчук Корректор f. Самборская

Заказ 1222/54 Тираж 661 ПОдлисHGc:

ВНИИПИ Государственно-о комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, 11осква„ Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

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