Система электропитания технологических установок

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для использования в качестве источника однополярных силовых импульсов тока с дозированной энергией. Цель изобретения - увеличение выходной мощности путем обеспечения одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменения нагрузки, вплоть до короткого замыкания, и повышение надежности. Система питания включает многоконтурный тиристорно-кондеисатор}гый преобразователь , в KOTOpbrfi между выходами его контуров и нагрузкой вютючено индуктивно-диодное устройство, включающее п-обмоточный дроссель 41 с обмотками 40,44,47 и диодами 48-53. Индуктивно-диодное устройство обеспечивает устойчивую работу контуров преобразователя. Уменьшение жесткости выходной характеристики для уменьшения амплитудного значения тока в импульсе достигается последовательным соединением источников питания системы, один из которых не имеет накопительного конденсатора. За счет использования резисторов 19-21 и обеспечения управления бесконтактным выключателем от величины падения напряжения на резисторах 19-21 достигается защита тиристоров систе -{ы питания . 1 3.п. ф-лы, 3 ил. а €

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д11 4 Н 02 M 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ДBTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4125269/24-07 (22) 29.07.86 (46) 15.12.88. Бюл. II - 46 (72) Е.С.Белов и Л.Л.Смирнов (53) 621,314.5(088.8) (56) Булатов О.Г. и др. Тиристорноконденсаторные преобразователи. Энергоиздат, 1982, с. 6, рис. 1 — Iа. (54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ТЕХНОЛО—

ГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК (57) Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для использования в качестве источника однополярных силовых импульсов тока с дозированной энергией °

Цель изобретения — увеличение выходной мощности путем обеспечения одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменения нагрузки, вплоть до короткого замыкания, и повышение надежности.

Система питания включает многоконтурный тиристорно-конденсаторный п1:еобраэователь, в который между выходами

его контуров и нагрузкой включено индуктивно-диодное устройство, включающее и-обмоточный дроссель 41 с обмотками 40,44,47 и диодами 48-53.

Индуктивно-диодное устройство обеспечивает устойчивую работу контуров преобразователя, Уменьшение жесткости выходной характеристики для уменьшения амплитудного значения тока в импульсе достигается последовательным соединением источников питания системы, один из которых не имеет накопительного конденсатора. За счет использования резисторов 19-21 и обеспечения управления бесконтактным выключателем от величины падения напряжения на резисторах 19-21 достигается защита тиристоров системы питания 1 эапф ф лыр 3 ила

1444926

Изобретение относится к области преобразователей электротехники и предназначено для использования в качестве источника однополяр|ых силовых с дозированной энергией импульсов тока, Цель изобретения — увеличение выходной мощности путем обеспечения одновременной параллельной работы пре- 10 образователей в широком диапазоне изменения нагрузок, вплоть до короткого замыкания, и повышение надежности.

На фиг.1 представлена электричес- f5 кая схема системы электропитания технологических установок; на фиг.2 и 3— диаграммы напряжений.

Система состоит из блока питания и тиристорно-конденсаторных преобра- 20 зовательных контуров с индуктивнодиодным согласующим устройством.

Выводы А, В, С для подключения трехфазногЬ питающего напряжения се- 25 ти через бесконтактный тиристорнодиодный выключатель 1 — б соединены с первичными обмотками трехфазного силового трансформатора 7 и через блок 8 фильтров с первичными обмот-. ками трехфазного силового трансформатора. 9. Вторичные обмотки транфор." матора 7 подключены на вход шестифазного тиристорного выпрямителя 10. К выходу выпрямителя 10 подключен фильтрующе-накопительный конденсатор 11. К отрицательному выводу выпрямителя 10 подключен нагрузочный балластный резистор 12 ° Отрицательные обкладки накопительных конденсаторов 13 — 15 через разделительные тиристоры 16 — 18 и последовательно соединенные с ними токоограничивающие балластные резисторы 19 — 21 подключены к отрицательной обкладке конденсатора 11 и минусовому выводу тиристорного выпрямителя 10. Вторичные обмотки трансформатора 9 подсоединяются к входу шестифаэного диодного выпрямителя 22. Положительный вывод тиристорного выпрямителя 10 соединен с отрицательным выводом диодного выпрямителя 22 и положительными обкладками накопительных конденсаторов 13 — 15. Положительный выход выпрямителя 22 подключен к другому выводу нагрузочного оалластного резистора 12; Тиристорно-конденсаторные преобразовательные контуры состоят из четырех последовательно-параллельно соединенных тиристоров 2326, 27-30, 31-34 и представляют собой три выпрямительных однофазных моста для переменного тока. К входам тиристорных мостов к местам последовательно соединенных тиристоров

23 и 26, 27 с 30, 31 с 34 с одной стороны и тиристоров 25 с 24, 29 с

28, 33 с 32 с другой стороны подключены коммутационные конденсаторы

35 — 37.

Катоды тиристоров 23 и 25 подключены к отрицательной обкладке накопительного конденсатора 13. Катоды тиристоров 27 и 29 подключены к отрицательной обкладке накопительно.-o конденсатора 14. Катоды тиристоров

ЗЗ и 31 подключены к отрицательной обкладке накопительного конденсатора 15.

Выходы тиристорно-конденсаторных преобразовательных контуров, т.е. аноды тиристоров 26 и 24, подключены к аноду обратного диода 38, загрузочному резистору 39 и началу обмотки 40 индуктивности с дросселя 41; анодами тиристоров 30 и 28 подключены к обратному диоду 42, нагрузочно. " резистору 43 и началу обмотки 44 индуктивности 41. Аноды тиристоров

32 и 34 подключены к обратному диоду

45, нагруэочному резистору 46 и началу обмотки 47 индуктивности 41. Конец обмотки 40 индуктивности 4! соединен с анодом диода 48 и катодом разделительного диода 49, Конец обмотки 44 индуктивности 41 соединен с анодом диода 50 и катодом разделительного диода 51. Конец обмотки 47 индуктивности 41 соединен с анодом диода 52 и катодом разделительного диода 53. Аноды разделительных диодов 49,51 и 53 соединены вместе и являются отрицательным выводом ;системы электропитания, подключенного к нагрузке 54, Катоды диодов 48,50 и

52, другой вывод нагрузочных резисторов 39,43 и 46 и положительный вывод напряжения диодного выпрямителя 22 соединены вместе. Данное соединение является положительным выводом системы электропитания и подключается к нагрузке 54.

Система электропитания работает следующим образом.

4926

4 в преобразовательные контуры можно составить без подбора по- времени включения.

Индуктивно-диодное согласующее устройство работает следу аяпм обраэомф

144

Принцип работы системы электропитания основан на одновременном переэаряде коммутационных конденсаторов 35 — 37 диагонально расположенными тиристорами 23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,34,33 преобразовательных контуров через нагрузку 54, на которой выделяются силовые импульсы.

Частота следования (появления) силовых импульсов на нагрузке 54 в два раза выше частоты открытия диагонально Расположенных тиристоров в преобразовательных контурах.

Энергия W, выделяемая на нагрузке

54 силовыми единичными импульсами, Равна W = 2(Б, +Е я) Сэр 9б 37 H не зависит от параметров нагрузки, где U — напряжение на накопительных конденсаторах 13 — 15, питаемых от тиристорного выпрямителя 10; Е и

ЭДС на выходе диодного выпрямителя

22; Z С вЂ” сумма емкостей наэ, >ь,м копительных конденсаторов 35 — 37.

Форма силового импульса на нагрузке 54 имеет крутой передний фронт с амплитудой, равной удвоенному напряжению источника питания 2 U„»=

= 2(U + Е я ), и убывает по времени по экспонате до нуля.

Длительность силового импульса

„ зависит от величины сопротивления йагрузки 54, т.е. от времени перезарядки коммутационных конденсаторов -35 — 37.

Источником питания преобразовательных контуров являются подзаряжаемые от блока питания накопительные конденсаторы 13 — 15 и последовательно соединенный с ними шестифазный диодный выпрямитель 22, питаемый от вторичных обмоток трансформатора 9.

Напряжение на накопительных конденсаторах 13 — 15 вьппе в 2-4 раза выходного напряжения выпрямителя 22.

При поочередной подаче импульсов управления с блока 55 управления на диагонально расположенные тиристоры

23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,33, 34 преобразовательных мостов обкладки коммутационных конденсаторов 35—

37 поочередно подключаются ими к накопительным конденсаторам 13 — 15 или нагрузке 54 через обмотки 40,44, 47, намотанные на замкнутом (тороидальном) магнитопроводе из феррита индуктивности 41, и разделительные силовые диоды 49,51 и 53. Тиристоры

С блока 55 управления на диагонально расположенные тиристоры 23,24, 27,28,31 и 32 в преобразовательных. контурах подаются одновременно импульсы управления. Например, тиристоры 23 и 24 с меньшим временем включения открываются первыми в момент времени t< . Через резистор 39 (необходимый для работы преобразователя на

"холостом ходу"), обмотку 40 индук-, тивности 41, разделительный авиловой. диод 49 и нагрузку 54 начинает протекать разрядный ток заряженного коммутационного конденсатора 35. На резисторе 39 и нагрузке 54 появляется крутой передний фронт силового импульса.

Импульс тока, проходящий через обмотку 40 индуктивности 41, наводит

ЭДС на обмотках 44 и 47, пропорциональную величине амплитудного значения тока через обмотку 40, Отрицательный потенциал наводимой ЭДС равен f (I>) на началах обмоток 44 и

47. На резисторах 43 и 46 с обмоток

44 и 47 через диоды 50 и 52 в тот же момент времени t< появляется импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной величине амплитуды тока через обмотку 40, но меньше амплитуды напряжения на резисторе 39. Импульсы напряжения с крутым передним фронтом на резисторах 43 и 46 уменьшают pasность потенциалов между анодами и катодами тиристоров этих контуров. Тиристоры "подзапираются". Это значительно уменьшает вероятность открытия тиристоров в мостах, на которые не поданы импульсы управления и срыва работы преобразовательных контуров от быстро менякицихся потенциалов, на них, а особенно при максимальных значениях тока в нагрузке 54. В момент времени t2 с задержкой ь 3aA открываются тиристоры 27,28,31 и 32 с большим временем включения относительно тиристоров 23 и 24 и через резисторы 43 и 46 начинает протекать разрядный ток коммутационных конденсаторов 36 и 37, хотя и на резисторах 43 и 46 еще присутствует индуктивный импульс от обмотки 40, но он

1444926 не уменьшает до нуля разность потенциалов между анодами и катодами открывающихся тиристоров: (À) 20п,1т

rpe I< — амплитудное значение тока °

Амплитуда напряжения силового импульса также не влияет на открытие этих тиристоров из-за наличия разде- 10 лительных диодов 51 и 53. C момента открытия тиристоров 27,28,31 и 32 и начала протекания через них и резисторы 43 и 46 тока основной разрядный ток конденсаторов 36 и 37 идет через >5 обмотки 44 и 47 индуктивности 4 1, разделительные диоды 51 и 53 и нагрузку 54. На нагрузке 54 суммируются разрядные токи коммутирующих конденсаторов 35 — 37. Обратные диоды 38, 20

42 и 45 служат для ограничения напряжений на элементах схемы, подавления положительных выбросов на выходе преобразовательных контуров из-за наличия индуктивной составляющей коммута- >5 ционных конденсаторов и уменьшения потерь в преобразователе.

Импульсы тока, проходящие через обмотки 44 H 4/, наводят на обмотке

40 индуктивности 41 кратковременную -0 противоЭДС протекаюшему через нее разрядному току конденсатора 35 °

На это малое время уменьшается ток, протекающий через обмотку 4О индуктивности 41. Введение индук".ивно-диодного согласующего устройства в многократный преобразователь обеспечивает самостабилизацию одновременно работающих на общую нагрузку 54 преобразовательных тиристорно-конден- 40 саторных контуров.

По мере разряда коммутационных конденсаторов 35 — 37 напряжение на них и разрядный ток уменьшаются до нуля в момент вре- 45 мени 1:> (фиг.2) и времени t7 (фиг.3).

Но ток в цени не прекращается, так как эти разряженные конденсаторы 35—

37 автоматически оказываются подклю.ченными к источнику питания и через 50 нагрузку 54 заряжаются по экспоненте до величинь. напряжения источника питания U д, но другой полярности.

Б момент времени t< (фиг. 2) и вре- 55 мени t> (фиг,3) зарядный ток конденса- . торов становится меньше тока удержания тиристоров 23,24,27,28,31 и 32 и открытом состоянии. Тиристоры эакрываются. Силовой импульс на нагрузке

54 сформирован.

Основная опасность срыва работы преобразовательных контуров системы питания появляется при малом сопротивлении нагрузки, т.е. при больших и максимальных амплитудных значениях величины тока в импульсе. Для ограничения амплитудного значения тока и уменьшения вероятности срыва работы одного иэ преобразовательных контуров источник питания представляет собой последовательное соединение двух источников напряжения, один из которых со стороны нагрузки не имеет

Фильтрующе-накопительного конденсатора — это силовой трансформатор 9 и шестифазный диодк";й выпрямитель 22.—

Введение бесконденсаторного источника напряжения в блок пит:::ния системы увеличивает вну"..Реннее сопротивление системы питания и имеет активноинцуктивный характер за с-.ет вторичных обмоток трансформатора 9.

На стабильность работы системы электропитания для получения мощных силовь;х импульсов в процессе перезаряда коммутационных конденсаторов, особенно на режимах предкороткого

"-.àìûõàíèÿ и короткого в нагрузке 54, и ограничения амплитудного значения тока влияет наличие в цепи полного (активно-индуктивногG) внутреннего сопротивления источника питания без фильтрующе-накопительного конденсатора. Емкостно-индуктивный фильтр 8 включен в первичную обмотку трансформатора 9 для исключения проникновения в трехфазную питающую сеть коротких импульсов, возникающих во вторичной обмотке трансформатора 9 при работе преобразователя, С нагрузки 54 (выходы д,е) импульсное напряжение подается в блок 55 управления тиристорами преобразовательных контуров.

Это напряжение является обратной связью для.задержки генератора импульсов управления тиристорами преобразовательных контуров. Задающий генератор выдает очередной импульс управления на диагонально-расположенные тиристоры в мостах только после полного переэаряда коммутационных конденсаторов от предыдущего импульса управления..

Обратная связь влияет на работу задающего генератора, частоту следо1444926

10 l5 валия управляющих импульсов только при работе преобразователя на ".холостом ходу" или небольшой величине сопротивления нагрузки 54 (при подходе электрода к обрабатываемой детали) постоянной составляющей на нагрузке 54.

Работа блока литания для данной системы состоит в следующем.

Трехфазное напряжение питания через бесконтактный тиристорно-диодный выключатель 1 — о подается на первичные обмотки трехфазного трансформатора 7 и через индуктивно-емкостный фильтр 8 на первичные обмотки трансформатора 9 ° Напряжение с вторичных обмоток трансформатора 7 подается на тиристорный управляемый шестифаэный выпрямитель 10, к выходу которого подключен фильтрующе-накопительный конденсатор 11. Напряжение с вторичной обмотки трансформатора 9 подается на шестифазный диодный выпрямитель 22. Выпрямители 10 и 22 соедине-25 ны последовательно, их общая точка соединена с положительной обкладкой накопительных конденсаторов 13 -15.

Балластный резистор 12 необходим для случае срыва работы контуров преобра- 45

55 разряда конденсатора 11, при установ- 30 лении необходимого выходного напряжения блока питания преобразователя.

В блок 56 управления тиристорным выпрямителем введена обратная связь (точка а и Э ) для стабилизации выходного напряжения блока питания. Через балластные резисторы 19 — 21 и тиристоры 16 — 18 развязывающие по питанию контура производится подзарядка накопительных конденсаторов от 40 фильтрующе-накопительного конденсатора 11 и тиристорного выпрямителя 10.

Работа устройства защиты тиристоров в контурах от пробоя по току в зователя состоит в следующем.

Балластные резисторы 19 — 21 ограничивают ток короткого замыкания в случае срыва работы в одном из контуров преобразователя, например, одновременное открытие последовательно соединенных тиристоров в мосте, например 23 и 26, и подключения напряжения блока питания в нагрузку (межэлектродный промежуток).

В этом случае на резисторе 19 резко увеличивается падение напряжения — выводы а и о и в блоке 57— управления защиты тиристоров преобразователя, срабатывает пороговое устройство, отключающее питание первичных обмоток трансформатора 7 и 9 от питающей сети бесконтактным тиристорно-диодным выключателем 1 — 6.

Управление энергией в импульсе на нагрузке 54 в зависимости от обрабатываемой площади и технологических требований на качество обработки производится плавно — изменением выходного напряжения системы питания или количеством одновременно работающих ее контуров, т.е. величиной емкости коммутационных конденсаторов. Включение и отключение контуров в работу производится тиристорами 16 — 18 от блока 56 управления.

Формула изобретения

1. Система электропитания технологических установок, содержащая и тиристорных преобразователей, трансформатор, первичная обмотка которого через бесконтактный выключатель соединена с выводами для подключения трехфазной сети, а его вторичная обмотка подключена к входу выпрямителя, к выходу которого через токоразделительные тиристоры подключены емкостный фильтр и входная цепь каждого иэ п тиристорных преобразователей, а также выходные выводы для подключения цепи нагрузки, первый из которых соединен с анодным выходом выпрямителя, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выходной мощности путем обеспечения одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменения нагрузки, вплоть до короткого замыкания, и повышения надежности, введены дополнительный выпрямитель, выходами подключенный между указанными фильтром и первым выходным выводом, дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого пофазно соединена с первичной обмоткой основного трансформатора, а.его вторичная обмотка подключена к входу дополнительного выпрямителя, а также и-обмоточный дроссель, каждая из обмоток которого одним выводом соединена с выходом соответствующего преобразователя, а другим— к общей точке двух дополнительно введенных и последовательно соединенных диодов, подключенных параллельно выходным выводам, причем к второму вы1444926

Составитель Ю.Спивак

Техред Л.Сердюкова Корректор Л,Латай

Редактор Е.Копча

Заказ 6514/56 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, ектная 4 ходному выводу диод подключен в проводящем для тока нагрузки направлении °

2 ° Система, по п.1, о т л и ч а ю- 5 щ а я с я тем, что дополнительно введены и цепочек, каждая иэ которых включена параллельно одной из обмоток дросселя и состоит из последовательно включенных второго дополнительного диода и резистора.