Выпрямительно-инверторный преобразователь

 

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано для питания системы тяговых двигателей электроподвижного состава переменного тока. Цель изобретения - повышение коэффициента мощности преобразователя. Устройство содержит две зоны регулирования напряжения, подсоединенные к двум вторичным обмоткам 13 и 14 трансформатора 1, коммутирующий конденсатор 15, подключенный между двумя зонами определенным образом, и зарядный узел из двух цепочек, включающих каждая последовательно соединенные зарядный реактор 16 (18) и зарядный тиристор 17 (19), подключенный к выводам конденсатора 15. При работе преобразователя в одном из двух режимов, выпрямительном или инверторном, осуществляется принудительная коммутация соответствующих тиристоров двух зон. В результате уменьшается фазовый сдвиг между первой гармоникой сетевого тока и напряжением и соответственно повышается коэффициент мощности преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ Х

РЕСПУБЛИК (я) 4 Н 02 М 7/!55

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ AEHT СССР

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4112023/24-07 (22) 27. 08. 86 (46) 07.07. 89. Бюл. У 25 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного элсктропривода (72) P.Ä.Валеев, А.T.Бурков и В.Б.Зорин (53) 62).314.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 5)5674, кл. Н 02 M 7/155, )980

FORSTER I,Loschbare Fahrzeugstromrichter zur Netsentlastung und—

stutzung — Elek. Bahnen. 1972, 43, У 1, S 15, Bild Зс.

Бем Г., Драйман К., Целльнер Ф.

Магистральный электровоз с трехфазным тяговым приводом на основе преобразователя тока. — Железные дороги мира. 1984, ))- 11, с. 9-17. (54) ВЫПРЯ))ИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и

„„SU„„1492433 А ) может быть использовано для питания си с темы тяговых дви гателей эл ектроподвижного состава переменного тока.

Цел ь и зобр ет ения — по выш ение коэффициента мощности преобразователя. устройство содержит две зоны регулирования напряжения, подсоединенные к двум вторичным обмоткам 13 и 14 трансформатора 1, коммутирующий конденсатор 15, подключенный между дву- мя зонами определенным образом, и зарядный уз ел из двух цепочек, включающих каждая последовательно соединенные зарядный реактор 16 (18) и зарядный тиристор 17 (19), подключенный к выводам конденсатора 15.

При работе преобразователя в одном из двух режимов, выпрямительном или инверторном, осуществляется принудительная коммутация соответствующих тиристоров двух зон. В результате уменьшается фазовый сдвиг между первой гармониксй сетевого тока и напряжением и соответственно повышается коэффициент мощности преобразовате-. ля ° l з.п. флы, 3 ил.

1492433

30

40

50

Изобретениг относится к электр >— технике, а именно к силовой пре бразовательной технике, и может быть испол ьзо вано в системах пит ания как колле кторных, так и бесколлекторных тяговых двигач елей . TeKTpoBc.1Uç переменного тока.

Цель изобретения — повышение коэффициента мощности выпрямительноинверторного преобразователя, На фиг. l приведена принципиальная схема предпагаемого преобразователя; на фиг. " — временные диаграмMbl напряжений и токов, а также состояний тиристоров для выпрямительного рехмма работы; на фиг. 3 — то же, для инверторного режима работы прео бр азо в ат ел я .

Преобраэо ватель (фиг. 1) содержит однофазный трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена через токосьемник 2 к сети переменного тока, две цепочки последовательно соединенных тиристоров 3-6 и 7-10, причем аноды тиристоров 3 и 7 и катоды тиристоров 6 и 10 соединены между собой соответственно и подключены к нагрузке преобразователя, содержащей последовательно соединенные сглаживающии реактор 11 и коллекторный тяговый двигатель 12 с независимым возбуждением (обмотка независимого возбуждения не показана) . Общие точки соединения тнристоров 3, 4 и 7, 8 подсоединены к вцводам одной вторичной обмотки 13 трансформатора, а общие точки соединения тиристоров

5, 6 и 9, 10 подсоединены к другой вторичной обмотке 14 трансформатора, Зыпрямительно-инверторный преоГ>разователь содержит также коммутирующий конденсатор 15, I > здсоединенный к общим точкам соединения тиристоров 4, 5 и 8, 9, зарядный узел, выполненный в виде двух цепочек последовательно соединенных заряд Ioro реактора 16 (18) и зарядного -,IIðèãòîðà 17 (19), подсоединенных гвоими выводами к выводам коммутируюше го конденсатора 15 и к выводам вторичной обмотки 13, и узел 20 управления, соответствующими выводами подсоединенный к тиристорам

3-10, 17 и !9, Узел управления представляет собой известную систему импульсно-фазового управления преобразователями переменного напряжения в постоянное..IpеоГ>ра >Онil тел ь В вь!прнмительном резки ме р а Г с>тает следук>еп1м о бр аз ом.

Пред»шло;ки и, первоначал ьно до момента времени О ток нагрузки 1„3а мь>кался в буферном контуре через провс дя>Ш1е тирис.торы 3-6. Полярность !

1апрыжений на вторичных обмотках 13 и 14 трансформатора в первом полупериоде питающего напряжения показана на фиг. 1 стрелками. В момент времени О включают тиристор 10, в результате че го на интервале 0... t, (фиг. 2) осуществляется естественная коммут ация «ар аст ания тока в тр ан сформаторе, в процессе которой ток нагрузки Х„иэ тиристора 6 переводится в тиристор 10 и вторичную об мотку 14 трансформатора. При этом в кривой напряжения U 1 вторичной обмотки 14 содержится коммутационный провал напряжения, В момент времени окончания процесса естественной коммутации ток 1, первичной обмотки достигает величины тока нагрузки I деленного на коэффициент трансформа— ции К между первичной обмоткой 1 и вторичной обмоткой 14 трансформатора

1 1 = I Iq /К B TQK нагрузки 1 I> замы кается по цепи: вторичная обмотка 14, тиристор 10, нагрузка 11, 12, тиристор 3, тиристор 4, тиристор 5, вторичная обмотка 14.

В момент времени t включают тиристор 7. На интервале времени производится процесс естественной коммутации нарастания тока во вторичной обмотке 13 аналогично описанному. При этом ток i1 в момент времени t3 увеличивается на величину тока нагрузки I „, деленному на коз ффицие нт т р ан сфор мации К между пе рвичной обмоткой и вторичной обмоткой 13 трансформатора, а ток нагрузки I 1, замыкается по цепи: вторичная обмотка 3, тиристор 4, тиристор 5, вторичная обмотка 14, тиристор 10, нагрузка ll 12, тиристор 7, вторичная обмотка 13.

В момент времени t начинается процесс принудительного "гашения" тока трансформатора за счет энергии электрического поля, накопленного в коммутирующем конденсаторе 15.

Первоначально конденсатор 15 не заряжен. В момент времени 0 под действием напряжения U „ вторичной обмотки 13 через коммутирующий конденсатор начинает протекать зарядный

I 4924 33

55 ток по цепи: вторичная Обмотка 13, тиристор 4, конденсатор 15, реактор

18, тиристор 19, вторичная обмотка

13. К моменту времени t4 конденсатор

15 заряжается до напряжения, превышающего амплитуду напряжения что обусловлено наличием зарядного реактора 18. Полярность напряжения

U показана на фиг. 1 беэ скобок.

В момент времени t 4 включают тиристор 8> под действием напря>кения

U конденсатора 15 ток во вторичной обмотке 13 уменьшается и в момент времени t достигает нуля. При этом тиристор 4 запирается, ток нагрузки

I „ замыкается по цепи: вторичная обмотка 14, тиристор 10, нагрузка 11, 12, тиристор 7, тиристор 8, конденсатор 15, тиристор 5, вторичная обмотка 14. В процессе принудительной коммутации напряжение U! конденсато— ра 15 снижается за счет тока разряда, однако на интервале t .. ° t, пока напряжение U, превышает гекущее значение питающего напряжения обмотки

13, к запертому тиристору 4 прикладывается обратное напряжение, способствуя восстановлению нспроводящих свойств тиристора.

На интервале времени С ...t напря>кение U на конденсаторе 15 меняет знак. Полярность напряжения U,показана на фиг. 1 з скобках. В момент зре>1ени напря>кение U начинает превышать текущее значение напряжения Г 1, включается тиристор 9, 1+ 1

Под действием узеличизанядс-.гося нап— ряжения конденсатора 5 ток зо вторичной обмотке 14 умен ыз лет с я, дости гая нулевого значения в момеHT времени

Ток нагрузки з амы кается в буферный контур и протекает по пепи: нагрузка 11, 12, тиристоры 7-10, нагрузка 11, 12.

В сл сдующий полу период пит ающе го напряжения электромагнитные процессы в преобразователе протекают аналогично описанному. Нз интервалах времени - ... - 9 " 1 „... С „осуществляют ся процессы е сте ст венной коммутации нарастания тока во вторичных обмотках 14 и 13 соответственно r утем включения соответствующих тиристоров преобразователя согласно диаграмме управляющих импульсов (фиг, 2) ° На интервалах временH !>.. 1 " !4 ° ° 1 осуществляются процессы принудитель10

50 нс го "гален !я" тока з обмотках 13 и 14 соответственно.

Преобразователь в режиме зависимого инвертирования работает слепую шим образом.

Предположим, первоначально з аря— женный конденсатор 15 имеет напряженис, полярность которого показана на фиг. 1 в скобках, а ток нагрузки замыкается по цепи: нагрузка 11, 12, тиристоры 3-6. В момент времени 0 (фиг. 3) включают тиристор 9, начинается процесс принудительной коммутации нарастания тока зо вторичной обмотке 14. Ток в обмотках 14 нарас-ает под действием разности напряжений конденсатора 15 и обмотки 14 по цепи "+" обкладка конденсатора 15, тиристор 9, обмотка 14, тиристор 5, Обкладка конденсатора 15. В момент времени t 1 тиристор 5 запирается, ток нагрузки протекает по цепи: нагрузка I l, 12, тиристоры 3, 4, конденсатор 15, тиристор 9, обмотка 14, тиристор 6, нагрузка 1 I 12. Под действием тока Т „ нагрузки конденсатор 15 герезаря.кается. Однако на интервале г!к t !! пока напряжение конденса тора 15 превышает напряжение Ь, обмотки 14, к тиристору 5 при кл адывается Обратное напря:кение, под действием которого тиристор 5 восстанавливает свои непроводящие свойства. В момент времени t напряжение U конденсатора превышает текущее напряжение U !> через обмотки 13, включает тирис тор 8, начинается процесс принудительной коммутации, нарастания тока во вторичной обмотке 13 трансформатора. Ток в обмотке 13 нарастает под действием разности напряжений конденсатора 5 и обмотки 13 по цепи: + обкладка конденсатора

15, тиристор 4, обмотка 13, тиристор 8, "-" обкладка конденсатора 15.

В момент времени t тиристор 4 запирается, ток нагрузки замыкается по цепи: нагрузка 11, 12, тиристор 3, обмотка 13, тиристоры 8, 9, обмотка

14, тиристор 6, нагр"зка 11, 12.

Тока обмоток 13 и 14 имеют противоположное направление относительно напряжении U1 и U >4 этих ОбмОтОк ! з что говорит об осуществлении процесса инвертирования, т. е. передачи энергии постоянного тока цепи нагрузки в сеть переменного тока.

1492433 интерн »л »x време » » и Сгг ° ° ° Сгэ производится естествеH ная коммутация гашения тока соответствующих обмоток 1 3 и 14 путем включения тиристорон 7 и 10 соответственно. В следукяций» полупериод питающе ro напряжения процессы проте кают согласно диаграммам (фиг. 3) аналогично описанному. 10

Таким образом, при работе преобразователя н выпрямительном режиме осуществляется принудительная коммутация гашения тока, а в инверторном режиме — принудительная коммута- 15 ция нарастания тока н обеих вторичных обмотках трансформатора, т.е. в обеих зонах регулирования напряжения.

Это позволяет уменьшить практически да нуля фазовый сдвиг между первой 20 гармоникой сетевого тока i, и напряжением U,. В результате повышается коэффициент мощности ныпрямительноинверторного преобразователя.

Кроме того, вследствие поочередности коммутации в двух зонах регулирования напряжения преобразователя первичный ток 1 имеет двухступенча1 тую симметричную форму (фиг. 1 — 3), более приближенную к синусоидальной форме, чем форма первичного тока в известном преобразователе. В результате уменьшаются потери от высших гармонических, что также повышает коэффициент мощности преобразователя.

Выбором величины индуктивности зарядного реактора 16 (18) можно регулировать резонансный эффект в колебательном контуре, образованном за- 40 рядным реактором и коммутирующим конденсатором 15, при приложении к нему переменного напряжения вторичной обмотки 13 трансформатора. В результате конденсатор заряжается до напря- 45 жения наперед заданной величины, превышающей» величину амплитудного напряжения U, что позволяет осуществлять принудительную коммутацию при больших опережающих углам в выпрямительном режиме работы (фиг. 2) и при больших отстающих углах в инверторном режиме работы преобразователя (фиг. 3) . Таким обр азом, сохраняется полный компенсирующий эффект принудительной коммутации при глубоком регулировании напряжения преобразователя и повышается его коэффициент мощности °

Предлагаемый выпрямительно-иннерторный преобразователь имеет по сраннению с известным простую схему, так как не требует дополнител ьных, коммут»»руюцих управ.»яемых элементов— тиристорон. При работе преобразовател я только н выпрямител ьном режиме тиристоры 5 и 9 могут быть заменены на диоды. Указанное обстоятельство я вл яет ся важным, так как к тиристорным плечам 5 и 9 н процессе работы прикладывается в обратном направлении суммарное напряжение конденсатора 15 и обмотки 14, что может потребовать последовательного включения тиристоров в этих плечах. Устанонка диодов, предельный класс по напряжению которых выше, позволяет уменьшить массогабаритные показатели преобразователя.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Выпрямительно-иннерторный преобразователь, содержащий трехобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена к однофазной сети переменного тока, две цепочки попарно встречно-последовательно соединенных тиристоров, общими точками соединения анодов и общими точками соединения катодов подсоединенные к выходным зажимам преобразователя, другими катодами и анодами подсоединенные каждая к выводам соответствующей вторичной обмотки трансформатора, дне цепочки попарно согласно-последовательно соединенных тиристорон, анодами и катодами подсоединенные к соответствующим выводам обеих вторичных обмоток трансформатора, коммутирующий конденсатор, зарядный узел, подсоединенный своим одним выводом к одному выводу коммут»»ру ощеro конденсатора, и узел управления, соответствующими выходными выводами подсоединенный к управляющим электродам соответствующих тиристоров, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности преобразователя, выводы коммутирующего конденсатора подсоединены к общим точкам соединения катодов и анодов двух цепочек попарно согласно-последовательно соединенных тиристорон а другой вывод зарядного узла подсоединен к другому выводу коммутирующе ro конден сатора, 2. Преобразователь по н. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что зарядный узел выполнен в виде источника переменного напряжения и двух цепочекк по следов ател ь««о соединенных з а! 4924.33 ряд««о«о реактора н зарядно«:. ги, «стор.i, подсоединенных своими соответствующим««выводами к соотвЕтствую«««им выводам источника;.еременного напряжения.

Фиг. 2

1492433 (РигЗ

Со ставит ель Т. Добр о вольски с

Редактор Н,Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор М. Максимишинец

Заказ 3890/55 Тираж 646 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101