Непосредственный преобразователь м-фазного напряжения одной частоты в однофазное м-кратной частоты

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью является улучшение качества выходных напряжений и тока путем уменьшения их несинусоидальности. Устройство содержит M пар встречно-параллельно включенных тиристоров 1-2 M, которые совместно с подсоединенными к ним первичными обмотками 9 трансформатора 10 образуют секции, соединенные между собой по схеме M-угольника. Выходная обмотка 11 зашунтирована встречно-параллельно включенными тиристорами 7 и 8, управляемыми по информации о токе и напряжении и входе фильтра 13. В одном из вариантов тиристоры 7 и 8 могут быть включены параллельно дополнительной обмотке 12. Фильтр 13 выполнен в виде последовательной резонансной LC-цепи, настроенной с учетом реактивности нагрузки на M-кратную частоту. 1 з.п. ф-лы. 10 ил.

СО(ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А "( (19) (11) (51) 4 Н 02 M 5/27

ВГЕИЮ.";Иg

Ш(. 1.и11) 3 j„-;„,, -;ÿ„") фЯ

Ь . 1 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4328950/24-07 (22) 17.11.87 (46) 23.11.89. Бюл. й- 43 (71) Производственное энергетическое объединение "Донбассэнерго" (72) Г.В. Шинкаренко и P,Н, Гобрей (53) 621.314.27(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 587574, кл. Н 02 M 5/22, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 549868, кл. Н 02 M 5/16, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Ф 762108, кл. Н 02 M 5/16, 1978, Заявка Франции )(- 2454725, кл. Н 02 M 5/16, 1981. (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ш-ФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОДНОЙ

ЧАСТОТЫ В ОДНОФАЗНОЕ m-КРАТНОЙ ЧАСТОТЫ (57) Иэобретение относится к силовой преобразовательной технике, Целью

2 является улучшение качества выходных напряжений и тока путем уменьшения их несинусоидальности. Устройство содержит m пар встречно-параллельно б включенных тиристоров 1-2m, которые совместно с подсоединенными к ним первичными обмотками 9 трансформатора

10 образуют секции, соединенные между собой по схеме m-угольника, Выходная обмотка 11 зашунтирована встречно-параллельно включенными тиристорами 7 и 8, управляемыми по информации о токе и напряжении и входе фильтра

13 ° В одном из вариантов тиристоры

7 и 8 могут быть включены параллельно дополнительной обмотке 12. Фильтр

13 выполнен в виде последовательной резонансной LC-цепи, настроенной с учетом реактивности нагрузки на шкратную частоту, 1 з,п. ф-лы, 10 ил.

1524145

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано для получения однофаэного напряжения повышенной частоты из многофаэного напряжения сети.

Целью изобретения является улучшение качества выходного тока и напряжения преобразователя путем уменьшения их несинусоидальности, а также повышение устойчивости работы преобразователя.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя с шунтирующими тиристорами, питающегося от многофаэной сети без нулевого провода; на фиг. 2 — структурная схема устройства управления шунтирующими тиристорами преобразователя; на фиг. 3 и 4 временные диаграммы, показывающие форму напряжения U на выходе преобразо1 вателя (на шунтирующих тиристорах) при разных, зависящих от характера нагрузки преобразователя и угла от- 25 пирания его тиристоров о,, фаз овых сдвигах между током и ЭДС фазы (е „ и i ) и естественном закрытии шунти4 рующих тиристоров; на фиг. 5 — временная диаграмма при принудительном закрытии шунтирующих тиристоров в момент прохождения напряжения е через ноль; на фиг. 6 и 7 — временные диаграммы, показывающие работу преобразователя при разных фазовых сдвигах между током и ЭДС е, е> и е« преобразователя и работе только канала тока; на фиг. 8 — то же, при работе как канала тока, так и канала напряжения узла управления шунти- 40 рующими тиристорами преобразователя; на фиг. 9 и 10 — схема замещения и временная диаграмма, иллюстрирующие потерю устойчивости преобразователя при отсутствии временной задержки в 45 узле управления шунтирующими тиристорами соответственно.

Преобразователь (фиг. 1) содержит

m фаз, каждая из которых А, В, С,..., М имеет два встречно-параллельно включенных основных тиристора 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6,...,2m-1 и 2ш, образующих основные ключи переменного тока. Кроме того, в преобразователь входят два встречно-параллельно включенных шун55 тирующих тиристора 7 и 8, образующих дополнительный ключ переменного тока, Каждый из основных ключей переменного тока соединен последовательно с первичной обмоткой 9 выходного трансформатора 10 преобразователя и образует вместе с ней его секцию, Секции преобразователя соединены в m-угольник, вершины которого являются входными выводами преобразователя, предназначенными для подключения к ш-фаэной сети.

Дополнительный ключ переменного тока (тиристоры 7 и 8 ) подключен параллельно,либо вторичной обмотке 11 выходного трансформатора 10, либо параллельно его дополнительной обмотке 12 (показана пунктиром). Это целесообразно, например, в случае, когда напряжение вторичной обмотки 1I выходного трансформатора велико, а в наличии имеются шунтирующие тиристоры, рассчитанные на работу при небольших напряжениях, но больших токах. Дополнительная обмотка 12 при этом рассчитывается на небольшое выходное напряжение, но большой ток.

В данном случае шунтирующие тиристоры связаны со схемой преобразователя электромагнитным путем, Нагрузка преобразователя подключа1 ется параллельно его вторичной обмотке 11 через последовательный реэонансный ЕС-фильтр 13, настроенный с учетом ее реактивного сопротивления на m-кратную частоту, т,е. рабочую частоту преобразователя, Шунтирующими тиристорами 7 и 8 дополнительного ключа переменного тока управляет дополнительный блок 14 управления, входными сигналами которого являются выходные сигналы датчиков мгновенных значений выходного тока и напряжения преобразователя, в качестве последних можно использовать, например, трансформатор 15 тока и трансформатор 16 напряжения соответственно.

Блок 14 управления шунтирующими тиристорами преобразователя (фиг. 2) содержит два нуль-органа 17 и 18, входы которых подключены к выходам вторичных обмоток трансформатора тока

15 и напряжения 16. Выходы нуль-органов 17 и 18 канала тока и напряжения соответственно подключены к входам двухвходового логического элемента ИЛИ 19, выход которого подключен к элементу 20 временной задержки, а его выход соединен с входом выходного формирователя 21 импульсов управления шунтирующими тиристорами, выходы котоПри рассмотрении режимов работы преобразователя принимают следукнцие условные обозначения: еА» е „e A

ЭДС, приложенные к фазам А, В и С преобразователя соотв етс тв енно;

i — токи в фазах А, В и С преобразователя соответственно; напряжение на выходе преобразователя (на шунтирующих тиристорах);

1 „ — ток в шунтирующих тиристорах;

С, н — соответственно напряжение и ток нагрузки преобразователя; 2 н /3+

+nlcoL((n+1)A - угол отпирания основных тиристоров преобразователя и=

0 ° 1,2, . . . ;Uû ê í 11 ы -. импу пряжения, подаваемые на управляющие электроды шунтирующих тиристоров соответственно по каналу напряжения и

5 15241 рого подключены к их управляющим эле— ктродам (фиг. 1). Блок 14 управления выдает импульсы управления шунтирующими тиристорами с задержкой по отношению к моменту спада до нуля тока и напряжения на выходе преобразователя.

Нуль-органы схемы управления работают так, что при спаде до нуля тока и напряжения на выходе преобразователя они формируют на своих выходах короткие импульсы напряжения. В качестве нуль-органа, элемента задержки и выходного формирователя импульсов могут быть использованы типовые аналоговые или цифровые элементы и узлы, применяемые в преобразовательной технике.

Рассмотрим работу предлагаемого преобразователя в различных режимах на примере трехфазного преобраэова- 20 теля.

Для упрощения временных диаграмм работы преобразователей приняты следующие допущения, незначительно влияющие на качественный анализ процессов 25 в них: активное и индуктивное сопротивления сети равны нулю, коммутация тиристоров происходит мгновенно, на выходе преобразователя установлен идеальный резонансный LC-фильтр, настроенный на основную гармонику выходного напряжения преобразователя с учетом реактивного сопротивления нагрузки, время выключения тиристоров и действия элемента 20 задержки равно нулю.

Последнее допущение основано на том, что время действия элемента 20 задержки мало (0,1-0,2 мС) и практически не влияет на характер рабочих процессов в преобразователе.

45 6 тока от блока управления шунтирующими тиристорами.

Анализ работы преобразователя при разных углах отпирания фаэных тиристоров можно свести к рассмотрению двух общих случаев, характеризующихся соотношением между моментами спада до нуля фазного тока и соответствующей ему фаэной ЭДС преобразователя. В первом случае угол отпирания тиристоров секций такой, что фаэный ток спадает до нуля раньше, чем соответствующая ему фаэная ЭДС, во втором это происходит позже спада до нуля фазной ЭДС °

В первом случае временные диаграммы, показывающие кривые еА, д и U приведены на фиг. 3, полные р временные диаграммы преобразователя в рассматриваемом режиме приведены на фиг. 6. Как видно из них, ток нагрузки i собирается иэ участков, на которых поочередно работают фаэные и шунтирующие тиристоры, номера которых (фиг. 1) приведены на диаграмме внутри заштрихованных площадок.

Рассмотрим этот процесс, начиная, например, с момента времени t< когда под действием управляющего импульса от системы управления основными тиристорами, включается тиристор 6 в фазе С преобразователя, В момент времени t этот тиристор при прохождении тока в фазе С через ноль выключается естественным путем. Одновременно под действием управляющих импульсов U „„ и U „(импульсы, формируемые каналами тока и напряжения в этом случае появляются в один и тот же момент времени), вклочается шунтирующий тиристор 7, через который до момента t > протекает ток, обусловленный энергией, запасенной в реактивных элементах фильтра 13 и нагрузки преобразователя. В момент времени t > пед действием управляющего импульса от системы управляемых основными тиристорами включается тиристор 3 в фазе В преобразователя, который в процессе коммутации выключаетФшунтирующий тиристор

7 ° В момент времени t тиристор 3 выключается естественным путем и под действием узла управления шуитирующими тиристорами включается тиристор

8, Дальше процесс циклически повторяется с участием тиристоров других секций.

1524145

Как видно из диаграммы тока нагруз ки (фиг. 6), он непрерывен и при добротном ЕС-фильтре 13 близок к синусоидальному.

Рассмотрим работу преобразователя во втором случае, т,е. когда фазный ток спадает до нуля позже соответствующей фазной ЭДС.

Рассматривают сначала такой режим

10 работы преобразователя, когда в его блоке управления шунтирующими тиристорами работает только канал тока, а на выходе канала напряжения импульсы управления основными тиристорами сек15 ции отсутствуют (например, при неисправности в канале напряжения или преднамеренном его отключении) . Как видно из диаграмм этого режима (фиг.4 и 7), существуют области разных полярностей напряжения Uö в интервале повторяемости структуры схемы преобразователя. Сопоставление диаграммы на фиг. 7 с диаграммами работы преобразователя в рассмотренном ранее пер- 25 вом случае (фиг. 6) показывает,.что порядок работы тиристоров здесь такой же, основные тиристоры выключаются естественным путем и преобразователь сохраняет работоспособность.

Однако использовать этот режим не всегда целесообразно иэ-за снижения амплитуды напряжения утроенной частоты на нагрузке и уменьшения зоны устойчивой работы преобразователя по углу управления тиристорами секций.

Рассмотрим теперь применительно к второму случаю такой режим работы преобразователя, когда в его блоке

40 управления шунтирующими тиристорами работает как канал тока, так и канал напряжения (фиг. 5 и 8).

В момент времени t (фиг. 8) импульсом от системы управления основны45 ми тиристорами включается тиристор

6, который работает до момента t, В момент времени t< импульсом щ„„ от канала напряжения блока управления шунтирующими тиристорами включается тиристор 8, выключая в процессе коммутации основнбй тиристор 6, В момент времени t тиристор 8 выключается естественным путем и импульсом U „от канала тока блока управления шунтирующими тирис торами включается тиристор 7, который в момент времени t выключается в процессе коммутации при включении секционного тиристора 3 системой управления секционными тиристорами. В процессе следующей коммутации в момент времени при включении шунтируюцего тиристора 7 импульсом напряжения U ы„„ основной (секционный) тиристор 3 выключается, Тиристор 7 выключается естественным путем в момент времени

В этот же момент импульсом U щ„ включается шунтирующий тиристор 8. Дальше процесс циклически повторяется с участием других основных тиристоров.

Таким образом, и во втором рассматриваемом случае преобразователь работоспособен и выдает в нагрузку ток, близкий к синусоидальному.

Отсутствие временной задержки импульсов Пы д и Б щ „ в блоке 14 управления шунтирующими тиристорами может привести к короткому замыканию в преобразователе, Это можно показать, рассматривая его работу, например, в момент времени t (фиг. 6). Схема замещения преобразователя для этого момента приведена на фиг. 9, а временная диаграмма, показывающая возникновение тока короткого замыкания на фиг ° 10. Иэ схемы фиг ° 9 видно, что при одновременно открытых основном 2 и шунтирующем 7 тиристорах в схеме преобразователя возникает контур короткого замыкания в фазе А преобразователя, Такая ситуация может. быть при применении основных (секционных) тиристоров с большим временем выключения и при преждевременной (до спада к нулю фазного тока преобразователя) подаче управляющего импульса на управляющий электрод шунтирующего тиристора 7, Действительно, при снижении тока до уровня уставки нуль-органа канала тока управлейия шунтирующими тиристорами, на его выходе появляется импульс напряжения

Этот импульс появляется несколько раньше момента спада тока i до нулевого значения и, если его подать без задержки на управляющий электрод шунтирующего тиристора 7, то при включенном секционном тиристоре 2 в схеме преобразователя появляется контур короткого замыкания с током

При наличии элемента временной задержки короткое замыкание не возникает, если время задержки больше времени выключения секционного тиристора t,K< на время опережения срабатывания нуль-органа t относино

I 524145 тельно момента спада до нуля фаэногo

i-ô T .e. когда " цд " ры„„+t яо °

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет улучшить качество выходных пара5 метров непосредственного преобраэователя ш-фаэного напряжения в однофазном m-кратной частоты и повысить устойчивость его работы в широком диапазоне нагрузок.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

1. Непосредственный преобразователь m-фазного напряжения одной частоты в однофаэиое m-кратной частоты, содержащий ш секций, каждая иэ которых выполнена в виде последовательно включенных основного ключа переменного тока из встречно-параллельно соединенных тиристоров и первичной фазной обмотки m-фаэного выходного трансформатора, причем секции соединены в замкнутый ш-угольник, верши- 2 ны которого образуют входные выводы для подключения их к ш-фазной сети, а выходные выводы образованы выходным фильтром, подключенным к вторичной обмотке упомянутого трансформатора, а также синхронизированную с сетью систему импульсно-фазового управления, выполненную обеспечивающей формирование и циклическую подачу на ключи секций управляющих импульсов в диапазоне углов отпирания 2 /3+

+и и (Ы< (и+1) н, где n=O, 1, 2,... при отсчете от начала положительной лолуволны линейного напряжения сети, приложенного к ганной секции, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества выходного тока и напряжения путем уменьшения их иесинусоидальности, а также повышения устойчивости работы преобразователя, он снабжен дополнительным ключом переменного тока в виде двух встречно-параллельно включенных шунтирующих тиристоров, подключенных либо параллельно вторичной обмотке выходного трансформатора преобразователя, либо параллельно дополнительной обмотке этого же трансформатора, и блоком управления этим ключом, обеспечивающим формирование и подачу на него управляющих импульсов с задержкой по отношению к моментам спада до нуля выходного тока, по длительности большей времени выключения тиристоров основных ключей переменного тока, а фильтр выполнен в виде последовательной резонансной ЬС-цепи, настроенной с учетом реактивного сопротивления нагрузки на m-кратную частоту.

2, Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок управления дополнительным ключом переменного тока выполнен в виде датчиков мгновенных значений выходного тока и напряжения преобразователя, выходы которых через нуль-органы подключены к входам двухвходового логического элемента ИЛИ, причем выход последнего через элемент временной задержки и выходной формирователь импульсов управления присоединен к выходным выводам упомянутого блока.

1524145

1араЬение щунячрующиии тиристорани

)524145 фиа 7

1524145! 524145

Составитель Г. Иыцык

Редактор М. Бланар Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Патай

Заказ /053/55 Тирам 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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