Тиристорный преобразователь с принудительной коммутацией

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в электроподвижном составе переменного тока. Целью изобретения является снижение установленной мощности оборудования за счет более эффективного использования конденсаторов. Устройство содержит трехобмоточный трансформатор 1, к вторичным обмоткам 7 и 8 которого подключены основные тиристоры 3-6, 9-12 и 19-22, обеспечивающие возможность двухзонного регулирования выпрямленного напряжения. Конденсаторы 13 и 14 обеспечивают коммутацию основных тиристоров, а зарядные тиристоры 15-18 - заряд этих конденсаторов. Благодаря соответствующему включению зарядных тиристоров и соответствующему алгоритму их работы требуемая емкость конденсаторов уменьшается в 4 раза. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТЙУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4169272/24-07 (22) 25,12.86 (46) 23.06.90. Бюл. ¹ 23 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) P,Ö,Âàëååâ (53) 621.314.57(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 179832, кл. Н 02 M 7/12, 1967.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1492433, 27,08.86 ° (54) ТИРИСТОРНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ КОММУТАЦИЕЙ (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в электроподвижном

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах питания как коллекторных, так и бесколлектор-. ных тяговых двигателей электродвигательного состава переменного тока.

Целью изобретения является снижение установленной мощности оборудования за счет более эффективного использования коммутирующих конденсаторов.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — диаграммы напряжений и токов и диаграммы проводимости тнристоров; на фиг.3— схема блока управления; на фиг.4 (g1)g H 02 M 7/155, В 60 L 9/12

2 составе переменного тока. Целью изобретения является снижение установленной мощности оборудования за счет более эффективного использования конденсаторов. Устройство содержит трехобмоточный трансформатор 1, к вторичным обмоткам 7 и 8 которого подключены основные тиристоры 3... 6, 9...12 и 19...22, обеспечивающие воэможность двухзонного регулирования выпрямленного напряжения„ Конденсаторы 13 и 14 обеспечивают коммутацию основных тиристоров, а зарядные тиристоры 15...18 — заряд этих конденсаторов. Благодаря соответствующему включению зарядных тиристоров и соответствующему алгоритму их работы требуемая емкость конденсаторов уменыпается в 4 раза„4 ил. временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь (фиг,1) содержит тяговый трехобмоточный трансформатор 1, первичная обмотка которого через токосъемник 2 подключена к контактной сети переменного тока, две параллельно включенные цепочки попарно согласно последовательно соединенйых основных тиристоров 3, 4 и

5, 6, катодами и анодами подсоединенные соответственно к концу 7 и началу 8 вторичной обмотки трансформатора 1, две параллельно включенные цепочки попарно согласно последовательно соединенных основных тиристо1573514 ров 9, 10 и 11, 12, катодами и анодами подсоединенные соответственно к началу 7 и концу 8 обмотки, коммутирующие конденсаторы 13 и 14, подсоединенные каждый между общими точками соединения тиристоров двух цеплчек 3, 4 и 9, 10 и соответственно

5, 6 и 11, 12, зарядные тиристоры

15. ° .18, шунтирующие в обратном на,.правлении основные тиристоры 4, 10, j5 11 соответственно, две цепочки попарно встречно последовательно соединенных основных тиристоров 19, 20 и 21, 22, подсоединенных анодами и катодами соответственно к выводам обмоток 7 и 8, а общими точками сое,динения катодов и общими точками сое-! динения анодов подключенные к нагруз-! ке 23, состоящей из цепочки последо- 2р вательно соединенных сглаживающего .реактора 24 и тягового двигателя 25 постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения (не показана) °

Блок 26 обеспечивает управление пре- 25 образователем.

Согласно диаграмм на фиг.2 тиристоры 3...6, 9.. ° 12 и 15...18 имеют фиксированные относительно начала положительного и отрицательного полупе- 3р риода питающего напряжения интервалы проводимости, тиристоры 19...21 регулируемые по фазе интервалы проводимости, причем на диаграммах фиг.2 показан случай, когда фазовое положение этих интервалов соответствует максимальному выходному напряжению преобразователя. !

Блок 26 управления (фиг. 3) со- 40 держит синхронизатор 27, на вход которого поступает синхронизирующее напряжение U, пропорциональное напряжению питания, и выход которого подсоединен к первому входу фазосме- 45 щающего устройства (ФСУ) 28, а также к входу формирователя 29 импульсов по заднему фронту и входу формирователя 30 импульсов по переднему фронту, длительность которых равна половине полупериода питающего напряжения, На второй вход ФСУ 28 подается сигнал задания U z> фазы (угла) регулирования, которая определяет величину выходного напряжения

55 преобразователя ° Выходы ФСУ 28 через усилители мощности и гальваническую развязку (не показаны) подсоединены к управляющим электродам основных тиристоров 3...6, 9...12 и 19...22.

Выходы формирователей 29 и 30 также через усилители мощности с гальванической развязкой подсоединены к управляющим электродам зарядных ти-. ристоров 15, 17 и 16, 18 соответственно, Блок 26 управления представляет собой широкоизвестную систему импульсно-фазовоro управления выпрямителями.

Преобразователь работает следующим образом.

Синхронизатор 27 формирует последовательность импульсов Uzz с частотой сети, единичное состояние которых соответствует положительному полупериоду питающего напряжения

U „ ФСУ 28 формирует фиксированные и регулируемые по фазе относительно переднего и заднего фронтов импульсов U импульсы управления основными тиристорами 3...6, 9...12 и

19...22 соответственно. Формирователь

29 формирует импульсы управления зарядными тиристорами 15 и 17 по заднему фронту импульсов Ь, а формирователь 30 — импульсы управления

U зарядными тиристорами 16 и 18 по переднему фронту импульсов U „, причем длительность указанных импульсов равна не менее половины длительности полупериода.питающего напряжения, Если первоначально проводят тиристоры 3, 4, 5, 6, 20 и 21, ток I<> нагрузки 23 замыкался в буферном контуре по цепи: 23, 21, 4, 3 (6, 5), 20, 23. Причем в каждой из двух параллельных цепочек тиристоров 3, 4 и

5, 6 протекает ток, равный полному току нагрузки Т, деленному на два, В момент времени 0 по сигналу ФСУ 28 включаются тиристоры 19 и 22, в результате ток I переводится из бу- ферного контура в цепь обмоток 7 и

8 трансформатора 1 и протекает по цепи: 23, 22, 8, 4, 3 (6, 5) 7, 19 и 23, В момент времени 0 включаются также зарядные тиристоры 16 и 18 (U ), которые остаются включенными до момента времени t перехода мгновенных значений напряжений Ь,Us обмоток 7 и 8 через амплитудное значение. При этом конденсаторы 13 и

14 заряжаются от обмоток 7 и 8, полярность напряжения на которых показана на фиг.1 с.трелкой; по цепям:

7, 18, 14, 5, 7 и 8, 4, 13, 16 и 8.

В момент времени t по сигналу

ФСУ 28 включаются тиристоры 10 и 11 °

Под действием напряжений U, U на конденсаторах. 13, 14 (полярность на5 пряжений указана на фиг.1) через них начинает протекать нарастающий ток по цепям: +13,4,8, 10,-13, и

+14, 11, 7, 5, -14, При достижении то— ков конденсаторов величины 0,5 в момент времени t тиристоры 4 и 5 запираются, а ток обмоток 1. 7 и

"гасится до половины первоначальной величины тока I > Ток нагрузки . 23, разделяясь на две части, протекает по двум параллельным цепям:

23,22,8,6,14,11,19,23 и 23,22,10,13, 3,7,19,23.

Протекающий через конденсаторы

13 и 14 ток нагрузки 0,5 I пере- 20 заряжает конденсаторы на противоположную полярность (полярность напряжений на конденсаторах становится противоположна указанной на фиг,1).

В момент времени превышения напря- 25 жений.U > и b< мгновенных значений напряжений U7 и U8 включаются тиристоры 9 и 12. Обмотки 7 и 8 оказываются подключенными параллельно конденсаторам 13 и 14 по цепям: 7, 9, 13, 3, 7 и 8, 6, 14, 12, 8, Под действием увеличивающегося напряжения на конденсаторах 13 и 14 ток в обмотках 7 и 8 "гасится" к моменту ремени t5 до нуля,Тиристоры 3 и 6 35 выключаются, ток нагрузки вновь замыкается в буферный контур и протекает по цепи: 23, 22, 10, 9 (12, 11), 19 и 23.

В следующем полупериоде переменного напряжения процессы протекают аналогично описанному, Доэаряд конденсаторов 13 и 14 осуществляется на интервале времени tq — t7 при вклю- 45 чении тиристоров 15 и 17, на которые поданы импульсы. управления Ь з. Процесс принудительной коммутации начинается в момент времени t при включе8 нии тиристоров 4 и 5.

Таким образом, из приведенного описания работы устройства видно, что в каждом полупериоде переменного напряжения питания преобразователя коммутирующие конденсаторы заряжены до исходной величины напряжения, противоположной относительно друг друга полярности, в результате чего каждый коммутирующий конденсатор коммутирует

14 6 в соответствующей вторичH()A обмотке трансформатора ток, равный половине полного тока нагрузки. Снижение расчетного коммутируемого тока в два раза позволяет уменьшить требуемую величину емкости каждого коммутирующего конденсатора в четыре раза. В результате этого суммарная емкость и суммарная установленная мощность двух коммутирующих конденсаторов предлагаемого устройства снижается по сравнению с известным устройством в два раза.

Формула изобретения

Тиристорный преобразователь с принудительной коммутацией, содержащий трехобмоточный трансформатор, первичной обмоткой подсоединенный к сети переменного тока, две цепочки попарно встречно последовательно соединенных анодами и катодами основ— ных тиристоров, каждым выводом под соединенные к соответствующему выводу соответствующей вторичной обмотки трансформатора, а общими точками соединения анодов и общими точками соединения катодов подсоединенные к двум выходным выводам преобразователя, две пары цепочек согласно последовательно соединенных основных тиристоров, каждая анодами и катода— ми подсоединенная к началам и концам обеих вторичных обмоток трансфоряатора соответственно, два коммутирующих конденсатора, своими выводами подсоединенные каждый к общим точкам соединения одной пары цепочек попарно согласно последовательно соединенных основных тиристоров, четыре зарядных тиристора, два иэ которых анодами подсоединены к обкладкам первого коммутирующего конденсатора и катодами подсоединены первый к началу, а второй к концу одной вто— ричной обмотки трансформатора, блок управления, выполненный в виде системы импульсно-.фазового управления, выходы основных импульсов управления которой подсоединены к управляющим электродам соответствующих основных тиристоров преобразователя, а первый и.второй выходы дополнительных импульсов управления которой, сформированных первый на интервале первой поло— вины отрицательного полупериода гитающего напряжения и второй на интерl 573514 вале первой половины положительного полупериода питающего напряжения, подсоединены к управляющим электродам первого, третьего и второго, Четвертого зарядных тиристоров соответственно, отличающийся

Тем, что, с целью снижения установленНой мощности оборудования за счет более эффективного использования коммутирующих конденсаторов, третий и четвертый зарядные тиристоры катодами подсоединены к обкладкам второго коммутирующего конденсатора и анодами подсоедиенены третий к концу, а чет— вертый — к началу второй вторичной обмотки трансформатора.

15735!4 к Х..4

g... 12, 19 "21

Н 15 . 17

®Щ

U27 29

Составитель Г,Мыцык

Текред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Рогулич

Заказ 1646 Тираж 499 Подписное

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