Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Цель изобретения является повышение надежности преобразователя путем ограничения коммутационных перенапряжений. Устр-во содержит два встречно включенных моста на тиристорах 1-12, а также блок принудительной коммутации, включающий в себя датчик 14 тока и элементы 15-30,34-36. Предложенная структурно-алгоритмическая организация устраняет накопление заряда на обкладках коммутирующего 25 и фильтрового 34 конденсаторов. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)5 Н 02 М 5/27

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

21

22

2Ф

27

28

Зб

2

8

Фиг.7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4332823/24 — 07 (22) 26.10.87 (46) 23.07.90. Бюл. М 27 (71) Ульяновский политехнический институт (72) С.Н. Сидоров (53) 621.314,27(088.8) (56) Руденко В,С. и др. Основы преобразовательной техники. — М,: Высшая школа, 1980, с. 332, рис. 5.30, Авторское свидетельство СССР

М 900385, кл. Н 02 M 7/145, 5/27, 1981, Авторское свидетельство СССР

М 611279, кл. Н 02 M 5/297, 1976, „„5UÄÄ 1580505 А1 (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТО1Ы С ИСКУССТВЕННОЙ

КОММУТАЦИЕЙ (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя путем ограничения коммутационных перенапряжений. Устр-во содержит два встречно включенных моста на тиристорах 1-12, а также блок принудительной коммутации, включающий в себя датчик

14 тока и элементы 15-30, 34 — 36. Предложенная структурно-алгоритмическая организация устраняет накопление заряда на обкладках коммутирующего 25 и фильтрового 34 конденсаторов. 3 ил.

1580505

30

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многофазным реверсивным тиристорным преобразователям с искусственной коммутацией, получающим применение при решении задач регулирования или стабилизации напряжения и част оты.

Целью изобретения является повышение надежности преобразователя путем огр аничения коммутационных перенапряжен,. й, На фиг. 1 и 2 представлена схема пред (агаемого преобразователя; на фиг, 3 — диаграммы работы преобразователя при отработке знакопеременного управляющег o напряжения Uy(t).

Непбсредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией соДержит первый трехфазный силовой мост на тиристорах 1 — 6 и аналогичный второй мост на тиристорах 7-12, включенные вс речно-параллельно, Между общими точ.— <ами соединения выходных выводов мостов включена цепь нагрузки 13 последовательно с датчиком 14 направления тока (ДТ) нагрузки, Блок искусственной коммутации (5Nt() преобразователя содержит трехфазный мост на диодах 15 — 20, входами подключенный к входным выводам преобразователя, а выходами связанный с выводами диагонали постоянного тока однофазнoro моста, выполненного на коммутирующих ти ристорах 21 — 24. В диагонали перемен ноГо тока моста коммутирующих тиристоров установлена коммутирующая цепь из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора 25 и дросселя 26, Четыре рас тределительных тиристора 27-30 соединеНы между собой последовательно одноименными электродами, образуя кольцевую схему. Выходной вывод кольцевой схемы, образованный общими анодами распределительных тиристарав 28 и 29, г адключен к зажиму диагонали переменного тока моста коммутирующих тиристарав, образованному соединением тиристоров 23 и

24. Выходные выводы кольцевой схемц, образованные соединением катодов распре-. делительных тиристарав 27, 28 и 29, 30, подключены к концам цепи нагрузки.

Устройство управления тиристора содержит устройство 31 импульснафазаваго управления, общий выход которого связан с входом распределителя 32 управлюящих импульсов. Выходы распределителя служат для подключения к управляющим входам силовых тиристарав. Одновременно общий выход распределителя соединен с первым вхсдом блока 33 логики, второй вход которого подключен к выходу датчика 14 направления тока нагрузки. Полярный конденсатор 34 фильтра подключен к выходным выводам трехфазного диодного моста, Каждый из двух введенных в силовую схему тиристоров шунтирует в обратном направлении один из распределительных тиристорав. Так, тиристор 35 шунтирует распределительный тиристор 28, а тиристор

36 шунтирует распределительный тиристор

29. Выходной вывод кольцевой схемы, образованный общими анодами распределительных тиристорав 27 и 30., подключен к зажиму диагонали постоянного тока моста коммутирующих тиристоров, образованному соединением анодов тиристоров 22 и 24.

В свою очередь блок 33 логики содержит сумматоры 37 и 38 импульсных сигналов, служащие для суммирования импульсов управления катодными и анодными группами,двувходовые логические элементы 39-42 совпадения, устройства 43 — 46 временной задержки импульсов управления и элемент

47 инверсии, При этом выход каждого сумматора подключен в параллель к первым входам двух различных элементов совпадения. Так, выход сумматора 37 связан с первыми входами элементов 39 и 40 совпадения, а выход сумматора 38 связан с первыми входами элементов 41 и 42 совпадения. Вторыми входами одна пара логиче.ских элементов 39 и 41 совпадения г1одключена к выходу датчика 14 направления тока нагрузки, а другая пара логических элементов 40 и 42 вторыми входами подключена к тому же датчику посредс вом элемента 47 инверсии. К выходам логических элементов подключены входами устройства

43 — 46 задержки. При этом выход логического элемента 39 подключен к входу устройства 43 задержки и одновременно служит для подключения к управляющим входам тиристорон 23, 30 и 35. Выход логическога элемента 40 подключен к входу устройства 44 задержки и одновременно служит для подключения к управляющим входам тиристоров 23, 27 и 36. Выход логического элемента

41 подключен к входу устройства 45 задержки и одновременна служит для подачи управляющих импульсов на управляющие входы тиристоров 23, 30 и 35. Выход логического элеме:та 42 подключен к входу устройства 46 задержки и одновременно служит для подключения к управляющим входам тиристоров 23, 27 и 36, Каждое устройство задержки имеет два выхода, один из которых служит для формирования управляющих импульсов с временной задержкой, определяющел длительность первого этапа коммутации, а другой — с временной задержкой, превыша30

55 ющей указанный интервал времени на время надежного восстановления запирающих свойств тиристоров, Так, первый выход устройства 43 задержки служит для подкл очения к управляющим входам тиристоров 22 и

29, а второй выход — к управляющим входам тиристоров 22 и 23, Первый выход устройства 44 задержки служит для подключения к управляющему входу тиристора 21, а второй выход — к управляющим входам тиристоров

21 и 24. Первый выход устройства 45 задержки служит для подключения к управляющему входу тиристора 21, а второй выход— к управляющим входам тиристоров 21 и 24.

Первый выход устройства 46 задержки служит для подключения к управляющим входам тиристоров 22 и 28. а второй выход — к управляющим входам тиристоров 22 и 23.

Для проведения коммутации в катодной группе первого силового моста в начале первого этапа с выхода распределителя 32 подаются управляющие импульсы на очередной силовой тиристор 3 и противопараллельный тиристор 12 второго моста.

Одновременно с этим по команде датчика

14 с выхода логического элемента 39 разрешается включение вспомогательных тиристоров 23, 30 и 35. В результате конденсатор 34 фильтра оказывается включенным параллельно цепи нагрузки. Так как начальное напряжение на обкладках указанного конденсатора превышает напряжение на выходе преобразователя, ток нагрузки начинает переходит в цепь с элементами 13, 35, 23, 34 и 30. Этот процесс сопровождается таким же уменьшением тока в выходящей из работы фазе с тиристором 1. После выдержки времени, необходимой для частичного разряда конденсатора 34, устройство 43 задержки обеспечивает подачу управляющих импульсов на распределительные тиристоры 22 и 29. Этим завершается первый этап искусственной коммутации и начинается второй этап, на котором происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 25 по параллельным цепям с элементами 25, 23, 29, 1, 15 и 22, а также 25, 26, 29, 30, 22 и 25, 26, 35, 2, 19, 22. В момент, когда обратный ток перезаряда конденсатора 25 сравняется с составляющими тока нагрузки, протекающими в прямом направлении через тиристоры 1, 30 и 35, последние выключаются.

Тогда прекращается разряд конденсатора

34 фильтра, а ток нагрузки переходит в цепь коммутирующего конденсатора с элементами 13, 2, 19, 22, 25, 26 и 29. При этом до тех пор, пока знак напряжения на конденсаторе 25 не изменится на противоположный, к выключенным тиристорам 1, 30 и 35 прикладывается обратное восстанавливающее напряжение По re из - енения знака напряженил на конденсаторе 25 на знак, указанный в скобках, ток нагрузки под воздействием напряжения коммутиру.ощего конден "атора начинает вытесняться в очередную фазу с тиристаром 3, В свою очередь FoK фазы с выключенным тиристором 1 имеет возможность замыкаться по цепи, содержащей диоды 15 — 20 и конденсатоо 34 фильтра. При этом электромагнитная энергия, накопленная в индуктивных элементах выходящей иэ работы фазы, переходит в конденсатор фильтр", и последний вновь заряжается до исходного уровня. Коммутация завершается, когда весь.ток нагоузки переходит в цепь с элементами 3, 13 и 2, и вспомогательные вентили БИК 22 и 29 оказываются выключенными. Для компенсации потерь энергии в цикле прямого и обратного перезарядов коммутирующего конденсато ра 25 его следует подзарядить. Это можно осуществить во внекоммутационный промежуток времени путем включения тиристоров

22 и 23. Управляющие импульсы на указанные тиристоры подаются с второго выхода устройства 43 задержки после того, как выключенные ранее тиристОры надежно восстановят запирающую способность. В результате напряжение на коммутирующем конденсаторе вновь устанавливается на уровне, превышающем амплитуду междуфазного напряжения сети, с полярностью, указанной в скобках, после чего БИК готов к очередной коммутации в анодной гоуппе первого моста.

В начале первого этапа коммутации распределитель 32 подает управляющие импульсы на очередной силовой тиристор 4 и противопараллельный тиристор 7 второго моста. Одновременно с выхода элемента

41 по команде датчика 14 подаются импульсы управления нэ вспомогательные тиристорь 23, 30 и 35. Следующий за этим переход тока нагрузки в цепь конденсатора

34 фильтра с элементами 13, 35, 23, 34 и 30 приводит, как и ранее, к уменьшению тока в выходящей из работы фазе с тиристором 2 и частичному разряду конденсатора фигьтîà. В начале второго этапа устройство задержки включает коммутирующий тиристор

21. Это вызывает колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора по параллельным цепям с элементами 25, 21, 23 и

26, а также 25, 21, 16, 2, 35 и 26. Под воздействием встречного тока перезаряда коммутирующего конденсатора тиристоры 2 и 23 выключаются и к ним до конца разряда конденсатора прикладывается обратное восстанавливающее напряжение. Ток нагрузки

1580505 ;>

15 0

5Г переходит в цепь коммутирующего конденсатора с элементами 13, 35, 26, 25, 21, 16, 18 и 3, После того, как полярность напряжения на коммутирующем конденсатор» 25 изменится на противоположную, укаэанную без скобок, ток нагрузки начинает вытесняться в цепь с очередным силовым тиристором 4, Коммутация завершается, когда весь ток нагрузки переходит в очередну|о фазу с тиристором 4, а вспомогательные вентили БИК

21 и 35 заперты, Электромагнитная энергия, накопленная в индуктивных элементах фазы с выключенным тиристором 2, переходит в конденсатор 34 фильтра, и последний вновь заряжается до исходного уровня.

Подзаряд коммутирующего конденсатора

25 осуществляется после выдержки времени путем подачи импульсов управления с выхода устройства 45 задержки на вспомогательные тиристоры 21 и 24. После подзаряда БИК готов к проведению очередной коммутации в катодной группе первого моста, В дальнейшем искусственные ко:лмутации тиристоров первого моста осуществляются аналогично, В случае изменения направления тока нагрузки (инверторный режим) в работу вступают подготовленные к включению силовые тиристоры второго моста, при атом коммутации могут осуществляться с отстающими

yãëàìè управления по обычным законам естественной коммутации.

Рассмотрим работу преобразователя в выпрямительном режиме при отрицательном направлении тока нагрузки, когда с искусственной коммутацией перекл очаются тиристоры второго моста. Будем считать, что до коммутации в работе йаходятся тиристоры 8 и 9. Для проведения коммутации в анодной группе второго моста полярность напряжения на обкладках коммутиру.ощего конденсатооа 25 ДОлжна быть TBKGA, KBK указано в скобках (фиг. 1). Нужная полярность устанавливается после того, как по команде датчика 14 устройство 46 задержки включит на предшествующем внекоммутационном интервале тиристоры 22 и 23. Первый этап коммутации в анодной группе второго моста начинается подачей управляющих импульсов с выхода распределителя

32 на очередной силовой тиристор 10 и противопараллельный тиристор 1 первого моста. Одновременно логический элемент 40 по команде сигнала с выхода элемента 47 инверсии разрешает включение вспомогательных тиристоров 23, 27 и 36. В результате заряженный конденсатор 34 фильтра оказывается включенным параллельно нагрузке. Переход тока нагрузки в цепь указанного конденсатОра с элементами 13, 36, 23, 34 и 27, как и ранее, сопровождается уменьшением тока в выходящей из работы фазе с тиристором 8 и частичным разрядо4 конденсатора 34. Второй этап коммутации начинается подачей управляющего импульса с выхода устройства 44 задер>кки на тиристор 21. Это приводит к перезаряду коммутирующего конденсатора 5, который начинается по параллельным цепям с элементами 25, 21, 16, 8, 6 и 26, а также 25, 21, 23 и 26. Под воздействием встречного тока перезаряда конденсатора

25 тиристоры 8 и 23 выключаются и к ним до конца разряда конденсатора прикладывается обратное восстанавливающее напря>кение, После запирания тиристора 8 ток нагрузки переходит в цепь конденсатора 25 с элементами 13, 36, 26, 25, 21, 16 (18) и 9.

Когда полярность напряжения на обкладках коммутирующег0 конденсатора изменится на противоположную, указанную без скобок, ток нагрузки начинает вытесняться в цепь фазы с очередным тиристором 10, Коммутация завершается, когда весь ток нагрузки перейдет в фазу с тиристором 10, и вспомогательные вентили 21 и 36 выключаются. Электромагнитная энергия индуктивных элементов фазы с выключенным тиристорсм 8 переходит в конденсатор 34 фильтра и последний с помощью диодного моста 15-20 вновь заряжается до исходного уровня, Для подзаряда коммутирующего конденсатора 25 устройство 44 задержки включает на внекоммутацлонном интервале тиристоры 21 и 24. Тогда конденсатор 25 вновь готов к очередной коммутации в катодной группе второго моста с полярностью напряжения, указанной без скобок.

В начале комму гации в катодной группе второго моста с выхода распределителя 32 подаются управляющие импульсы на очередной силовой тиристор 11 и противопараллельный тиристор 2 первого моста.

Одновременно по команде с выхода элемента 47 инверсии логический элемент 42 включает вспомогательные тиристоры 23, 27 и 36.

Последующий переход тока нагрузки в цепь конденсатора фильтра с элементамл 13, 36, 23, 34 и 27 приводит к уменьшению тока к выхОДяЩей II3 работы фазе с тиристором 9 и частичному разряду конденсатора 34. В начале второго этапа коммутации устройство задержки включает вспомогательные тиристоры 22 и 28. Это приводит к колебательному перезаряду коммутирующего конденсатора 25 по параллельным цепям с элементами 25, 26, 28, 9, 17 и 22, а также 25, 26, 28, 27, 22 и 25, 26, 36, 10, 15, 22. В момент равенства обратного тока перезаряда коммутирующего конденсатора с

1!. d0505

22,29

22,2>

21

21,24

25,27,55

Л.Х 55

21

21,24

22. 28

22.25

25,22Ж

Фиг 2 прямыми токами тиристоров 9, 27 и 36 последние выключаются. После выключения силового тиристора 9.ток нагрузки переходит в цепь коммутирующего конденсатора

25 с элементами 13, 10, 17(19), 22, 25, 26 и

28, что приводит к перезаряду конденсатора

25. Когда полярность напряжения на обкладках этого конденсатора изменится на противоположную, указанную в скобках,ток нагрузки начинает вытесняться в цепь очередной фазы с тиристором 11. Коммутация завершается, когда весь ток переходит в очередную фазу, вспомогательные тиристоры 22 и 28 выключаются, а конденсатор 34 заряжается вновь в результате поступления избыточной энергии выключенной фазы.

Для подготовки коммутирующего конденсатора 25 к очередной коммутации в анодной группе второго моста устройство 46 задержки включает тиристоры 22 и 23, после чего коммутирующий конденсатор 25 восстанавливает начальное напряжение с полярностью, указанной в скобках, и вновь готов к работе.

В дальнейшем искусственные коммутации осуществляются аналогично.

Формула изобретения

Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией, содержащий встречно-параллельно соединенные силовые тиристорные мосты, блок искусственной коммутации, включающий в себя трехфазный диодный мост, входом подключенный к входным выводам преобразователя и выходами связанный с диагональю постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, в диагонали переменного тока которого установлена коммутирующая цепь иэ последовательно включенных . коммутирующего конденсатора и дросселя, и две цепочки иэ двух встречно-последовател ьно соеди ненн ых распределительных тиристоров, подключенные к выходным выводам преобразователя, причем точка соединения анодов первой цепочки подключена к одному концу

5 коммутирующей цепи, а также систему управления тиристорами, включающую в себя блок импульсно-фазового управления силавыми тиристорами, общий выход которого связан с первым входом блока логики, вто10 рой вход которого подключен к выходу датчика направления тока нагрузки, причем блок логики содержит два узла суммирования управляющих импульсов для противопараллельных вентильных групп силовых

15 мостов, четыре двувходовых логических элемента совпадения и элемент инверсии, выход каждого узла суммирования подключен в параллель к первым входам двух различных элементов совпадения, вторые входы

20 одной пары которых подключены к выходу датчика, а вторые входы другой пары элементов совпадения подключены к выходу этого же датчика посредством элемента инверсии, отличающийся тем,что,с

25 целью повышения надежности преобразователя путем ограничения коммутационных перенапряжений, в блок искусственной коммутации введены полярный конденсатор фильтра, подключенный к выходам трех30 фазного диодного моста, а также два дополнительных тиристора, каждый из которых шунтирует в обратном направлении один из распределительных тиристоров первой цепочки, а точка соединения анодов

35 второй цепочки распределительных тиристоров подключена к соответствующему выводу постоянного тока моста коммутирующих тиристоров, в систему управления введены четыре элемента задержки им40 пульсных сигналов управления, вход каждого из которых подключен к выходу одного из логических элементов совпадения.

Qg, и Ф )

Щ(77) из(тг)

09(7)

us(8j ае(9)

Qgl

ЦГ2

QD

Q27

ЫГ8

Q35 йЗб

Составитель Г.Мыцык

Редактор И.Шмакова Теехред M,Mopãåíòýë Корректор С.Шекмар

Заказ 2020 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, К-З5, Раушская наб„4/5

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