Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения. Целью изобретения является повышение КПД преобразователя постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения путем ограничения мощности потерь электрической энергии в его тиристорном инверторе напряжения во всем диапазоне изменения тока нагрузки. С помощью импульсов двух датчиков 30 и 31 тока, содержащих трансформатор 32 тока, нагрузочный резистор 22, источник 34 опорного напряжения, компаратор 35, дифференцирующую цепь 36 и диод 37 переключение тиристоров 7 - 10 инвертора 2 во всем диапазоне изменения тока нагрузки 20 осуществляется формирователями 22 и 23 управляющих импульсов в моменты времени, когда ток тиристоров становится равным величине номинального тока нагрузки преобразователя, приведенной к числу витков первичной обмотки 13 трансформатора 12. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (siIs Н 02 M 3/315

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 (21) 4620961/07 (22) 19.12.89 (46) 15.07.91, Бюл, ¹ 26 (71) Харьковский политехнический институт им. B.È, Ленина (72) И,П. Архиереев, О.И. Данилевич и IO.Д.

Сакара (53) 621.316.727 (088,8) (56) Архиереев И.П„Данилевич О.И. Электромагнитные процессоры в тиристорном однофазном мотовом инверторе напряжения с одноступенчатой коммутацией при работе на выпрямитель с индуктивноемкостным фильтром. Электричество, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1377983, кл, Н 02 М 3/315. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ EM ПОСТОЯ ННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТИРИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразоИзобретение относится к электротехнике и может. быть использовано при разработке преобразователей постоянного напряжения средней и большой мощности с тиристорными инверторами напряжения.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения, На фиг. 1 показана принципиальная схема предложенного устройства управления преобразователем постоянного напря.,. Ы 1663717 А1 вателях постоянного напряжения. Целью .изобретения является. повышение КПД преобразователя постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения путем ограничения мощности потерь электрической энергии в его тиристорном инверторе напряжения во всем диапазоне изменения. тока нагрузки. С помощью импульсов двух датчиков 30 и 31 тока, содержащих трансформатор 32 тока, нагрузочный резистор 22, источник 34 опорного напряжения, компаратор 35, дифференцирующую цепь 36 и диод 37 переключение тиристоров

7-10 инвертора 2 во всем диапазоне изменения тока нагрузки 20 осуществляется формирователями 22 и 23 управляющих импульсов в моменты времени, когда ток . тиристоров становится равным величине номинального тока нагрузки преобразователя, привденной к числу витков первичной обмотки 13 трансформатора 12. 2 ил, (л) жения с тиристорным инвертором напряжения; на фиг. 2 — кривые напряжений и токов д в преобразователе при токе нагрузки, равном половине ее номинального тока: а) напряжения Uc на коммутирующем конденсаторе и тока И в первичной обмотке инверторного трансформатора;

6) тока }т1 в первой паре тиристоров; в) тока I во второй паре тиристоров;

r) напряжения Оя на нагрузочном резисторе первого датчика тока; д) напряжения Uk) на выходе компаратора первого датчика тока;

1663717

10

35

55 е) напряжения 0д на выходе первого датчика тока.

Преобразователь постоянного напряжения с устройством управления содержит источник 1 постоянного напряжения, тиристорный ин вертор.2, вкл ючающий диодн ый мост 3 обратного тока, подключенный диагональю постоянного тока к выводам одноименной Rолярности источника 1 постоянного напряжения, токоограничивающие дроссели 4, 5, тиристорный мост 6 с тиристорами 7 — 10 и коммутирующим конденсатором 11 в диагонали переменного Тока, подключенный диагональю постоянного тока через токоограничивающие дроссели

4, 5 к выводам противоположной полярности источника 1 постоянного напряжения, трансформатор 12 с первичной обмоткой 13 с тремя секциями 14, 15, 16 и вторичной обмоткой 17, крайние выводы первичной обмотки подключены к диагонали переменного тока тиристорного моста 6, а средние— к диагонали переменного тока диодного моста 3 обратного тока, выходной выпрями- тель 18, подключенный к выводам вторичной обмотки 1? трансформатора 12, индуктивно — емкостный фильтр 19, подключенный входом к выходному выпрямителю

18, нагрузку 20, подключенную к фильтру

19, устройство управления 21, включающее формирователь (блокинг — генератор) 22 управляющих импульсов тиристоров 7 и 8, формирователь (блокинг — генератор) 23 управляющих импульсов тиристоров 9 и 10, подключенный через диоды 24, 25 и дифференцирующие цепи 26 и 27, к управляющим входам формирователей 22 и 23, задающий генератор (мультивибратор) 28, выключатель 29 питания задающего генератора 28, два датчика 30 и 31 тока, каждый из которых 4 содержит трансформатор 32 тока на входе, его нагрузочный резистор 33, источник 34 опорного напряжения, компаратор 35, подключенный инвертирующим входом к нагру. зочному резистору 33, а неинвертирующим — 4 к источнику 34 опорйого напряжения, дифференцирующую цепь Зби диод 37 на вы,ходе компаратора, трансформатор тока датчика 30 включен в цепь катода тиристора

8, а выход этого датчика подключен к входу формирователя 23, трансформатор тока датчика 31 включен в цепь катода тиристора

10, а выход этого датчика подключен к входу формирователя 22, Устройство работает следующим образом.

Пуск преобразователя осуществляется с помощью задающего генератора (мультивибратора) 28 включением выключателя 29.

Выходные противофазные напряжения задающего генератора 28 укорачиваются дифференцирующими цепями 26 и 27, импульсы с которых через разделительные диоды 24 и

25 поступают на управляющие входы формирователей (блокинг — генераторов) 22 и 23, Выходные импульсы формирователей 22 и

23 являются управляющими для тиристоров инвертора: формирователя 22 — для тиристоров 7 и 8, формирователя 23 — для тиристоров 9 и 10. Частота задающего генератора выбирается равной граничной частоте инвертора, при которой мгновенные токи тиристоров в номинальном режиме становятся равными приведенному к числу витков первичной обмотки инвертороного трансформатора номинальному току нагрузки 1но в момент переключения тиристоров. Граничная частота является наибольшей рабочей частотой инвертора.

Напряжение 0 .источников 34 опорного напряжения датчиков 30 и 31 тока принимаются равными 0 = К1но, где К вЂ” коэффициент пропорциональности. Напряжение 0р на нагрузочных резисторах 33 датчиков 30 и 31 тока пропорционально токам i> тиристоров, т. е. UR = К IT, При таком условии компараторы 35 датчиков ЗО и 31 тока формируют выходные импульсы напряжения 0к в моменты, когда напряжение UR становится равным напряжению Up, т. е.. когда токи 1 тиристоров становятся равными току 1 .

Так как при работе инвертора от задающего генератора токи I< тиристоров в моменты переключения равны току I«> при номинальном токе нагрузки и превышают значение I«при токах нагрузки, меньших номинального, то при всех значениях тока нагрузки на выходах датчиков 30 и 31 тока возникают управляющие импульсы 0д, совпадающие по времени с соответствующими импульсами на выходах дифференцирующих цепей 26 и 27, поступающими от задающего генератора 28, т. е. управляющие импульсы 0д датчиков тока практически дублируют управляющие импульсы от задающего генератора 28 и, следовательно, не влияют на работу формирователей 22, 23 управляющих импульсов тиристоров.

После пуска задающий гегнератор 28 отключается и включение тиристоров 7 и 8 осуществляется импульсами датчика 31 тока, а включение тиристоров 9 и 10 — импульсами датчика 30 тока. формируемыми в моменты снижения токов 1т тиристоров до значения тока 1н . При номинальном токе нагрузки рабочая частота инвертора остается равной граничной, а при меньших токах нагрузки соответственно уменьшается, Работа устройства после отключения задаю1663717 щего генератора 28 иллюстрируются кривыми на фиг. 2.

Допустим, в моменты t< импульсом датчика 31 тока включились тиристоры 7 и 8.

Вследствие колебательного перезаряда 5 конденсатора 11 напряжение Uc на нем изменяется от Ucm до — Ucm (фиг. 2а), В момент

t>, когда напряжение Uc становится равно — Ucm, открываются диоды диодного моста 3 и ток 1т1 тиристоров 7 и 8 начинает линейно 10 снижаться от значения IT> (t1) = ITH (фиг. 26).

Амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе Ucm - (1 + Ken)E, где Kea— коэффициент возврата, равный отношению числа витков возвратных секций 14 и 16. » первичной обмотки 13 инверторного трансформатора 12 к числу витков ее средней секции 15, Š— напряжение источника питания 1.

Напряжение UR на нагрузочном рези- 20 сторе 33 датчика тока 30 пропорционально току 1т тиристоров 7 и 8, т, е. UR1 = К 1 .

В момент t3 ток 4 тиристоров 7 и 8 становится равным току 1 . а напряжение

UR становится равным напряжению Ue источника 34 опорного напряжения, и на выходе компаратора 35 возникает импульс напряжения Оц (фиг. 2д), который укорачивается дифференцирующим звеном 36 (фиг. 30

2е), и через диод 37 поступает на вход формирователя 23 управляющих импульсов тиристоров 9 и 10, вследствие чего последние включаются.

Ток IT2 тиристоров 9 и 10 (фиг. 2в) имеет 35 такую же форму, как и ток 1, тиристоров 7 и 8 (фиг. 26), но сдвинут относительно последнего на половину периода. Коммутации тока в выходном выпрямителе начинаются в моменты прохождения напряжения Uc че- "0 рез нулевое значения. На фиг. 2а показана кривая тока 11 первичной обмотки инвертор-. ного трансформатора в предположении мгновенной коммутации тока нагрузки, равного 0,51<о. Следующее включение тиристо- "5 ров 7 и 8 происходит в момент ts, когда ток

iT2 тиристоров 9 и 10 становится равным току Iso, далее процессы повторяются.

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения с тиристорным инвертором напряжения позволяет ограничить мощность потерь энергии в инверторе и соответственно повысить КПД преобразователя. .Формула изобретения

Устройство для управления преобразователем постоянного напряжения. с тиристорным инвертором напряжения, вход которого подключен к источнику питания, а выход через выпрямитель и фильтр — к нагрузке, содержащее два формирователя управляющих импульсов каждый с двумя синфазными выходами, предназначенными для подключения к управляющим электродам двух тиристоров инвертора в противоположных плечах разных вентильных групп, две дифференцирующие цепи, два диода, задающий генератор переменного прямоугольного напряжения с двумя противофазными выходами, первый из которых подключен через дифференцирующую цепь и диод к входу одного формирователя управляющих импульсов, а второй — к входу другого формирователя управляющих импульсов, выключатель в цепи питания задающего генератора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД преобразователя. в него введены два датчика тока, каждый из которых включает трансформатор тока, нагрузочный резистор, источник опорного напряжения, компаратор, подключенный инвертирующим входом к нагрузочному резистору, а неинвертирующим — к источнику опорного напряжения, дифференцирующую цепь, подключенную к выходу компаратора. диод, подключенный анодом к выходу дифференцирующей цепи, трансформатор тока первого датчика тока предназначен для включения в цепь катода первого тиристора катодной группы, а катод диода первого датчика тока подключен к входу формирователя управляющих импульсов второго тиристора катодной группы и соответствующего ему тиристора анодной группы, трансформатор тока второго датчика тока предназначен для включения в цепь катода второго тиристора катодной группы, а катод диода второго датчика тока подключен к входу формирователя управляющих импульсов первого тиристора катодной группы и соответствующего ему тиристора анодной группы. причем величина напряжения источников опорного напряжения равна мгновенному напряжению на нагрузочном резисторе при мгновенном токе тиристора, равном номинальному току нагрузки IHO, приведенному к числу витков первичной обмотки инверторного трансформатора, частота задающего генератора равна граничной частоте инвертора, при которой мгновенный ток тиристоров в момент переключения тиристоров равен току leap при номинальном токе нагрузки.

1663717

Фиг. 7 фиг.2

Составитель Ф.Степе

Редактор М.Васильева Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Заказ 2272 Тираж 389 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1,13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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