Компенсированный преобразователь
Владельцы патента RU 2288533:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к мостовым компенсированным преобразователям переменного тока в постоянный с большим диапазоном регулирования, работающим с искусственной коммутацией катодной или анодной группы, а противоположная группа вентилей в режиме естественной коммутации. В этих случаях преобразователь может вообще не потреблять реактивную энергию. Подобные преобразователи могут быть использованы в электроприводах постоянного тока в устройствах для возбуждения электрических машин. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных показателей, упрощении устройства. Компенсированный преобразователь содержит управляемый выпрямитель и неуправляемый выпрямитель, коммутирующий вентиль, диод и конденсатор с обкладками, при этом первая обкладка конденсатора и коммутирующий тиристор подключены к неуправляемому выпрямителю, вторая обкладка конденсатора и диод подключены к управляемому выпрямителю, а диод и коммутирующий тиристор подключены к нагрузке. 2 ил.
Изобретение относится к преобразовательной технике, а точнее к преобразователям переменного тока в постоянный с большим диапазоном регулирования, работающим с искусственной коммутацией в катодной или анодной группе управляемых вентилей, при этом другая противоположная группа вентилей работает в режиме естественной коммутации. Подобные преобразователи могут быть использованы в электроприводах постоянного и переменного тока, в устройствах для возбуждения электрических машин, в источниках питания электрической дуги и т.д.
В мостовых схемах выпрямленный ток нагрузки одновременно протекает по анодной и катодной группам вентилей. При такой схеме при соответствующем выборе углов управления, когда катодная группа силовых вентилей работает в режиме искусственной коммутации, а анодная - в режиме естественной коммутации, достигается режим взаимной компенсации реактивной мощности непосредственно в выпрямителе. В этом случае при всех углах управления такой выпрямитель вообще может не потреблять реактивную мощность из сети и работать практически при коэффициенте сдвига между основной (первой) гармоникой и напряжением сети, близким к единице, т.е. cosϕ(1)≈1.
Известны компенсационные преобразователи, содержащие управляемый и неуправляемый мостовые выпрямители, конденсатор фильтра, подключенный к зажимам постоянного тока неуправляемого выпрямителя, коммутирующий LC-контур, связанный через тиристоры, шунтированные встречно включенными диодами с конденсатором фильтра, при этом с целью уменьшения перенапряжения на элементах схемы последовательно с LC-контуром включена цепочка из последовательно соединенных диода и дросселя, шунтированная встречно включенным тиристором, управляющий электрод которого соединен с катодом этого диода [1].
Недостатком данного преобразователя является сложность, наличие большого числа элементов, в том числе и индуктивных.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является компенсационный преобразователь [2], содержащий управляемый выпрямитель и неуправляемый выпрямитель, коммутирующий вентиль, диод и конденсатор с обкладками, при этом с целью повышения технико-экономических показателей коммутирующий блок выполнен в виде однофазного моста, в двух противоположных плечах которого включены полностью управляемые электрические вентили, выполненные, например, в виде тиристоров с индивидуальными узлами принудительной коммутации, а в двух других - неуправляемые электрические вентили, причем к зажимам переменного тока моста подключен емкостной фильтр, состоящий из нескольких секций конденсаторов, соединенных с помощью разделительных диодов, причем при зарядке эти секции включены последовательно, а при разрядке - параллельно.
Недостатком данного устройства является наличие группы вентилей зарядки фильтра, что увеличивает массогабаритные показатели.
Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.
Это достигается тем, что первая обкладка конденсатора и коммутирующий тиристор подключены к неуправляемому выпрямителю, вторая обкладка конденсатора и диод подключены к управляемому выпрямителю, а диод и коммутирующий тиристор подключены к нагрузке.
Достижение технического результата обеспечивается за счет минимального числа электронных элементов и отсутствия индуктивных элементов.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображена схема катодной группы мостового преобразователя на первом этапе коммутации, а на фиг.2 - схема преобразователя на втором этапе коммутации.
Катодная часть компенсированного преобразователя содержит группу силовых полностью управляемых вентилей 1, 2, 3, группу вспомогательных маломощных диодов 4, 5, 6, полярный конденсатор фильтра 7 с первой и второй обкладками, коммутирующий полностью управляемый вентиль 8 и разделительный диод 9. Схема содержит минимально возможное число вспомогательных элементов, необходимых для реализации рассматриваемых режимов.
Компенсированный преобразователь работает в таких режимах, когда заряд конденсатора фильтра под воздействием тока выходящей из работы фазы чередуется с частичным разрядом током включаемой фазы.
Установившийся режим работы устройства, очевидно, может быть лишь в условиях равенства энергий, отдаваемых и получаемых конденсатором на интервалах повторяемости процессов. Анодная группа вентилей работает в режиме естественной комутации.
Рассмотрим работу вентилей на примере одной пары фаз при искусственной коммутации в катодной группе.
Допустим, что необходимо перевести ток из фазы А в фазу В, имеющую меньший потенциал относительно фазы А, без разрыва токовой цепи нагрузки с целью устранения перенапряжений в момент коммутации. Для этого необходимо, чтобы заряженный от неуправляемого моломощного выпрямителя (диоды 4, 5, 6) конденсатор 7, включенный парралельно полностью управляемым вентилям 1, 2, 3, должен разряжаться током вступающей в работу фазы В и заряжаться током входящей в работы фазы А.
Выполнить указанные условия необходимо в момент коммутации: убрать управляющий сигнал на силовой вентиль 1 фазы А, подать одновременно управляющий сигнал на открытие вентиля 2 фазы В, вступающей в работу, и на управляемый коммутирующий вентиль 8 (фиг.1).
В результате создается цепь для протекания тока фазы В: вентиль 2 - конденсатор 7 - коммутирующий вентиль 8 - нагрузка. Увеличившееся напряжение на фазе на величину напряжения на конденсаторе, равную Uф (последовательное включение), смещает потенциал катода фазы А в отрицательную область и вентиль 1 закрывается.
В момент, когда включаемая фаза В совместно с конденсатором 7 примет на себя нагрузку, необходимо закрыть коммутирующий вентиль 8.
С момента закрытия коммутирующего вентиля 8 конденсатор 7 начнет заряжаться через диод 4 фазы А до момента времени, когда напряжение фаз А и В будут равны друг другу (точка естественной коммутации диодов 4 и 5). На внекоммутационных интервалах конденсатор оказывается вне контура тока нагрузки, не оказывая влияния на протекание процессов в схеме.
Достоинством преобразователя является то, что он обеспечивает выполнение действующих российских и зарубежных стандартов по электромагнитной совместимости с питающей сетью.
Отличительной особенностью компенсированного преобразователя является то, что:
1) при всех углах управления из сети практически не потребляется реактивная мощность;
2) потребляемая мощность S из сети определяется активной составляющей мощности Р и мощности искажения Т S=
3) разгрузка сети от реактивной мощности позволяет существенно уменьшить колебания напряжения в питающей сети;
4) улучшается электромагнитная совместимость управляемого выпрямителя с питающей сетью, так как величина тока нагрузки сети является функцией углов управления. При этом по мере уменьшения тока нагрузки уменьшаются по амплитуде и высшие гармоники;
5) в отличие от выпрямителей с естественной и искусственной коммутацией при нагрузках, близких к номинальным, питающая сеть не испытывает перегрузки по реактивной мощности (исключение режима короткого замыкания по реактивной мощности).
Источники информации
1. А.с. СССР №478399 /А.И.Зайцев, В.Н.Мишин, В.Л.Кузьмин - Компенсационный преобразователь/, опубл Б.И. №27, 1975 г., H 02 M 7/04.
2. А.с. СССР №492986 /А.И.Зайцев, В.Н.Мишин, В.Л.Кузьмин - Компенсационный преобразователь/, опубл Б.И. №43, 1975 г., H 02 M 7/48.
Компенсированный преобразователь, содержащий управляемый выпрямитель и неуправляемый выпрямитель, коммутирующий вентиль, разделительный диод и конденсатор, отличающийся тем, что первая обкладка конденсатора и коммутирующий тиристор подключены к неуправляемому выпрямителю, вторая обкладка конденсатора и диод подключены к управляемому выпрямителю, а диод и коммутирующий тиристор подключены к нагрузке.
