Реверсивный тиристорный преобразователь без уравнительных реакторов



Реверсивный тиристорный преобразователь без уравнительных реакторов
Реверсивный тиристорный преобразователь без уравнительных реакторов
Реверсивный тиристорный преобразователь без уравнительных реакторов
Реверсивный тиристорный преобразователь без уравнительных реакторов

 


Владельцы патента RU 2444112:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области преобразовательной техники, применяемой в реверсивном комплектном электроприводе постоянного тока. Устройство содержит шесть пар тиристоров и шесть каналов управления ими. Каждая пара получена встречно-параллельным соединением тиристоров разных комплектов. Каждый канал кроме системы импульсно-фазового управления содержит формирователь широких управляющих импульсов и импульсный селектор. Такое исполнение позволяет обеспечить технический результат - работу преобразователя без прерывистого тока нагрузки и уравнительного тока, которые имеют место в известных схемах реверсивных преобразователей. 4 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники, получающей применение в реверсивном электроприводе постоянного тока. В указанной области широкое применение получают реверсивные вентильные преобразователи (РВП) на однооперационных тиристорах, выполняемые, как правило, по встречно-параллельной схеме соединения двух вентильных комплектов (ВК), работа которых происходит при совместном или раздельном управлении (см. Розанов Ю.К. и др. Силовая электроника. - М.: Издательский Дом МЭИ, 2007). Наиболее близкое решение представлено в книге (Лебедев А.М. и др. Следящие электроприводы станков с ЧПУ. - М.: Энергоатомиздат, 1988, стр.172, рис.7.1).

Силовая часть данного преобразователя содержит силовой согласующий трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными по схеме «две противофазные звезды с объединенными нулевыми выводами» и тиристорный преобразователь, выполненный по шестифазной нулевой встречно-параллельной схеме соединения катодной и анодной групп тиристоров. Полюса этих групп объединены с помощью двух последовательно соединенных уравнительных реакторов. Их средняя точка подключена к первому зажиму цепи нагрузки, роль которой часто выполняет якорная обмотка двигателя постоянного тока, второй зажим которой соединен с нулевым выводом вторичных обмоток трансформатора. Управляющая часть данного преобразователя выполнена в виде шестиканальной системы импульсно-фазового управления (СИФУ), основным звеном каждого канала которой служит фазосдвигающее устройство (ФСУ). Каждое ФСУ имеет два входа, один из которых подключен в параллель к общему источнику задающего сигнала, а другой - к источнику опорного сигнала, роль которого в данном случае выполняет понижающий маломощный трансформатор управляющей части. У каждого канала ФСУ имеется два выхода, один из которых связан с управляющим электродом одного из двух тиристоров разных комплектов, подключенных к работающим в противофазе вторичным обмоткам силового трансформатора.

Работа известного реверсивного преобразователя происходит при совместном согласованном управлении вентильными комплектами. Это означает, что на выходах ФСУ формируются две шестифазные последовательности управляющих импульсов, одна из которых с фазовыми углами 0≤α1<π предназначена для управления тиристорами первого вентильного комплекта (ВК1), а другая с фазовыми углами 0≤α2<π - для управления тиристорами второго вентильного комплекта (ВК2). Регулировочные характеристики ФСУ согласованы таким образом, что при каждом значении управляющего сигнала сумма указанных углов управления должна оставаться постоянной α12=π. При равенстве средних значений выпрямленного напряжения на выходах вентильных комплектов данный закон управления не обеспечивает равенства мгновенных значений этих напряжений, в результате в уравнительной цепи между полюсами комплектов присутствует уравнительное напряжение. Под воздействием уравнительного напряжения в силовой схеме РВП кроме тока нагрузки протекает уравнительный ток, ограничение которого требует применения уравнительных реакторов. Наличие данных элементов ведет к существенному снижению технико-экономических и массогабаритных показателей РВП и электроприводов на их основе, являясь главным недостатком рассматриваемых преобразователей.

Таким образом, причина главного недостатка известного РВП связана с несовершенством традиционного управления вентильными комплектами. Предпосылки для устранения этих причин содержатся в способе управления вентильными комплектами РВП (см. Патент РФ №2235409. Опубл. в БИ №24, 2004).

Для устранения недостатков РВП, на основе указанного решения, предлагается силовую часть преобразователя с совместным управлением выполнить в виде шести вентильных пар, каждая из которых образована встречно-параллельным соединением двух тиристоров без применения уравнительных реакторов. При этом каждая вентильная пара одним выводом должна быть присоединена к одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора, а другим выводом - к первому зажиму цепи нагрузки. Второй зажим нагрузки, так же как в схеме прототипа, соединяется с нулевым выводом вторичных обмоток силового трансформатора. В состав управляющей части введен шестиканальный импульсный селектор, каждый канал которого, посредством расширителя управляющих импульсов, входами присоединен к выходам одного из каналов ФСУ в составе СИФУ. Выход каждого канала селектора соединен с управляющими электродами обоих тиристоров в составе той или иной вентильной пары.

Технический результат данного предложения состоит в том, что подключение вентильных комплектов друг к другу в силовой схеме предлагаемого устройства осуществляется без уравнительных реакторов, аналогично тому как это происходит в схемах РВП с раздельным управлением. Такая возможность появляется в новой конструкции РВП в связи с исчезновением в силовой схеме уравнительного напряжения и тока. Одновременно с этим в отличие от РВП с раздельным управлением исключается причина появления прерывистого тока нагрузки, что как известно, благоприятно влияет на статические и динамические свойства преобразователей и систем электропривода на их основе. Таким образом, предлагаемый преобразователь сочетает достоинства известных аналогов и не содержит их недостатков.

На фиг.1 изображена схема ближайшего аналога изобретения, принятого за прототип. Схема предлагаемого варианта преобразователя приведена на фиг.2. Представленные на фиг.3 диаграммы напряжений, токов и управляющих импульсов иллюстрируют работу известного (фиг.3а, б) и предлагаемого (фиг.3в, г) преобразователей. На фиг.4 представлены полученные компьютерным моделированием диаграммы напряжения и тока на выходе нового преобразователя в режиме отработки управляющего сигнала гармонической формы (фиг.4а) и нулевого управляющего сигнала (фиг.4б).

Силовая часть ближайшего аналога содержит трехобмоточный трансформатор (1) с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными по схеме «две противофазные звезды с объединенными нулевыми выводами». К концам обмоток присоединены первый (2) и второй (3) вентильные комплекты (ВК1 и ВК2) в виде шестифазной катодной группы тиристоров v1-v6 и аналогично выполненной анодной группы тиристоров v7-v12. Полюсы вентильных комплектов объединены с помощью двух последовательно включенных уравнительных реакторов (4, 5). Цепь нагрузки (6), представленная якорной обмоткой двигателя постоянного тока, одним зажимом присоединена к средней точке уравнительных реакторов, а другим зажимом - к нулевой точке вторичных обмоток согласующего трансформатора. Управляющая часть данного преобразователя в виде аналоговой СИФУ (7) состоит из шести одинаково выполненных каналов ФСУ1-ФСУ6. На общий вход СИФУ с потенциометрического задатчика скорости привода (ЗС) подается управляющий сигнал (Uу). Вторые входы каналов ФСУ служат для подачи опорного сигнала (Uоп) с вторичных обмоток управляющего трансформатора (8). Для пояснения работы известного преобразователя в двух характерных режимах при положительном и нулевом значениях управляющего сигнала служат диаграммы на фиг.3 (а, б). Полагается, что работа СИФУ происходит по известному вертикальному принципу, согласно которому выработка управляющих импульсов происходит в моменты равенства сигналов Uу=Uоп. Благодаря симметричной форме опорных сигналов, выработка первой (U1, U3, U5, U7, U9, U11) и второй (U2, U4, U6, U8, U10, U12) импульсных последовательностей происходит с фазовыми углами управления α12=π.

Представленная на фиг.2 силовая часть предлагаемого устройства содержит согласующий трансформатор Т1 с аналогичной схемой соединения вторичных обмоток. К этим обмоткам присоединены шесть вентильных пар (v1,4; v5,8; v9,12; v7,10; v11,2; v3,6), каждая из которых образована встречно-параллельным соединением двух тиристоров. Цепь нагрузки одним зажимом присоединена в параллель к выходам всех указанных вентильных пар, а другим зажимом - к нулевой точке вторичных обмоток согласующего трансформатора. Управляющая часть представлена в виде одинаково выполненных шести каналов СИФУ(КУ1-КУ6). Построение и работу этих каналов рассмотрим на примере канала КУ1, предназначенного для управления тиристорами v1,4 фазы А. Из фиг.2 видно, что кроме фазосдвигающего устройства ФСУ1 (9) в этот канал введены расширители управляющих импульсов первой (10) и второй (11) импульсных последовательностей, а также подключенный к их выходам импульсный селектор (12). Выход селектора соединен с управляющими входами обоих тиристоров v1,4 в составе вентильной пары фазы А. Управляющий вход селектора подключен к выходу датчика направления тока нагрузки (ДНТ) 13.

Необходимость подключения выходов СИФУ к управляющим входам обоих тиристоров вентильных пар предусматривается согласно Патенту РФ №2235409. Этим обеспечивается равенство не только средних, но и мгновенных напряжений на выходах вентильных комплектов. В результате устраняется любая возможность появления уравнительного напряжения, а с ним и необходимость в уравнительных реакторах. Предполагается также подача на вентильные пары широких управляющих импульсов длительностью, равной их возможному проводящему состоянию. Этим достигается мгновенная готовность РВП к изменению режима работы (выпрямительного или инверторного), а заодно - устраняется возможность прерывистого тока нагрузки. Для этого в состав СИФУ введены указанные выше расширители управляющих импульсов. Чтобы обеспечить естественную (сетевую) коммутацию тиристоров при любом из двух направлений тока нагрузки предусматривается подача на вентильные пары первой импульсной последовательности при условии положительного знака тока нагрузки или второй импульсной последовательности при условии изменения знака тока на отрицательный. Указанная замена импульсов не вызывает скачка средневыпрямленного напряжения, так как импульсы первой и второй последовательностей вырабатываются симметрично относительно точек естественной коммутации. Для проведения импульсной селекции в состав каждого канала СИФУ введен специальный селектор, управляемый с помощью логического сигнала с выхода датчика направления тока нагрузки (ДНТ).

Из диаграмм фиг.3в, г видно, что выработка управляющих импульсов первой последовательности (U1(4),U3(6),U5(8),U7(10),U9(12),U11(2)) происходит в моменты равенства управляющего (Uу) с опорным (Uoп) сигналом убыващей формы в диапазоне углов α1>0, α2<0. В канале КУ1 эти импульсы вырабатываются на выходе расширителя 10 (RS-триггер Т11) и пропускаются на входы тиристоров v1,4 селектором 12 при условии, что сигнал знака тока нагрузки Sg(id)>0, поступающий с выхода датчика ДНТ (13), имеет положительный знак. В свою очередь, управляющие импульсы второй последовательности (U(1)4,U(3)6,U(5)8,U(7)10,U(9)12,U(11)2) формируются на возрастающих участках опорных сигналов, а потому поступают с выходов расширителя 11 (RS-триггер Т21) в диапазоне углов α2>0, α1<0. Для проведения естественной коммутации эти импульсы должны пропускаться селектором 12 на вентильную пару v1,4 при условии, что сигнал с выхода ДНТ (13) имеет отрицательный знак. Видно также, что импульсы первой и второй последовательностей располагаются симметрично относительно точек естественной коммутации, так как опорные сигналы имеют форму равностороннего треугольника. Аналогичным образом происходит формирование управляющих импульсов в других каналах СИФУ. Подтверждением работоспособности предлагаемой схемы РВП при новом способе управления служат результаты компьютерного моделирования на фиг.4.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет устранить из схемы тиристорного реверсивного преобразователя уравнительные реакторы, способствуя тем самым улучшению технико-экономических и массогабаритных показателей электроприводов на его основе.

Реверсивный тиристорный преобразователь без уравнительных реакторов в составе силовой и управляющей частей, силовая часть которого содержит согласующий трансформатор с двумя трехфазными вторичными обмотками, соединенными по схеме «две противофазные звезды с объединенными нулевыми выводами», и тиристорный преобразователь, выполненный по шестифазной нулевой встречно-параллельной схеме выпрямления в виде катодной и анодной групп тиристоров, полюсы которых присоединены к первому зажиму цепи нагрузки, второй зажим которой соединен с нулевым выводом вторичных обмоток согласующего трансформатора, а управляющая часть выполнена в виде шестиканальной аналоговой системы импульсно-фазового управления, каждый канал которой имеет два входа, один из которых подключен в параллель к общему источнику задающего сигнала, а другой - к источнику опорного сигнала, а также два выхода, каждый из которых связан с управляющим электродом одного из двух тиристоров разных комплектов, подключенных к работающим в противофазе вторичным обмоткам трансформатора, отличающийся тем, что силовая часть выполнена в виде шести встречно-параллельно соединенных пар тиристоров, каждая из которых одним выводом присоединена к одной из вторичных обмоток согласующего трансформатора, а другим выводом подключена к общему для всех пар тиристоров первому зажиму цепи нагрузки, причем в состав управляющей части введен шестиканальный импульсный селектор, каждый канал которого посредством расширителя управляющих импульсов входами присоединен к выходам одного из каналов системы импульсно-фазового управления, а выходом соединен с обоими управляющими электродами одной из встречно-параллельно соединенных пар тиристоров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам питания электрометаллургических установок, например дуговых печей постоянного тока. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, в регулируемом электроприводе постоянного или переменного тока. .

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в мощных выпрямителях с ограниченным диапазоном регулирования выходного напряжения, в частности, для питания электролизеров и гальванических ванн.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания низковольтных потребителей электроподвижного состава от тяговой сети.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может найти применение в параметрических источниках тока, предназначенных для преобразования переменного тока промышленной частоты в стабилизированный постоянный ток, для питания электролизеров в цветной металлургии и вакуумных дуговых печах для плавки титана.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для создания преобразователей, работающих как с положительными, так и с отрицательными углами регулирования.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве вторичного источника электропитания , Цель изобретения - упрощение, снижение установленной мощности и расширение области применения.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано при сильноточном низковольтном многопульсном выпрямлении с малым числом диодов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при сильноточном низковольтном двенадцатипульсном выпрямлении. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии или систем гарантированного электропитания

Изобретение относится к преобразовательной технике, а также гальванотехнике и может быть использовано в источниках технологического тока, предназначенных для нанесение хромовых и других видов гальванопокрытий. Технический результат - снижение коэффициента пульсаций выходного тока реверсивного тиристорного преобразователя до минимальных значений, обеспечивающих повышение качества хромовых покрытий и других видов гальванопокрытий. Для достижения технического результата в реверсивном тиристорном преобразователе, силовая схема которого содержит две многофазные группы тиристоров, включенные встречно параллельно, и последовательно включенный сглаживающий реактор, а схема управления преобразователя содержит соединенные последовательно систему автоматического регулирования, многоканальную систему импульсно-фазового управления тиристорами и две многоканальные группы выходных ключей, выходы которых соединены с управляющими электродами соответствующих тиристоров силовой схемы, а также схема управления преобразователя содержит блок реверса, два выхода которого подключены к объединенным входам различных групп выходных ключей, дополнительно в силовую схему введены последовательно соединенные одними выводами сглаживающий конденсатор и управляемый ключ, другие выводы которых подключены к двум выходным выводам преобразователя, причем управляющий вход ключа соединен с одним из выходов блока реверса. При этом дополнительно введенный в силовую схему преобразователя конденсатор выполнен в виде параллельно включенных электролитических конденсаторов, а дополнительно введенный в силовую схему преобразователя управляемый ключ выполнен в виде параллельно включенных MOSFET транзисторов. Использование управляемого ключа в виде параллельно включенных MOSFET транзисторов с каналом n-типа позволяет практически устранить влияние ключа на пульсации технологического тока катодной полярности, а использование параллельно включенных электролитических конденсаторов повышенной емкости в сглаживающем LC фильтре позволяет заметно уменьшить пульсации технологического тока катодной (прямой) полярности, при которой происходит осаждение хромового покрытия, что в свою очередь позволяет улучшить физико-механические свойства этого покрытия, а также уменьшить массогабаритные показатели сглаживающего реактора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх