Выпрямитель с искусственной коммутацией

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ii) 519832

Союз Советских

Социалистических

Республик

Яф (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.07.73 (21) 1943874/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл 2 Н 02М 7/155

Государственный комитет

Совета Министров СССР агазинник агазинник и изобретения

Горьковский политехнический институт им. А. А. Жданова (71) Заявитель (54) ВЫПРЯМИТЕЛЬ С ИСКУССТВЕН НОЙ КОММУТАЦИ ЕЙ

Известны управляемые выпрямители с искусственной коммутацией тиристоров (1), (2), содержащие силовой тиристорный мост и узел принудительной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами с конденсаторной коммутацией, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов. Однако эти схемы могут работать в ограниченном диапазоне нагрузок, так как внешние их характеристики существенно искажаются в области малых токов.

Недостаток этот объясняется тем, что в межкоммутационном интервале необходим дозаряд коммутирующего конденсатора отвнешнего источника, что и приводит к увеличению напряжения на нагрузке в области малых токов и делает непригодным использование та ких выпрямителей для широко регулируемого электропривода. Кроме того, для заряда или дозаряда конденсатора в динамических режимах работы выпрямителей требуется сравнительно мощный источник э. д. с.

Описываемый выпрямитель отличается от известных тем, что между входными зажимами указанных силового и вспомогательного мостов включены вторичные обмотки вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены ко входным зажимам силового моста.

Это обеспечивает жесткость внешней (или нагрузочной) характеристики и позволяет несколько улучшить технические показатели за счет уменьшения мощности вспомогательного источника дозаряда.

На фиг. 1 представлена схема выпрямителя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу выпрямителя.

Выпрямитель содержит силовой мост 1, 10 подключенный входными зажимами к питающей сети, а выходными — к нагрузке 2. К входным зажимам силового моста подключены первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора 3, à его вторичные обмотки

15 включены между входами силового моста и вспомогательного моста 4. На выход моста 4 включен конденсатор 5. Между выходами силового и вспомогательного мостов включены ключи 6 и 7, схемы которых идентичны. Для

20 первоначального заряда конденсаторов и запуска преобразователя служит маломощный вспомогательный источник 8.

Перед началом работы выпрямителя конденсатор 5 заряжен от источника 8 до напря25 жения, несколько большего, чем амплитуда линейного напряжения питающей сети. От этого же источника заряжены конденсаторы

С; ключей 6 и 7 через нагрузку и высокоомные сопротивления, шунтирующие тиристоры

30 Т,. (на схеме эти сопротивления не показаны).

При этом конденсатор С„- ключа 6 заряжен

519832 а конденсатор обкладке. Оба поэтому ниже ключа 6.

45 где

50 (12) 55

65

3 плюсом на правой обкладке, ключа 7 — плюсом на левой ключа работают синхронно, рассматривается лишь работа

Допустим, что ток нагрузки Iq протекает через силовой тиристор в анодной группе моста и фазу С и силовой тиристор в катодной групме моста и фазу А (на фиг. 1 показано сплошными стрелками). Пусть в момент to (фиг.2) необходимо скоммутировать ток в фазу В (пунктирная стрелка). Включается тиристор

Т, и конденсатор С„начинает перезаряжаться по контуру «+», C„, Т, Dq, L„, Сн. Через отпертые тиристоры Т ключей 6 и 7 к нагрузке оказывается приложенным напряжение конденсатора 5, большее, чем амплитуда линейного напряжения. Тем не менее ток в фазе А сразу исчезнуть не может, так как в питающей сети всегда есть индуктивность (реакторы при бестрансформаторном преобразователе или индуктивность рассеяния обмоток трансформатора), Под действием э.д. с. самоиндукции и э.д. с. сети ток продолжает протекать по фазе

А в течение некоторого времени, но не через силовой тиристор этой фазы, а через диод моста 4 и тиристор Т, так как параллельно силовому тиристору кроме диода включено небольшое напряжение фазы вольтодобавочного трансформатора 3, причем это напряжение в диапазоне углов — 150 эл. град. <и <30 эл. град, в трехфазных схемах и — 180 эл. град.<

<п<0 эл. град. в однофазных схемах направлено «плюсом» к катоду запираемого силового тиристора. Таким образом, практически во всем рабочем диапазоне опережающих углов включения преобразователя (т. е. при искусственной коммутации вольтдобавочный трансформатор обеспечивает мгновенный переход тока в цепь моста 4, который будет отперт, пока не израсходуется электромагнитная энергия, накопленная в индуктивностях Ls в предкоммутационный период.

В интервале to — 1, (фиг. 2, а) черезтиристор

Т протекает сумма двух токов: перезаряда С< и тока нагрузки. К моменту t> С,< полностью перезарядится и напряжение на его обкладках изменит знак (активные потери не учитываются). Тиристор Т продолжает быть отпертым, так как через него идет ток Ig, равный сумме двух токов: убывающего тока фазы А (в фазе С процесс идентичен) и возрастающего тока конденсатора 5.

В момент t>, когда ток фазы А близок к нулю, а ток конденсатора 5 почти достиг тока нагрузки 1д включается Т„ и происходит колебательный перезаряд C„„, в ходе которого ток в Т спадает до нуля (момент t4) и в течение времени 1 тиристор Т запирается (в) времени восстановления). В интервале t4—

4 весь ток нагрузки идет через конденсатор 5 и смещенный диод D . В момент ts ток перезаряда С„становится меньше тока нагрузки, D запирается. В это же время подаетсяотпи15

4 рающий импульс на силовой тиристор фазы

В в катодной группе (импульс на силовом тиристоре фазы С анодной группы имеется при

«широких» управляющих импульсах либо передается повторно через 60 эл. град. при узких управляющих импульсах). Поскольку в момент 1 диод Di заперт, ток нагрузки под действием э.д. с. самоиндукции не прервется, а будет идти по двум ветвям: через С„, завершая его перезаряд, и через фазы С и В, к которым через мост 4 подключен конденсатор 5.

Напряжение на С„ввиду его малой емкости по сравнению с конденсатором 5 быстро возрастает, ток в цепи С„к моменту tz становится равным нулю (ось этого тока смещена относительно оси t на фиг. 2,а). Ток в В и С не может мгновенно нарасти из-за индуктивности

Ls, поэтому с момента 1, ток нагрузки идет по двум ветвям: через конденсатор 5, постепенно убывая, и через фазы сети, постепенно возрастая. Когда ток в фазах В и С станет равным току нагрузки, ток через конденсатор 5 спадет до нуля, коммутация закончится. Если пренебречь активными потерями и считать Lq))

)) Ls(Lq — индуктивность нагрузки), что в электроприводе средней и большой мощности всегда выполняется, то очевидно, что энергия, израсходованная конденсатором 5 на первом этапе 1о —, будет возвращена обратно на втором этапе и напряжение конденсатора 5 восстановится.

В переходных режимах ток нагрузки может быстро изменяться от нуля до максимального значения. При этом в известных схемах конденсатор 5 может не успеть зарядиться в межкоммутационный интервал времени (этот интервал в динамике также изменяется) до напряжения больше амплитуды ли нейного. Тогда неизбежен срыв ком мутации. Чтобы его избежать в известных схемах, необходимо увеличивать мощность источника 8 до величины: (пт + хт) 4пзх (1) U,„— амплитуда линейного напряжения;

ЛК, — добавочные несколько вольт, необходимые для обеспечения коммутации силовых тиристоров.

В предлагаемой схеме тот же эффект достигается с помощью вольтодобавочного трансформатора, мощность которого:

ЛУ„„-I,,„«(SU, +- U„.) I„,„.

В этом случае источник 8 нужен лишь для запуска схемы, его мощность ничтожно мала (доли ватта) и определяется лишь токами утечки С„и конденсатора 5.

Следует отметить, что ключи 6 и 7 выполнены по типовой схеме LC-коммутации (см., например, книгу Забродина Ю. С. «Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров», Энергия, М. 1974, рис, 1 — 5,б). Воз519832

5 можен и другой вариант схемы ключей, однако в целях обеспечения жестких нагрузочных характеристик преобразователя необходимо, чтобы работа ключей не отражалась на величине выпрямленного напряжения нагрузки.

В принятых схемах ключей это обеспечивается перезарядом С„. по замкнутому каналу через «обратные» диоды 0 и Dq, т. е. напряжение, создаваемое ключами во внешней цепи, практически равно нулю.

Дополнительным достоинством предлагаемого выпрямителя является возможность значительного уменьшения габаритов ключей; Т и Т могут выбираться с малым временем восстановления, что позволит уменьшить С„и

L„, в то время как силовые тиристоры могут быть с любым временем восстановления. Их запирание обеспечивается однополярным конденсатором 5, работающим в режиме частичного заряд-разряда (см. фиг. 2,б).

Предлагаемая схема выпрямителя с искусственной коммутацией выгодно отличается от известных жесткими нагрузочными характеристиками и малой мощностью вспомогательного источника.

Формула изобретения

Выпрямитель с искусственной коммутацией, содержащий силовой тиристорный мост и узел д принудительной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов, о т л и ч а10 ю щи и ся тем, что, с целью повышения жесткости нагрузочных характеристик и улучшения технических показателей, между входными зажимами указанных силового и вспомогательного мостов включены вторичные обмотки

15 вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены ко входным зажимам силового моста.

Источники информации, принятые во внима20 нис при экспертизе: (1). Ю. М. Божии, Г. С. Мыцык: «О возможностях применения компенсационных выпрямителей». Труды МЭИ, вып. 147, 1972, стр. 49 — 53.

25 (2). Авт. св. ¹ 319999 Н 02М 7/12.

519832

Ve/г L т

Ф л. 2

Составитель Г. Мыцык

Техред Е. Подурушина

Корректор Е. Рожкова

Редактор В. Левятов

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2051/13 Изд. № 1564 Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5