Устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения

 

i токтно-техннческхху бмб но;е .а МБА ) Союз Советских

Социалистических

Республик

<„>743146 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено. 191076 (21) 2413019/24-07 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 25.06.80„Бюллетень N9 23

Дата опубликования описания 2506.80

Н 02 P 3/14

Государственный комитет

СССР оо делам нзобретеннй н открытий (53) Удf(621.314:62-83 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.A.Ëoñü, А. И.Кийко и Л.Д.Назаренко (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом электроприноде переменного тока.

Известно устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения содержащее тиристорный преобразователь, дроссель-делитель напряжения, катушки которого расположены на общем магнитопроводе, включены нстречно друг другу и подключены своими входами к выходам соответстнующих им ключей, а ныходами — к положительному выводу для подключения нагрузки t1). 35

Однако это устройство не обеспечивает необходимой плавности регулирования в широких пределах.

Наиболее близким к изобретению является устройство для плавного 20 регулирования выпрямленного напряжения. Оно содержит силовой трансформатор, группу полууправляемых выпрямительных мостон, включенных параллельно соответствующим зонным секциям25 вторичной обмотки силового трансформатора. Относительно. друг друга эти мосты включены последовательно (2).

Однако регулиронание в такой схеме начинается с постепенного повышения Я выходного напряжения одного из мостов, а в остальных мостах ток нагрузки протекает последовательно через все управляемые плечи. Поэтому диоды этих мостов должны быть рассчитаны не на половинный, как тиристоры,а на полный ток нагрузки, При большой мощности нагрузки в этой схеме требуется установка параллельных цепочек как тиристоров, так и диодов, а следовательно, обеспечения мер ранномерного токораспределения между ними.

После полного открытия одного моста начинается отпирание управляемых плеч второго моста и его напряжение планно прибавляется к. напряжению первого моста и т.д. При такой последовательности работы мостов их тиристоры будут нагружаться неравномерно. Тиристоры первого моста будут работать с полной нагрузкой на всех зонах регулирования, начиная с конца первой, а тиристоры последнего ныйдут на полный ток нагрузки только в конце последней зоны регулирования. Такое неравномерное распределение нагрузки между тиристорами мостов ухудшает общий коэффициент их использования и завышает устано.— вочную их мощность. Кроме того, 743146 сглаживающий дроссель, включе нный последовательно с нагрузкой и служащий для ограничения в допустимых пределах пульсаций тока, получается при большой мощности нагрузки слиш,ком громоздким, так как сечение его магнитопровода в данном случае выбирается с учетом, как постоянной, так и переменной составляющей тока нагрузки. Недостатком этого устройства является также необходимость секционирования вторичной обмотки трансформатора.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение ее техникоэкономической эффективности.

Цель достигается тем, что устройство для плавного регулирования вЫпрямленного напряжения, содержащее группу мостовых выпрямителей, подключенных через силовой трансформатор к выводам для подключения к сети переменного тока, а диагональ выпрямленного Напряжения связана с положительным и отрицательным выводами для подключения нагрузки, снабжено двумя дросселями с количеством маг- 75 нитосвяэанных, расположенных на отдельных стержнях общего пространственного магнитопровода обмоток, равным количеству используемых мостов, причем все мостовые выпрямители 30 подключены параллельно к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, катоды мостовых выпрямителей подключены к началам катушек первого дросселя, концы которых 35 подключены к попожительному выводу для подключения нагрузки, аноды мостовых выпрямителей подключены к началам катушек второго дросселя, концы которых подключены к отрицательному выводу для подключения нагрузки °

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит полууправляемые мостовые выпрямители 1-4, с ди- 45 одами 5-12 и тиристорами 13-20, силовой трансформатор 21, дроссель 22 с обмотками 23-26, дроссель 27 с обмотками 28-31, положительный вывод 32 и отрицательный вывод 33 50 для подключения нагрузки 34.

Устройство работает следующим образом.

° Плавное регулирование выпрямленного напряжения на нагрузке осуществляется на каждой зоне за счет плавно%о-изменения угла включения тиристоров в пределах полуволны синусоиды напряжения. Однако в отличие от известного устройства, позонное деление выпрямленного напряжения в пред- 60 лагаемой схеме осуществляется не за счет секционирования вторичной обмотки силового трансформатора, а с помощью сглаживающих дросселей, выступающих при определенном алгоритме управления тиристорами мостов в роли делителей напряжения. Так, например, если в пределах каждой полуволны напряжения включать только по одному тиристору, то тогда амплитуда выпрямленного напряжения на нагрузке будет во столько раз меньше полной амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора, сколько катушек имеет один сглаживающий дроссель. Это объясняется тем, что при включении одного из тиристоров схемы, например, тиристора 13 запирается только один, соответствующий включенному тиристору диод 5, а остальные диоды схемы остаются в проводящем состоянии. Поэтому катушка 23 по отношению к напряжению вторичной обмотки трансформатора оказывается последовательно включенной с катушкой 24-26, которые между собой иэ-эа открытых диодов 7, 9 и 11 включены параллельно.

Так как эквивалентная индуктивность катушек 24-26 в данном случае примерно в три раза меньше индуктивности обмотки 23, то к ним, а следовательно и к нагрузке, прилагается только 1/4 напряжения вторичной обмотки трансформатора, а 3/4 напряжения прилагается к обмотке 23. В другой отрицательный полупериод, когда

ЭДС вторичной обмотки изменяет направление, роль делителя напряжения выполняет уже второй выходной дроссель, а первый дроссель выступает в качестве накопителя энергии. Так, например, при включении тиристора

14, запирается только один, соответствующий ему диод 6, а остальные диоды схемы находятся в проводящем состоянии. Поэтому катушки 18-30 дросселя 27 оказываются по отношению к напряжению вторичной обмотки трансформатора параллельно включенными относительно друг друга и последовательно с катушкой 31. Следовательно, к ним, а также к нагрузке, и в этом полупериоде прикладывается только одна четвертая часть напряжения вторичной обмотки трансформатора, а

3/4 — к обмотке 31. В следующий полупериод, когда открывается тиристор

15 уже второго полууправляемого выпрямителя 2, делителем напряжения снова оказывается дроссель 22, а дроссель 27 становится накопителем.

Только теперь 3/4 напряжения вторичной обмотки трансформатора воспринимает на себя уже вторая обмотка 24, а обмотка 23 подключится теперь параллельно обмоткам 25 и 26 и поэтому снова к этим обмоткам, а вместе с ними и к нагрузке, будет прикладываться только 1/4 часть напряжения.

Итак, включая поочередно тиристоры всех мостов и изменяя угол регулирования в пределах соответствующих

743146

15

20 им полупериодов,данная схема позволяет реализовать первую зону с пониженным в и раз напряжением на нагрузке относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора где е

n — количество мостовых выпрямителей схемы, Если же теперь в пределах каждой полувалны включать по два однополярных тиристора разноименных мостов, причем один с постоянным максимальным углом регулирования, а другой с изменяемым от 0 до 180 электрических градусов, то амплитуда выпрямленного напряжения на нагрузке по сравнению с амплитудой на первой зоне, увеличится в два раза. Это объясняется перераспределением эквивалентной индуктинности катушек сглаживающих дросселей отнрсительно их общих средних точек к которым подсоединяется нагрузка.

Так, например, если тиристор 13 включить вначале полунолны синусоиды, то до момента включения в этом же полупериоде тиристора 15 напряжение на нагрузке нарастает по синусоиде с амплитудой, равной 1/4 амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора. В момент включения тиристора 15 запирается диод 7 и катушка 24 автоматически подключается 30 н параллель с катушкой 13. Таким образом, соотношение эквивалентных индуктивностей катушек дросселя 22, включенных в цепи открытых тиристоров 13 и 14 и в цепи открытых дио- 35 дов 9 и 11, уменьшается и становится в данном случае равным 1. При таком соотнсшении эквивалентных индуктивностей катушек дросселя 22 напряжение вторичной обмотки трансформатора 40 делится пополам относительно их общей средней точки и поэтому к нагрузке, в этом случае, прикладывается только его половина.

В следующий отрицательный полУ- 45 период, когда открывается тиристор

16 и запирается диод 8, в выходном дросселе 27 таким же образом произойдет перераспределение эквивалентных индуктивностей, катушек относительно их общей средней точки, к которой подсоединяется нагрузка. Поэтому и в отрицательный полупериод к нагрузке прикладывается только 1/2 часть выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, Если же теперь в пре- 55 делах одного полупериода включатся по три однополярных тиристора разноименных мостов, то данная схема обеспечит третью зону плавного регулирования выпрямленного напряжения на 60 нагрузке с амплитудой равной 3/4 амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора.

В общем случае, количество зон определяется количеством мостовых 65 выпрямителей, и чем их больше, тем мельче эоны и, следовательно, лучший коэффициент использования мощности, меньше пульсации тока в нагрузке, а так же и в источнике питания.

Однако количество мостовых выпрямителей рационально выбирать иэ условия обеспечения только последовательного включения тиристоров и диодов н плечах мостов (т.е. без параллельных их цепочек) .

Устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения отличается прежде всего тем, что токовая нагрузка тиристоров схемы, вследствие параллельной работы мостовых выпрямителей на всех зонах, увеличивается постепенно и равномерно от первой и до последней зоны. И только при полной реализации последней эоны регулирования ток в тиристорах мостовых выпрямителей достигает максимума. При этом тиристоры первого моста уже после реализации первой зоны нагружаются максимальным током, равным половинному току тяговых днигателей, в то время как у предлагаемой схемы токовая нагрузка всех тиристоров даже на последней зоне регулирования в и раз меньше половинной нагрузки °

Токовая нагрузка диодов в предлагае мой схеме также в и раз меньше полного тока нагрузки.

Таким образом, при .одной и той же мощности нагрузки и одинаковом количестве зон регулирования, представляется возможным для предлагаемого устройства использовать тиристоры и диоды с номинальным током в п раз меньшим, а диоды — в 2п раза меньшим, чем для известного, что, естественно, удешевляет предлагаемую схему, Кроме того, н предлагаемом устройстве даже при большей мсс.ности .нагрузки всегда кожно обойтись только последовательным включением тиристорон и диодов в плечах мостовых выпрямителей за счет увеличения количества зон регулирования, в то время как у известного устройства токовая нагрузка вентилей не зависит от числа этих эон и поэтому для реализации полного тока нагрузки требуется установка параллельных цепочек тиристорон и диодов в.плечах мостов, а также применения специальных устройств для обеспечения равномерного токораспределения между ними.Достоинства схемы заключаются в том, что в отличие от известного устройСтва не требуется секционирования вторичной .обмотки трансформатора, что упрой ает его конструкцию и позволяет унифицировать его для различных типов ЭДС.

Кроме того, сглаживающие дроссели, выполненные по предлагаемой схем@, обеспечивают лучшее сглаживание

743146

Формула изобретения

Составитель Л.Шилов

Техред О. Дюлай Коррек тор С, Шекмар

Редактор Ю.Петрушко

Заказ 3629/19 Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент.,г„ . Ужгород, ул. Проектная, 4 тока нагрузки и имеют меньшие весовые показатели, по сравнению с известным устройством, эа счет того, что сечение их магнитопроводов выбирается без учета постоянной составляющей тока в катушках этих дросселей, средняя величина которого в и раз меньше тока нагрузки.

Устройство для плавного регулиро1О ,валия выпрямленного напряжения, содержащее группу полууправляемых мостовых выпрямителей, подключенных через силовой трансформатор к выводам для подключения к сети переменного тока2 а диагональ выпрямленного напряжения связана с положительным и отрицательным выводами для подключения нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения технико- 20 .экономической эффективности, оно снабжено двумя дросселями с количеством магнитосвяэанных, расположенных на отдельных стержнях общего пространственного магнитопровода обмоток, равным количеству используемых мостовых выпрямителей, причем все мостовые выпрямители подключены параллельно к выводам вторичной обмотки силового трансформатора, катоды мостовых выпрямителей подключены к началам катушек первого дросселя, концы которых подключены к положительному выводу для подключения нагрузки, аноды выпрямительных мостов подключены к началам второго дросселя, концы которых подключены к отрицательному выводу для подключения нагрузки, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Тихменев Б.Н. Электроподвижный состав с полупроводниковыми преобразователями. М., Транспорт, 1967, с. 90-,104, 2. Авторское свидетельство СССР

9426889, кл. Н 02 Р 3/14, 1972 (прототип).