Преобразователь п-фазного переменного напряжения в переменное

 

(72} Автор изобретения

Р.П.Карташов

Киевское высшее инженерное радиотехническое училище .ПВО (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И -ФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в устройст- вах промышленной электроники для решения задач стабилизации, pei.y= лирования, симметрирования и коммута- - в ции переменных токов и напряжений.

Известны трехфазные устройства для регулирования и коммутации переменных токов, содержащие схему управления, силовые вентильные ключи переменного тока, через которые нагрузка подключается к сети питания, диодный выпрямительный мост, выходные зажимы которого замкнуты шунтирующим тиристором, а входные подключены к выходу регулятора, и коммутирукщую цепочку, состоящую из последовательно соединенных коммутирукщих дросселя и конденсатора, которая че" реэ распределительные диоды подклю20 чается к силовым тиристорам (I) и (2). Недостатком указанных устройств является протекание импульса тока коммутации одновременно по всем трем распределительным диодам, что при водит к завышению установленной мощности элементов коммутирующей цепочки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобраэ ователь т -фазного переменного напряжения в переменное, содержащий .

ll силовых ключей из встречно-параллельно соединенных диода и тиристора, каждый из которых включен последовательно между входным и выходным выводами соответствующей фазы, N-фаэный шунтирукщий ключ, выполненный в виде П-фазного выпрямительного моста, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, а выводы постоянного тока эашунтированы тиристором, т распределительных вентилей, аноды которых соединены между собой, а катоды каждого из которых соединены с катрдом тиристора силового ключа соответствующей фазы, 9! 9029 узел коммутации, содержащий цепочку из последовательно соединенных дросселя и конденсатора, включенную между общей точкой анодов распределительных вентилей и анодной группой выпрямительного моста, зарядный тиристор, анод которого соединен с катодной группой выпрямительного моста, а катод — с анодной группой распределительных вентилей, и блок управле- 30 ния (2) .

Для принудительной коммутации силовых тиристоров, входящих в состав диодно-тиристорных ключей, в таком регуляторе путем подачи импульсов 15 управления включаются коммутирующий и шунтирующий тиристоры. При этом благодаря демпфирующему действию индуктивностей сети сначала, в течение времени t<, одновременно по всем трем распределительным диодам и трем силовым диодам, входящим в состав диодно-тиристорных ключей, и цепи, включающей выпрямительный мост, шунтирующий тиристор, коммутирующую цепочку и кОммутирующии тиристОр» проходит импульс тока коммутации, вызванный разрядом коммутирующего конденсатора.

В результате этого осуществляется выключение силовых тиристоров. Протекание импульса тока коммутации по трем параллельным ветвям является недостатком устройства, так как это приводит к необходимости завышения установленной мощности элементов ком33 мутирующей цепочки, чтобы добиться требуемой амплитуды тока коммутации в каждой из ветвей. При снижении мбка коммутации ниже коммутируемого тока импульс тока коммутации проходит уже фф через один из распределительных диодов и цепь, .включающую питающую сеть, силовые. диоды, входящие в состав диодно-тиристорных ключей и выпрямительного моста, и шунтирующий его фЯ тиристор. В результате этого происходит послекоммутационный заряд конденсатора. Для коммутации тиристора, шунтирующего диодный выпрямительный мост, включаются тиристоры силовых диодно-тиристорных ключей и зарядный тиристор. При этом благодаря демпфирующему действию индуктивностей сети сначала, в течение времени t импульс коммутации проходит по всем диодам выпрямит ельного моста, осуществляя выключение шунтирующего тиристора, затем через выпрямительный диодный мост происходит заряд коьжутирующего конденсатора. Во время каждой из указанных коммутаций за счет протекания импульса тока коммутации по всем трем распределительным диодам имеет место кратковременное короткое замыкание питающей сети. Это вызывает потребление от нее импульсов тока, амплитуда которых определяется фазным напряжением и ограничивается индуктивностью сети, что снижает коэффициент мощности и качество энергии, потребляемой устройством от источника.

За счет энергии, накапливаемой при этом в индуктивностях сети, в коммутирующем конденсаторе происходит накопление излишней энергии, что приводит к завышению его установленной мощности и перенапряжениям на элементах устройства.

Цель изобретения — снижение установленной мощности элементов цепи коммутации — коммутирующих конденсатора и дросселя, т. е. уменьшение их массогабаритных показателей, уменьшение степени влияния устройства на питающую сеть и повышение за счет этого его коэффициента мощности и уменьшение габаритов и веса вхоаного филь- . ! тра, снижение потерь в вентилях це" пей коммутй ии, т. е. повышение КПД и надежности.

Указ анная цель достигает ся т ем, что в устройстве в качестве распределительных вентилей применены тиристоры, управляющие электроды которых соединены с блоком управления через введенный блок логики, управляющий вход которого подключен к выходам введенных и датчиков тока, каждый из которых включен в цепи тиристора силового ключа соответствующей фазы.

В результате этого для гашения силовых тиристоров одновременно включаются не все распределительные вентили, а лишь те из них, которые связаны с горящими силовыми тиристорами. Это, с одной стороны, приводит к сокращению числа параллельных ветвей, по которым одновременно протекает импульс тока коммутации, и как следствие, к уменьшению требуемого для коммутации заряда и снижению установленной мощности элементов коммутирующей цепочки. С другой стороны, за счет того, что в горящем состоянии находятся, чередуясь, один или два си.

919029 ловых тиристора, количество кратковременных коротких замыканий питающей сети за цикл работы уменьшается, а амплитуда потребляемых при этом от ети импульсов тока снижа- $ ется в Д раза. В результате уменьшается степень влияния устройства на питающую сеть и повышается коэффициент мощности устройства, а также снижаются перенапряжения на его элементах аз-за меньшей накачки энергии в коммутирукщий конденсатор и повышается надежность устройства.

На фиг. 1 приведена схема устройства, на фиг. 2 — эпюры импуль- И сов, действующих на выходах блока управления (u 4 и 0 ), датчиков тока . (U„И „и 0 ) и блока логики (0 ), при этом три последовательности импульсов U, формируемых на выходе 20 блока логики, на эпюрах помечены цифрами в скобках, указывающими номера распределительных тиристоров, на которые они поступают," на фиг. 3 — эпюры напряжений пита- 2$

I ющей сети (u ) и нагрузки (u„).

Устройство содержит силовую цепь, включаюшую демпфирукнцие дроссели 1, силовые ключи, которые составлены из встречно-параллельно 30 соединенных диодов 2-4 и тиристоров 5-7 и включены последовательно между входными и выходными выводами, к которым подключается сеть питания и нагрузка соответственно, ди- 33 одный выпрямительный мост 8 и тиристор 9, которые формируют трехфазный шунтирующий ключ, узел коммутации, включающий распределительные тиристоры 10-12, зарядный тиристор 13, 40 цепочку, состоящую из последовательно соединенных дросселя 14 и конден сатора 15, и цепь управления, включающую блок 16 управления, блок 17 логики, снабженный двумя входами, а также датчики 18-20 тока, включенные в цепи тиристоров 5-7.

Устройство работает следукщим образом.

Тиристоры 5-7 включаются одновременно. При их включении нагрузка оказывается подключенной к сети питания. Одновременно включается зарядный тиристор 13. При этом включении происходит заряд конденсатора 15

Я через диодный мост 8 с полярностью, показанной на фиг. 1 без скобок.

Для выключения силовых тирист оров к ним в обратном направлении через распределительные тиристоры 10-12 прикладывается запирающее напряжение. Одновременно с этим цепь нагрузки шунтируется через выпрямительный мост 8 и тиристор 9 Тирист ор 9 включается одновременно с распределительными тиристорами. Включение тиристоров 5-7, так же как и тиристора

9 происходит периодически, через разные отрезки времени, определяемые частотой коммутации. При этом момент включения силовых тиристоров сдвинут относительно момента включения шунтируннцего тиристора на регулируемый отрезок времени.

Действие датчиков 18-20 тока обеспечивает избирательную коммутацию силовых тиристоров, т. е. поступле- ние импульса коммутации лишь на те тиристоры, которые находятся в горящем состоянии. Так как в трехфаэной системе в одном направлении могут протекать токи лишь в одном или двух проводах, то в устройстве в любой момент времени оказываются включенными лишь тиристоры одного или двух силовых ключей. В соответствии с этим с помощью датчиков 18-20 тока и блока

17 логики обеспечивается разрешение на включение одного или двух нужных распределительных тиристоров, как это показано на фиг. 2.

При выключении тиристоров силовых ключей их принудительная коммутация происходит за счет протекания импульса тока коммутации через включаемые распределительные тиристоры, соответствукнцие им диоды 2-4, мост 8, тиристор 9 и цепочку из дросселя 14 и конденсатора 15, предварительно заряженного до полярности, указанной без скобок на фиг 1. Процесс коммутации длится время Ь, соответствующее времени выключения тиристора, по истечение которого происходит послекоммутационный заряд конденсатора

15 до полярности, указанной в скобках на фиг. 1, по цепи, включающей один из распределительных тиристоров IO12, питающую сеть, демпфирункцие дроссели 1, проводящие диоды силовых ключей, диоды выпрямительного моста 8 и тиристор 9. После окончания этого процесса участвующие в работе распределительные тиристоры выключают ся.

919029

При включении зарядного тиристора 13 осуществляется принудительная коммутация тиристора 9. Это происходит за счет протекания импульса тока коммутации через все диоды 5 выпря»мтельиого моста 8 одновременно, зарядный тиристор 13 и цепочку иэ дросселя 14 и конденсатора 15, предварительно заряженного до полярности, указанной в скобках на фиг. 1. Этот процесс также длится время „, по истечение которого продолжается заряд конденсатора 15 до полярности, указанной без скобок на, фиг. 1. о

Очередность включения тиристоров поясняется эпюрами импульсов управления тиристоров, которые приведены на фиг. 2.

При включении силовых ключей на- 20 грузка подключается к питающей сети, а при их выключении она отключается от сети и шунтируется через трехфазный шунтирующий ключ. В результате таких переключений, проис- 25 ходящих периодически, с частотой коммутации, а также путем регулирования относительной длительности включенного состояния силовых ключей произ водится регулирование перемен- 30 ных напряжений на выходе устройства.

На фиг. 3 показаны эпюры напряжения питающей сети (uc) и напряжения на нагрузке (О,»), поясняющие способ регулирования Реализуе п»»» в регуля 35 торе.

Ж

Использование изобретения позволяет снизить массогабаритные показатели элементов коммутирующей цепочки 40 в 1,3 раза, одновременно повысить

КПД устройства íà 5-77. за счет снижения потерь в вентилях цепи коммутации, а также улучшить коэффициент мощности устройства на 6-IOX и сни- 45 зить требования к входным фильтрам и повысить надежность эа счет снижения напряжения на конденсаторе узла коммутации.

Формула изобрет ения

Преобразователь Л -фаэного переменного напряжения в переменное, содержащий и силовых ключей из встречно-параллельно соединенных диода и тиристора, каждый из которых включен последовательно между входным и выходным выводами соответствующей фазы, ъ-фазньп» шунтирующий ключ, выполнен ный в видет» -фазного выпрямительного моста, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, а выводы постоянного тока за.шунтированы тиристором, 4 распределительнь»х вертилей, аноды которых соединены между собой, а катоды каждого из которых соединены с катодом тиристора силового ключа соответствующей фазы, узел коммута»»»»и, содержащий цепочку иэ последовательно соединенных дросселя и конденсатора, включенную между общей т очкой анодов распределительных вентилей и анодной группой выпрямительного моста, зарядный тиристор, анод которого соединен с катодной группой выпрямительного моста, а катод с анодной группой распределитель- ных вентилей, и блок управления, о т л и ч k ю шийся тем, что, с целью уменьшения весогабаритных показателей,повьппения КПД и надежности. преобразователя,в качестве распределительных вентилей применены тиристоры и введены блок логики и »т датчиков тока, при этом управляющие электроды тиристоров связаны с блоком управления через блок логики, управляющий вход которого соединен с выходами датчиков тока, вход каждого из которых включен в цепь тиристора силового ключа соответствующей фазы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ф 4!9863, кл. G 05 F 1/16, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

В 393736, кл. G 05. F 5/00, 1971.

919029

gg

Ф/

Qg (1О

Qg (Þ)

Составитель И. Головинова

Редактор !0.Ковач Техред Т.Маточка Корректор Н.Стец

Заказ 2158 37 Тираж 7! 9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1i 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4