Способ управления тиристорным преобразователем @ -фазного переменного напряжения и устройство для его осуществления

 

Сото з Соватсннк

Соцналнстнчвсина

Реснублнн

O f3 И С А Н И Е (и)930570

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б! ) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено OS.08.80 (2! )2970468/24-07 с присоединением заявки,йв - 2972270/2407 (23)Приоритет (53)M. Кл.

H 02 P 13/30

Эвударатеелай квинтет

CCCP йе делам наабретеекЯ н атерыткЯ

Опубликовано 23.0S.82. Бюллетень,йв 1 (53) УДК 621. . 3 16.722. . 1(088.8) Дата онублнковання описания 27.0S.82

P. П: Карташов и И. М. Панин (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ т1-ФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО

ЙЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретенке относятся к силовой про» образовательной технике и может быть использовано в устройствах промышлен» ной электроники аля решения эааач стабигяэвции, регулирования, симметрирювания и коммутацки пэреметвтьк токов и

$ напряжений.

Известны способы уцравления тирнс» торным преобразователем И -фаэного переменнрго нвпщпкения и уст йс в аря реализации этих способов (l,3 и 2)

IO

Основными недостатками указанных технических решений являются, с оаной, стороны, высокий уровень помех, генерируемых в сеть узлом искусственной ком1S мутации, н связанное с этим снижение качества энергии, потребляемой от сети, а с другой стороны - нвкойление излишней евер ми s цепях искусственной коммутации,. привоцяцее к росту потерь к завъашению напряжений на элементах, и связанное с этим снижение КГЯ усгройст

sa и повышение его уствновленноЯ мощности.

Наиболее близким к предложенному яв ляется способ управлейия тирнсторным преобразователем И-фазного переменного напряжения, согласно которому искусственную коммутацию огключвемой группы тиристоров производят при включении ввоаимоЯ в работу группы тиристоров, а также устройство, реализующее этот способ, соцержащее И -фаэный трансформатор, средний вывод каждой иэ первичных обмоток которого соеакнен с соответствующим входным выводом, а каждый из двух краЯних вывоаов поаключен к соответствующему выэоау переменного тока соответствующего выпрямкгельного моста, выводы постоянного гока каждого из которых звщунтираваны тйрисгорамк, вводы и катоаы которых соединены коммутирующими цепочками иэ послеаовательно.соеаиненных дросселя и конаенсвторв, квжаая иэ вторичных обмоток трансформатора включена между входным и выходным вывоавми, и блок управления, каждый иэ вйхоАоВ которого соединен с управляющим электродом соответствующего тиристора (31.

В данном техническом устройстве происходит поочередное включение тиристоров.

В момент включения опного из тиристоров 5 начинается коммутация тока в другом тиристоре. Процесс коммутации длится определенное время, В течение этого промежутка времени оба пиопных выпрямительных .моста оказываются опновремен40 но замкнутыми накоротко (один - включенным тиристором, другой - за счет протекания импульса тока коммутации через все диоды моста одновременно). Это приводит к режиму короткого замыкания си- I5 лового трансформатора, в результате чего потребляемый устройством ток от сети резко нарастает, а в индуктивностях рассеяния и коммутирующем дросселе накапливаются излишки энергии. По окончании и процесса коммутации, когда ток импульса коммутации спадает, один из пиопных мосстов размыкается, а излишек энергии, накопленной в инпуктивностях рассеяния и . коммутирующем просселе, поступает в коммутирующие конденсаторы, приводя к росту напряжения на элементах устройся ва. B результате описанных кратковременйых режимов короткого замыкания трансформатора потребляемый:устройством ток )0 от сети содержит импульсы с частотой коммутации, сильно снижающие качество энергии на входе.

Целью изобретения является уменьшение степени влияния устройства на пита- З

35 ющую сеть и повышение за счет этого коэффициента мощности устройства, а также снижение перенапряжений на его элементах и уменьшение за счет этого их установленной мощности (масса, габариты, стоимость}. Достижение цели возможно путем устранения режимов кратковременного короткого замыкания силового трансформатора.

Поставленная цель постигается тем, что согласно способу, включение вводимой в работу группы тиристоров осуществляют с задержкой времени относительно начала искусственной коммутации отключаемой группы тиристоров, а в устройстве в качестве элементов выпрямительных мостов применены тиристоры, управляющие электроды которых соединены выходом блока управления через блок задержки, в. результате чего выпрямительные мосты, через которые осуществляется замыкание каждой из двух групп выводов первичных обмоток силового трансформатора, становятся управляемыми, включение каждого из этих мостов происхопит с задержкой на время относительно момента включения тиристора, замыкающего этот мост.

В результате этого, s процессе коммутации одновременно не возникают состояния короткого замыкания обоих выпрямительных мостов, а режим кратковременного короткого замыкания силового трансформатора не имеют место.

Наличие блока задержки не оказывает качественного влияния на перезаряп коммутирующих конденсаторов и процессы коммутации тиристоров, замыкающих выходы выпоямительных мостов, Блок запержки в системе управления тиристорами1 непосредственно влияет на длительность режимов короткого замыкания силового трансформатора, а выбор тиристоров в качестве элементов выпрямительных мостов обеспечивает возможность этого влияния.

Соответствующий выбор плительности запержки позволяет устранить режимы короткого замыкания силового трансформатора.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предложенный способу на фиг. 2 - опоры импульсов управления тирпсторами выпрямительных мостов (0 и Qg ) и тиристорамн, шунтируюшими эти мосты (U и 0 ) на фиг. 3 эпюры напряжений питающей сети и нагрузки; на фиг. 4 — схема выполнения устройства вариант1на фиг. 5 — Го же, вари ан т.

Устройство состоит из И -фазного трансформатора 1, пвух тиристорных выпрямительных мостов 2,3, двух тиристоров 4,5, двух конденсаторов 6, 7 и двух формирующих цепи коммутации просселей

8,9 блока управления 10 и блока задержки 1 1.

Устройство (фиг. Ц работает слепуюш им об разом.

Тиристоры 4, 5 включаются поочередно через регулируемые промежутки времени. При этом включение каждого из тиристоров 4, 5 производится периодически, через равные отрезки времени, определяемые частотой коммутации . Тиристоры каждого из выпрямительных мостов 2, 3 включаются опновременно, но поочерепно. Тиристоры выпрямительных мостов 2, 3 работают синхронно с тиристорами 4,5 но со сдвигом на интервал 4k . Когда включены тиристоры выпрями тельного моста 2 и тиристор 4, сказывается замкнутым, левая группа крайних выводов первич5 ОЭО ных обмоток трансформатора 1, в «онаенсвторы 6, 7 оказываются заряженными в полярности (фиг. 1). При включении тиристора S к тиристору 4 приклацывается обратное напряжение or конденсаторов 6, . 5

7 и он выключается. После. выключения тиристора 4 конаенсаторы 6, 7 перезаряжаются через тиристоры выпрямительного моста 2, ароссели 8, 9 и тиристор 5. Импульс тока перезаряаа поацерживает в or-30 крытом состоянйи все тиристоры выпрями-, тельного, моста 2. Это цлится в течение. промежутка времени . К концу этого промежутка, из-за снижения тока переэаряца коммутирующих конденсаторов, цо 15 опрецеленного уровня, в провоцящем состоянии оказываются лишь цва тиристора выпрямительного моста 2 (оцин в анодной и опии в катоаной группе). B результате этого левая группа крайних вы- 20 воцов первичных обмоток трансформатора

1 размыкается. В этот момент включаются тиристоры выпрямительного моста 3 и оказывается замкнутой правая группа крайних вывоцов первичных обмотсж транс?5

-форматора 1. После перезаряца кащенсаторов 6, 7 они оказываются заряженными в полясрности, обратной той, которая указана нв фиг. l, и поцготовленными к коммутации тока в тиристоре 5. Комму- 50 тания тиристорв 5 происхоцит аналогично и начинается включением тиристорв 4.

Таким образом, замыкание квжцой иэ групп крайних вывоцов первичных обмоток трансформатора 1 происхоаит поочерецно, З а оцновременное замыкание обоих групп, . т.е. короткое замыкание силового транс форматора, исключается. Очерецность включения тиристоров поясняется эпюрами импульсов управления, поступающими на управляющие электроаы тиристоров (фиг. 2).

B результате периоцического переключения первичных обмоток трансформатора

1 на его вторичных обмотках наводится периоцически инвертированные напряжения, частота инвертирования которых оп рецеляется частотой коммутации, а промежутки времени, через которые проис50 хоцит инвертирование, оказываются регулируемыми . Эти напряжения склацываются с напряжениями питающей cera. Ha нагрузку поцается сумма напряжения сети и напряжений, цействуюших на вторичных обмотках трансформатора. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется путем изменения промежутков времени, через которые происходит инвертирование .

870 6 напряжений на вторичных обмотках трансформатора, связанное с изменением промежутков времени, через которые пооче» реано включаются тиристоры 4, 5; лубина регулирования зависит or «оЪффициентв трансформации трансформатора.

Возможно и аругое выпо шение усз ройства, например по схеме, преастввленной на фиг. 4. Такое устройство эквива лен тно прецложенному. В нем выпрями тельные циоаные мосты 2, 3 дополнены тиристорами 12, 13 и 14, 15, которые включаются послеаовательно с выхоаами катоцных и аноцных групп выпрямительных .аиоцньпс мостов 2, 3 соответственно. Управля1ощие электроцы этих тиристоров соецинены со схемой управления через блок зааержки. Включение тиристоров 12-15 в известное устройство позволяет включать выпрямительные мосты с определенной зваержкой во времени после включения щунтирующих их тнрнсторов, Устройство (фнг. 4) работает впало- ичко предложенному. Его преимуществом является меньшее количество тиристоров

s схеме, что упрощает схему управления»

Однако большее число вентилей, включенных послецовательно, несколько снижает

КГД устройства по сравнению с преаложенным.

Вариант с хемы усройства,в котором также можно реализовать прецложенный споссб, привеаен нв фиг. 5. Это устройство соцержит силовую цепь, включающую цемпфирукиаие цроссели 16 и циодно-тнристорные ключи 17, включенные послеаоввтельно между входными и выходными вывоцами, к которым поцключается сеть пи-. тания и нагрузка соответственно, циоцный выпрямительный мост 18, выхоц которого зашунтирован тирнстором 19, а вхоаы которого соеаинены с выхоцными зажимами регулятора, цепь коммутации, включающую распре целительные циоцы 2022, коммутирующий тнрнстор 23, эаряцный тиристор 24, коммутирующую ценочку, состоящую нэ послецоввтельно соеаиненных коммутирующего дросселя 25 н коммутирующего конаенсвторв 26, блок управления 27 и блок задержки 28. ,Пиоано- тиристорные ключи 17 включаются оцновременно. При этом циоцнотиристорные ключи 17 и тиристор 19, шунтирующий циоцный мост 18, включаются поочерецно через регулируемые промежутки времени. Включение циоано-тиристорных ключей 17, так как и шунтирующего тиристора 19, производится периоцически через равные отрезки времени, опре70 8 .ний, происходяших периодически, с частотой коммутации, а также путем регулиро.вания относительной длительности включе).ного состояния диоцно-тиристорных ключей 17, производится регулирование переменных напряжений на выходе устройства.

Использование изобретения позволяI ет снизить массо-габаритные показатели элементов коммутирующей цепочки в 1,2.

1,5 раза, а амплитуцы импульсов напря жений на вентилях в 1,1-1,3 раза. При этом происходит повышение КПД регулятора за счет снижения уровня энергии, циркулирующей в цепи коммутации, при коммутации одного и того же тока в силовой цепи.

7 9305 деляемые частотой коммутации . Зарядный тиристор 24 включается синхронно с тиристорами QHotlHo-тиристорных ключей . 17, но с опережением во времени на опреце- ленный интервал.. Коммутирующий тирис тор 23 включается одновременно с шунтируюшим тиристором 19. При включении коммутирующего тиристора 29 осуществляется принуцительная коммутация тиристо« ров циоцно-тиристорных ключей 17, Это 10 происходит за счет протекания импульса тока коммутации через тиристор 23„распределительные циоцы 20 22, диодно-тиристорных ключей 17, диодный мост 18, шунтируюший тиристор 19 и коммутирую- 15 щую цепочку из дросселя 25 и конценсатора 26, прецварительно заряженного до полярности (указанной без скобок на фиг, 5). Процесс коммутации цлится время К, соответствующее времени выклю-20 чения тиристоров, по истечению которого процолжается перезаряц конценсатора 26 до полярности (указанной в скобках HB фиг. 5), по цепи, включающей один из распрецелительных диодов 20-22, пита- 25 ющую сеть, цемпфирующие цроссели, силовые диоды циоцно-тиристорных ключей 17, диоцы выпрямительного моста 18 и шунтирующий тиристор 19. После окончания перезаряца все силовые. тиристоры циоц- 30 но-тиристорных ключей 17 выключаются. ! При включении заряцного тиристора 24 осуществляется принуцительная коммута ция шунтирующего тиристора 23. Это про-" исходит за счет протекания импульса то- 35 ка коммутации через все диоцы выпрямительного моста 18 одновременно, заряцный тиристор 24 и коммутирующую цепочку из дросселя 25 и конденсатора 26, прецварительно заряженного цо полярности40 (ук азанн ой в скобках н а фи г. 5) . Этот процесс также длится время 4к, по истечению которого продолжается заряц конденсатора 26 цо полярности (указанной без скобок на фиг. 5). Спустя время задержки Ь после включения зарядного тиристорно 9 включаются циоцно-тиристорные ключи, через которые нагрузка подключается к сети питания, а в цепь заряца конденсатора 26 через выпрямительный мост — 18 дополнительно поцается

I энер 1 л»

При включении ци одно-тиристорных ключей . 1 7 нагрузка подключается к

55 питающей сети, а при их отключении она отключается от сети и шунтируется через диодный мост 18 включаюшимся тиристором 19. В результате таких переключеФ ормула изобретения

1. Спссоб управления тиристорным преобразователем И -фазного переменного напряжения, по которому искусственную коммутацию отключаемой группы тиристоров производят при включении вводимой в работу группы тиристоров, о тличающи йс ятем, что,сцелью пов ыш ения КП Д и уменьшения вес огабаритных показателей цепи коммутации, включение вводимой в работу группы тиристоров осуществляют с задержкой времени относительно начала искусственной коммутации отключаемой группы, тиристоров.

2, Способ по п. 1, о т л и ч а. юшийся тем, что задержка времени выбирается равной времени выключения силовых тиристоров.

3. Устройство цля осуществления способа попп. 1 и 2, соцержащее 11-фазный трансформатор, срецний вывоц каждой из первичных обмоток которого соецинен с соответствующим вхоцным вывоцом, а каждый из крайних выводов поц-. ключен к соответствующему вывоцу переменного тока соответствующего выпрямительного моста, вывоцы постоянного тока каждого из которых зашунтированы тиристорами, аноды и катоцы которых соединены коммутирующими цепочками из последовательно соециненных дросселя и конденсатора, кажцая из вторичных обмоток трансформатора включена межцу входным и выходным выводами> и блок управления, каждый из выхоцов которого соединен с управляющими электроцами соответствующего тиристора, о т л и ч а— ю ш е е с я тем, что введен блок за930570 церкки, выпрямительные мосты выполнены на тирнсторак, управлякшне влек . роцы котбрых соединены с высоцом блока унравленкя через блок зацержки.

Источники информации, принятые во внимание при жспертизе

1. Авторское свицетеа ство СССР

Ж 342247, кл. Н 02 Р S/lB, 1971.

2. Авторское сидетельство СССР

И 393736, кл. 905 E бЮО, 1971.

3. Авторское свицетел.ство СССР

М 318137, кл. Н 02 Р 13/Ù 197i.