Вентильный преобразователь,ведомый сетью

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистическиих

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.02.79 (21) 2730682/24-07 (И) +. . с присоединением заявки М . (23) Приоритет

Н 02 М 7/505.

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано, 150383. Бюллетень 1(о 10 (ЩУДК 621.314 °.57(088.8) Дата опубликования описания 15.03.83 (72) Авторы изобретения

Г.Г.Магазинник и В.Л.Мельников

Горьковский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. А ° А.Жданова (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ

Изобретение относится к ведомым сетью переменного тока вентильным преобразователям, работающим в выпрямительном и инверторном режимах попеременнс. либо только в инвертор- . ном режиме, и может, в частности, быть использовано для реверсивного вентильного электропривода постоянного тока с питанием от двухкомплектного тиристорного преобразователя с раздельным управлением или однокомплектного преобразователя спереключателем в цепи якоря, а также в инверторах, работающих в системе передачи постоянного тока и других ведомых сетью инверторах, например инверторах в системе асинхронного вентильного каскада.

Известны реверсивные вентильные электроприводы как с раздельным управлением двухкомплектньм вентильным преобразователем, так и с переключателем в цепи якоря. Эти электроприводы содержат реверсивный тиристорный выпрямитель, выполненный обычно по мостовой схеме с раздельным управлением мостами, либо нереверсивный выпрямитель, содержащий один Мост и переключатель (реверсор) в цепи выпрямленного напряжения.

При большой мощности привода применяется последовательное или параллельное соединение мостов. В качестве нагрузки выпрямителей используется в основном двигатель постоянного тока независимого возбуждения pl).

Существенным недостатком этих приводов является плохое использование преобразователя по напряжению, ограничиваемое в большинстве случаев условиями безопасного инвертирования. Обычно по условиям безопасного инвертирования угол опережения включения инвертора должен быть не менее м„„30 эл.град. В мощных вентильных электроприводах угол запаздывания а(. включения выпря2О мителя практически равен углу опережения включения инвертора (d, „„ ). Следовательно, использование й1зеобраэователя по напряжению из условий безопасного инвертирова- ния составляет

0 Сов с(. МЮ сд Р 0 966 ао где Vd — максимальное выпрямленное

30 напряжение преобразователя прис(мин * 0.

1005252

Таким образом, использование по напряжению известных реверсивных вентильных преобразователей в среднем не превосходит 86-87%. Использование преобразователя по напряжению можно увеличить, уменьшив угол включения инвертора „ц„, но при этом посадки напряжения в питающей сети могут сопровождаться опрокидываниями инвертора и, как следствие, аварийными отключениями преобразователя.

I .Известны преобразователи, в .которых угол ) „„ делается переменным, зависящим от тока нагрузки (.23.

Это позволяет уменьшить ? „> при малом токе инвертирования, но не повышает использование преобразователя так как< - ц„ определяется углом, необходимым для безопасного инвертирования рабочего тока в случае посад ки напряжения сети.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентильный преобразователь, в кото-, ром для уменьшения угла) н применена искусственная коммутация, содержащий однофазный мостовой преобразователь на тиристорах, нагрузку (якорь двигателя постоянного тока) и устройство искусственной коммутации в составе конденсатора, коммутирующих тиристоров, дросселя ГЗ 1.

Применение искусственной коммутации позволило уменьшить „„„на величину угла восстановления вентилей. В случае применения тиристоров это составляет примерно 5 эл.град.

Следовательно, использование преобразователя по напряжению увеличивается незначительно. Недостатком приведенной схемы является также то, что устройство искусственной коммутации работает каждый полупериод (с частотой сети) независимо от величины инвертируемого тока и -наличия посадки напряжения в питающей сети.

Это приводит к увеличению потерь и габаритов коммутирующего контура.

Кроме того, эта схема пригодна практически только для однофаэных преобразователей, так как для многофазных, например трехфазных, мостовых ее реализация затруднительна (требуется несколько индивидуальных коммутирующих контуров), Целью изобретения является увеличение использования преобразователя по напряжению, а также повышение надежности при инвертировании и уменьшение габаритов коммутирующего устройства.

Поставленная цель достигается тем, что к зажимам постоянного тока вентильного преобразователя подключен диодный однофазный мост, в диагональ постоянного тока которого вклю

65 зарядного тиристора 7. Параллельно чен тиристорный ключ с LC-коммутацией, причем к выключающему входу ключа через элемент задержки и дифференцирующий конденсатор присоединен инверсный выход логического элемента ИЛИ, прямой выход которого соединен с включающим входом ключа, а входы логического элемента ИЛИ присоединены к выходам двухвходовых логических элементов И,число которых равно пульсности вентильного преобразователя и входы которых присоединены к датчикам тока соответствующих силовых вентилей вентильного преобразователя, а также к выходам генераторов им15 пульсов, входы которых включены на линейные напряжения соответствующих силовых вентилей вентильного-преобразователя.

Логическая часть предлагаемой схемы фиксирует нарушение коммутации инвертора, а полностью управляемый ключ, запускаемый логической схемой, шунтирует инвертор и нагрузку, ток которой на время коммутации замыкает25 ся через ключ. В течение одной или нескольких коммутаций нормальная работа инвертора восстанавливается.

Схема позволяет уменьшить угол инвертированияр „„, т.е. увеличить использование преобразователя по напряжению. Одновременно увеличивается надежность преобразователя при работе в инверторном режиме, так как опрокидывание инвертора ликвидируется беэ отключения преОбразователя от сети и беэ иэизменения тока нагрузки, т.е. без нарушения работы всей установки, как это имеет место в известных преобразователях.

4о Поскольку устройство искусственной коммутации (ключ) запускается логической схемой только при наруше.нии коммутации, т.е. только в предаварийной ситуации, частота работы

45 ключа очень мала, что определяет малые потери в коммутирующем LC-кон туре и позволяет уменьшить его габариты по сравнению с габаритами.известных коммутирующих контуров, ра5р ботающих с частотой питающей сети.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для ревер. сивного преобразователя.

Схема содержит реверсивный мостовой трехфазный преобразователь (возможна и любая другая схема выпрямления) в составе двух мостов 1 и 2, якорь двигателя 3 постоянного тока в качестве нагрузки преобразователя, 60 устройство принудительной коммутации в виде последовательно соединенных дросселя 4, коммутирующего конденсатора 5, коммутирующего тиристора б и шунтирующего LC-контур пере1005252

S . конденсатору 5 подключен источник 8 подзаряда. Устройство принудительной коммутации, представляющее собой обычный тиристорный ключ с LC-коммутацией, включено в диагональ постоянного тока диодного моста в составе четырех диодов. 9-12. Диагональ переменного тока этого моста присоединена Параллельно нагрузке преобразователя.

Логическая часть схемы содержит датчики тока 13 в каждой фазе преобразователя, выполненные в виде трансформаторов тока и однофазных диодных выпрямителей с нулевым выводом. Шесть выходов датчиков тока присоединены. к входам логических элементов 14, являющихся элемента.ми И, число которых равно пульсности схемы преобразователя, т.е ° в рассматриваемом случае шести. К другим входам элементов 14 подключены выходы шести генераторов импульсов

15, каждый из которых включен на соответствующее линейное напряжение.

Выходы элементов 14 соединены со входами шестивходового элемента ИЛИ

16, имеющего два выхода — прямой и инверсный. Прямой выход элемента

ИЛИ 16 соединен с управляющим входом коммутирующего тиристора б, а инверсный выход через элемент временной задержки 17 и дифференцирующий конденсатор 18 подключен к управляющему входу перезарядного тиристора 7 °

Схема работает следующим образом.

Генераторы импульсов 15, включенные на соответствующее линейное напряжение сети переменного тока преобразуют это напряжение в последовательность импульсов, возникающих в моменты перехода линейного напряжения сети через нуль и следующих с частотой питающей сети. Передние фронты этих импульсов совпадают во времени с точкой пересечения отрицательных полуволн фазных напряжений преобразователя, т.е. с точкой, -соответствующей P = О.

В выпрямительном режиме работы преобразователя ток фазы В выбранной группы вентилей (например, анодной группы преобразователя 1) не совпадает во времени c импульсами генератора импульсов, контролирующего эту

Фазу.

В инверторном режиме при нормаль ной работе инвертора ток в любой работающей фазе должен исчезнуть раньше, чем линейное напряжение в коммутируемом контуре сменит полярность ° Следовательно, и в инверторном режиме (при нормальной работе) совпадение во времени сигнала с датчика тока 13 и с генератора импульcos 15 невозможно, поэтому элементы

И (14) имеют на выходе логический нуль, элемент 16 также имеет нуль на своем прямом выходе и тиристор б выключен. Диагональ моста 9, 10, 11, 12 разорвана. Конденсатор 5 заряжен от маломощного источника..8 с плюсом на нижней обкладке.

Если по каким-либо причинам, например вследствие снижения напряжения в сети переменного тока, произойдет нарушение коммутации инвертора, т.е. ток в работающей фазе не успеет упасть до нуля к моменту перехода линейного напряжения через нуль (=0), произойдет совпадение двух сигналов на входе соответствующего элемента И.

В результате совпадения сигналов на двух входах элемента И появляется напряжение на его выходе и напря;ф жение на выходе элемента ИЛИ 16. Отпирается тиристор б и происходит резонансный перезаряд конденсатора 5 по цепи: нижняя обкладка - тиристор б — диоды ll, 9 и 12 г 10 - дрос25.сель 4 — верхняя обкладка. Ток перезаряда изменяется по гармоническому закону и в течение времени, пока этот ток больше тока нагрузки Q двигатель 3 закорочен. Ток двигателя в

30 этом интервале поддерживается практически неизменным благодаря ЭДС самоиндукции якорной цепи и замыкается по цепи: плюс якоря — диоды 9, 10, 1l и 12 — минус якоря. В это же вре35 мя ток в фазах сети, питающей преобразователь, спадает до нуля и соответствующий элемент И (14) выклю" чается ° Выключается элемент ИЛИ (16) и на его инверсном выходе появля40 ется логическая единица. Этот сигнал поступает на вход временной задержки 17 и с задержкой ht на выходе элемента 17 появляется напряжение, которое дифференцируется в узкий импульс.и попадает на управляющий вход тиристора 7.

K этому времени тиристор 6 уже заперт и начинается резонансный перезаряд конденсатора 5 по цепи:

50 верхняя обкладка - дроссель 4 - ти" ристор 7 — нижняя обкладка. Напряжение на конденсаторе снова устанавливается плюсом на нижней обкладке.

Блок искусственной коммутации под» готовлен к очередному циклу. Заметим, что после того, как конденсатор 5 переэарядился плюсом на верхней обкладке и его напряжение стало больше линейного напряжения очередных по порядку работы

40 Фаз преобразователя, ток под действием ЭДС самоиндукции двигателя появляется в указанных. фазах (в нашем случае s фазе С), а в конденсаторе 5 снижается до нуля. Если в

65 следующую коммутацию ток фазы В пе

1005252 нейдет в фазу С до момента р =О, сигналы на входах соответствующего элемента И (14) не совпадут и тиристор б не включится.

При повторном нарушении коммутации блок принудительной коммутации снова срабатывает и его циклическая работа повторяется до тех пор, пока коммутация не восстановится.

Учитывая, что в процессе инвертирования идет быстрое торможение двигателя 3 и, соответственно, снижение его ЭДС, можно показать, что даже при значительной внезапной посадке напряжения.в сети (например, на 108, что предельно допустимо по ГОСТ) коммутация иивертора восстановится за несколько циклов. Таким образом, предлагаемое устройство работает кратковременно, что определяет незначительные тепловые потери в его элементах (индуктивности, конденсаторе, тиристорах). В случае неревер сивного преобразователя (например, передача постоянным током) однофазный диодный мост не нужен, а ключ ! подключается непосредственно к нагрузке, т.е. схема несколько упрощается.

Предлагаемое устройство может работать с любым типовым нереверсивным преобразователем или реверсивным с раздельным управлением. Единственным дополнительным требовани.ем к системе импульсно-фазового управления при этом является требование к ширине (длительности) отпирающих импульсов: она должна быть больше времени коммутации при = О..В системах с широкими отпирающими импульсами в виде пачки узких импульсов это требование с запасом выполняется. В системах с узким отпирающим импульсом необходим повторный импульс на тиристор вступающей в работу фазы. Указанный повторный импульс может быть подан с выхода элемента И на тиристор очередной фазы.

Формула изобретения

Вентильный преобразователь, ведомый сетью, содержащий выпрямительноинверторный агрегат, нагрузку, преимущественно в виде реверсивного двигателя постоянного тока, и устройство искусственной коммутации в виде, например, тириаторного ключа

10 с LC-коммутацией, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения преобразователя по напряже нию, повышения его надежности при инвертировании и уменьшения габаритов устройства искусственной комму15 тации, к зажимам постоянного тока вентильного преобразователя подключен диодный однофазный мост, в диагональ постоянного тока которого включен упомянутый ключ, причем к выключающему входу ключа через элемент задержки и дифференцирующий конденсатор присоединен инверсный ,выход логического элемента ИЛИ, прямой выход которого соединен с

25 включающим входом ключа, а входы логического элемента ИЛЙ присоединены к выходам двухвходовых логических элементов И, число которых равно пульсности вентильного преобразователя.и входы которых присоединены к датчикам тока соответствующих силовых вентилей вентильного преобразователя, а также к выходам генераторов импульсов, входы кото35 рых включены на линейные напряжения соответствующих силовых вентилей вентильного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Аптер Э.М. и др. Мощные управляемые выпрямители для электроприводов постоянного тока. М., Энергия, 1975, рис. 1-3, 1-6, 72.

2. Солодухо Я.Ю. и др. Тиристорные электроприводы с реверсорами. N, Энергия, 1977, рис. 13а.

3. Вестник ВНИЙ железнодорожного . транспорта, 1969, 9 1, с.5-9 (прототип) .

1005252

Составитель Л.устинкина

Редактор М.Петрова Техред Y Мыцьо Корректор М.Демчик

Заказ 1921/74 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ 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