Тяговый преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразовательным установкам электротранспорта, предназначанным для питания асинхронного тягового двигателя. Целью изобретения является повышение коммутационной устойчивости при перегрузках. Устройство содержит инвертор 2 на тиристорах (Т) 3 - 20 с датчиками тока, выполненными в виде шунтов 21 - 23. Узел 35 принудительной коммутации включает в себя коммутирующие Т 36 - 39, зарядные Т 40, 41, 46, 47, две коммутирующие LC-цепи 42 - 45. Коммутирующий трансформатор выполнен с двумя первичными обмотками 49, 50 и одной вторичной 59. Защитные Т 33, 34 позволяют с увеличением тока нагрузки повторно однократно скоммутировать главные Т 3, 4, 9, 10, 15, 16. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 " 02 М 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4252434/24-07 (22) 28.05.87 (46) 30.03.90. Бюл. У 12 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) Г.Н.Коваливкер и Я.Ю.Пармас (53) 621,314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1374379, кл. Н 02 М 7/515, 1986.

Авторское свидетельство СССР

1l 1379919, кл. Н 02 Y. 7/515, 1986 °

Задорина Н.А., Литовченко В,В. и

Радионов Н.И. Исследование коммутационных узлов автономных инверторов электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями. Электротехническая промышленность. Сер.

Тяговое и подъемно-транспортное электрооборудование, 1980, вып, 1, с.. 67.

Авторское свидетельство СССР

Р 1336170, кл. Н 02 M 7/515, 1986.

2 (54) ТЯГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕКФАЗНОЕ PEPE

МЕНН0Е (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразовательным установкам электротранспорта, предназначенным для питания асинхронного тягового двигателя. Целью изобретения является повышение коммутационной устойчивости при перегрузках.- Устр-во содержит инвертор 2 на тиристорах (Т) 3-20 с датчиками тока, выполненными в виде шунтов 21-23. Узел 35 принудительной коммутации включает в себя коммутирующие Т 36-39, зарядные Т 40, 41, 46, 47, две коммутирующие 1.С-цепи 42-45, Коммутирующий трансформатор выполнен с двумя первичными ббмотками 49, 50 и одной вторичной 59. Защитные Т 33, 34 позволяют с увеличением тока нагрузки повторно однократно скоммутировать главные Т 3, 4, 9, 10 15, 16. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1554095

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, в частности в автономных инверторах электровозов пере5 менного тока, Цель изобретения — повышение коммутационной устойчивости при перегрузках, 10

На фиг, 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу и электромагнитные процессы, происходящие в устройстве, на фиг. 3 — диаграмма управления, поясняющая процесс преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное и работу устройства; на. фиг. 4 — блок управления. тяговым пре- 20 образователем, Устройство содержит реверсивный счетчик питания 1, подключенный своими шинами к шинам инвертора напряжения 2, выполненного в виде главного, 25 обратного и распределительного тиристорных мостов 3-20, датчики тока, выполненные в виде шунтов 21-23, подсоединенных к выходным выводам инвертора напряжения 2, нагрузку 24-26, подсоединенную к выводам шунтов 2123, источник питания узла принудительной коммутации 27, выполненный в виде однофазного диодного моста 28-

31 с фильтровым конденсатором 32 и подсоединенный своими первичными выводами к системе тягового электроснабжения.

Тяговый преобразователь постоянного напряжения в трехфазное перемен- 40 ное напряжение содержит также защитные тиристоры 33 и 34, узел принудительной коммутации 35, подсоединенный своими выводами к источнику питания

27 и включающий в себя коммутирующие 45 тиристоры 36-39, зарядные тиристоры

40-41, две коммутируюшие LC-цепи 42, 43 и 44, 45, выполненные из последовательно включенных коммутирующих конденсаторов и реакторов, зарядные тиристоры 46 и 47, разделительный диод 48, коммутирующий трансформатор с двумя первичными обмотками 49 и 50, разрядные диоды 51, 52 разделительные диоды, возвратные диоды 55-58, вторичную обмотку коммутирующего трансформатора 59, диоды связи 60 и 61

Преобразователь содержит также блок управления 62, Узел принудительной коммутации подключен своими первичными цепями и выводам источника питания 27 и своими вторичными выводами — к выводам инвертора напряжения 2, т.е. к анодам и катодам распределительных тиристоров 5, 11, 17, 6, 12, 18. Защитные тиристоры 33 и 34 включены между выводами реверсивного источника 1 и источника питания узла принудительной коммутации 27.

Блок управления 62 подключен своими выходными выводами к управляющим входам тиристоров 3-20, 36-41, 46, 47, 33, 34, а входными выводами

63-69 к выводам датчиков тока 21 — 23, и содержит регулятор частоты 70 (фиг, 4), выходы которого соединены со входами расг.ределителя импульсов управления 71. К выходу распределителя импульсов. управления подсоединен логический. узел 72, выходы которого подсоединены к управляющим входам главных обратных и распределительных тиристоров, а также к управляющим входам коммутирующих тиристоров 36 и 39. !

К выходам узла 72 подключены первые одновибраторы 73, соединенные своими выходами через усилительноразвязывающие элементы 74 со входами управления коммутирующих тиристоров

37 и 38, а также вторые одновибраторы 75, связанные через усилительноразвязывающие элементы 76-78 с управляющими входами зарядных тиристоров

40; 41 и 46, 47. Выходы датчиков тока

21 — 23 через входные выводы 63-68 и усилительно-развязывающие элементы ,79-81 связаны с одними входами трех ,компараторов 82-84, другие входы ко1торых подсоединены к задатчику сигна ла опорного напряжения (I, — вывод

69 на фиг.. 1), задающего ток уставки. Устройство содержит два дополнительных одновибратора 85 и 86, под1соединенных своими входами к выходам ,логического узла 72, а своими выхо дами через усилительно-развязывающие элементы 87 и 88 — к первым входам двух двухвходовых логических элементов совпадения (2И) 89 и 90. На вторые входБ> элементов 89 и 90 через усилительно-развязывающие элементы

91-93 подают сигналы с выходов компараторов 82-84,. выходы элементов 89 и

90 через усилительно-развязывающие элементы 77, 78, 94 и 95 связаны с

61, 58, 57, 60, -32, Кроме того кон45. денсатор 32 перезаряжается от источ50

5 15 управляющими входами зарядных 46 и

47 и защитных 33 и 34 тиристоров, Устройство работает следующим образом (фиг. 2 и фиг, 3).

Предположим, что на интервале времени 0-1 включены главные тиристоры

3, 9, 16 и ток нагрузки протекал по цепи: 1, Э, 21, 24, 26, 23, 16, 1, 1, 9, 22, 25, 26, 23, 16, 1. В момент времени t1 (фиг. 2, фиг, 3) включают тиристоры 5 и 36, вследствие чего тиристор 3 выключается по контуру:

42, 43, 48, 5, 3, 53, 36, 42. В мо- . мент равенства тока LC-цепи 42, 43 току нагрузки ток в тиристоре 3 спадает до нуля (фиг. 2,а,в). При этом ток перезаряда конденсатора 42 замыкается по контуру 42, 43, 48, 49, 51, 36, 42, в результате чего к тиристору 3 прикладывается обратное напряжение первичной обмотки коммутирующего трансформатора 49 (фиг.2

U> Ц ) по цепям плюс обмотки 49, 5 катод 3 и минус обмотки 49, 51, 53, анод 3.

Со сдвигом во времени (фиг. 3) включают тиристор 38 и LC-цепь 44, 45.перезаряжается по контуру. 44, 45, 49, 51, 38. Со сдвигом во времени включаются зарядные тиристоры 40 и.47, осуществляя дозаряд конденсатора 42 первой LC-цепи 42, 43 по контуру 32, 40, 42, 43, 47, 32. Кроме того, на интервале времени t<< включают обратный тиристор 8 и очередной главный тиристор 4. На этом процесс выключения тиристора 3 заканчивается.

В момент времени t< (фиг. 2) осуществляют коммутацию главного тиристора 16 в нагрузке 26, Предположим, что к моменту времени t< ток в 26 и в тиристоре 16 возрос да величины, при которой коммутирующая способ.ность узла принудительной коммутации недостаточна для выключения тиристора 16. Рассмотрим этот процесс на примере диаграммы токов и напряжений (фиг. 2а). Согласно диаграмме (фиг. 3) для выключения тиристора 16 включают распределительный тиристор

18 и коммутирующий тиристор 39. Конденсатор 44 LC-цепи 44 и 45 перезаряжается по контуру и выключает тиристор 16 по .цепи . 44, 39, 54, 16, 18, 48, 45, 44. При этом к тиристору

16 прикладывается необходимое для восстановления его вентильных свойств напряжение первичной обмотки транс5

40 форматора 50. Со сдвигом во времени включается вторая ЬС-цепь 42, 43 (фиг.. 3).При этом коммутирующий конденсатор 42 разряжается по контуру:

42, 37, 52, 50, 43. Однако ток нагрузки становится в момент времени

t> больше, чем амплитуда коммутирующего импульса тока, и поскольку интервал времени t<> меньше, чем время, необходимое для восстановления вентилвных свойств тиристора 16, то тиристор 16 снова включается, а ток через тиристор 18 прекращается.

В момент времени t включают зарядные тиристоры 46 и 41, вследствие чего конденсатор 44 заряжается по цепи. 32, 46, 45, 44, 41, плюс 44, 45, 46, 32, 41, минус 44.

Так как тиристор 16 повторно включается, то на очередной главный тиристор 15 подается запрет на включение. Со сдвигом во времени, равным интервале t4, подают .импульсы управления на тиристор 34 и повторно на зарядный тиристор 47. При этом конденсатор 32 начинает перезаряжаться по цепи: 32, 34, 16, 18, 43, 47, 32 и тиристор 16 выключается.

После выключения тиристора 16 ток перезаряда конденсатора 32 протекает по цепи: 12, 34, 20, 18, 4Э, 47, 32, вследствие чего к тиристору 16 прикладывается в обратном направлении падение напряжения на тиристоре 20.

На интервале времени ts-6 конденсатор

32 перезаряжается напряжением противоположной полярности. Однако это напряжение конденсатора невелико, так как ток конденсатора отрицательной полярности замыкается по цепя 4: 32,,61, 52, 50, 48, 49, 51, .60, Э2 или

"+32» 56 55, 60, -32, или +Э2, ника тягового снабжения через диодный мост 28-31 на прежнюю полярность.

Так как емкость конденсатора 32 на порядок больше, чем емкость конденсаторов 42, 44, то выбором параметров емкости конденсатора 32 ы индуктивностей отпаек от реакторов 43 и 45 можно получить требуемую амплитуду и длительность импульса переэаряда конденсатора 32, которая может в несколько pas превышать амплитуду импульса тока, создаваемого действием

ЬС-цепей 42, 43 и 44, 45, вследствие чего можно скоммутировать ток, в 21554095

3 раза превышающий ток нагрузки, коммутируемый LC-цепями 42-45. Длительность импульса тока, создаваемая действием конденсатора 32 и индуктивностями отпаек реакторов 43 и 45 должна быть не менее паспортного времени, необходимого для восстановления вентильных свойств главных тиристоров при обратном напряжении 1,5-2 В, После восстановления вентильных свойств тиристора 16 включают тиристор 15 и работоспособность инвертора восстанавливается.. В случае превышения током нагрузки тока уставки формируется сигнал на увеличение задания по выходной частоте преобразователя, и к очередной коммутации ток

Harpy",êè снижается. Поэтому в момент времени te выключают тиристор 9, Для этого, также как и для выключения тиристора 3, включают согласно диаграмме (фиг. 3)коммутирующий 36 и распределительный 11 тиристоры. Цифровые индексы при обозначениях токов

I и напряжений U на фиг. 2 соответствуют номерам элементов в схеме фиг,l.

Блок управления 62 работает следующим образом. На вход регулятора частоты 70 подается сигнал U задания выходной частоты преобразователя, согласно которому с выхода 70 формируется последовательность прямоугольных нормированных и сдвинутых во времени положительных U>(U,U e,U ) и отрицательных U (UA,U e,U ) импульсов (где 1 — фазный индекс). Импульсы и U поступают на вход распреде1 лителя импульсов 71, формирующего по передним фронтам выходные импульсы, . определяемые следующими логическими

%, % выражениями Р =Од; Р =Пд» Р. =Уз» F

Fs U< Fe U c которые поступают через логический узел управления 72 на управляющие входы главных тиристоров 3, 4, 9, 10, 15, 16. По задним фронтам импульсов U и 01 формируют узкие импульсы, определяемые следуо ющими логическими выражениями F> =U о о о -о °

8 B 9 Пс а 4 Р1 Птз1 а. Пс которые поступают через логический узел управления 72 на управляющие входы распределительных тиристоров

5, 11 17, 6, 12, 18, а-также формируют широкие выходные импульсы управления, определяемые логическими выражениями Fjg=U)» Fgg=Ue y F(s=Ug

Fte Ua, „=Us j

50 управляющие входы обратных тиристоров

8, 14, 20, 7, 13, 19 ° С выхода логического узла 72 на управляющие входы коммутирующих тиристоров 36, 39 поступают импульсы управления, реализующие логические выражения F > = о о о -о -о -о

="д+" Ь+"с» ы ="д+"е+"с °

К выходу блока 72 подсоединены также входы первых одновибраторов 73, формирующие задержку 2/3 с, где длительность перезаряда коммутирующих LC-цепей, выходы которых через усилительно-развязывающий элемент подсоединены к управляющим входам коммутирующих тиристоров 38 и 37 второй по очередности перезаряда LC-цепи. Вторые одновибраторы 75, формирующие задержку, превышающую с, подсоединены своими выходами через усилительно-развязывающие элементы 76 и

77 к управляющим входам зарядных тиристоров 40, 41» 46, 47, Согласно фиг. 4 на входы 63-68 системы управления 62 поступают сигналы с датчиков тока 21-23, а затем эти сигналы поступают на входы усилительно-развязывающих элементов 7981. Затем сигналы с выходов 79-81 поступают на входы компараторов 8284, где они сравниваются с сигналом уставки, поступающим на вход 69 системы управления 62. Сигнал уставки соответствует мгновенному значению тока, коммутируемому узлом принудительной коммутаЦии. В случае, если сигнал соответствующий мгновенному значению тока в коммутируемой фазе, поступающий с датчиков тока, превысит ток уставки, то с выходов компараторов 82-84 на входы усилительно-развязывающих элементов 91-93 поступает сигнал, в результате чего формируются импульсы управления, поступающие в каждой фазе нагрузки на входы двухвходовьгх логических элементов совпадения (2И) 89 и 90.

Одновременно формирователи 91-93 формируют импульсы запрета (ЗА, ЗВ, ЗС), запрещающие включение очередных главных тиристоров (например, если в фазе 24 работает тиристор 3, то запрет формируется на тиристор 4, если работает тиристор )О, то запрет подается на тиристор 9 и т.д.) . По передним фронтам импульсов, поступающих с выхода 72 на входы управления коммутирующими тиристорами 36 и

39 одновибраторы 85 и 86 формируют

1554095

10 импульсы, равные по длительности интервалам времени (фиг, 3), а формирователи 87 и 88 по задним фронтам импульсов одновибраторов формируют .5 импульсы, поступающие на входы логических элементов 2И 89 и 90. С выходов этих узлов (89, 90) снимают сигналы, поступающие на входы усилительно-развязывающих элементов 94, 95 и

97, которые обеспечивают включение защитных тиристоров 33 и 34 и повторное включение зарядных тиристоров 46, 47. По сигналам запрета, поступающим с выходов узлов 91-93

5 формируются также импульсы на включение соответствующих обратных тиристоров: в рассматриваемом случае на тиристор 20 и повторно на тиристор

18 с. осуществлением задержки на вклю- 20 чение очередного главного тиристора.

Формула из об р ет ения

1. Тяговый преобразователь постоянного напряжения в трехфазное 25 переменное, содержащий главные, обратные и распределительные тиристорные мосты, объединенные соответственно по выводам переменного тока, причем мосты главных и обратных ти- 30 ристоров объединены по выводам постоянного тока и подсоединены к основным шинам питания, однофазный диодный мост с фильтровым конденсатором на выходе. подсоединяемый к сети пи- 35 тания, две пары согласно последовательно включенных коммутирующих тиристоров, подсоединенных общими точками соединения анодов и катодов к выходным шинам однофазноro диодного 40 моста через встречно включенные развязывающие диоды, два разрядных и четыре возвратных диода, подсоединенных своими соответствующими выводами к упомянутым выше общим точ- 45 кам соединения анодов и катодов коммутирующих тиристоров, две последова.тельно включенные через разделительный диод коммутирующие LC-цепи, состоящие из последовательно включенных коммутирующих конденсаторов и реакторов, подсоединенные своими выводами к соответствующим точкам соеди. нения коммутирующих тиристоров каж дой пары, две пары встречно последо55 вательно включенных анодами и катодами.зарядных тиристоров, подсоединен-, ных общими точками соединения анодов и катодов к выходным шинам ода по задним фронтам узкие импульсы о о о, — о — о

Fz U((Р3 ((е F) U(: э 7о А з F((U((Fi2=Uñ и широкие импульсы оо и 4 э

Р 0оо и ((э оо . oo 00 (4 Ь (5 Э Р(6 11 4 э

"(8-"с а также подключенный к выходу распределителя импульсов управления логический узел, реализующий логические выражения где Р, -Р— выражения, определяющие управление главными тиристорами, Р -F(< — обратными1 F,>-Р(б - распределительными, F(> и F коммутирующими тиристорами первой по очередности перезаряда в каждую коммутацию упомянутой LC-цепи, подключенные к выходам логического узла первые одновибраторы, формирующие задержку 2/3, где — длительность перезаряда упомянутой коммутирующей LC-цепи, выходами подключенные через усилительноразвязывМющие узлы к управляющим входам коммутирующих тиристоров второй по очередности перезаряда LC-це-. пи, вторые одновибраторы, также поднофазного диодного моста и одними анодом и катодом — к соответствующим выводам ЬС-цепей, коммутирующий транс форматор, подсоединенный своими соответствующими выводами двух первичных и вторичной обмоток к выводам постоянного тока моста распределительных тиристоров, к выводам разрядных, возвратных диодов и к разделительному диоду, два диода связи, соединяющие общие точки соединения анодов и катодов коммутирующих тиристоров и основные шины питания, а также блок управления, содержащий регулятор частоты, формирующий согласно .сигналу задания последовательности прямоугольных нормированных и сдвинутых во времени положительных U и отриS цательных Ui импульсов, где 1 — фазный индекс, распределитель импульсов управления, соединенный входами с выходами регулятора частоты, формирующий по передним фройтам импульсов

U и U выходные импульсы, которые

1 определяются следующими выражениями. — 4 А F< UA Р 3 6 э

1554095 ключенные к выходам логического узла и формирующие задержку, превышающую а выходами через усилительно-развязывающие узлы подсоединенные к управляющим .входам соответствующих зарядных тиристоров, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повы шения коммутационной устойчивости при перегрузках, он дополнительно снабжен двумя защитными тиристорами, анодами и катодами подсоединенными соответственно к выходам шинам упомянутого однофазного диодного моста и к основным шинам питания, тремя .датчиками тока, подключенными к выводам переменного тока, тремя компараторами, подсоединенными своими. входами к выходам датчиков тока и к задатчику сигнала опорного напряжения, задающего ток уставки, двумя дрполнительными одновибраторами, формирующими. по передним фронтам поступающих импульсов задержку 2,, которые своими входами подсоединены

«к выходным логического узла, реализующего указанные логические выраже-, HHH F„ H F > двумя двухвходовыми ло гическими элементами совпадения И, своими входами подсоединенными к вы{j ходам компараторов и дополнительных одновибраторов, а своими выходами через усилительно-развязывающие узлык соответствующим входам управления защитных и зарядных тиристоров.

2, Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что упомянутые коммутирующие реакторы LC-цепей выполнены с дополнительными отводами, причем другие анод и катод упомянутых зарядных тиристоров соединены с дополнительными отводами реакторов LC-цепей.! з54095

Г

Составитель Г,Мыцык

Редактор И.Сегляиик Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 463 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

П оизводственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 1

II II

1Р1 р