Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для принудительного выключения тиристоров автономного инвертора напряжения и регулируемого выпрямителя. Цель изобретения - повышение надежности путем исключения сквозного проключения коммутирующих тиристоров. Устройство содержит трехфазные мосты главных и обратных тиристоров 2 - 13. Однофазный тиристорный мост 20 - 23 выходом подключен через связывающие диоды 31, 32 к трехфазному мосту коммутирующих тиристоров 25 - 30. LC-цепи 33 - 38 подключены к тиристорам 25 - 30 и разделительным диодам 39 - 40. Коммутирующий тр-р 49 выполнен с двумя первичными обмотками 50, 51 и двумя вторичными обмотками 52, 53. Обмотки 63, 64 связи расположены на магнитопроводах коммутирующих реакторов 33, 37 и подключены к формирователю сигналов управления, что позволяет независимо от величины коммутируемого тока нагрузки ограничивать напряжение на коммутирующих конденсаторах на уровне, превышающем входное напряжение. 4 ил.

союз советсних со@1Алистичесних

РЕСПУБЛИН

77 Al ((9) ((И

SU, (51}5 Н 02 М 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fo изОБРетениям и откРытиям

Г1Ри Гкнт сссР

1 (21) 4210237/24-07 (22) 16.03.87 (46) 07.04.90. Бюл. 11 13 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический . институт комплектного электропривода

Новосибирского производственного электротранспортного объединения "Электроагрегат" (72) Г.Н.Коваливкер, Г.В.Кузина и А.Б.Немировский (53) 621.314.572(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1302406, кл. Н 02 М 7/515, 1985 ° (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано для принудительного выключения тиристоров автономного инвертора напряжения и регулируемого выпрямителя.

Цель изобретения — повышение надежГ

2 ности путем исключения сквозного проключения коммутирующих тиристоров.

Устр-во содержит трехфазные мосты главных и обратных тиристоров 2-13.

Однофазный тиристорный мост 20-23 выходом подключен через связывающие диоды 31, 32 к трехфазному мосту коммутирующих тиристоров 25-30. LC-цепи

33-38 подключены к тиристорам 25-30 и разделительным диодам 39-40. Коммутирующий тр-р 49 выполнен с двумя первичными обмотками 50, 51 и двумя вторичными обмотками 52, 53. Обмотки

63, 64 связи расположены на магнитопроводах коммутирующих реакторов 33, 37 и подключены к формирователю сигналов управления, что позволяет независимо от величины коммутируемого тока нагрузки ограничивать напряжение на коммутирующих конденсаторах на уровне, превышающем входное напряжение. 4 ил.

1555787

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть, использовано для принудительного,выключения тиристоров автономного инвертора напряжения и регулируемого

5 выпрямителя.

Цель изобретения — повышение надежности путем исключения сквозных коротких замыканий по цели коммутирующих тиристоров .

На фиг.l приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 — диаграммы импульсов управления, поясняющие работу преобразователя, и кри- 15 вые импульсов тока и напряжения на коммутирующих конденсаторах; на фиг.3 — функциональная схема системы управления; на фиг.4 - диаграмма импульсов, формируемых в системе уп- 20 равлення, и кривые напряжения, поступающие с выхода обмоток связи, расположенных на стержнях коммутирующих реакторов, и с выхода дифференцирующего устройства (цифровые обозначения при сигналах соответствуют номерам элементов на фиг.3).

Преобразователь содержит силовой узел 1, включающий в себя трехфаз ные мосты главных (четные номера) и обратных (нечетные номера) тиристоров

2-13 и распределительных тиристоров

l4-19, которые объединены между собой выводами переменного тока, образующими выходные выводы преобразователя, а выводами постоянного тока главных и обратных мостов подсоедине-. ны к шинам для подключения источника питания. Устройство содержит также однофазный тиристорный мост 20-23 с фильтровым конденсатором 24 на выходе, трехфазный мост коммутирующих тиристоров 25-30, выводами постоянного тока через связывающие диоды 31 и 32 подключенный к выходным выводам одно- 45 фазного тиристорного моста 20-23,три коммутирующие LC-цепи 33-38, выполненные из последовательно соединенных коммутирующих реакторов 33, 35 и 37 и конденсаторов 34, 36 и 38.Коммутирующие цепи одними соответствующими выводами подключены к выводам переменного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров 2-30, а дру-, гияи выводами — к соответствующим вы55 водам двух последовательно вклр.ченных разделительных диодов 39 и 40. Шесть зарядных тиристоров 41-46 и два ограничительных тиристора 47 и 48 подсоединены к соответствующим выводам коммутирующих LC-цепей и однофазного тиристорного моста 20-23. Коммутирующий трансформатор 49 с двумя первичными обмотками 50 и 51 и с двумя вторичными обмотками 52 и 53 подключен одними соответствующими выводами первичных 50 и 51 и вторичных 52 и 53 обмоток к выводам попарно-встречно соединенных возвратных диодов 54 н

55 и разрядных диодов 56 и 57, которые своими анодами и катодами подсоединены к выводам постоянного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров 25-30. Другие выводы первичных обмоток 50 и 51 присоединены к соответствующим ЕС-цепям и к трехфазному мосту распределительных тиристоров

14-19.

Два коммутирующих диода 58 и 59 подсоединены к соответствующим выводам постоянного тока главных (2,4,6, 7,10,12) и коммутирующих (25-30) трехфазных тиристорных мостов, нагрузка

60-62 подсоединена к выводам переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, обмотки 63 и 64 связи расположены на магнитопроводах коммутирующих реакторов 33 и 37, система 65 управления подсоединена входными виводами к обмоткам связи и выходными выводами к управляющим входам тиристоров 25"30, 41-46, 14-19,, 47 и 48.

Система 65 управления состоит из двухканального регулятора бб частоты, двухканального распределителя 67 импульсов управления, подсоединенного входами в каждом канале управления к выходам двухканального регулятора частоты и выходами к управляющим входам коммутирующих тиристоров 25 и 28. В состав системы 65 входят также одновибраторы 68-71, выходы которых через усилительно-развязывающие элементы

72-76 соединяются с управляющими вхо- дами коммутирующих тиристоров 25-30 и зарядных тиристоров 41-46, а входыс выходами 67. Выходы одновибраторов

7l соединены с одними входами двухвходовых логических элементов 2И 77, а входы — с выходами 67. Выходы 77 через усилительно-развязывающие элементы 78 соединены с управляющими входами ограничительных тиристоров 47 и 48. Обмотки 63 и 64 связи соединены s каждом канале управления с дифференцирующими узлами 79, выходы которых через нормирующие усилители-фор15557

5 мирователи 80 подключены к другим входам 77.

Работа преобразователя постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение заключается в следующем.

Предположим, что к моменту времени t âêëþ÷åíû тиристоры 2, 10 н 8, ток нагрузки замыкается по цепям .

II И плюс входного напряжения, элементы 2, 60, 61 и 8, "минус" входного напряжения, "плюс входного напряжения, элементы 10,62,61 и 8, "минус" входного напряжения, а конденсаторы

34, 36 и 38 заркжены к моменту времени t с полярностью напряжения,укаэанной на фиг.1 (с "плюсом" на правой обкладке) В момент времени t, включают коммутирующий тиристор 25 и распределительный тиристор 14. В ре- 20 эультате этого конденсатор 34 начинает перезаряжаться по цепи: элементы 34, 39, 40, 14, 2, 58, 25, 33 и

34, вытесняя ток нагрузки из тиристора 2. 25

В момент времени t, ток колебательного контура 33 и 34 становится равньм току, нагрузки, и тирнстор 2 выключается. Ток LC-контура 35 и 36, представляющий собой часть коммутирующего импульса тока, превышающего .. коммутируемый ток нагрузки, замыкается по цепи: элементы 34, 39, 40, 50, 56, 25, 33 н 34, создавая на первич ,ной обмотке 50 коммутирующего транс„35 форматора 49 падение напряжения, "плюс" которого прикладывается через распре- делительный тиристор 14 к катоду запи.раемого тиристора 2, а "минус" через диоды 15 и 58 - к аноду тиристора 2. 40

При достижении ЗДС вторичной обмотки 52 коммутирующего трансформатора величины, превышающей напряжение на фильтровом конденсаторе 24, открывается возвратный диод 57 и ток обмот- 45 ки 52 замыкается о цепи: элементы

52, 56„ 31, 24, 32, 57 и 52. Таким образом, на время.протекания тока превышения по .первичной обмотке 50 к выключенному тиристору 2 прикладывает- 50 ся обратное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, по величине равной напряжению заряда фильтрового конденсатора 24, деленной на коэффициент трансформации коьачутирующе.го трансформатора, тем самым обеспечивается восстановление его вентильных свойств. Ток нагрузки выключаемой фазы 60 протекает но цепи:"плюс"

87 6 входного на ряжения питания, элементы 58, 25, 33, 34, 39, 40, 14, 60, 61 и 8, "минус" питания.. В момент времени ) включается коммутирующий ти.ристор 26 и ток нагрузки переводится из LC-цепи 33 и 34 в LC-цепь 35 и 36.

В момент времени > ток первой LC-цепи 33 и 34 спадает до нуля, а ток превышения второй LC-цепи замыкается по цепи: элементы 36, 40, 50, 56, 26, 35 и 36.

В момент времени + включают коммутирующий тиристор 27, и ток нагрузки из LC-цепи 35 и 36 переводится в

LC-цепь 37 и 38. Ток превышения замыкается по цепи: элементы 38, 50, 56, 27, 37 и 38. В момент времени t (фиг.2) ток превышения становится равным току нагрузки, и диод 56 выключается. Далее, если напряжение конденсатора 38 меньше, чем входное напряжение питания преобразователя Ug, происходит дозаряд конденсатора током йагрузки на интервале времени до напряжения Б,1 по цепи:

"плюс" питания, элементы 58, 27, 37, 38, 14, 60, 61 и 8, "минус" питания.

В момент времени t напряжение конденсатора 38 становится равным входному напряжению. При этом на обратный тиристор 5 инвертора заранее подан управляющий импульс, вследствие чего происходит коммутация тока из ЬС-цепи в нагрузку. При этом в обычных устройствах конденсатор 38 дозаряжается на интервале времени С

t спадающим током нагрузки (крнвые тока и напряжения показаны пунктирной линией) до напряжения, значительно превышающего входное напряжение по цепи: шина питания, элементы 58, 27, 37, 39, 14, 60, 61 и 8, "минус" питания.

По мере спадания тока в ЬС-цепи ток в обратном тиристоре 5 к моменту времени t> нарастает до тока нагрузки. Напряжение на коммутирующем конденсаторе ограничивается на уровне, превышающем входное напряжение АИН.

Для включения ограничительных тиристоров 47 и 48 в момент спада тока нагрузки нв сердечниках коммутирующих реакторов первой н третьей по очередности перезаряда ЬС-цепей располагают дополнительные обмотки связи, сигналы с которьм подают в систему управления. Сигналы напряжения, поступающие с обмоток связи, позволя7 15557 ют вьщелить момент спада тока нагрузки и включать ограничительные тнристоры независимо от величины коммутируемого тока нагрузки. При этом напряжение на коммутирующих конденса- 5 торах всегда ограничивается на уровне, превьипающем входное напряжение АКН, и коммутирующие тиристоры надежно восстанавливают свои вентильные свойстt0 ва.

Рассмотрим этот процесс. Предполос жим, что в момент времени й, напряжение на конденсаторе 38 стало равно входному напряжению источника литания. При этом формируется импульс управления на включение тиристора 47, и когда напряжение конденсатора 38 становится равным напряжению 24,часть тока нагрузки замыкается по цепи:

"плюс" питания, элементы 58, 27, 37, 47, 24, 32, 55, 51, 39, 40, 14, 60, 61 и 8 "минус" питания.

Так как емкость конденсатора 24 выбирается много больше, чем емкость конденсатора 38, то напряжение конденсаторов 24 и 38 за счет энергии, запасенной в реакторе спадающим током нагрузки, повышается незначитель" но и, следовательно, напряжение кон- 30 денсатора 38 ограничивается на уровне напряжения конденсатора 24, величина которого поддерживается на заданном уровне тнристорным стабилизатором 20-23. При этом ток нагрузки

60 замыкается по цепи: элементы 60, 61, 8, 5.и 60.

В момент времени t ток в конденсаторах 38, 24 спадает и переводится полностью в цепь: элементы 60, 61, 8, 5,,и ЬО..Так как напряжение коммутирующего конденсатора в момент спада тока нагрузки выше напряжения ,конденсатора 24, то коммутирующий тиристор 27 восстанавливает свои вентнльные свойства по цепи: элементы

38, 37, 27, 31, 24, 32, 55, 51, 39, 40 и 38, раслределительный. тнристор

14 выключается по цепи: элементы 38, 37, 27 и 58, источник 5, 14 и 38 питания.

Таким образом, при включении ограничительных тиристоров 47 и 48 в мо, мент спада тока нагрузки напряжение на коммутирующих конденсаторах при ,любой величине тока нагрузки ограни-, 55 чивается на уровне, незначительно превышающем входное напряжение питания и напряжение источника питания УПК, 87 а это позволяет надежно выключить коммутирующие и распределительные тиристоры.

В момент времени t открываются зарядные тиристоры 41 и 42 и происходит дозаряд коммутирующих конденсаторов 34 и 36 по цепи, элементы 24, 41, 33, 34, 39, 40-46, -24, +24, 42, 35, 36, 40 46 и 24. Энергия, "закачиваемая спадающим током нагрузки, используется для дозаряда первых двух по очередности перезаряда LC-цепей.

Система управления согласно диаграмме импульсов (фиг.4) работает следующим образом. На вход регулятора 66 частоты подается сигнал U>. задания по выходной частоте. На выходах блока

66 для каждой фазы преобразователя формируют соответствующие сигналы.Согласно диаграмме (фиг.4) по заднему фронту этих сигналов распределитель

67 импульсов формирует импульсы, поступающие на вход тиристоров 25 и 28 и на входы четырех одновибраторов 6871.

Одновибраторы формируют импульсы, по длительности равные интервалам времени С, — г,, —,, < — ь, и - и . По задним фронтам импульсов одновибраторов 68 — 70 усилители-формирователи 72 - 76 формируют импульсы управления, поступающие на тиристоры. В момент времени й+ включают коммутирующий тиристор 27, и начинается процесс перезаряда третьей ЬСцепи, вследствие чего с обмотки 64 связи на вход дифференцирующего узла 79 поступает сигнал, соответствующий по форме напряжению коммутирующего реактора (кривая U на фиг.4) °

Видно, что в момент t соответствующий спаду тока (фиг.2), в кривой напряжения Я наблюдается нарастание

ЭДС самоиндукции. После дифференциро- . вания сигнала U „ на выходе 79 получают три импульса разной лолярности: два импульса отрицательных и один положительный, С дифференцирующего ys» ла сигнал поступает иа нормирующий усилитель-формирователь, с выхода которого положительный импульс посту- - пает на вход элемента 2И 77. Нормирующий уснлигель-формирователь необходим для исключения ложного сигнала . на Входе 77 ((кривая 079 на фиг.4).!)., Импульс четвертого одновибратора

71 формируется по длительности равным максимальному интервалу времени

1555787 и определяется минимальным

KoHhFjтируемым током нагрузки. При совпадении импульсов на входе 77 с выхода 78 снимают сигнал на включение ограничительного тиристора 47.

Отметим, что в очередной полупериод коммутации (интервал t „ - t< ) первой включается LC-цепь 37 и 38,вследствие чего с обмотки связи снимается сигнал управления Б, поступающий

1О на вход 79 в первом канале. Однако импульс с четвертого одновибратора

71 отсутствует, и тиристор 47 не включается. Таким образом, одновибраторы 71 формируют импульсы, раз15 решающие включение ограничительных тиристоров.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное,содержащий три трехфазных моСта главных, обратных и распределительных тиристоров, обьединеиных между собой выводами переменного тока, образующими выходные выводы преобразователя, а выводами постоянного тока главных и обратных трехфазных мостов, подсоединенных к шинам для подключения .источника питания, однофазный тиристорный мост с фильтровым конденсато» ром на выходе, трехфазный мост коммутирующих тиристоров, подсоединенный выводами постоянного тока через связывающие диоды к выходным выводам однофазного тиристорного моста, три коммутирующие LC-цепи, вынолненные из последовательно соединенных коммутирующих реактора и конденсатора, . подключенные одними соответствующими выводами к выводам переменного тока трехфазного моста коммутирующих тиР р дру д 4 ответствующим выводам двух последовательно включенных разделительных диодов, шесть зарядных и два ограничительных тиристора, подсоединенных к соответствующим выводам коммутирующих

LC-цепей и однофазного тиристорйого

50 моста,. коммутирующий трансформатор, подключенный одними соответствующими выводами первичных и вторичных обмоток к выводам попарно-встречно соединенных возвратных и разрядных дио55 дов, анодами и катодами подсоединенных к выводам постоянного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров, а другими выводами первичных обмоток присоединенный к соответствующим выводам LC-цепей и трехфазного моста распределительных тиристоров, два коммутирующих диода, подсоединенных к соответствующим выводам постоянного тока главных и коммутирую" щих трехфаэных тиристорных мостов, а также систему управления, выполненную в виде последовательно соединенных двухканального регулятора частоты, формирующего в зависимости от задания последовательность сдвинутых во времени в каждом канале логических сигналов управления, и двухканального распределителя импульсов управления, в каждом канале подсоединенного к управляющим входам коммутирующих тиристоров трехфазного моста, которые образуют с первой из LC-цепей первый по очередности перезаряда LC-контур, и к входным выводам первого одновибратора, формирующего задержку 2/3, а также к управляющим входам коммутирующих тиристоров, образующих со второй из LC-цепей второй по очередности перезаряда LC-контур, и к входным выводам второго одновибратора, формирующего задержку 4/ЗС, а также к управляющим входам коммутирующих тиристоров,образующих с третьей из ЬСцепей третий по очередности перезаряда ЕС-контур, и к входным выводам третьего одновибратора, формирующего задержку Зь, а также к управляющим входам соответствующих зарядных тиристоров и к входным выводам четвертого одновнбратора, формирующего задержку по длительности, превьипающую

8/32, где c — длительность полупериода собственной частоты перезаряда упомянутых LC-контуров, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения сквозных коротких замыканий по цепи коммутирующих тиристоров, он снабжен обмотками связи, размещенными на магнитопроводах коммутирующих реакторов первого и третьего по очередности переэаряда ЬС-контуров, причем в каждый канал упомянутой системы управления дополнительно введены дифференцирующий узел, подсоединенный выводами к соответствующим обмоткам связи, нормирующий усилитель-формирователь, подключенный своим входом к выходу дифференцирующего узла, двухвходовой логический элемент совпаде1555787

11 ния 2И, подсоединенный одним входом к выходу нормирующего усилителя-формирователя, другим входом — к выходу четвертого одновибратора, а выходом ,/ й

1г связанный с выводами управления соответствующих ограничительных тирис» торов.

1555787 1 !Я 1Я fg g5 Й 1 р gg

Фы 4

Составитель Г.Мыцык

Техред М.Дидык КоРРектоР В. Кабаций

Редактор В.Данко

Заказ 559. Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ао изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 1

° !!

Г ин 101