Преобразователь трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения для питания 2 @ -канальной активно-индуктивной нагрузки с рекуперацией энергии в емкостный накопитель

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения, питающие 2пканальную активно-индуктивную нагрузку, например, для питания магнитных транспортных систем. Целью изобретения является повышение КПД путем частичной рекуперации энергии магнитного поля, накапливаемой в цепи нагрузки. Преобразователь содержит управляемые выпрямители 1, 2, входом соединенные с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающей сети, емкостные накопители 3, 4 и в каждом канале нагрузки тиристорный ключевой элемент, состоящий из оснобного 17 и коммутирующего 18 тиристоров, выводы одних одноименных силовых электродов которых объединены в общую точку, вывод второго силового электрода коммутирующесл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 М 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4745555/07 (22) 03.10.89 (46) 30.03.92. Бюл. М 12 (71) Черкасский филиал Киевского политехнического института им. 50-летия Великой

Октябрьской социалистической революции (72) Ю.А.Кочкарев и О,В,Хрипко (53) 621.314.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М! 716937, кл. В 65 1 49/00, 1980.

Чаки Ф. и др. Силовая электроника.

Примеры и расчеты. M.: Энергоиздат, 1982.

Патент ГДР

N 224163,,кл. Н 02 М 11/06, 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНОГО

ТОКА В ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ИМПУЛЬСЫ

НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ 2п-КАНАЛЬНОЙ АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКИ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ В

ЕМКОСТНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ.„.. Ж,„, 1723648 А1 (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения, питающие 2пканальную активно-индуктивную нагрузку, например, для питания магнитных транспортных систем. Целью изобретения является повышение КПД путем частичной рекуперации энергии магнитного поля, накапливаемой в цепи нагрузки. Преобразователь содержит управляемые выпрямители 1, 2, входом соединенные с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающей сети, емкостные накопители 3, 4 и в каждом канале нагрузки тиристорный ключевой элемент, состоящий из основного

17 и коммутирующего 18 тиристоров, выводы одних одноименных силовых электродов которых объединены в общую точку, вывод второго силового электрода коммутирующе1723648 го тиристора через зарядный резистор 20 соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, являющимся общим с входным выводом для подключения нулевого провода питающей сети, а вывод второго силового электрода основного тиристора образует второй выходной вывод. За счет того, что управляемые выпрямители 1, 2 выполнены в виде двух источников напряжения с равными, но противоположными по знаку относительно общего вывода выходными напряжениями, а емкостный накопитель разделен на две части, каждая из

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения, питающие 2п-канальную активно-индуктивную нагрузку, например, для питания магнитных транспортных систем (МТС).

Известны тиристорные преобразователи для питания магнитных транспортных систем, содержащие магнитопроводы с 2п катушками, т.е. активно-индуктивные нагрузки.

Общим недостатком этих устройств является отсутствие использования энергии магнитного поля, накопленной в катушках

МТС за время протекания тока в обмотках, что приводит к сравнительно низкому КПД преобразователя и к увеличению длительности протекания тока через катушки (так как они зашунтированы диодами), что в ряде случаев нежелательно из-за возникновения в MTC паразитных тормозящих сил.

Наиболее близким к изобретению является устройство, в котором реализуется способ запирания основных тиристоров. В устройстве параллельно основному тиристору 1-го канала подключены вспомогательный тиристор и коммутирующая LC-цепь, когда основной тиристор открыт; в LC-цепи запасается энергия, которая затем используется для отпирания вспомогательного тиристора и частично передается обратно в источник питания.

В. указанном устройстве имеется частичная рекуперация энергии, накопленной в элементах L и С, однако величина этой энергии очень мала по сравнению с энергией, поступающей в нагрузку, поэтому КПД рассматриваемого преобразователя очень мало отличается от КПД преобразователей вообще без рекуперации, что и является его основным недостатком. которых включена между выходом одного из указанных источников и общим выводом, и в каждый тиристорный ключевой элемент дополнительно введен рекуперативный диод 21, причем в каждом тиристорном ключевом элементе указанная общая точка соединения основного и коммутирующего тиристоров подключена к выходу одного из источников напряжения, а рекуперативный диод включен между вторым выходным выводом и выходом другого источника напряжения, происходит уменьшение потребления тока из сети. 2 ил.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя для МТС за счет использования рекуперации электромагнитной энергии, накапливаемой в катушках

5 индуктивной нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что управляемый выпрямитель выполнен в виде двух источников напряжения с равными, но противоположными Ilo знаку относитель10 но общего вывода выходными напряжениями, емкостный накопитель разделен на две части, каждая из которых включена между выходом одного из указанных источников и общим выводом, а в каждый

15 тиристорный ключевой элемент дополнительно введен рекуперативный диод, причем в каждом ключевом элементе указанная общая точка соединения основного и коммутирующего тиристоров под20 ключена к выходу одного из источников напряжения, а рекуперативный диод включен между вторым выходным выводом и выходом другого источника напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схе25 ма преобразователя с рекуперацией для случая шестиканальной нагрузки (N = 3); на фиг. 2 — временные диаграммы токов и напряжений на элементах схемы.

Преобразователь содержит управляе30 мые выпрямители 1 и 2 (фиг. 1), подключенные к питающей трехфазной сети, на выходе выпрямителей включены накопители 3 и 4.

Тиристорные ключи 5 — 10 предназначены для коммутации активно-индуктивных на35 грузок 11 — 16. Тиристорный ключ первого канала состоит из основного тиристора 17, коммутирующего тиристора 18, коммутирующего конденсатора 19, зарядного резистора 20 и рекуперативного диода 21.

40 Ключи 7 и 9 аналогичны тиристорному ключу 5. Тиристорный ключ 6 второй группы нагрузок отличается от ключа 5 обратным

1723648 (по полярности) включением диодов и тиристоров, ключи 8 и 10 аналогичны ключу 6, В ключе 5 основной тиристор 17 и коммутирующий тиристор 18 соединены анодами, между их катодами включен конденсатор 19, зарядный резистор 20 включен между общей точкой преобразователя и катодом коммутирующего тиристора

18. Нагрузка включена между катодом основного тиристора 17 и общей точкой преобразователя. Элементы остальных ключей включены аналогично (в ключах 6, 8, 10 с учетом обратной полярности).

Устройство работает следующим образом.

Так как тиристорные ключи коммутируются независимо один от другого, рассмотрим работу одного из них — ключа 5.

В начальный момент Т> нагрузка 8 обесточена (фиг. 2), конденсатор 7 разряжен, тиристоры 5 и 6 и диод 10 закрыты, напряжение на резисторе 9 равно нулю.

B момент Т в цепь управляющего электрода тиристора 5 подается импульс тока длительностью, достаточной для его открывания с учетом индуктивности нагрузки 8, тиристор 5 открывается, напряжение на нагрузке 8 становится равным Un T(падением напряжения на 5 пренебрегаем), ток нагрузки 18 нарастает с постоянной времени r> = L/R, где R — активное сопротивление нагрузки 8; L- ee индуктивность.

При этом конденсатор 7 заряжается по цепи: плюс источника питания, ключи 5, 7, 9, общий провод. Постоянная времени этого процесса тг = Rg х Ст, где Rg — сопротивление резистора 9; Ст — емкость конденсатора

7. По окончании переходного процесса ток в нагрузке 8 установится 1 = UngT/Вз, а напряжение на конденсаторе 7 — 0«т (на графике положительной считается такая полярность, когда левая обкладка положительна).

В момент Тг в цепь управляющего электрода тиристора 6 подается импульс тока.

Тиристор 6 открывается. Напряжение конденсатора 7 прикладывается к нагрузке, суммируясь с Один увеличивая таким образом напряжение на 8 до удвоенного 0«т, что вызывает некоторое увеличение тока нагрузки. На тиристоре 5 при этом оказывается запирающее напряжение на время, достаточное для его закрывания.

Конденсатор 7 быстро перезаряжается током нагрузки от 0«т до цепи 8, 7, 6, плюс источника питания, минус источника питания. В момент достижения минус 0«т (Тз) открывается диод 10 и дальнейший рост напряжения на конденсаторе 7 прекращается.

Тиристор 6 при этом закрывается из-за падения тока через него до значения, мень45 шего тока удержания. Теперь индуктивн ый ток нагрузки 8 через диод 10 протекает в емкостный накопитель 4 второго канала, обеспечивая тем самым рекуперацию электромагнитной энергии активно-индуктив50 ной нагрузки 8. Этот процесс продолжается до Т4, после чего ток прекращается.

По приходу следующего открывающего импульса на тиристор 5 процесс повторяется.

55 Ограничения: т меньше (Т - Т1); Тр больше времени нарастания тока (до значения тока удержания тиристора 5); Т> достаточно для отпирания тиристора 6; (Тз - Tgp) больше времени запирания тиристора 5; U«T/Rg меньше тока удержания 6; Rg x C меньше периода повторения импульсов.

Таким образом, в процессе работы преобразователя через рекуперативный диод

21 (и другие аналогичные диоды, входящие

5 в состав других тиристорных ключей) периодически происходит подзарядка емкостных накопителей 3 и 4 за счет энергии, накапливаемой в активно-индуктивных нагрузках. Так как схема управления выпрями10 телями 1 и 2 поддерживает напряжение накопителей 3 и 4 на постоянном уровне, ток, потребляемый преобразователем от сети, уменьшается; при этом КПД преобразователя увеличивается.

15 Проведенные расчеты показывают. что эффективность рекуперации в преобразователе зависит от режима его работы, в частности от соотношения постоянной времени активно-индуктивной нагрузки и длительно20 сти импульса напряжения на ней. B наиболее благоприятном случае, когда эти величины примерно одинаковы, можно добиться повышения КПД Hà 50 .

25 Формула изобретения

Преобразователь трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения для питания 2п-канальной активно-индуктивной нагрузки с рекуперацией энергии в

30 емкостный накопитель, содержащий управляемый выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающих сети, емкостной накопитель и в кждом канале

35 нагрузки тиристорный ключевой элемент, состоящий из основного и коммутирующего тиристоров, выводы одних одноименных силовых электродов которых объединены в общую точку, вывод второго

40 электрода коммутирующего тиристора через зарядный резистор соединен с первым

1723648 пр. 5

Iynp. б

ы6

Llg num

Составитель О, Хрипко

Техред М,Моргентал

Редактор Н. Швыдкая

Корректор А. Осауленко

Заказ 1068 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбина . "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 выходным выводом для подключения нагрузки, являющимся общим с входным выводом для подключения нулевого провода питающей сети, а вывод второго силового электрода основного тиристора образует второй выходной вывод, о т л и ч а ю щ и й— сятем,,что,,с целью повышения КПД путем частичной рекуперации энергии магнитного поля, накапливаемой в цепи нагрузки, управляемый выпрямитель выполнен в виде двух источников напряжения с равными, но противоположными по знаку относительно общего вывода выходными напряжениями, емкостный накопитель разделен на две части, каждая из которых включена между выходом одного из указанных источников и общим выводом, а в каждый тиристорный

5 ключевой элемент дополнительно введен рекуперативный диод, причем в каждом ключевом элементе указанная общая точка соединения основного и коммутирующего тиристоров подключена к выходу

10 одного из источников напряжения, а рекуперативный диод включен между вторым выходным выводом и выходом другого источника напряжения.