Вентильный преобразователь,ведомый сетью Советский патент 1983 года по МПК H02M7/505 

Изобретение относится к ведомым сетью переменного тока вентильным преобразователям, работающим в выпрямительном и инверторном режимах попеременно либо только в инверторном 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 с переключателем 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 двухкомплектные 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, содержс1щий 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 Ci

Существенным недостатком этих приводов является плохое использо10вание преобразователя по напряжению, ограничиваемое в большинстве случаев условиями безопасного инвертирования. Обычно по условиям безопасного инвертирования угол опе15режения включения инвертора должен быть не менее мии ° эл.гргщ. В мощных вентильных электроприводах угол запаздывания et включения выпрямителя практически равен углу опе20режения включения инвертора (dljmi,, &мии Следовательно, использование п1 еобразователя по напряжению из условий безопасного инвертирования составляет

25 UA,Co5cL,

С05|Ь„ „.0,в66,

ua,

где Uj - максимальное выпрямленное ° напряжение преобразовате30ля при oL /мин о.

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 | , но при этом посадки напряжения в питающей сети могут сопровождаться опрокидываниями инвертора и, как следствие, аварийными отключениями преобразователя.

Известны преобразователи, в которых угол делается переменным зависящим от тока нагрузки С21.

Это позволяет yмeньшить|ЪJ ин при малом токе инвертирования, но не повышает использование преобразователя так как ot.jyj, определяется углом f, необходимым для безопасного инвертирования рабочего тока в случае посадки напряжения сети.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентильный преобразователь, в котором для уменьшения yглa|, применена, искусственная коммутация, содержащий однофазный мостовой преобразователь на тиристорах, нагрузку (якорь двигателя постоянного тока) и устройство искусственной коммутации в составе конденсатора, коммутирующих тиристоров, дросселя IJ3 3Применение искусственной коммутации позволило уменьшить р д, 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 питаквдей сети. Это приводит к увеличению потерь и габаритов коммутирукяцего контура. Кроме того, эта схема пригодна практически только для однофазных 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

чен тиристорный ключ с LC-коммутацией, причем к выключающему входу ключа через элемент задержки и диф.ференцирующий 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 преобразвателя и входаз которых присоединены к датчикам тока соответствующих силовых вентилей вентильного преобразователя, а также к выходам генераторов импульсов , 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 замыкается через ключ. В течение одной или нескольких коммутаций нормальная работа инвертора восстанавливается.

Схема позволяет уменьшить угол инвертирования| 1д,„ , т.е. увеличить использование преобразователя по напряжению. Одновременно увеличивается надежность преобразователя при работе в инверторном режиме, так как опрокидывание инвертора ликвидируется без отключения преобразователя от сети и без изизменения тока нагрузки, т.е. без нарушения работы всей установки/ как это имеет место в известных преобразователях.

Поскольку устройство искусственной коммутации (ключ) запускается логической схемой только при нарушении коммутации, т.е. только в предаварийной ситуации, частота работы ключа очень мала, что определяет малые потери в коммутирующем LC-контуре и позволяет уменьшить его габариты по сравнению с габаритами, известных коммутирукяцих контуров, работающих с частотой питающей сети.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для реверсивного 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 устройство принудительной коммутации в виде последовательно соединенных дросселя 4, коммутирующего конденсатора 5, коммутирукяцего тиристора б и шунтирукяцего LC-контур перезарядного тиристора 7. Параллельно

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 четьфех 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 вьтрямителей с нулевым выводом. Шесть выходов датчиков тока присоединены к входём логических элементов 14, являющихся элемента. ми И, число которых равно пульсности схемы преобразователя, т.е. в рассматриваемом случае шейти. К другим входам элементов 14 подключены выходы шести генераторов импульсов

15,каждый из которых включен на соответствующее линейное напряжение. Выхода 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 элементвременной задержки 17 ii дифференцирующий

конденсатор 18 подключен к управляющему входу перезарядного тиристоРа 7.

Схема работает следующим образом

Генераторы импульсов 15, включен ные 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 3 0.

I.

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

В инверторном режиме при нормальной 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 ТОК4 13 и с генератора импульсов 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 всети переменного тока, произойдет нарушение коммутации инвертора, т.е. ток в работающей фазе не успеет упасть до нуля к моменту перехода линейного напряжения через нуль (), произойдет совпадение двух сигналов на входе соответствующего элемента И..

В результате совпадения сигналов на двух входах элемента И появляется напряжение на его выходе и напряжение на выходе элемента ИЛИ 16. Отпирается тиристор 6 и происходит резонансный перезаряд конденсатора 5 по цепи: нижняя обкладка - тиристор 6 - диоды 11, 9 и 12 и 10- дроссель 4 - верхняя обкладка. Ток перезаряда .изменяется по гармоническому закону ив течение времени, пока этот ток больше тока нагрузки Ij, двигатель 3 закорочен. Ток двигателя в этом интервале поддерживается практически неизменным благодаря ЭДС самоиндукции якорной цепи и замыкается по цепи: плюс якоря - диоды 9, 1.0, 11 и 12 - минус якоря. В это ж время ток в фазах сети, питающей преобразователь, спадает до нуля и со-. ответствукндий элемент И (14) вьжлючается. Выключается элемент ИЛИ (16) и на его инверсном выходе появляется логическая единица. Этот сигнал поступает на вход временной задержки 17 и с задержкой At на выходе элемента 17 появляется напряжение, которое дифференцируется в узкий импульс, и попадает на управляющий вход тиристора 7.

К этому времени тиристор 6 уже заперт и начинается резонансный перезаряд конденсатора 5 по цепи; верхняя обкладка - дроссель 4 - тиристор 7 - нижняя обкладка. Напряжение на конденсаторе снова устанавливается плюсом на нижней обкладке. Блок искусственной коммутации подготовлен к очередному циклу. Заметим, что после того, как конденсатор 5 перезарядился плюсом на верхней обкладке и его напряжение стало больше линейного напряжения очередных по порядку работы фаз преобразователя, ток под действием ЭДС самоиндукции двигателя появляется в указанных: фазах (в нашем случае в фазе С), а в конденсаторе 5 снижается до нуля. Если в следующую коммутацию ток фазы В пе-

5

рейдет в фазу С до момента р 0, сигналы на входах соответствующего элемента И (14) не совпадут и тиристор 6 не включится. ,

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

Учитьшая, 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 10% что предельно допустимо по ГОСТ) коммутация инвертора 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 раздельный 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 /Ъ 0. .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, тиристорного ключа с LC-коммутацией, отличаю щ и и с я тем, что, с целью увеличения преобразователя по напряжению, повышения его надежности при инвертировании и уменьшения габаритов устройства искусственной комму5 тации, к зажимам постоянного тока вентильного преобразователя подключен диодный однофазный мост, в диагональ постоянного тока которого включен упомянутый ключ, причем к вы0 ключающему входу ключа через элемент задержки и дифференцирующий конденсатор присоединен инверсный выход логического элемента ИЛИ, прямой выход которого соединен с

5 включающим входом ключа, а входы логического элемента ИЛИ присоединены к выходам двухвходовых логических элементов И, число которых равно пульсности вентильного преобQ разователя и входы которых присоединены к датчикам тока соответстйукндих силовых вентилей вентильного преобразователя, а также к выходам генераторов импульсов, входы котос Рых включены на линейные напряжения соответствуквдих силовых вентилей вентильного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Аптер Э.М. и др. Мсадные 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. М.,

5 Энергия, 1977, рис. 13а.

. 3. Вестник ВНИИ железнодорожного . транспорта, 1969, № 1, с.5-9 (прототип) .