Преобразователь тока с собственной коммутацией Советский патент 1984 года по МПК H02M5/45 

с одной стороны с первой кле1-1мой 9.1 блока коммутационньк импульсов 9 и с другой стороны через пер1вый тирис ор подзаряда 41 - с анодами первого и второго ограничительных диодов 93, 94, общая точка четвертого коммутационного тиристора 32 и второго диода 52 выбросов подключена к аноду второго отделительного диода 78, общая точка первого диода 51 выбросов и третьего коммутационного тиристора 31 подключена к катоду первого отделительного диода 77, катод третьего и анод четвертого вспомогательных аккумуляционных тиристоров 63,64 соединены друг с другом и со средней клеммой 4.2 блока 4° аккумуляционных конденсаторов, анод пятого вспомогательного аккумуляционного тиристора 65 соединен с анодом главного отделительного диода 67, катод шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора 66 соединен с катодом

главного отделительного диода 67 и между катодом пятого и анодом шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора 65, 66 включен вспомогательный аккумуляционный блок 6.

2. Преобразователь тока по п.1, отличающийся тем, что блок аккумуляционн го выпрямителя 3° выполнен на аккумуляционных диодах 71-76 по мостовой схеме.

3.Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, что блок преобразователя 2° выполнен на главных тиристорах 1-6 по мостовой схеме.

4. Преобразователь тока по п. 1, отличающийся тем, что источник тока l выполнен в виде трехфазного моста тиристоров 11-16 со сглаживающей индуктивностью, входные клеммы переменного тока которого 1.3, 1.4, 1.5 связаны с питающей сетью.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА С СОБСТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ, питаемый источникс 4 тока и содержащий блок аккумуляционного выпрямителя., преобразователя аккумуляционных конденсаторов, вспомогательный аккумуляционный блок, сглаживающие реакторы . и источник подзарядки, о т л и ч аю щ и и с я тен, что, блок г реобразоватепя 2 , подключенный входными клеммами постоянного тока 2.1, 2.2 к выходным клеммам 1.1, 1.2 источника тока 1° через главный отделительный диод 6 7, соединен выходными клеммами переменного тока 2.3,. 2.4, 2.5 с одной стороны с нагрузкой и с другой стороны с аккумуляционным выпрямителем З, клеммы постоянного тока которого 3.1, 3.2 подключены через отдели-вельные диот ды 77, 78 к крайним клеммам 4.1, 4.3 блока 4° аккумуляционных конденсаторов, содержащего два конденсатора С1, С2, включенных последовательно, причем параллельно указанны крайним клеммам 4.1, 4.3 подключен источник подзаряда постоянного тока 5°, а первая крайняя клемма 4.1 подключена с другой стороны к аноду первого вспомогательного аккумуляционного тиристора 61, катод которого подключен к катоду четвертого и аноду шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора 64, 66, с другой стороны - к катодам третьего и четвертого ограничительного диодов 95, 96, а анод третьего ограничительного диода 95 подключен к катоду главного отделительного диода 67 и анод четвертого Ограничительного диода 96 подключен к отрицательной выходной клемме 1.2 источника тока 1°, причем вторая крайняя клемМа 4.3 блока 4° аккумуляционных конденсаторов подключена с одной стороны к катоду второго вспомогательного аккумуляционного тиристора 62, анод которого соединен с катодом пятого и ано-. дом третьего вспомогательных аккумуляционных тиристоров 65, 63, с другой стороны.- с анодами первого и (Л второгоограничительных диодов 9 3, 94, где катод первого ограничительного диода 93 соединен с анодом третьего ограничительного диода 95, с первой клеммой 7.1 первого выбросного реактора 7°, с анодом первого коммутационного тиристора 21, катод которого соединен с одной стороны с анодом второго коммутационного тиристора 22, с другой стороны - с второй 00 клеммой 9.2 блока 9° коммутационных со со импульсов и с третьей стороны - через второй тиристор подзаряда 42 и индуктивность подзаряда 10° с катодами третьего и четвертого ограничив тельных диодов 95, 96, катод второго коммутационного тиристора 22 соединен с одной стороны с анодом ;четвертого ограничительного диода 96 и с . другой стороны через второй сглажи вающий реактор 8° , второй диод 52 выброса, четвертый коммутационный тиристор 32, третий коммутационный тиристор 31 и первый диод 51 выбросов - к второй клемме 7.2 первого сглаживающего реактора 7, причем общая точка третьего коммутационного тиристора 31 и четвертогр коммутационного тиристора 32 с р1вдинена

Изобретение является преобразова тель тока с собственной коммутацией используемый для приводов с одним или несколькими асинхронными или синхронными двигателями, а также и других типов нагрузочных полных сопротивлений. Существует целый ряд преобразова телей тока, решающих проблемы собст венной коммутации преобразователя и аккумуляции энергии в индуктивнос тях нагрузки (авт. св. СССР № 70090 кл. Н 02 М 7/515, 1976, авт.св.СССР № 748742, кл. Н 02 М 7/515, 1978). Очень прогрессивным и перспектив ным способом у преобразователей тока является так называемая трехступенчатая коммутация, где выключение ти ристоров преобразователя тока в фазах отделено. Но здесь возникает проблема аккумулированной энергии, которую необходимо отводить для дос тижения равновесия по возможности без потерь из конденсаторов преобра .зователя. Эта проблема ведет к другим решениям у преобразователей с большой и малой мощностями. Для пре образователей с меньшей и средней мощностями по причинам сложности силовой и регулировочной -частей такие решения не являются приемлемыми Наоборот, решения, использующие самый простой способ.отвода аккумуляционной мощности с помощью парал-. лельно включенного сопротивления, означают значи±ельные энергетичес.кие noTepii. Дальнейшей проблемой у преобразователей тока с двух- и трехступенчатой коммутацией является вопрос аварийных состояний, которые могу;т возникнуть на нагрузке (короткое замыкание, отключение нагрузки) или прямо в преобразователе (паразитные импульсы на тиристорах, помехи в регуляционной цепи и т.п.). Некоторые эти помехи носят характер случайных процессов (например, паразитные импульсы, вызванные переходными процессами в других электрических установках) и в высшей степени желательно, чтобы преобразователь сохранял свою работу без выпадений защит. Вопросы отвода аккумулированной мощности без потерь из конденсатора постоянного тока у преобразователя с трехступенчатой коммутацией и максимальной устойчивостью к помехам, особенно на тиристорах, решает преобразователь тока с собственной коммутацией, согласно изобретению так, что блок преобразователя, присоединенный с помощью ВХОДНЫХ клемм постоянного тока к выходным клеммам источника тока через главный отделительный диод, соединен выходными клеммами переменного тока с одной сторо- ны с нагрузкой и с другой стороны с аккумуляционным выпрямите хем, клеммы постоянного тока которого подключены через отделительные диоды к крайним блока аккумуляционных конденсаторов, содержащего два конденсато- . pa, включенных последовательно, причем параллельно указанным крайним клеммам подключен источник подз.арядки постоянного тока, а первая крайня клемма подключенас одной стороны к аноду первого вспомогательного акку.муляционного тиристора,катод которог подключен к катоду четвертого и анод шестого вспомогательного аккумуляцио нЬго тиристора,а с другой стороны -к катодам третьего и четвертого ограни чительного- диода, а анод третьего огр ничительного диода подключен к катрд главного отделительного диода и анод четвертого ограничительного диода подключен к Отрицательной выходной клемме источника тока, причем вторая крайняя клемма блока аккумуляционных конденсаторов подключена с одной сто роны к катоду второго вспомогательно го аккумуляторного тиристора,анод ко торого соединен с катодом пятого и анодом третьего аккумуляционных тири торов, а с другой стороны - с анодами первого и второго ограничительных диодов, гле катод первого ограничй-г тельного диода соединен с анодсм третьего ограничительного диода, С первой клеммой первого выбросного реактора и анодом первого коммутационного тиристора, катод которого сое динен с одной стороны с анодом второго коммутационного тиристора, с друпой-стороны - с второй клеммой блока коммутационных импульсов, с третьей стороны через второй тиристор подзарядки и индуктивность подзарядки - с катодами третьего и четвертого ограничительного диодов, катод второго коммутационного тиристора соединен с одной стороны с анодом четвертого ограничительного диода и с другой стороны через второй сглаживающий реактор, второй диод выбросов, четвертый коммутационный тиристор, третий коммутационный тиристор и первый, диод выбросов - к второй клемме первого сглаживающего реактора, причем общая точка .третьего и четвертого коммутационных тиристоров соединена с одной стороны с первой клеммой блока коммутационных импульсов и с другой стороны через первый тиристор подзаряда с анодами первого и второго ограни-, чительных диодов, общая тОчка четвертого коммутационнного тиристора и второго диода выбросов соединена с анодом второго отделительного ; диода, общая точка первого диода выбросов и третьего коммутационного тиристора подключена к катоду первого отделительного диода, далее третьег о и анод четвертого вспомогательного аккумуляционного тиристора соединены друг с другом и соеди нены со средней клеммой блока аккумуляционных конденсаторов, анод пятого вспомогательного аккумуляциоь-ного тиристора соединен с анодом . главного отделительного диода, катод шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора соединен с катодом главного отделительного диода и между катодом пятого и анодом шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора включен вспомогательный аккумуляционный блок. Предлагаемый преобразователь тока работает с трехступенчатой коммутацией и по сравнению с известными преобразователями его преимуществом является высокая устойчивость к аварийным состояниям, особенно коротким замыканиям и паразитным импульсам. На чертеже изображена схема предлагаемого преобразователя тока. Преобразователь тока питается от источника тока l, образуемого управляемым трехфазным тиристорным мостом с тиристорами 11-16 со сглаживающей индуктивностью, входные клеммы.переменного тока которого 1.3, 1.4, 1.5 подключены к трансформатору преобразователя или через отделительные реакторы к питающей сети. Выходные клеммы постоянного тока 1.1, 1..2 источника тока 1° подключены через главный отделительный диод 67 к входным клеммам 2.1, 2.2 блока преобразователя 2°, соединенного с помощью выходных клемм переменного тока 2.3, 2.4, 2.5 с одной стороны к нагрузке (не показана) и с другой стороны к аккумуляционному выпрямителю 3°. Блок преобразователя 2° образован с помощью мостовой схемы главных тиристоров 1-6. Клеммы постоянного тока 3.1, 3.2 блока аккумуляционного выпрямителя 3 , образуемого с помощью мостовой схемы аккумуляционных диодов 71-76, присоединены через отделительные диоды 77, 78 к крайним клеммам 4.1, 4.3 блока 4 аккумуляционных конденсаторов, содержащего два конденденсатора С1, С2, включенные последовательно. К крайним клеммам 4.1, 4.3 параллельно присоединен источник подзарядки постоянного тока , причем первая крайняя клемма 4.1 далее подключена с одной стороны к аноду первого вспомогательного аккумуляционного тиристора 61, катод которого подключен к катоду ч,етверtoro и.аноду шестого вспомогательного аккумуляционных тиристоров 64,66 и с другой стороны к катодам третьего и четвертого ограничительных диодов 95, 96. Анод третьего ограничительного -диода 95 подключен к катоду главного отделительного диода 67 и анод четвертого ограничительного диода 96 подключен к отрицательной выходной клемме 1.2 .источника тока 1° Вторая крайняя -клеядала 4.3 блока аккумуляционных конденсаторов подключена с одной стороны к,катоду второго вспомогательного аккумуляци онного тиристора б2,анод которого соединен с катодом пятого и анодом третьего вспомогательных аккумуляционных тиристоров 65, 63, с другой стороны - с анодами первого и второ го ограничительных диодов 93, 94. Катод первого ограничительного диода 93 соединен с анодом третьего ограничительного диода 95, с первой клеммой 7.1 первого выбросного реак тора 7° и анодом первого коммутационного тиристора 21, катод которого соединен с одной стороны с анодом второго кс 1мутационного тиристора 2 с другой стороны с второй клеммой 9.2 блока 9° коммутационных импульсов и с третьей: стороны через второй тиристор подзаряда 42 и индукти ность подзаряда 10° {с клеммами 10. 10.2) - с катодами третьего и четве того ограничительных диодов 95, 96. Катод второго коммутационного тирис тора 22 соединен с одной стороны с анодом четвертого ограничительного диода 96, с другой стороны через вто рой сглаживающий реактор 8 (с клеммами 8.1, 8.2), второй диод выбросо 52, четвертый коммутационный тиристор 32, третий коммутационный тиристор 31 и первый диод выбросов 51 с второй клеммой 7.2 первого сглажи вающего реактора 7. Общая точка третьего коммутационного тиристора 31 и. четвертого коммутационного тиристора 32 соединена с одной стороны с первой клеммой 9.1 блока коммутационных импульсов 9°, с другой стороны через первый тиристор подзаряда 41 - с анодами первого и второго огранительных диодов 93, 94. Общая точка четвертого коммутационного тиристора 32 и второго диода вы- бросов 52 подключена к аноду второго О1 делительного диода 87. Общая точка первого диода выбросов 51 и третьего коммутационного тиристора 31 подключена к катоду первого отделительного .диода 77. Катод третьего,и анод четвертого вспомогательного аккумуляционных тиристоров 63, 64 соединены друг с другом и со средней клеммой 4.2 блока 4 агккумуляционных конденсаторов. Анод пятого вспомогательного аккумуляционного тиристора 65 соединен с анодом главного отделительного диода 67, Катод шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора 66 соединен с катодом главного оггделительного диода 67. Между катодом пятого и анОдом шестого вспомЬгательного тиристора 65, 66 включен вспомогательный аккумуляционный блок 6 (с клеммами 6.1, 6,2), Для объяснения работы предполо-. жим, что главный ток преобразователя протекает от клеммы 1.1 источника тока 1 через главный отделитель, ный диод 67 в клемму 2.1 блока преобразователя 2, далее через главный тристор 2 блока 2° - в клемму 2.3 нагрузки, от нагрузки через клемму 2.4 - -в тиристор 3 блока 2° и через выходную клемму 2.2 блока 2назад в клемму 1.2 источника тока 1 Предположим, что необходимо выполнить кокмутацию тиристора 2 на тиристор 4 блока преобразователя 2 В момент коммутации у ,ксммутационного конденсатора блока 9 о комммутационных импульсов полярность плюс на клемме 9.1. Вследствие включения коммутационных тиристоров 21 и 31 ток от тиристора 2 блока преобразователя 2 переводится на вспомогательную ветвь, данную следующими элементами: тиристор 21, блок 9°, тиристор 31, диод 75 аккумуляционного блока 3° и вновь клемма нагрузки 2.3. Крутизна коммутации на эту ветвь определена ограничительной индуктивностью блока 9°. Ток источника тока 1°, протекающий через эту вспомогательную ветвь, перезаряжает конденсатор блока 9° на полярность плюс на клемме 9.2,и в случае выравнивания отношений напряжения на конденсаторе блока 9° с мгновенным линейным напряжением коммутационных фаз нагрузки и у следующего тиристора блока преобразователя 2° имеется импульс включения, происходит комму- тация тока от этой вспомогательной ветви на дальнейшую вспомогательную ветвь, обозначенную следующими элементами: тиристор 4, блок преобразодиод 74 аккумуляционнователя 2 го блока 3 , диод 78, конденсаторы С1, .С2 блока 4°, диод 77, диод 75 блока 3° и вновь выходная клемма 2.3. В этот момент также происходит собственная коммутация тока между фазами нагрузки - значит понижение тока в фазе клеммы 2.3,у которой через диоды 74 и 75 последовательно включены конденсаторы блока 4 в полярности, препятствующей прохонодениютока и одновременно повьшению (возрастанию) тока в клемме 2.5, куда ток приводится прямо от источника через тиристор 4 блока 2. Сумма токов в фазах клеммы 2.3 и 2.5 является константной, потому.-что преобразователь питается источником тока от-блока 1°. После включения коммутационных тиристоров 31 и 21 одновременно происходит выброс конденсатора блОка 9° через диод 51 и выброс ный реактор блок 7°, что стабилизирует изменение полярности,коммутационного конденсатора блока 9 при малых токах или холостом ходе. С определенным запаздыванием после окончания коммутации включаются тиристоры подзарядки 42 и 41, подзаряжающие напряжение на клемме 9.2 в положительную величину от вспомогательного источника напряжения- блока 5 . При каждой ком лутации .абсорбируе ся в аккумуляционных конденсаторах блока 4° определенная энергия от индуктивностей нагрузки данной параметрами двигателей, или другого типа нагрузки. От конденсаторов С1, С2 блока 4 необходимо отводить такую мощность, чтобы энергетическое равновесие установилось на технически оптимальном напряжении. Без отвода мощности от конденсаторов напряжение бы поднимешось и мог бы случиться пробой полупроводников. Вследствие включения пары ти|)исторов 61, 63 откачивается от конденса тора 01 блока 4 определенная энергия во вспомогательный аккумуляционный .конденсатор блока 6. После определенного времени после тиристоров 61, 63 включаются тиристоры 65 и 66. У конденсатора блока 6° полярность плюс на стороне клеммы 6.2. Происходит коммутация тока в промежуточной цепи постоянного тока от диода 67 путем, обозначенным сле дующими элементами: тиристор 65, блок б, тиристор 66 и конденсатор блока 6 разряжаются током источника 1 на нуль. Энергия конденсатора приводится в источник тока и, значит, в нагрузку преобразователя. От конденсатора С2 блока 4 приводится энергия через тиристоры 62 и 64 и отводится через тиристоры 65 и 6.6 от вспомогательного аккумуляционного конденсатора блока 6°. Пар тиристоров 61, 63 и 62, 64 периодич ки чередуются в частоте, выведенной от включения главных и коммутационных тиристоров преобразователя, или в частоте, независимой от частоты преобразователя ,и определяется датчи ком напряжения на конденсаторах С1,С2 Для преобразователя тока являются очень опасными состояния перенапряжения, возникшие возможным перерывом в питании источника тока и следующим перенапряжением на сглаживающей индуктивности блока I . От перенапряжения защищают -преобразователь четыре диода 93, 94, 95, 96. Перенапряжение на стороне постоянного тока преобразователя (на клеммах 2.1, 2.2) ограничивает напряжение на этих диодах на уровне напряжения конденсаторов блока 4, перенапряжение на тиристорах блока 2° ограничивается этими диодами совместно с диодами аккумуляционного выпрямителя блока 3. Например, коммутационное перенапряжение с полярностью плюс на катоде тиристора 5 блока 2 ограничивается на уровне напряжения конденсаторов блока 4° по цепи: катод тиристора 5, клемма 2.2, диод 96, клемма 4.1, клемма 3, диод 77, диод 75, анод тиристора 5. Предлагаемый преобразователь тока работает с трехступенчатой коммутацией и по сравнению с известными преобразователями его преимуществом является высокая устойчивость к аварийным состояниям, особенно коротким замыканиям к паразитным импульсам. Например паразитное сопряжение импульсов на коммутационных тиристорах 31, 32 не вызывает благодаря отделительным диодам 77, 78 короткое замыкание на конденсаторах блока 4° , но только кратковременное закорачивание двигателя. Сопряжение на тиристорах 21, 22 также не вызывает короткое замыкани.е источника тока при условии правильной работы дальнейших коммутационных цепей. Однократные, паразистные импульсы на тиристоры 61-S5 также не оказывают существенное влияние на работу и не ведут к перегораниям предохранителей. Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Чехослов.ацкой Социалистической Республики .