Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК H02M5/257 

аноду первого тиристора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, введены три дополнительных тиристора, каждый из которых подключен анодом к катоду второго тиристора пары силовых тиристоров соответствующей фазы, а катодом - к- выводу для подключения соответствующей фазы нагрузки, причем аноды диодов катодной группы выпрямительного моста включены пофазно с катодами дополнительных тиристоров, введены два диода сброса и второй дроссель, присоединенный одним выводом к аноду коммутирующего тиристора, другим - к общей точке первого дросселя и конденсатора, причем первый и второй диоды сброса шунтируют соответственно первый и второй дроссели и подключены; первый - анодом к аноду Koiywyтирующего тиристора, второй катодом к катоду зарядного тиристора.

1. Трехфазный преобразователь . переменного напряжения в переменное, содержащий три ключа, каждый из которых состоит из встречно-параллельной тиристорный пары, соединяющих выводы для подключения фаз питающей сети и выводы для подключения нагрузки, выпрямительный мост, выводы переменного тока которого соединены с выводами для подключения нагрузки,а диагональ постоянного тока закорочена шунтирующим тиристором, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных зарядного тиристора, первого дросселя и конденсатора, коммутирую-, щий тиристор, присоединенный катодом к общей точке анодов распределительных диодов, катоды которых подключены к выводам для подключения фаз питающей сети, причем анод зарядного тиристора подключен к плюсовому выводу диагонали постоянного тока выпрямительного моста, отличаюг ,щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональны - возможностей и .n|)f вьш1ения надежности, катодная группа выпрямительного iJocTa исполнена на ) тиристорах и введены два диОдн-сброса и второй дроссель, присоединенный одним выводом к аноду коммутирующего тиристора, другим - к общей точке первого дросселя и конденсатора, причем первый и второй диоды сброса шунтируют соответственно первый и второй дроссели и подключены: первый - анодом к аноду коммутирующего тиристора, второй - катодом к катоду зарядного тиристора. i 2. Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное, СЛ содержащий три пары силовых тиристоров, выпрямительный мост, выводы CZ анодной группы переменного тока которого подключены к выводам для подключения фаз нагрузки, а диагональ постоянного тока закорочена шунт1фующим тиристором, параллельно котороо ty включена цепь из последовательно 00 соединенных зарядного тиристора, персо вого дросселя и конденсатора, причем анод зарядного тиристора подключён к о:) плюсовому выводу диагонали постоянноО5 го тока выпрямительного моста, коммутирующий тиристор, присоединенный катодом к общей точке анодов распределительных диодов, катоды которых подключены к выводам для подключения фаз питающей сети, причем первый тиристор каждой пары силовых тиристоров подключен анодом к выводу для подсоединения соответствующей фазы питающей сети, катодом - к выводу для подсоединения нагрузки, второй тиристор упомянутой пары подключен катодом к

1.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к тиристорным преобразователям переменного тока для параметрического управления асинхронным двигателем, -а также к устройствам регулирования канала мощных ламп, регулирования нагревом промьш ленных печей сопротивления и т.д.

Известны устройства для фазового управления асинхронным двигателем, содержащиевстречно-параллельные тиристоры и узлы их принудительной коммутации tl.

Основными недостатками известных устройств являются или ограниченные функциональные возможности, или большое количество тиристоров, коммутирующих емкостей, или наличие моточных изделий в виде трансформаторов, ухудшающих весогабаритные показатели устройств.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаем мому результату является трехфазньм преобразователь переменного напряжрния в переменное, содержаний три ключа, каждый из которых состоит из встречно-параллельной тиристорной пары, соединяющих выводы для подключени фаз питающей сети и выводы для подключения нагрузки, выпрямительный мост, выводы переменного тока которого соединены с выводами для подключения нагрузки, а диагональ постоянного тока закорочена йунтируюпщм тиристором, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных зарядного тиристора, первого дросселя и конден2.

сатора, коммутирующий тиристор, присоединенный катодом к общей точке анодов распределительных диодов, катоды которых подключены к выводам для подсоединения фаз питающей сети, причем анод зарядного тиристора подключен к плюсовому выводу диагонали постоянного тока выпрямительного моста Г2 .

Существенным недостатком прототипа является образование цепей замыкания фаз питающей сети в моменты коммутации. Поэтому к току нагрузки в момент коммутации начинает прибавляться ток короткого замыкания, а значит емкость коммутирующего конденсатора для успешной коммутации должна быть сущес1 венно завышена. Эти причины предусматривают подключение схемы рассматриваемого преобразователя через токоограничивающие реакторы. Однако наличие указанных реакторов резко ухудшает другие показатели устройства. Во-первых, реакторы проводят весь ток нагрузки и их габариты с ростом мощности последней становятся весьма значительными. Во-вторых, реакторы существенно ограничивают функциональные возможности устройства, а именно допустимую частоту импульсного регулирования из-за нарастания времени заряда коммутирующего конденсатора. В-третьих, напряжение на коммутирующем конденсаторе при колебательном.процессе заряда может достигнуть значительной величины (примерно двухкратного значения амплитуды линейного напряжения питающей сети), что может привести к выходу из строя других элементов схе310мы. В то же время отвод избыточной энергии от реакторов и коммутирующего дросселя, которая является причиной указанного недостатка, затруднен из-за расположения последних в цепях переменного тока. В предлагаемом устройстве избирательностью коммутации исключена возможность замыкания фаз питающей сети а значит и необходимость в токоограничивающих реакторах. Поэтому устройство позволяет качественно реализовать различные законы высокочастотной широтно-импульсной модуляции с целью улучшения гармонического состава регулируемого напряжения, что является расширением функциональных возможнос тей по сравнению с прототипом. Кроме лагаемом устройстве включены таким образом, что отвод накопленной энергии от них осуществляется обычньм методом - диодами сброса, за счет чего напряжение на коммутирующем кон денсаторе ограничивается на уровне примерно амплитуды линейного напряжения питающей сети, что повьшает надежность. Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей и повышение надежности. Указанная цель достигается тем, что в трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий три ключа, каждый из которых состоит из встречцо-параллельной тиристорной пары, соединяющих вьшоды для подключения фаз питающей сети и ВЫВОДЫ для подключения нагрузки, выпрямительнЬй мост, выводы переменного тока которого соединены с выводами для подключения нагрузки, а диагональ постоянного тока закорочена шунтирующим тиристором, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных зарядного тиристора, первого дросселя и конденсатора, коммутирующий тиристор, присоединенный катодом к общей точке анодов распределительньк диодов, катоды которых подключены к вьшодам для подключения фаз питающей сети, причем анод зарядного тиристора подключен к плюсовому выводу диагонали постоянного тока выпрямительного моста, катодная группа выпрямительного моста вьтолнена на тиристорах и введены два диода сброса и второй дроссель, присоединенный 6 одним выводом к аноду коммутирующего тиристора, другим - к общей точке первого дросселя и конденсатора, причем первьш и второй диоды сброса шунтируют соответственно первый и второй дроссели и подключены: первый - анодом к аноду коммутирующего тиристора, второй катодом к катоду зарядного тиристора . Согласно второму варианту указаная цель может быть достигнута, если трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное, содеращий три пары силовых тиристоров, вьтрямительный мост, выводы анодной группы переменного тока которого подключены к выводам для подключения фаз нагрузки, а диагональ постоянного тока закорочена шунтирующим тиристором, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных зарядного тиристора, первого дросселя и конденсатора, причем анод зарядного тиристора подключен к плюсовому выводу диагонали постоянного тока выпрямительного моста, коммутирующий тиристор, присоединенный катодом к общей точке анодов распределительных диодов, катоды которых подключены к выводам для подсоединения фаз питающей сети, причем первый тиристор каждой пары силовых тиристоров подключен анодом к выводу для подсоединения соответствующей фазы, питающей сети, катодом - к выводу для подсрединения нагрузки, второй тиристор упомянутой пары подключен катодом к аноду первого тиристора,введены три дополнительных тиристора, каждый из которых подключен анодом к катоду второго тиристора пары силовых тиристоров соответствующей фазы, а катодом - к выводу для подключения соответствующей фазы нагрузки, причем аноды диодов катодной группы вьшрямительного моста включены пофазно к катодами дополнительных тиристоров, введены два диода сброса и второй дроссель, присоединенный одним выводом к аноду кОммутнрукнцего тиристора, другим - к общей точке первого дросселя и конденсатора, причем первый и второй диоды q6poса шунтируют соответственно первый и второй дросзели и подключены: первый анодом к аноду коммутирующего тиристора, второй - катодом к катоду зарядного тиристора. На фиг.1 изображена схема предлагаемого трехфазного преобразователя; на фиг.2 - вариант его схемы. Предлагаемый преобразователь содержит трехфазную нагрузку 1, фазы которой через встречно-параллельно включенные тиристорные пары 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7 соединены с фазами питающей сети. Кроме этого, фазы нагрузки подсоединены к входу трехфазного выпрямительного моста, анодная группа которого вьшолнена на диодах 8-10, а катодная - на тиристорах 11-13, причем плюсовая шина диагонали постоянного тока указанного моста соединена с анодами шунтирующего 14 и зарядного 15 тиристоров, а минусовая -. с катодом тиристора 14 и одним из выводов коммутирующего конденсатора 16. Другой вывод указанног конденсатора подключен к общей точке соединения первого 17 и второго 18 коммутирующих дросселей, причем другой вывод первого дросселя 17 соединен с общей точкой соединения катодо первого диода 19 сброса и-зарядного тиристора 15, а аналогичный вывод вт рого дросселя 18 - с общей точкой со единения анодов второго диода 20 сброса и коммутирующего тиристора 21. Другие выводы указанных диодов сброса объединены и подключены к общей точке соединения коммутирующих дросселей и конденсатора. При этом катод тиристора 21 соединен с анода1ИИ распределительных диодов 22-24, чьи катоды включены на фазы питающей сети. Преобразователь работает следующи образом. В момент времени t подаются импульсы управления на тиристоры 2-7 11-13 и 15, в результате чего нагруз ка подключается к сети, а коммутирующий конденсатор 16 заряжается через выпрямительный мост 8-13 с полярйосгью, указанной без кружочков (фиг.1) В момент достижения напряжения на конденсаторе величины, примерно равной амплитуде линейного напряжения, откроется диод 20 сброса и энергия, накопленная дросселем 18, рассеивает ся в цепи сброса. После окончания за ряда тиристоры 11-13, 13 закроются. При работе- коммутатора на нагрузку .индуктивного характера в момент отключения нагрузки tj ток фазы С положителен, фазы В - отрицателен, а фазы А может быть либо положительным, либо отрицательным. В первом случае в момент tj подаются импульсы управления на тиристоры 21, 14 и 12, в результате чего образуется следующая цепь разряда конденсатора 16: + С дроссель 17 - тиристор 21 - диод 23 тиристор 4 - тиристор 12 - тиристор 14 - -. Отметим, что из диодов 22-24 в моменты коммутации открыт тот, у которого на катоде наибольший минус. Когда ток разряда достигнет значения тока нагрузки фазы В, тиристор 4 закроется, а ток нагрузки (фазы В) продолжает течь по цепи: фаза В нагрузки - тиристор 12 - тиристор 14 - конденсатор 16 - дрЬссель 17 - тиристор 21 - диод 23 фаза В сети. Спустя время восстановления запирающих свойств тиристора 4 подаются импульсы управления на остальные тиристоры группы 11-13, в результате чего конденсатор быстро заряжается с полярностью, указанной в кружочках (фиг.1) по цепи: фазы А сети - тиристор 3 - тиристор 11 - тиристор 14 - конденсатор 16 - дроссель 17 - тиристор 21 - диод 23 фазы В сети. Вновь, как и в предыдущем случае, напряжение заряда будет равно примерно амплитуде линейного напряжения сети, а энергия, накопленная дросселем 17 рассеетсй в цепи сброса диода 19 После окончания заряда тиристор 3 закроется, причем тиристор 7 закрьшся сразу после подачи импульсов на тиристоры 1 1 , 13 линейным напряжением между фазами А и С по цепи: фаза А - тиристор 3 - тиристор 11 - тиристор 14 - диод to - тиристор 7 - фаза С. Реактивная энергия нагрузки после закрывания указанных вьше тиристоров замыкается через вьшрямительный мост и тиристор 14. Во втором случае, когда ток фазы А отрицателен, в моменте времени t подаются импульсы управления на тиристоры 11, 12, W и 21, в результате чего тиристор 2 фазы выключается естественно линейным напряжением между фазы А - тифазами А и В по цепи: + тиристор 14 ристор 2 - тиристор 11 диод 9 - тиристор 4 - - фазы В. Тиристор 4 фазы В затем выключится аналогично первому случаю, дальнейшие процессы также повторяются. Если в момент времени t вновь необходимо подключить нагрузку к сети, вначале подается импульс управления н тиристор 15, в результате чего конденсатор разряжается по цепи: + С (в кружочке) - тиристор t4 - тиристор 15 - дроссель 18, в результате чего тиристор 14 выключается и спустя время его восстановления подаются импульсы управления на тиристоры 2-7 и группу 11-13. Нагрузка вновь подключается к сети, а конденсатор быстро заряжается от сети. В дальнейшем процессы повторяются, только в,зависимости от соотношения напряжения и токов фаз выключаются (включаются) те или другие тиристоры (диоды). Таким образом, устройство позволяет осуществить избирательную коммутацию тиристоров 2, 4, 6 в зависимости от наличия в них тока нагрузки. Причем в моменты коммутации не возникают цепи замыкания фаз питающей сети, а напряжение на коммутирующем конденсаторе ограничено уровнем примерно равным амплитуде линейного напряжения. Согласно второму варианту (фиг.2) работа преобразователя аналогична

U2.1 первому варианту, за исключением отдельных моментов. Так, для подключения нагрузки к сети импульсы управления подаЕотся на тиристоры 2-7, 25-27, а для отключения от сети - на тиристоры 21 и 14. Тиристоры 25-27 выполняют функцию тиристоров 11-13 первого варианта устройства, но если там для их включения необходима информация о Направлении тока в фазе, то тиристоры 25-27 во втором варианте всегда включены к моменту коммутации, если ток в данной фазе отрицателен (направлен от нагрузки к сети), процессы заряда коммутирующего конденсатора, выключения тиристора 14 происходят аналогично. Таким образом, во втором варианте устройства осуществляется автоматическая избирательная коммутация тиристоров 2,4,6 при любом направлении тока в фазах, информационные датчики (тока или состояния тиристоров) не требуются, чем повышается надежность работы коммутатора за счет упрощения системы управления тиристорами, при этом сохраняются достоинства, присущие первому варианту устройства.

5