Выпрямительно-инверторный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК H02M9/00 

Изобретение относится к силовой тиристорной преобразовательной технике и предназначено, в основном, для «использования на железнодорожном подвижном составе в качестве главного преобразователя переменного тока в постоянный (в режиме тяги J и обратно (в режиме рекуперативного торможения).

Известен вьшрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого разделена на две секции, управляемый мост, два плеча с принудительной коммутацией, на выход которого подключены тяговые двигатели, причем к выходным зажимам подключена цепочка управляемых вентилей, средняя точка которых соединена со средней точкой трансформатора и связана через блок принудительной коммутации с одним из зажимов цепи тяговых двигателей, параллельно каждой из вторичных полуобмоток трансформатора включен отдельный конденсатор J.

Недостатком устройства является наличие трех отдельных узлов принудительной коммутации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суцности: является выпрямительно-инверторный преобразователь , содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, шунтированных конденсаторами, и соединена с вы.водами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристора, узел принудительной коммутации, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим - со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя,, подключенных параллельно коммутирующему конденсатору C2j.

Недостатком известного устройства является отсутствие принудительной коммутации двух тиристорных плеч и второго дополнительного тиристора,, цля надежной работы которых моменты их переключений ограничиваются некоторыми предельными значениями, чтЫ

снижает коэффициент мощности преобразователя.

Цель изобретения - повьшение коэффициента мощности преобразователя путем осуществления принудительной коммутации всех плеч тиристорного моста и обоих дополнительных тиристоров.

Для достижения указанной цели в вьтрямительно-инверторном преобразователе, содержащем силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, щунтиро-. ванных конденсаторами, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого доп-олнительного тиристора, а катодная - с катодом втйрого дополнительного тиристора, узел принудительной коммутации, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним вьшодом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующему конденсатору, анод второго дополнительного тиристора соединен с катодом первого дополнительного тиристора,.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2временные диаграммы рабочего процесса ( в режиме тяги ),

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит выпрямительный тиристорный мост, состоящей из тиристоров 1-4,через который нагрузка {тяговые электрические мащины )5 подключена к вторичной секционированной обмотке 6 силового трансформатора, параллельно каждой секции которой включены конденсаторы 7. Коммутирующий узел, состоящий из коммутирующего конденсатора 8, а также тиристора 9 и дросселя 10,подключен, одним выводом общей точке дополнительных тиристоров 11 и 12, а вторым - к средней точке вторичной обмотки трансформатора 6.

Работа преобразователя и узла принудительной коммутации в режиме тяги поясняется диаграммами на фиг.2

Кривая и представляет собой кривую на вторичной обмотке 6 силового трансформатора, а кривая i-. - алгебраическую сумму токов в секциях вторичной обмотки 6 силового трансформатора (эта сумма равна приведенному, току первичной обмотки трансфор матора, т.е. току в контактной сети). Интервал времени t соответствует паузе, когда ток нагрузки не протекает по обмоткам трансформатора, а замыкается по плечам вьшрямительного моста с тиристорами 1 и 3. Этот интервал заканчивается подачей управляющего импульса на дополнительный тиристор 12, при зтом тиристор 3 при нудительно запирается. . Колебательный процесс за время t2 приводит к возрастанию тока до величины тока нагрузки. В этот момент следующим импульсом отпирается тиристор 4, а дополнительный тиристор I2 запирается суммой напряжения конденсатора 8 и одной секции трансформатора. Колебательный процесс прекращается и начинается период выпрямления (через плечи моста с тиристорами 1 и 4 и вторичную 06- мотку 6 трансформатора). Процесс коммутации (интервал вре мени t) сопровождается наложением полупериода собственных колебаний входного контура на кривую вторичного напряжения U. Изменением фазы подачи первого импульса регулируется среднее значе ние выпрямленного напряжения на тяговых машинах. Период времени выпрямления t заканчивается принудительным запиранием тиристора I с одновременным отпиранием дополнительного тиристора 11. Колебательный про цесс за время t. приводит к снижению тока i до относительно небольшой величины принужденного тока конденсаторов 7 В этот момент отпирается тиристор 2, а тиристор 11 принудител но запирается, и ток нагрузки переводится в цепь, образованную тирис торами 2 и 4. Колебательный процесс в период коммутации t, также сопровождается наложением полупериода со ственных колебаний в контуре вторич ных обмоток 6 трансформатора и конденсаторов 7 на кривую напряжения U В следующем полупериоде напряжения сети отпирается дополнительный тиристор 12, затем отпирается тиристор 3 и устанавливается период выпрямления полного напряжения вторичной обмотки по тиристорам 2 и 3. В конце рассматриваемого полупериода осуществляется запирание тиристора 2 с одновременным отпиранием дополнительного тиристора II, а затем отпирание-тиристора 1 с одновременным запиранием тиристора И, в результате чего ток нагрузки выводится из вторичной обмотки трансформатора и протекает по тиристорам I и 3 моста. Процесс принудительной коммутации тиристоров происходит следующим образом.. Перед отпиранием дополнительного тиристора 12 коммутирующий конденсатор 8 заряжен напряжением, имеющим полярность, показанную на фиг.1. Ток нагрузки протекает по тиристорам 1 и 3. При отпирании тиристора 12 в контуре, состоящем из тиристора 3, одной секции вторичной обмотки 6 трансформатора, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 12, действует суммарное напряжение ( одного знака) , способствующее запиранию тиристора 3 и отпиранию тиристора 12. Ток нагрузки (i) мгновенно коммутирует из тиристора 3 в дополнительный ТИРИСТОР.12 и коммутирующий конденсатор 8. По мере разряда коммутирующего конденсатора 8 током нагрузки напряжение на конденсаторе 8 (U-) уменьшается, однако на тиристоре 3 сохраняется достаточно большое обратное напряжение. Так как ток нагрузки (ij.) является пульсирую1цим и период коммутации tj происходит всегда при значении ij близком к минимальному, а к максим,альному значению тока нагрузки, то при одинаковом времени обоих коммутаций конденсатор 8 заряжается больше с полярностью, показанной на фиг,1, вплоть до срыва принудительной коммутации. Для симметрирования напряжения на конденсаторе 8 в момент времени tg отпирается тиристор 9 и конденсатор 8 разряжается как током нагрузки, так и током i колебательного контура, состоящего из конденсатора 8, тиристора 9 и дросселя 10. Колебательный процесс прекращается в момент достижения током 12 нулевого значения (tg). Полярность напряжения на конденсаторе 8 изменяется на противоположную и к моменту окончания периода t длстигает своего исходного значения. Если величина пульсаций тока нагрузки в процессе работы преобразователя меняется, то

момент отпирания тиристора 9 должен регулироваться так, чтобы поддерживать напряжение на конденсаторе 9 симметричным.

В момент окончания периода t подается отпирающий импульс на тиристор 4, и в контуре из тиристора 4, одной из секций вторичной обмотки 6 трансформатора, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 12 начинает действовать напряжение, способствующее запиранию дополнительного тиристора 12 и отпиранию тиристора 4 Ток нагрузки мгновенно коммутирует из дополнительного тиристора 12 в Тиристор 4,

Рассмотрим принудительное запиранив тиристоров 1, 11 и 2. Перед отпиранием дополнительного тиристора 1 1 коммутирзпощий конденсатор 8 заряжен напряжением, имеющим полярность, обратную показанной на фиг.1, и превосходящим мгновенное значение напряжения половины вторичной обмотки 6 трансформатора. Ток нагрузки протекает по тиристору 1, вторичной обмотке 6 трансформатора и тиристору 4. При отпирании дополнитель ного тиристора П в контуре, состоящем из тиристора 1, одной из секций бторичной обмотки 6, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 11, дейCTieyeT суммарное напряжение, спо собствукнцее запиранию тиристора 1 и отпиранию дополнительного тиристора 11, поэтому ток нагрузки мгновенно коммутирует из тиристора 1 в тиристор 11 и коммутирукиций ковденсатор 8. По мере разряда конденсатора 8 током нагрузки напряжение на нем (Uj) уменьшаетсяj однако на тиристоре 1 сохраняется обратное напряжение в течение времени, достаточного для восстановления запирающих свойств тиристора. Дальнейшее, протекание тока нагрузки через кон

денсатор 8 приводит к изменению полярности напряжения на нем и к моменту окончания периода t зто напряжение достигает своего исходного значения, но с полярностью, как показано .КБ момент окончания периода t ; подается отпирающий импульс на тиристор 2. Тогда в контуре, образованном тиристором 2, одной из секций вторичной обмотки 6, коммутирующим конденсатором 8 и дополнительным тиристором 11 действует напряжение, запирающее тиристор 11 и отпирающее тиристор 2, и ток нагрузки мгновенно коммутирует из дополнительного тиристора 1I в плечо моста с тиристором 2.

Ограничением нагрузочное способности рассмотренного коммутирующего узла является амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе 8, емкость которого следует выбирать такой, чтобы избежать перенапряжений на тиристорах преобразователя при максимальной нагрузке.

Технические преимущества предлагаемого преобразователя состоят в том, что увеличивается коэффициент мощности вследствие исключения необходимых при естественной коммутации ограничений предельных,по условиям надежности коммутации, моментов переключения тиристоров 3 и 4, и дополнительного тиристора 12, улучшаются массогабаритные показатели и потери в дросселе 10 в связи с тем, что через него происходит не весь, а лишь частичный перезаряд конденсатора 8, определяемый величиной пульсаций тока нагрузки i.

Экономический эффект от применения изобретения складьгоается из экономии энергии за счет уменьшения потерь энергии в устройствах элек5 троснабжения при повьопении коэффициента мощности преобразователя.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-1тВЕРТОРНЫЙ. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, шунтированных конденсаторами, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тирис тора, а катодная с катодом в.торрго дополнительного тиристора, узел принудительной коммута ции, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним вьшодом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующему конденсатору, отличающийся тем, что, с целью повыпения коэффициента мощности путем осуществления принудительной комkn мутации всех плеч тиристорного моста и обоих дополнительных тиристоров, анод второго дополнительного тиристора соединен с катодом первого дополнительного тиристора.