Способ управления трехфазным тиристорным преобразователем переменного напряжения в переменное для работы на нагрузку,соединенную в звезду без нулевого провода или в треугольник Советский патент 1984 года по МПК H02M5/257 H02P13/30 

Изобретение относится к преобразо вательной технике и может быть испол зовано при управлении силовыми тирис торами, соединенными встречно-параллельно, трехфазного регулятора напря женил. Известны два способа управления трехфазным преобразователем напряжения, силовая часть которого вьтолнен на встречно-параллельно соединенных тиристорах, а нагрузка включена в звезду без нулевого провода: способ управления с применением широких управляющих импульсов и способ управ ления с применением сдвоенных узких импульсов. Сущность способа управления с при менением широких управляющих импульсов заключается в том, что на вход соответствующего силового тиристора трехфазного регулятора подается один импульс, ширина которого не менее 60 эл. град, в полупериоде сетевого напряжения. При этом благодаря углу перекрытия у импульсов, сдвинутых один относительно другого на 60 эл. град.возможно одновременное открытие двух силовых тиристоров, включен ных в разные фазы сетевога-напряжения lj . Недостатками этого способа управления являются повышение рассеиваемой мощности на управляющем переходе с лового тиристора,что является причино его нагрева и снижения надежности тиристора;потребляемой мощности схе мы системы фазового управления, что является, причиной увеличения весогабаритных показателей системы; обратного тока силового тиристора, когда существует отпирающий импульс на входе силового тиристора при обратном напряжении на его аноде. Наиболее близким к предлагаемому является способ управления трехфазным тиристорным преобразователем переменного напряжения для работы на нагрузку, соединенную в звезду без нулевого провода или в треугольник, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных тиристорах, заключающийся в том, что в каждый полупериод сетевого напряжения подают на соответствующий си.левой тиристор один узкий управляющий импульс. Сущность способа управления с при менением узких управляющих импульсов заключается в том, что на вход соответствующего силового тиристора регулятора подаются два узких импульсов в полупериоде сетевого напряжения, сдвинутых один относительно другого на 60 эл. град. 2J . Однако вьпсодной трансформатор системы фазового управления выполняется с двумя вторичными обмитками, что усложняет схему и увеличивает весогабаритные показатели последней. Это объясняется тем, что одновременно требуется подавать управляющий импульс на вход двух соответствующих последовательно соединенных тиристоров, присоединенных к разным фазам сети. Причем цепи управления этих тиристоров должны быть взаимно изолированы. Следовательно, изоляция между вторичными обмотками выходного трансформатора должна быть рассчитана на амплитудное значение линейного напряжения сети. Между входом силовых тиристоров регулятора и вторичными обмотками выходного трансформатора системы управления включается дополнительный элемент - выравнивающий резистор. Это увеличивает количество элементов, что является причиной снижения надежности, кроме того, при этом увеличиваются ненужные, дополнительные потери мощности на выравниваю1 х резисторах. При реактивном характере нагрузки регулятора и в процессе изменения значения фазового угла нагрузки (о, который представляет собой сдвиг по фазе в установившемся режиме между током и напряжением данной цепи, если в ней отсутствуют тиристоры. Необходимо корректировать момент подачи управлякицих импульсов в соответствии изменения значения, чтобы не нарушалась нормальная коммутация тиристоров. В случае у. ij( , если5 :С()-об(где Об угол поступления управляющего импульса на вход силового тиристора регуятора в полупериоде сетевого напряения, Y - ширина управляющего импульса) включается только один тиристор (из встречно-параллельно соединенных) с углом проводимости больше ем 180 эл. град. Это является прииной появления постоянной составяющей тока нагрузки регулятора пееменного напряжения, что является 3.1 опасным при наличии в нагрузке насыщающегося магнитного сердечника. Все это снижает надежность. Целью изобретения является повышение надежности. Поставленная цель достигается тем что согласно способу управления трех фазным тиристорным преобразователем переменного напряжения в переменное для работы на нагрузку, соединенную в звезду без нулевого провода или в треугольник, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных тиристорах, заключающемуся в том, что в каждый полупериод сетевого напряжения подают на соответствующий силовой тиристор один узкий управляющий импульс, через соответствующий тиристор с момента поступления управляющего импульса пропускают импульс дополнительного тока, продолжительность протекания которого выбирают из условия .t. где Т - период напряжения сети; ty. - время, необходимое для нарастания тока нагрузки до тока удержания тиристора; tff - дополнительное время, величина которого определяется при диапазоне изменения фа зового угла нагрузки D мен шим или равным 60 по форму ле tg Ь0°1 , где Ы - угловая частота напряжения сети, а при D 60°no формуле i D°/co . На фиг. 1 приведена функциональная схема, с помощью которой реализуется предлагаемый способ управления трехфазным тиристорным преобразователем, сштовая часть которого выполнена на встречно-параллельно включенных тиристорах, а его нагруз ка соединена в звезду без нулевого провода (можно привести также функциональную- схему, реализующую предлагаемый способ управления преобраз вателем, нагрузка которого соединен в треугольник); на фиг. 2 - один из вариантов схемы трехфазного тиристо ного преобразователя, реализующего предлагаемый способ управления. Схемы, приведенные на фиг. 1 и 2 содержат общие элементы: зажимы 1 3, служащие для подключения схемы 4 .4 к сети, силовые тиристоры 4 - 9 и нагрузку 10. Схема (фиг. 1) содержит ключи 11 -16, зажимы 17 - 28, служащие для подключения силовых тирйсторов к вспомогательным источникам 29. Схема (фиг. 2) содержит разделительные диоды 30 - 35; маломощные вспомогательные диоды 36-41, общие точки соединения которых каждой фазы соединены с нулем 42 системы напряж ний через соответствующие резисторы 43 - 45. Пусть в системе (фиг. 1) зажимы 1-3 подключены к трехфазной сети. На вход тиристоров 4-9 поступает только один узкий импульс в определенные моменты в соответствующий полупериод сетевого напряжения, причем управляющие импульсы, поступающие на вход тиристоров 4 и 5, 6 и 7 и 8 и 9 сдвинуты один относительно другого на 180 эл. град. Управляющие импульсы, поступающие на вход тиристоров 4 и 6, сдвинуты один относительно другого на 120 эл.град., а управляющие импульсы, поступающие на вход тиристоров 6 и 8, сдвинуты один относительно другого на 120 эл. град. т.е. порядок поступления управляющих импульсов на вход силовых тиристоров такой, какой имеет место в обычной схеме трехфазного регулятора, управляемого широкими импульсами. Ключи 11 - 16 находятся в замкнутом состоянии в режиме , а в pexviMect i Ц - в разомкнутом состоянии; замыкаются соответствующие ключи в момент (oi tp , а размыкаются в момент G)i-q)+180 эл.град в полупериоде сетевого напряжения (например, в последнем случае, когда начинает протекать ток нагрузки через тиристоры 4 и 7, то ключи 11 и 14 замыкаются при угле равном ср +180 в полупериоде сетевого напряжения, и т.д.). Зажимы 17 - 28 подключены к источникам питания через соответствующие элементы (например, резистор и т.п.). В схеме отсутствует орган, следящий за фазой тока нагрузки регулятора и корректирующий момент подачи узких управляющих импульсов. При появлении режима об (X гр (гр некоторый граничный угол открытия тиристоров, разделяющий возможные режимы) , протекание тока в нагрузке возможно только при одновременном открытии двух тиристоров, включенных в разные фазы. Например на фиг. 1 должны включаться тиристоры А и 7 при коммутации линейного напряжения Ugg, соединенные в разные фазы. Это происходит следующим образом. С момента поступления одного узкого импульса, длительность которого определяется собственным временем включения тиристора, на входе тиристора 7 появляется дополнительный ток (независимо от величины и параметров нагрузки регулятора), величина которого не меньше тока удержания тиристора, по следующей цепи: зажим 24, тиристор 7 и зажим 23. Этим током тиристор 7 удерживается в открытом состоянии. По описанной последовательности узкий управляющий импульс поступает на вход тиристора 4 через 60 эл. град, относительно момента поступления управляющего импульса на вход тиристора 7. При этом появл ется Дополнительный ток по следующе цепи: зажим 17, тиристор 4 и зажим 18, причем величина этого тока не меньше тока удержания тиристора. Поэтому тиристор 4 удерживается в открытом состоянии этим током. Следовательно в этом случае(o(,(Xj. минимальное значение длительности протекания дополнительного тока через тиристор определяется выражение 60 эл.град. - ---- - --- --- - 4-fi in W V,. Для режима () величина i , приведенная в левой части выражения (1) с учетом выражения (2), определ ется формулой 60 эл.град. . f Ч U . Максимальная длительность протекания дополнительного тока, приведен ная в правой части выражения (1), в рассматриваемом случае определяется i т как1 - , так как в этом случае ключи 11-16 находятся в замкнутом состоянии, и угол проводимости встре но-параллельно соединенных тиристоров не превышает 180 эл.град. Это объясняется тем, что оба встречнопараллельно соединенных тиристора не проводят ток одновременно, поскольку падение напряжения на проводящем тиристоре создает обратное напряжение на закрытом тиристоре и открытие нового тиристора возможно только после закрытия ранее проводящего. Таким образом, при ср const нормальная работа регулятора во всех режимах обеспечивается при длительностях протекания дополнительного тока, определяемых выражением (1), а величина t определяется выражением (3), т.е. продолжительного тока независимо от характера нагрузки регулятора определяется из условия 60 . , т - Чд Рассмотрим случай, когда величина фазового угла нагрузки Cf изменяется во времени. Если величина (j/ меняется от некоторого минимального значения С| до некоторого максимального значения , и если диапазон изменения D фазового угла нагрузки удовлетворяет условию эл.град..то для обеспечения нормальной работы регулятора во всех режимах необходимая продолжительность протекания дополнительного тока должна определяться выражением (4), если минимальное значение угла поступления узкого управляющего импульса определяется значением . Это объясняется следующим. Независимо от значения D, если регулятор работает в режиме ), то работа регулятора в этом режиме ничем не отличается от работы для случая ц const; (X Ц). Рассмотрим как обеспечивается синусоидальная форма тока нагрузки регулятора при изменяющемся Cf (), без корректировки момента подачи управляющих импульсов. Пусть Cf q), и о(- -Ср, тогда через нагрузку протекает ток синусоидальной формы. Если значение изменится и окажется Ц) г Q ср, хотя значение О, не меняется, T.e.0i; tp , то через нагрузку протекает ток синусоидальной формы. Это объясняется тем, что с момента поступления узкого управляющего импульса на вход тиристора (например, на вход тиристора 4) хотя .(fy, через переход анод-катод этого тиристора протекает дополнительный ток (например, этот ток протекает по цепи: зажим 17, тиристор 4 и заим 18), в результате чего этот тиристор (тиристор 4) удерживается в открытом состоянии независимо от состояния встречно-параллельно включенного тиристора, например тиристора 5, так как при ОС Ц ключ 1 1 на7. 1 ходится в разомкнутом состоянии). А с моментаы1 Ц1п соответствующий ключ (например, ключ 11) замыкается и начинается беспрепятственное проте кание тока нагрузки регулятора через тиристор (например, тиристор 4). Таким образом, если диапазон изменения фазового угла нагрузки не больше 60 эл.град., то продолжительность протекания дополнительного тока, определяемая выражением (А), обеспечивает нормальную работу регулятора во псех режимах, т.е. в режиме синусоидальной формы тока нагрузки и в прерывистом режиме тока нагрузки. Если диапазон изменения D фазового угла на-грузки удовлетворяет условию: D760 эл.град., то для обеспечения нормальной работы регулятора при использовании предлагаемого способа управления в случае, когда мини мальное значение угла поступления узкого управляющего импульса определяется как06 С т;п . продолжительность протекания дополнительного тока, обеспечивающая нормальную работу должна определяться следующим условиемI U- Независимо от значения D при(Х,и необходимая продолжительность протекания дополнительного тока аналогично рассмотренному случаю, когда (Ц и (const, определяется выражением (4). Однако в режиме получения синусоидальной формы тока нагрузки регулятора при эл.град. нормальная работа регулятора не обеспечивается если продолжительность протекания дополнительного тока определяется выражением (4). Это объясняется тем что длительность протекания дополнительного тока недостаточна до момен та coi ( Д° включения соответствующего ключа, например, ключа 11 , если рассматривается тиристор 4) тиристор 4 выключается, вследствие исчезновения дополнительного тока. Следовательно, через нагрузку регулятора ток протекает. Через нагрузку регулятора протекает ток при одновременном открытии двух тиристоров, соединенных в разные фазы сети. Тогда минимальное значение продолжи48ельности протекания дополнитёльн5 о тока, обеспечивающей протекание ока через нагрузку регулятора, опрееляется из выражения D эл. град. (J ЧА В этом режиме работы регулятора, .е.( и 1)60эл. гра;, из риведенной в левой части вьфажения (1) с учетом вьфажения (2) величи- . а td определяется формулой D эл.град. . . Следовательно, продолжительность ротекания дополнительного тока, опеделяемая вьфажением (5), обеспечиает нормальную работу регулятора во сех режимах (в случае, если . град.), т.е. в режиме синусоидальной ормы тока нагрузки, а также и в преывистом режиме тока нагрузки. В качестве примера реализации предлагаемого способа управления рассмотрим трехфазный регулятор, приведенный на фиг. 2. Сущность работы этой схемы заключается в следующем. На зажимы 1-3 подключено трехфазное напряжение, а зажим 42 соединен с нулем системы напряжений. Предположим, необходимо отпереть тиристор 4 в режиме (X. ср , работающий сначала с т-иристором 7, а затем через 60 эл. град, с тиристором 8. С момента поступления на вход тиристора 4 одного узкого управляющего импульса в полупериоде сетевого напряжения через тиристор 4 протекает ток цепи: зажим 1, тиристор 4, диод 36, резистор 43 и зажим 42. Так как величина этого тока не меньше тока удержания тиристора, то последний удерживается в открытом состоянни. До отпирания тиристора 4 через тиристор 7 протекает дополнительный ток, продолжительность протекания которого определяется вьфажением (4), удерживающий его в открытом состоянии, по цепи: зажим 42, резистор 44, диод 39, тиристор 7 и зажим 2. Значит тиристоры 4 и 7 одновременно находятся в проводящем состоянии. Именно с этого момента, т.е. одновременного открытого состояния тиристоров 4 и 7, появляется ток нагрузки регулятора по цепи: зажим 1, тиристор 4, диод 30, нагрузка 10, диод 33, тиристор 7 и залсим 2. В режиме получения синусоидальной формы тока нагрузки при изменяющемся 91 фазовом угле нагрузки схема работает следующим образом. Пусть нагрузка 10 имеет переменный активно-индуктивный характер и 1)60 эл.град. Предположим, что . и форма тока нагрузки синусоидальная. В некоторый момент времени у равно Уг значение неизменно и равно 06 г Ср. Однако с момента поступления узкого управляющего импульса на вход тиристора (например, тиристора 4) в последнем появляется дополнительньй ток (например, по цепи: зажим 1, тиристор ; 4, диод 36, резистор 43 и зажим 42), удерживакяций его во включенном состоянии. Поскольку продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии выражения (4), то до исчезновения дополнительного, тока, т.е. в MOMeHTCot tf2 разделительный диод (например, разделительный диод 30) и соответствунлций тиристор (например, тиристор 4) пропускают ток нагрузки регулятора. Следовательно, подачей одного узко го импульса на вход соответствующего тиристора в полупериоде сетевого напряжения можно осуществлять управле0410ние трехфазным регулятором, если продолжительность проте1 ания дополнительного тока выбирается в соответствии с вьфажением (4), если D : 60 эл.град, при ot Cf . Из сравнения схем на фиг. 1 и 2 вытекает, что в схеме на фиг. 2 разделительные диоды 30 - 35 вьтслняют функцию ключей 11 - 16 на фиг. 1. Регулятор на фиг. 2 может управляться подачей узкого импульса на вход тиристора в полупериоде сетевого напряжения без корректировки мо-. мента подачи, прио( If oL Qi и1) 60 эл. град., если продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии с выражением (5), Таким образом, предлагаеь&1й способ управления позволяет управлять силовыми тиристорами, включенными встречно-параллельно, трехфазного регулятора напряжения, работающего как на активную, реактивную, так и переменную реактивную нагрузку, и тем самым расширить его функциональные возможности и область его применения .

29

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ДЛЯ РАБОТЫ НА НАГРУЗКУ, СОЕДИНЕННУЮ В ЗВЕЗДУ БЕЗ НУЛЕВОГО ПТОВОДА ИЛИ В ТРЕУГОЛЬНИК, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных тиристорах, заключающийся в том, что в каждый полупериод сетевого напряжения подают на соответствующий силовой тиристор один узкий управляющий импульс, отличающийся тем, что, с целью повьпиения надежности, через соответствующий тиристор с момента поступлени:я управляющего импульса пропускают импульс дополнительного тока, продолжительность протекания которого выбирают из условия . где период напряжения сети; время, необходимое для наЧА растания тока нагрузки до тока удержания тиристора; гСП дополнительное время, величина которого определяется при диапазоне изменения фазового угла нагрузки D меньшим или равным формуле ig 12, где со угловая частота напряжения сети, а при D формуле tg §- .

29 1

Фиг.1