Однофазный тиристорный преобразователь с искусственной коммутацией Советский патент 1984 года по МПК H02M7/155 H02M9/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к однофазным ти ристорным преобразователям с искусственной коммутацией, получаюищм разнообразное применение в качестве автономных инверторов, либо зависимых (сетевых) преобразователей, имею щих по сравнению с обычными выпрями тельными схемами повышенный коэффици ент мощности и более широкую полосу .пропускаемых частот. Известны однофазные тиристорные преобразователи с устройством искусственной коммутации, содержащим полярный, например, электролитический конденсатор фильтра, подключаемый на интервалах коммутации параллельно тиристорам или нагрузке с помощью полностью управляемых тиристорных ключей ij . , В аналогичных преобразователях ма лой мощности роль полностью управляе мых тиристорных ключей могут выполнять транзисторы или двухоперационные тиристоры 2J . Наиболее близким к изобретению является однофазный тиристорный преобразователь с искусственной коммута цией, содержащий четыре силовых тиристора , включенных по мостовой схеме выпрямления, полярньгй конденсатор фильтра, подключенный к зажимам пере менного тока через однофазный диодный мост, а также полностью управляе мый тиристорньй ключ, образованный последовательным соединением коммути рующего конденсатора и дросселя, зашунтированных в направлении подготовительного перезаряда конденсатора коммутирующим тиристором. В преобразователе используются два полностью управляемых ключа, с помощью которых полярньй конденсатор подключается к зажимам постоянного тока. Коммутации осуществляются в два этапа. На первом этапе одновременное замыкание ключей обеспечивает перехо тока нагрузки в цепь конденсатора фильтра и его частичный разряд; последующее размыкание ключей на втором этапе приводит к переводу тока нагрузки в другую пару силовых тирис торов и заряду конденсатора убывающим фазным током вновь до исходного уровня. Такое построение преобразова теля исклюг ает накапливание заряда на об1спадках конденсатора фильтра, а также позволяет уменьшить емкость коммутирующих конденсаторов в составе ключей до величины, необходимой для запирания тиристоров, находящихся под неполным током нагрузки З. Однако наличие двух одинаковых одновременно работающих полностью управляемых ключей существенно усложняет устройство. Кроме того, сравнительно низкие удельные характеристики неполярных коммутируюш 1х конденсаторов являются причиной неудовлетворительных массогабаритных показателей всего преобразователя. Целью изобретения явлется упрощение и уменьшение массогабаритных показателей преобразователя путем сокращения числа полностью управляемых тиристорных ключей. Поставленная цель достигается тем, что в однофазном тиристорном преобразователе с искусственной коммутацией, содержащем четыре силовых тиристора, включенных по мостовой схеме выпрямления, полярный конденсатор фильтра, подключенный к зажимам переменного тока через однофазный диодный мост, а также полностью управляемый тиристорный ключ, образованный последовательным соединением коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированных в направлении подготовительного перезаряда конденсатора коммутирующим тиристором, один из зажимов постоянного тока, образованный общими катодами силовых тиристоров, соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, через дополнительно введенный тиристор, включенный в проводящем направлении, - с анодом коммутирующего тиристора и через дополнительно введенный диод, включенный в непроводящем направлении, - с катодом коммутирующего тиристора, причем последний анодом подключен к другому зажиму постоянного тока, образованному общими анодами силовых тиристоров, а катодом - к отрицательной обкладке конденсатора фильтра. На фиг. 1 изображена принципиаль-/ ная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу устройства. Обозначения, принятые на диаграммах: U| и i| - напряжение и ток К-го элемента схемы; U( и ioj - напряжение и ток на входе преобразователя. 3. 1 Преобразователь содержит четыре силовых тиристора 1-4, включенных по однофазной мостовой схеме выпрямления , причем тиристоры 1 и 3 образуют катодную, а тиристоры 2 и 4 анодную группы моста. К зажимам переменного тока с помощью диодного моста, выполненного на диодах 5-8, подключен полярный конденсатор 9 фильтра, причем его положительная обкладка соединена с общими катодами диодов 5 и 7, а отрицательная обклад ка - с общими анодами диодов 6 и 8, Полностью управляемый тиристорный ключ образован последовательным соединением коммутирующего конденсатора 10 и дросселя 11, зашунтированных в направлении подготовительного переза ряда конденсатора коммутирующим тиристором 12. Положительный полюс мос та, образованный катодами тиристоров 1 и 3, соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра и одновременно с помощью включенного в про водящем направлении тиристора 13 сое динен с анодом коммутирующего тиристора, а также с помощью включенного в непроводящем направлении диода 14 соединен с катодом коммутирующего ти ристора . Вместе с этим коммутирующий тиристор своим анодом подключен к от рицательному полюсу моста, образован ному анодами тиристоров 2 и 4, а катодом - к отрицательной обкладке кон денсатора фильтра. Работу устройства рассмотрим на примере использования его как зависи мого (сетевого) преобразователя, полагая, что зажимы переменного тока подключены с помощью согласующего трансформатора или токоограничивающе го реактора к питающей сети, а к зажимам постоянного тока подключена цепь нагрузки с достаточной для сгла живания тока индуктивностью. Полагается также, что включение тиристоров осуществлется с опережением относительно моментов перехода сетевого напряжения на анодах в поло жительную сторону. При пуске преобразователя требует ся предварительный заряд, для чего устройство подключают к сети, а управляющие импульсы подают лишь на ти ристор 13. При этом заряд конденсатора 9 фильтра происходит по цепям, содержащим диоды 5-8, а заряд коммутирующего конденсатора 10 по цепям. 064 содержащим диоды 5-8 и тиристор 13. , Благодаря наличию в контуре индуктивных элементов заряд происходит до уровня, превышающего амплитуду напряжения сети с полярностью напряжения на обкладках, указанной на фиг. 1 без скобок. В результате заряда конденсаторов диоды 5-8 и тиристор 13 становятся запертыми. Пусть в результате подачи управляющих импульсов ток нагрузки протекает по цепи, содержащей силовые тиристоры 1 и 2 (фиг. 2). В начале первого этапа искусственной коммутации управляющий импульс подают на коммутирующий тиристор 12, после чего конденсатор 9 фильтра оказывается включенным параллельно нагрузке. Поскольку начальное напряжение на конденсаторе превышает напряжение нагрузки, ток нагрузки переходит в цепь конденсатора 9. Под воздействием этого тока, протекающего по цепи, образованной тиристором 12, конденсатором 9 и нагрузкой, конденсатор фильтра частично разряжается. При этом ток силовьк тиристоров 1 и 2 благодаря наличию индуктивности в цепи начинает плавно уменьшаться. Одновременно с этим происходит подготовительный колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 10 по контуру, содержащему тиристор 12 и дроссель 11. Вслед за подготовительным перезарядом, после которого напряжение на обкладках конденсатора 10 имеет знак, указанный на схеме в скобках (фиг, 1), начинается обратный рабочий перезаряд коммутирующего конденсатора. К этому моменту на следующую пару силовых тиристоров 3 и 4 и тиристор 13 подают управляющие импульсы с целью подготовки их к включению. Рабочий перезаряд конденсатора 10 происходит по параплельным контурам, один из которых содержит дроссель 11 и тиристор 12, другой - дроссель 11, диод 14, тиристор 1 , цепь переменного тока н тиристор 2. Когда составляющие обратного тока перезаряда конденсатора сравниваются с прямыми токами, протекающими в этих контурах, тиристоры 1 и 2, а также тиристор 12 выключаются. Указанные моменты обозначены на диаграммах фиг. 2 вертикальными пунктирными линиями. После выключения к указанным 51 тиристорам в течение примерно полупериода соб.ственных колебаний тиристорного L-C ключа прикладывается обратное напряжение, выделяющееся на диодах 5, 8 и 6,7, которые вместе с тиристором 13 образуют третий параллельный контур обратного перезаряда коммутирующего конденсатора. При этом выключившиеся тиристоры имеют возможность восстанавливать свою запирающую способность. В этот момент начинается второй этап искусственной коммутации, на котором входной ток преобразователя замыкается по цепи, содержащей диоды 5 и 6, втекая в положительную обклад ку конденсатора 9 и заряжая последний внов до исходного уровня. Одновременно с этим ток нагрузки переходит в цепь подготовленных к включению силовых тиристоров 3 и 4. Под воздействием встречного тока тиристоров 3 и 4, а также в результате возрастания напряжения на обкладках конденсатора 9 фильтра входной ток снижается до нуля и изменяет свой энак раньше, чем изменится на положительный знак сетевого напряжения на анодах вновь включившейся пары тиристоров 3 и 4. Одновременно с зар дом конденсатора 9 фильтра по параллельному контуру, включающему в себя диоды 5-8, тиристор 13 и дроссель П происходит дозаряд коммутирующего конденсатора 10, необходимый для ком пенсации потерь энергии в цикле прям го и обратного перезарядов. В момент окончания коммутации уровень напряже ния на конденсаторах превьштает сетевое напряжение, при этом диоды 5-8 и тиристор 13 оказываются запертыми до начала очередной коммутации. При проведении следующей коммутации порядок переключений в схеме аналогичный. Таким образом, в предлагаемом уст ройстве искусственная коммутация силовых тиристоров осуществляется с по 6 , б мощью одного тиристорного ключа. В сравнении с известной двухключевой схемой тиристорного преобразователя в предлагаемом устройстве удается исключить минимум четыре элемента, образующих тиристорный ключ: коммутирующий конденсатор, дроссель, коммутирующие тиристор и диод, шунтирующие ключ в направлениях прямого и обратного перезаряда. При этом в схему добавляется лишь один элемент: тиристор 13, который, по сравнению с силовыми тиристорами, может быть выбран на меньший средний ток. Уменьшение массогабаритных показателей достигается устранением одного из двух коммутирующих конденсаторов, являющихся наиболее громоздкими элементами преобразователя. При этом массогабаритные показатели коммути.рующего устройства уменьшаются как . минимум вдвое, так как емкость коммутирующих конденсаторов в известном и предлагаемом устройствах выбирается по одинаковой величине тока тиристоров. Предлагаемое устройство сохраняет все достоинства известного устройства,, к которым относятся сравнительно высокий КОД, вследствие целесообразного использования избыточной энергии коммутации, поступающей вначале в конденсатор фильтра, а затем в цепь нагрузки; сравнительно малая емкость коммутирзлощих конденсаторов, выполняющих лишь одну функцию запирания тиристоров; хорошие регулировочные свойства благодаря постоянству коммутирующей способности конденсаторов, независимой от величины тока нагрузки; возможность реализации различных способов переключения тиристоров, улучшающих энергетические и динамические показатели преобразователя. Отмеченные достоинства расширяют области применения устройства, одной из которых может стать автоматизированный электропривод с повьшенными показателями.

X

5

/J

-Г-

Л

h J

+ -о.Г

u

X

ьл

.

fff

i«f

Ч.2

h.6

.4

7

ОДНОФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ, содержащий четыре силовых тиристора, включенных по мостовой схеме выпрямления, полярный конденсатор фильтра, подключенный к зажимам переменного тока через однофазный диодный мост, а также полностью управляемый тиристорный ключ, образованный последовательным соединением коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированных в направлении подготовительного перезаряда конденсатора коммутирующим тиристором, отличающийся тем, что, с целью его упрощения и уменьшения массогабаритных показателей путем сокращения числа тиристорных ключей, один из зажимов постоянного тока, образованный общими катодами силовых тиристоров, соединен с поло(Л жительной обкладкой конденсатора фильтра, через дополнительно введенный тиристор, вколоченный в проводящем направлении - с анодом коммути рующего тиристора и через дополнительно введенный диод, включенный в непроводящем направлении - с катодом коммутирующего тиристора, причем последний анодом подключен к другому зажиму постоянного тока, образован1чЭ ному общими анодами силовых тиристоСЛ ров , а катодом - к отрицательной обкладке конденсатора фильтра.