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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многофазным тиристорным преобразователям с искус ственной коммутацией, получающим раз нообразное применение в качестве инверторов напряжения, компенсационных вьтрямителей, источников реактивной мощности и др. Известны трехфазные тиристорные преобразователи с групповой искусственной коммутацией, в которых ограни чение коммутационных перенапряжений и запирание тиристоров в каждой вентильной группе осуществляется с помощью специального фильтрокоммутирую щего устройства, которое подключается в параллель силовым тиристорам с помощью группы коммутирующих тиристо ров и представляет собой колебательн i.C-KOHTyp, образованный последовател ным соединением коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированны в обоих направлениях перезарядным тиристором и диском, параллельно которьпм с помощью разделительного диода подключен полярный конденсатор фильтра достаточно большой емкости. При таком построении преобразователя устраняется необходимость в дополнительных цепях отвода накапливающейся в конденсаторах фильтра избыточно энергии коммутации, так как эти конденсаторы на первом этапе каждой ком мутации частично разряжаются током вступающей в работу фазы, а на второ этапе заряжаются вновь до исходного уровня .током выходящей из работы фазы, т.е. находятся в режиме двустороннего обмена энергией с элементами контура коммутации. При этом улучшаются характеристики преобразователя и несколько упрощается его конструк ция 1 и Недостатками таких устройств, пре пятствую1р1ми их внедрению, являются сравнительная сложность схемы и значительные массогабаритные показатели :В связи с большим колнчеством дополн тельных коммутирующих вентилей и низ на данном этапе удельными характеристиками неполярных коммутируй) щих конденсаторов, что особенно сказывается в получающих наибольшее применение мостовьк схемах преобразователей в связи с необходимостью использования в них двух одинаковых фильтрокоммутирующих устройств для проведения коммутаций в катодной и анодной группах моста. Вместе с тем в ряде устройств преобразовательной техники, особенно малой и средней мощности, возможность одновременного протекания коммутаций в обеих группах тиристорного моста отсутствует, например, в силу сравнительно низкой частоты коммутаций, ограниченного диапазона нагрузок или малой индуктивности цепей со стороны переменного тока. Следовательно, в таких преобразователях существуют условия .применения одного фильтрокоммутирующего устройства для поочередного проведения коммутаций в обеих вентильных группах моста. Наиболее близким к изобретнию является трехфазньй тиристорньй преобразователь с искусственной коммутацией, содержащий фильтрокомпенсирующее устройство, вьтолненное в виде колебательного контура из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированного встречно-параллельно соединенными перезарядным тиристором и диодом, параллельно которым через обратньй разделительньй диод подключен полярный конденсатор фильтра, а также две группы силовых тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме, и две группы коммутирующих тиристорову соединенных также по трехфазной мостовой схеме, причем диагонали переменного тока обоих мостов образуют трехфазные выводы переменного тока, а диагональ постоянного тока моста силовых тиристоров образует выводы постоянного тока З. Недостатком известного устройства является сложность и увеличенные массогабаритные показатели за счет использования двух фильтрокоммутирующих устройств. Целью изобретения является упрощение и уменьшение массогабаритных показателей за счет использования одного фштьтрокоммутирующего устройства для проведения коммутаций в обеих группах вентильного моста. Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном тиристорном преобразователе с искусственной коммутацией, содержащем фильтрокоммутирующее устройство, выполненное в виде колебательного контура из последовательно соединенных коммутирующего

конденсатора и дросселя, зашунтированного встречно-параллельно соединенными перезарядным тиристором и диодом, параллельно которым через обратный разделительньм диод подключен полярный конденсатор фильтра, а также две группы силовьк тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме и две группы коммутирующих тиристоров, соединенных также по трехфазной мостовой схеме,причем диагонали переменного тока обоих мостов образуют трехфазные выводы переменного тока, а диагональ постоянного гока моста силовых тиристоров образу ет выводы постоянного тока, положительньй полюс моста силовых тиристоров через дополнительно введенный встречно включенньм тиристор соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, а через дополнительно введенньй обратно включенный диод - С отрицательной обкладкой указанного конденсатора фильтра, отрицательный полюс моста силовых тиристоров через дополнительно введенный второй встречно включенный тиристор соединен с анодом перезарядного тиристора и общим зажимом катодной группы коммутирующих тиристоров, при чем общий зажим анодной группы коммутирующих тиристоров соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра и через дополнительно введенный диод, включенный в проводящем направлении, - с катодом перезарядного тиристора. На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого преобразователя, на фиг, 2 - диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу устройства во времени, (где 1} , Ug и Uj; - напряжения в фазах А, В и С соответственно; Ui HI., - напряжение И ток k-го элемента схемы, k 1, 2, 3, .,,), Преобразователь содержит шесть силовых тиристоров 1-6, включенных по трехфазной мостовой схеме вьшрямления, причем тиристоры 1, 3 и 5 образуют катодную группу, а тиристоры 2, 4 и 6 - анодную группу моста. В параллель силовым тиристорам со стороны цепей переменного тока включены коммутирующие тиристоры 7 -12, из которых тиристоры 7, 9 и 11 образуют катодную, в тиристоры 8, 10 и 12 - анодную группы вентилей, Фильтр

коммутирующее устройство содержит неполярный коммутирующий конденсатор 13, включенный последовательно с дроселем 14, В прямом направлении цепочка из коммутирующего конденсатора и дросселя зашунтирована перезарядным тиристором 15, а в обратном направлении - диодом 16, образуя тем самым колебательньш LC-контур. Параллельно этому контуру с помощью разделительного диода 17 включен пол5фньй кондесатор 18 фильтра, причем положительная обкладка этого конденсатора подключена к катоду разделительного диода, а отрицательная обкладка - к катоду перезарядного тиристора. Положительный полюс моста, образованный общими катодами тиристоров 1, 4 и 5 подключен к каторам тиристора 19 и диода 20, Анодами тиристор 19 подключен к положительной обкладке, а диод 20 - к отрицательной обкладке конденсатора фильтра. Отрицательный полюс моста, образованный общими анодами тиристоров 2, 4 и 6, подключен к аноду тиристора 21, который свом катодом связан с анодом перезарядного тиристора и одновременно с общими катодами коммутирующих тиристоров 7, 9 и 11, Коммутирующие тиристоры 8, 10 и 12 общими анодами подключены к положительной обкладке конденсатора фильтра и одновременно к катоду диода 22, который своим анодом соединен с отрицательной обкладкой конденсатора фильтра, В зависимости от назначения входными и выходными зажимами преобразователя могут служить как зажимы постоянного, так и переменного тока, поэтому источник входного напр$гаения и цепи нагрузки на фиг, 1 не изображены. Работу устройства рассмотрим на примере использования его как зависимого (сетевого) преобразователя, полагая, что зажимы переменного тока А, В и С подключены посредством согласующего трансформатора или TOKOOI- раничивающих реакторов к трехфазной сети, а к зажимам постоянного непрерьшного тока подключена нагрузка. Наличие устройства искусственной коммутации позволяет включать тиристоры в диапазоне опережающих относительно точек естественной коммутации углов управления -IT л 0. При пуске преобразователя требуется тфедварительный заряд конденсаторов, для 51 осуществления которого необходимо подать управлгпощие импульсы на комму тирующие тиристоры 7 - 12, обеспечив некоторое время их работу с углами управления ci 0. Ввиду наличия в контурах заряда конденсаторов индуктивных элементов начальное напряжени на них устанавливается на уровне, превышающем амплитуду междуфазного .напряжения сети с полярностью, указанной на фиг. 1 без скобок. После чего все коммутирующие и вспомогательные вентили запираются, и фнльтрокоммутирующее устройство отключает ся до начала коммутации. Пусть в результате подачи управляющих импульсов на силовые тиристоры ток нагрузки протекает по контуру, содержащему фазу А, тиристор 1, цепь нагрузки, тиристор 2, фазу С (фиг. 2). В начале первого этапа коммутации в катодной группе моста управляющие импульсы подаются одновременно на тиристоры 15 и 19, а так же на коммутирующий тиристор 9 вступающей в работу фазы В. При этом конденсатор фильтра 18 включается между коммутирующими фазами А и В с Полярностью напряжения на обкладках, способетвукицей возникновению и нарас танию тока в фазе В по контуру, содержащему тиристоры 9 и 15, конденсатор 18, тиристор 19 и цепь нагрузки. Это происходит потому, что суммарное напряжение на обкладках конденсатора 18 и в фазе В выше напряжения в фазе А. Возрастание тока во вступающей в работу фазе сопровождается таким же уменьшением тока в выходящей из работы фазы. Под воздействием нарастающего тока фазы В конденсатор фильтра частично разряжается, отдавая энергию в контур коммутации. Одновременно с этим происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 13 по конту ру, содержащему тиристор 15 и дроссель 14. Вслед за прямым перезарядом, после кЬторого полярность напряжения на обкладках конденсатора 13 на фиг. 1 имеет знак, указанньй в скобках, начинается обратный перезаряд. К этому моменту на коммутирующий тиристор 7 выходящей из работы фазы А, а также на силовой тиристор 3, вступающей в работу фазы В, подаются управляющие импульсы. Обратный перезаряд про 76 . исходит по параллельным контурам, один из которых содержит лроссель 14и тиристор 15, другой содержит дроссель 14, диод 20, тиристоры 1 и 7. В момент, когда составляющие тока перезаряда конденсатора сравняются с прямыми тюками, протекающими в этих контурах, тиристоры 1 и 15 выключаются, после чего к ним в течение примерно полупериода колебаний ком.мутирующего LC-контура прикладывается обратное напряжение, вьщеляющееся на диоде 16, необходимое для восстановления запирающей способности этих тиристоров. В этот момент времени, обозначенный на фиг. 2 вертикальной пунктирной линией, начинается второй этап коммутации, на котором ток вступающей в работу фазы переходит в цепь очередного силового тиристора 3, а ток выходящей из работы фазы вынужден замыкаться по контуру, содержащему тиристор 7, диод 17, конденсатор 18, диод 20, втекая в положительную обкладку конденсатора фильтра 18 и дозаряжая его вновь до исходного уровня. Одновременно проис-. ходит дозаряд и коммутирующего конденсатора 13 по цепи, содержащей тиристор 7, дроссель 14 и диод 20. В момент окончания коммутации тиристор 7 запирается,и схема возвраща:ется в исходное срстояние. В дальшейшем коммутации в катодной группе моста происходят аналогично. I . Коммутацию в анодной группе рассмотрим на примере перехода тока из фазы С с тиристором 2 в фазу А с тиристором 4. В первый момент управляющие импульсы подаются на тиристоры 15и 21, а также на коммутирующий тиристор 10 вступающей в работу фазы А. В результате конденсатор 18 фильтра включается между коммутирующими фазами С и А с полярностью напряжения на обкладках, способствующей возникновению и нарастанию тока в фазе А по контуру, содержащему тиристоры 21 и 15, конденсатор 18, тиристор 10, фазы А и С, тиристор 3 и цепь нагрузки. Возрастание отрицательной полуволны тока в фазе А сопровождается, как показано на фиг. 2, таким же уменьщением отрицательной полуволны тока в фазе С. На первом этапе коммутации конденсатор фильтра частично разряжается под воздействием нарастающего тока вступающей в работу фазы Одновременно происходит подготовител ный перезаряд коммутирующего конденсатора 13 по цепи, состоящей из тиристора 15 и дросселя 14. К моменту начала обратного перезаряда этого конденсатора на коммутирующий тиристор 8 выходящей из работы фазы,а так же на очередной силовой тиристор 4 по даются управляющие импульсы. В данно случае обратный перезаряд происходит по параллельным контурам, один из ко торых образован дросселем 14 и тирис тором 15, а другой содержит дроссель 14, диод 22, тиристор 8, силовой, тиристор 2 и тиристор 21. В момент равенства прямых и обратных токов тиристоры 15 и 2 запираются, после чего начинается второй этап коммутации На данном этапе ток вступающей в работе фазы А переходит в цепь вновь включенного силового тиристора 4, а ток выходящей из работы фазы замыкается по цетт: тиристор 21, диод 17, конденсатор 18, диод 22, тиристор 8, фазы С и В, тиристор 3, цепь нагрузки, под воздействием которого конденсатор фильтра заряжается вновь до исходного уровня. Одновременно происходит дозаряд коммутирующего конденсатора 13 по цепи, содержащей тиристор 21, конденсатор 13, дроссель 14, диод 22 и тиристор В. После окон чания коммутации тиристоры 8 и 21 под воздействием напряжения на конденсаторах запираются, и схема возвращается в исходное состояние. Предлагаемый преобразователь может быть использован и как трехфазный автономный инвертор, для чего первичньй источник постоянного напря женин подключается к зажимам постоян ного тока с полярностью, соответствующей проводящему состоянию силовых тиристоров, а нагрузка - к зажимам переменного тока А, В и С. Алгоритм проведения коммутаций в группах ыосЧ та будет тем же, однако при пуске предварительный заряд конденсаторов 1 078 должен осуществляться путем включения тиристора 21. Таким образом, в предлагаемой схеме преобразователя коммутации в обеих вентильных группах моста реализуются в-разное время с помощью одного фильтрокоммутирующего устройства. Это позволяет по сравнению с известным устройством исключить из силовой схемы, кроме коммутирующего конденсатора и дросселя, а также полярного конденсатора фильтра, образующих основу фильтрокоммутнрующего устройства, еще как минимум 8 диодов. Достигаемое упрощение повысит надежность |И расширит области применения устройства. Уменьшение массогабаритных показателей в преобразователе достигается исключением одного из коммутирующих конденсаторов, являющихся наиболее громоздкими элементами устройства. Предлагаемое устройство сохраняет большинство положителыых свойств известного устройства, кроме возможности работы при длительности коммутаций фазных токов свыше 60 эл.град. К числу этих достоинств следует отнести сравнительно высокий КПД вслед- ствие целесообразного использования избыточной энергии коммутации, поступающей вначале в конденсатор фильтра, а затем в цепь вступакяцей в работу фазы, хорошие регулировочные свойства и жесткие нагрузочные характеристики благодаря независимости начального напряжения на конденсаторах от тока нагрузки и кратковременности подключения конденсаторов} возможность реализации различных законов переключения вентилей, обеспечивающих повышение энергетических и динамических показателей преобразователя. Предпагаем 1й преобразователь можно использовать в качестве полупроводникового коммутатора вентильных двигателей.

ТРЕХФАЗНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ, содержапщй фильтрокомпенсирующее устройство, вьшолненное в виде колебательного контура из последовательно соединенных коммутирующего конденсатора и дросселя, зашунтированного встречно-параллельно соединенными перезарядным тиристором и диодом, параллельно которым через обратный разделительный диод подключен полярный конденсатор фильтра, а также две группы силовых тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме и две группы коммутирующих тиристоров, соединенных также по трехфазной мостовой схеме, причем диагонали переменного тока обоих мостов образуют трехфазные выводы переменного тока, а диагональ постоянного тока моста силовых тиристоров образует выводы постоянного тока, отличающий ся тем, что, с целью его упрощения и уменьшения массогабаритных показателей за счет использования одного фильтрокомпенсирующего § устройства, положительньш полюс мос(О та силовьк тиристоров через дополнительно введенный встречно включенный тиристор соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра, а через дополнительно введенный обратно включенный диод - с отрицательной обкладкой указанного конденсатора фильтра, отрицательный полюс моста tc силовых тиристоров через дополнительно введенный второй встречно включенУ1 ный тиристор соединен с анодом перезарядного тиристора и общим зажимом катодной группы коммутирующих тиристоров, причем общий зажим анодной группы коммутирующих тиристоров соединен с положительной обкладкой конденсатора фильтра и через дополнительно введенный диод, включенный в проводящем направлении, - с катодом ,перезарядного тиристора.