Преобразователь переменного тока в переменный Советский патент 1984 года по МПК H02M5/45 H02M7/515 

моста накопительных диодов 3°и 6 подключены к выходным выводам 4.1, 4,2, 4.3 инвертора.

2, Преобразователь по п,1, о тличающи.йся тещ что блок отвода накопленной энергии 7 выполнен в виде резистора.

1119141

3. Преобразователь по п.1, о тличающийся тем, что блок ,отвода накопленной энергии 7° выполнен в виде дополнительного управг ляемого выпрямителя, вьшоды переменного тока которого подключены к дополнительной вторичной обмотке трехфазного трансформатора источника питания.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ, содержащий подключенный через трехфазный трансформатор к клеммам источника переменного тока вьтрямитель, образующий клеммы постоянного тока источника, к которым через входной.дроссель, подключен инвертрр тока с собственной коммутацией, состоящей из ..ijo крайней мере одного основного-тйрис.торного моста и коммутирующих Цепей, о т л и ч а ю щ и и с я : тем, что, к положительной клемме 1.1 Постоянного тока источника 1 подключен катод первого ограничительного диода 93 и анод первого кЬммутирунщего тиристора 21, а к отрицательной клемме 1.2- анод четвертого ограничительного диода 96 и катод второго коммутирующего тиристора 22, причем между анодом первого и четвертого ограничительных диодов 93,96 подключен вольтодобавочный конденсатор 10 , зашунтированный разрядным резистором 11 и вольтодобавочным источником напряж ния 9 , анод первого ограничительного диода 93 соединен через пятый разделительный диод 91 с анодами анодной группы моста накопительных диодов 5 , через второй ограничительный диод 94 - с анодом второго коммутирующего тиристора 22 и через первый вольтодобавочный тиристор 41 и вольтодобавочньй дроссель 15°- с анодом третьего 31 и катодом четвертого 32 коммутирующих тиристоров, соединенным через последовательный LC -контур с катодом первого 21 и анодом второго 22 комму тирующих тиристоров, катод четвертого ограничительного диода 96 соединен через шестой разделительный диод 92 с катодами катодной Группы моста накопительных диодов 6 , через третий ограничительный диод 95 - с катрдом первого коммутирующего тиристора 22, а через второй вольтодобавочньй тиристор 42 - с анодом второго коммутирующего тиристора 22, соединенным через последовательную цепочку из второго сглаживающего дросселя 14-и второго диода выбросов 52 с анодом четвертого коммутирующего тиристора 32 и катодом ;0 второго разделительного диода 62, а через последовательную цепочку из первого сглаживающего дросселя 13 , и первого диода выбросов 51 -.с катодом третьего коммутирующего тирис- тора 31 и анодом первого распределительного диода 61, катод которого соединен с катодбм пятого разделительного диода 9Ги через последовательно соединенные накопительный конденсатор 8 и третий и четвертьй разделительные диоды 77,78 с анодом шестого разделительного диода 92, причем параллельно конденсатору 6 подключен блок отвода накопленной энергий 7 , а выводы переменного тока

Изобретение относится к преобразо.вателям переменного тока в переменны содержащим подключенньй через трехфазный трансформатор к клеммам источника переменного тока вьтрямитель образующий клеммы постоянного тока источника, к которым через входной дроссель подключен инвертор тока с собственной коммутацией, состоящей из по крайней мере одного основного тиристорного моста и коммутирунлцих цепей и предназначено преимущественно для преобразователей большой мощности с параллельньм соединением основных тиристоров.

Известны Схемы инверторов тока с собственной коммутацией, где коммутирующий процесс проходит в двух ступенях, так как инверторы имеют двухступенчатую коммутацию (авторекое свидетельство СССР №226008, кл. Н 02 М 7/515, 1965).

Коммутирунщие конденсаторы этих инверторов должны, кроме собственного выключения тиристора, обеспечивать накопление энергии из индуктивности нагрузки, а у асинхронных двигателей - энергию магнитного поля рассеяния. Это ведет к значител но большим емкостям этих канденсаторов и к трудностям в предельных сопр тивлениях, например к ограниченному частотному диапазону.

Известны инверторы с трехступенчатой коммутацией, гд&.функции коммутирующих цепей раэделяются на собственное выключение тиристора и на накопление энергии (авторское свидетельство СССР №279782, кл. кл. Н 02 М 7/513, 1968).

Однако само применение трехступенчтой коммутации не обеспечивает

все необходимые инвертору гока свойства, например способность вьщерживать перегрузку, надежную коммутацию. Инвертор с трехступенчатой коммутацией не удобен для высоких мощностей, преимущественно для параллельного соединения основных тиристоров и разделительных реакторов. Это вызвано тем, что при повьшении коммутирующих токов понижаются индуктивности в коммутирующих цепях выбросов и нет возможности сравнивать их с индуктивностями разделительных реакторов или с собственными индуктивностями подводящих проводов. Е результате этого известные инверторы неудобны в эксплуатации .

Сущность изобретения заключается в том, что в преобразователе переменого тока в переменный, содержащем подключенный через трехфазньй трансформатор к клеммам источника переменного тока вьшрямитель, образующий клеммы постоянного тока источника, к которым через входной дроссель подключен инвертор токас собственной коммутацией, состояще из по крайней мере одного основного тиристорного моста и коммутирующих цепей, к положительной клемме постоянного тока источника подключен катод первого ограничительного диода и анод первого коммутирукяцег о тиристора, а к отрицательной клемме анод четвертого ограничительного диода и катод второго коммутирующего тиристора, причем между анодом первого и четвертого ограничит льных диодов подключен вольтодобавочшяй конденсатор, зашунтированный разрядным резистором и волътодо3бавочным источником напряжения, анод первого ограничительного диода соединен через пятый разделительный диод с анодами анодной группы моста накопительных диодов, через второй ограничительный диод - с ано дом второго коммутирующего тиристор а через первый вольтодобавочный тиристор и вольтодобавочный дроссель с анодом третьего и катодом четвертого коммутирующих тиристоров, соединенным через последовательный LC-контур с катодом первого и анодо второго коммутирующих тиристоров, катод четвертого ограничительного диода соединен через шестой раздели тельный диод с катодами катодной группы моста накопительных диодов, через третий ограничительный диод с катодов первого коммутирующего ти ристора, а через второй вольтодобавочный тиристор - с анодом второг коммутирующего тиристора, соединенным через последовательную цепочку из второго сглаживающего дросселя и второго диода выбросов с анодом четвертого коммутирующего тиристора и катодом второго разделительного диода, а через последовательную цепочку из первого сглаживающего дрос селя и первого диода - с катодом третьего коммутирующего тиристора и анодом первого разделительного диода, катод которого соединен с катодом пятого разделительного диод и через последовательно соединенные накопительный конденсатор и третий и четвертый разделительные диоды с анодом шестого разделительного диода, причем параллельно конденсатору подключен блок отвода накопленной энергии, а выводы переменного тока моста накопительных диодов подключены к выходным выводам инвер тора. Блок отвода накопленной энергии может быть выполнен в виде резистора. Кроме того, блок отвода накоплен ной энергии может,быть выполнен в виде дополнительного управляемого выпря1штеля, выводы переменного ток которого подключены к дополнительной вторичной обмотке трехфазного трансформатора источника питания. На фиг.1 представлена общая схем предлагаемого преобразователя за ис ключением части питания; на фкг.2011 4. пример выполнения части питания преобразователя, на фиг.26 - блок отвода накопленной энергии. Инвертор тока питается от источника тока 1°, образуемого двумя управляемыми тиристорными трехфазными мостами, параллельно подключенными через распределительные реакторы к переменной стороне и сглаживающей индуктивностью к постояйной стороне этих вьщрямителей. Переменная сторона питания этих мостов (переменные клеммы 1.3, 1.4, 1.5 источника тока 1°) подключаются к выходам первой вторичной обмотки трехобмоточного трансформатора, питания 16 (фиг.2а), вторая вторичная обмотка которого подключает ся в случае необходимости к управляемому выпрямителю блока отвода накопленной энергии . К первой и второй постоянным клеммам 1.1, 1.2 источника тока 1 подключаются параллельно при помощи своих постоянных клемм 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 два главных тиристорных моста 2 , 3°, содержащих тиристоры 1-6 и 1 - 6 и разделительные реакторы 2.3, 2.4, 2.5 и 3.3, 3.4, 3.5. К первой выходной клемме 1.1 источника тока 1 подключается с помощью своего катода первый ограничительный диод 93 и при помощи своего, анода первый коммутирующий тиристор 21. К второй выходной клемме 1.2 источника тока подключается при помоп своего анода четвертый ограничительный диод 96 и с помощью своего катода второй коммутирующий тиристор 22. Между анодом первого ограничительного диода 93 и катодом четвертого ограничительного диода 96 включается вольтодобавочный конденсатор 10. к которому параллельно подключается постоянный вольтодобавочный источник напряжения 9 , который может образоваться, например, при помощи последовательной комбинации защитного электрического автомата, трансформатора и диодного мостового вьmpя в тeля. Параллельно с вольтодобавочным конденсатором 10 подключается также разрядный резистор 11°. Анод первого ограничительного диода 93 подключается далее с одной стороны через пятьй разделительный диод 91 к клемме 5.4 постоян ной стороны анодного блока накопительньЬс Диодов , содержащего диоды 71,73 75 и с другой стороны через второй отрицательный диод 94 к аноду второго коммутирующего тиристора 22 и также через первый вольтодобавочный тиристор. 41 и волЪтодобавочный реактор 15 (с клеммами 15.1, 15.2) к аноду третьего коммутирующего тиристора 32, подключаемому через последовательный LC -контур 12° (с клеммами 12.1, 12.2) к катоду первого коммутирующего тиристор 22. Катод четвертого отрицательного диода 96 подключается с одной сто роны через шестой разделительный диод, 93 к клемме 6.4 постоянной стороны катодного блока накопительных .диодов 6° (содержащего диоды 72, 74, 76), с другой стороны через третий ограничительный диод 95 - к катоду первого коммутирующего тиристор 21 и также через второй вольтодобаво ный тиристор 42 к аноду второго ком мутирующего тиристора 21. Этот анод, подключается с одной стороны через последовательную комбинацию второго сглаживаемого дросселя 14 (с клемма ми 14.1, 14.2) и второго диода выбро сов 52 к аноду четвертого коммутирую щего тиристора 32 и к катоду второго разделительного диода 62 и с другой стороны через последовательную комби нацию первого сглаживающего дросселя 13° (с клеммами 13.1, 13.2) и пер вого диода выбросов 51 к .катоду третьего коммутирующего тиристора 31 и аноду первого разделительного диода 61. Катод первого разделительного диода 61 подключается с одной стороны к катоду пятого разделителбн го диода 91 и с другой стороны через последовательную комбинацию накопительного конденсатора 8 и третий или четвертый разделительные диоды. 77 и 78 к аноду шестого разделительного диода 92, соединяемого с анодом второго разделительною диода 62, Параллельно накопительному конденсатору 8 подключается блок отвода накопленной энергии 7, образуемьй, например, с помощью резистора (на . 2бизображен с клеммами 7.1,7.2) Клеммы переменной стороны 5.1, 5.2, 5.3 и 6,1, 6.2, 6.3 анодного и катодного блока накопительных диодов 5 , подключаются к выходным клеммам 4.1, 4.2, 4.3 инвертора тока (подключаемым далее к нагрузке 4 инвертора, образуемой, например, асинхронным двигателем) и в случае необходимости к. разделительным реакторам 2.3, 2.4, 2.6 и 3.3, 3.4, 3.5 главных тиристорных мостов 2,3. Преобразователь работает следующим образом. Ток от источника 1 к нагрузке 4 идет от первой клеммы 1.1 источника тока 1 к клеммам 2.1 и 3.1 главных тиристорных мостов 2°, и через пapaлJ eльныe тиристоры 2.2 разделительные реакторы 2.5 и 3.5 в выходную клемму 4.3 инвертора. От нагрузки 4 в источник иде ток через клемму 4.2 инвертора, разделительные реакторы 2.4, 3.4, тиристоры 3.3 и постоянные клеммы 2,2, 3.2 в клемму 1.2 источника тока 1 . В момент коммутации необходимо прервать ток в тиристоре .2,2 и включить тиристоры 4.4. Полярность коммутирующего конденсатора в последовательной LC -цепочке перед коммутацией является положительной на стороне клеммы 12.1. При включении коммутирующих тиристоров 31 и 21 коммутируется ток нагрузки от тиристоров 2.2 в коммутирующий тиристор 21, клемму 12.2, клемму 12.1, коммутирующий тиристор 31 и разделительный диод 61, клемму 5.4 диод 75 и кле14му 4.3 инвертора. Крутизна коммутирующих токов определяется разделительными реакторами в блоках 2 и 3 и коммутирующим реактором в LC-цепочке 12 . Одновременно с этим процессом проходит разряд конденсатора в блоке 12 через Тиристор 31j диод вьйросов 51 и сглаживающий дроссель 13 . После выключения тиристоров 2.2 ток нагрузки проходит далее по описанной цепи через комму тир уншщй конденсатор в нагрузку и перезаряжает этот конденсатор в противоположную полярность, т.е. на клемме 12.2 положительная полярность. После выключения тиристора 2.2, когда на клемме 12.1 напряжение почти то же, что и в начале коммутации, ток течет по цепи: клемма 4.1, диод 74, диод 92, конденсатор блока 10°, диод 93, тиристор 21,LC -цепочка 12 , тирис.тор 31, диод 61, диод 75, клемма 4.3. Ток по зтому пути вызы-« вается тем, что в момент вьпслючения тиристоров 2.2 напряжение на клеммах 71 4,1, 4.3 имеет такую полярность что на клемме 4.1 имеетсй положитель нал величина. Последовательно соединяются, следовательно, источники напряжения цепочки 12 (коммутирующий конденсатор) и напряжение на клеммах 4.1 и 4.3. Эти последовательно вклю ченные источники вызывают через диод 74, 92 и 93 такой ток в вольтодобавочный конденсатор 10 , что падение напряжения происходит на внутреннем полном сопротивлении нагрузки на клеммах 4.1 и 4.3. Этот пульсирующий ток быстро понижается, потому что напряжение на конденсаторе в ЬС -цепочке 12 падает до нуля и, наконец, изменяет полярность. Этот процесс очень вaжeн поскольку он оп ределяет отрицательное напряжение на выключенных тиристорах 2.2. Напряжение на них не может быть, в ре зультате описанного процесса, больш напряжения на вольтодобавочном конденсаторе 10 . При помощи разрядного резистора 11° на конденсаторе 10 устанавливается равновесие между энергией заряда и разряда конденсатора. Коммутирующий процесс продолжает ся с помощью перезаряда коммутирующего конденсатора LС-цепочки 12 . В момент прохождения напряжения чер нуль изменяется полярность напряжения выключаемого тиристора 2.2 Таким образом определяется время выключения этих тиристоров. Напряжение в коммутирующем конденсаторе изменяет свою полярность на положительную на клемме 12.2. Когда это напряжение достигает такой величины что увеличивает величину линейного напряжения между клеммами 4.1 и 4. 3 включается тиристор -4.4 , и ток проходит от цепи коммутирукицего кон денсатора к вновь включенным главным тиристорам 4.4 . Момент этой КОММУТАЦИИ возможно регулировать с помощью запаздывающего включения тиристоров 4.4. Это важно, когда необходимо изменять напряжение на коммутирующем конденсаторе в зависи мости от тока. Момент включения главных тиристоров (в данном случае тиристоров 4.4) может регулироват например, датчик напряжения на комм тирующем конденсаторе LС-цепочки 12 Лосле включения главных тиристоров 4.4 происходит коммутация тока между фазами на клеммах 4.1 и 4.3. Ток в фазе на клемме 4.3 спадает, потому что в эту фазу через диоды 74,78, 77,76 последовательно включается накопительный конденсатор 8 так, что он уменьшает своей полярностью ток в старой фазе на клемме 4.3, при этом появляется ток в фазе на клемме 4.1 Дозаряжается только одна полярность (на клемме 12.2 цоложительная полярность). При помощи тиристоров 42 и 41 (их включением) Дозаряжается от источника - вольтодобавочного конденсатора 10 коммутируюпщй конденсатор через вольтодобавочньй реактор 15 . После дозарядки конденсатора тиристоры 41,42 сами выключаются. Эта однополярная дозарядка обеспечивает преимущественно пуск инвертора. Дальнейшую дозарядку возможно осуществлять упомянутым запаздыванием главных тиристоров в блоках 2° и 3°. Описанная коммутация проходит в трех ступенях. Ступени при коммутации между клеммами нагрузки или выходными клеммами инвертора 4.3 и 4.1 следующие: t ступень: коммутация от главного тиристора к вспомогательным коммутирующим цепям т.е. от цепи 2:1 и 3.1, 2.2, 2.5 и 3.5 и 4.3 по цепи: 2.1 и 3.1, 21, 12,31, 61,75,43. П ступень: коммутация от цепи 2.1 и 3.1,21,12,31,61,75,4.3 по цепи вновь включенных главных тиристоров 2.1 и 3.1, 4 и 4 , 2.3 и 3.3д 74,78,8°, 77,76, 4.3. Ш ступень: коммутация между фазами от цепи 2.1 и 3.1,4..3 3.3, 74,78, 8, 77,75, 4.3 по цепи новой фазы 2.1 3.1 и 4.4 2.3 3.3 и 4.1. Кроме этих ступеней коммутации параллельно проходят следующие процессы: ограничение напряжения на тиристоре с помощью диодов 92,93 и вольтодобавочного конденсатора 10 , дозарядка полярности клеммы 12.2, на коммутирующем конденсаторе LCцепочки 12, разряд коммутирующего конденсатора на диод 31 и сглаживающий дроссель 13°. Коммутирующие перенапряжения ограничиваются на тиристорах 2,2 при помощи диодов 72,92, 93 и вольтодобайочного конденсатора 10 .

«Sl

4j f:

о

«

; r r-jMnr

СЧ1

ci-WciatrCS4

- S

xS

о

Nj

f

es

ij;

fe. OOf;5r

KJCtO ° I r ,

e

Cvj

Hr

bw

IT

f rs

CSjN «4343

n

П

r

ogcq

Риг.2а

Фиг. 2