Тиристорный преобразователь постоянного напряжения в @ -фазное квазисинусоидальной формы Советский патент 1984 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах гарант ,рованного питания и в электроприводе переменного тока. Известны тиристорные преобразователи постоянного напряжения в трех фазное, содержащие .N -фазные узел повышенной частоты, трансформаторный узел и ,1П -фазньй узел преобразо вания частоты на однофазных реверсивных вьтрямителях по нулевой схеме l. . Однако при N 1 эти преобразова тели отличаются невысоким качеством преобразования электроэнергии, так как при управлении по принципу ШИР в кривой выходного напряжения велико содержание высших гармоник низкого порядка, а при управлении по при ципу ШИМ велика амплитуда пульсаций (двухполярная ШИМ). Как известно, при увеличении фазности W качество преобразования электроэнергии повьппается, напри мер, при М 2 кривая выходного напряжения при управлении тиристорами узла преобразования частоты по заданному низкочастотному закону соответствует кривой однополярной ШИМ, получаемой путем суммирования напряжений двух однофазных реверсивных выпрямителей, питающихся от разных фаз узла высокой частоты. Однако, улучшение качества преобразования связано с удвоением числа всех элементов схемы,, что приводит к ухудшению массогабаритных показателей при . Наиболее близким к изобретению является тиристорный преобразователь постоянного напряжения в .Ж -фазное, содержащий Д1 -фазные узел повьшенной частоты, трансформаторный узел и )ft -фазный узел преобразования частоты на однофазных реверсивных выпрямителях по нулевой схеме с реакторами, который слзгжнт либо для искусственной коммутации тиристоров реверси ных вьтрямителей при наличии индукти ности в цепи нагрузки, либо для огра ничения уравнительных токов при ;совместном управлении тиристорами ревер сивных выпрямителей по низкочастотному закону в зоне узлов естественно го отпирания 27. Однако при в известном преобр зователе ухудшаются массогабаритные показатели, так как количество реакторов удваивается без увеличения пульсности работы, также без увеличения частоты работы удваивается количество коммутирующих элементов в узле повьшенной частоты. Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей при| 2. Поставленная цель достигается тем, что в тиристорном преобразо-йателе постоянного напряжения в И1-фазное квазисинусоидальной форме, содержащем N -фазные узел высокой частоты, трансформаторньш узел иЖ.-фазный узел преобразования частоты на однофазных реверсивных вьтрямителях по нулевой схеме с реакторами в каждой фазе узла преобразования часто-ты анодная и катодная группы тиристоров одного реверсивного выпрямителя соединены соответственно с катодной и анодной группами тиристоров другого реверсивного выпрямителя через магнитосвязанные обмотки реактора, а средние точки вторичных обмоток трансформаторов,связанных с разными фазами узла повьшенной частоты и питающих реверсивные выпрямители, образуют выходные вьшоды фаз преобразователя. Кроме того узел высокой частоты выполнен по нулевой схеме на четырех основных тиристорах с общим последовательным резонансным контуг ром, оба вывода которого соединены через коммутирующие тиристоры с общей катодной шиной основных тиристоров, причем один вывод контура соединен через коммутирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки одной фазы трансформаторного узла, а другой вывод контура соединен через ком1у утирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки другой фазы трансформаторного узла. На фиг.1 приведена принципиальная схема преобразователя, на фиг.2принципиальная схема узла повьш1енной частоты, на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя. Узел 1 повьшенной частоты подключен к входным вьгоодам преобразователя и к трансформаторному узлу 2 и

может быть выполнен по любой известной схеме, обеспечивающей двухфазное напряжение, например, из двух однофазных инверторов, соединеных с соответствующими первичными обмотками 3 и 4 однофазных трансформаторов, входящих в трансформаторный узел 2. Каждый из трансформаторов узла 2 имеет три вторичные обмотки 5 и 6, которые крайними выводами соединены с узлом 7 преобразования частоты, состоящим из трех фаз. Каждая из фаз состоит из двух однофаз,ных реверсивных выпрямителей 8, выполненных по нулевой схеме и питаемых указанными вторичными обмотка- ми 5 и 6, принадлежащими к разным фазам узла 2. В каждой фазе узла 7 реверсивные вьшрямители 8 соединены последовательно друг с другом следующим образом. Анодная и катодная группы тиристоров одного реверсивного выпрямителя соединена соответственно с катодной и анодной группами т иристоров f pyгoгo , реверсивного выпрямителячерез магнитосвязанные обмотки реактора 9, служащего для ограничения уравнительных токов при соместном управлении тиристорами реверсивных выпрямителей. Выходными выводами каждой из фаз преобразователя являются средние точки обмоток 5 и 6.

Узел 1 высокой частоты (фиг.2) выполнен в виде двухфазного инвертора напряжения по нулевой схеме на четырех основных тиристорах 10-13 с обратными диодами 14-17. Аноды тиристоров 10 и-11 соединены с крайними выводами первичной обмотки 3 одного трансформатора узла 2, а аноды тиристоров 12 и 13 соединены с крайними вьгоодами первичной обмотки 4 другого трансформатора узла 2. Средние вьшоды обмоток 3 и 4 соединены с плюсЬвьм выводом преобразователя, а общая катодная щина тиристоров 10-13 - с минусовым. 1 Для коммутации тиристоров инвертора имеется последовательный резонанс ный контур, состоящий из последовательно соединеных конденсатора 18 и реактора 19. Оба вывода контура соеднены через коммутирующие тиристоры 2 и 21 с общей катодной щиной основных тиристоров 10-13. Кроме того, один из выводов контура соединен через коммутирующие тиристоры 22 и 23 соответственно с анодами тиристоров 10 и 11, а другой,из выводов контура соединен через коммутирующие тиристоры 24 и 25 соответственно с анодами тиристоров 12 и 13.

Для пояснения принципа работы преобразователя на фиг.З приведены следующие временные диаграммы напряжения, на которых обозначены напряжение U одной фазы узла высокой частоты, напряжение U другой фазы уз,;та высокой частоты, напря-. жение 0) , Uif анодной и катодной групп одного реверсивного выпрямителя, напряжение Uj, Ut, катодной и анодной групп другого реверсивного выпрямителя, суммарные напряжения 0,1/4 разных групп обоих выпрямителей, результирующее фазное напряжение Uj преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Узел 1 высокой частоты преобразует постоянное напряжение, приложенное к входным выводам преобразователя, в переменное напряжение высокой частоты с прямоугольной формой кривой типа меандр (в принципе может быть использован инвертор с синусоидальной формой кривой). Управление тиристорами 10-13 осуществляется с одинаковой частотой, но управляющие импульсы тиристоров 10 и 11 сдвинуты по фазе на 90 эл. град, относительно управляющих импульсов тиристоров 12 и 13 в результате чего напряжения на первичных обмотках 3 и 4 трансформаторного узла 2 также сдвинуты между собой на 90 эл.град., т.е. образуют двухфазную систему напряжений . высокой частоты. I

Для коммутации основных тиристоров 10-13 последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора 18 и реактора 19, поочередно подключается к основным тиристорам через коммутирующие тиристоры 20-25 и перезаряжается через эти тиристоры от источника питания. Для выключения тиристора 10 включаются тириеторы 21 и 22, а для выключения тиристора 12 через четверть периода высокой частоты включаются тиристоры 23 и 24. Затем (через полпериода повышенной частоты) для выключения тиристора 11 включаются тиристоры 21 и 23 а для выключения тиристора 13 (через три четверти периода) - тиристоры 20 и 25. Далее процессы повторяются. Полученное на первичных обмотках 3 и 4 двухфазное напряжение трансформируется во вторичные обмотки 5 и 6,и питает реверсивные выпрямители 8. Для получения на выходе преобразователя напряжения квазисинусоидальной формы управление тиристорами реверсивных выпрямителей осуществляют по заданному низкочастотному закону в зоне углов естественного отпирания, т.е. при положительном анодном напряжении на тиристорах, в результате чего никаких дополнительных средств для выключения тиристоров реверсивных вьшрямит лей не требуется. Тиристоры анодных и катодных групп каждого реверсивного вьтрямит ля управляются по низкой частоте, -как обычно в противофазе, а тирис торы анодных и катодных групп ревер сивных выпрямителей, питающихся от разных фаз трансформаторного узла 2, управляются по низкой частоте синфазно (напряжения Ц--Уб на выходе ,групп). Тиристоры реверсивных выпря мителей разных фаз узла 7 преобразования частоты управляются по низкой частоте,как обычно, с фазовым сдвигом на 120 эл.град. Полученные напряжения разных групп реверсивных выпрямителей, питающихся от разных фаз трансформаторного узла 2, сум1мируются друг с другом, т.е. Uf - Ug Uy , а . При согласованном управлении в результа те неравенства мгновенных значений напряжений Uj , L/g (при равенстве сре них значений) между выпрямителями возникают уравнительные токи, котор ограничиваются индуктивностью обмоток реактора 9, при этом разность мгновенных значений напряжения Uf и прикладывается к указанным обмоткам 966 а на выходных выводах фазы преобразователя выделяется результирующее напряжение (jg Изобретение позволяет улучшить массогабаритные показатели предлагаемого преобразователя при N1 2, по сравнению с известным. В схеме известного преобразователя при N 2 каждая фаза узла преобразователя частоты содержит два двухобмоточных реактора. Каждый из реакторов ограничивает уравнительньм ток своего выпрямителя, а полуволны ток-а нагрузки протекают поочередно через обмотки обоих реакторов. В предлагаемой схеме вместо двух реакторов в каждой фазе узла преобразования частоты используется один реактор с теми же параметрами. Действительно, уравнительньй ток остается на том же уровне, так как протекает через те же Две обмотки одного реактора, при вдвое большем напряжении и вдвое большей пульсности (частоте). Полуволны тока нагрузки протекают теперь поочередно только через одну обмотку, что улучшает внешнюю характеристику преобразователя. Таким образом, количество реакторов узла преобразования частоты в предпагаемой схеме вдвое меньше. В узле повьшенной частоты при прямоугольной форме кривой без паузы нет необходимости использовать мостовые схемы. Использование же нулевых схем, кроме известного сокращения числа тиристоров и диодов, позволяет упростить Коммутирующее устройство, в результате чего, несмотря на некоторое увеличение установленной мощности трансформаторного узла, массогабаритные показатели узла повьшен-ной частоты улучшаются вдвое по полупроводниковым элементам и вчетверо по коммутирующим элементам (конценсаторы и реакторы).

f О,S H ff /

аг.2 / V АЛ

и.

F™

н

ив№

мт

1. ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРДЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В П1 -ФАЗНОЕ КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ, содержащий N -фазные узел высокой частоты, трансформаторный узел и ш-фазный узел преобразования частоты на однофазных реверсивных выпрямителях по нулевой схеме с реакторами, о тличающийся тем, что, с .целью улучшения массогабаритных показателей при Л1 2., в каждой фазе узла преобразования частоты анодная и катодная группы тиристоров одного реверсивного выпрямителя соединены соответственно с катодной и анодной группами тиристоров другого реверсивного выпрямителя через иагнитосвязанные обмотки реактора, а средние точки вторичных обмоток трансформаторов, , связанных с разными фазами узла повьпиенной частоты и питающих реверсивные выпрямители, образуют выходные выводы фаз преобразователя. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что узел высокой частоты вьтолнен по нулевой схеме на четырех основных тиристорах с общим последовательным резонансным контуром, оба вывода которого соединены через коммутирующие тиристоры с общей катодной шиной (Л основных тиристоров, причем один вывод контура соединен через коммутирующие тиристоры с анодами основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки одной фазы трансформаторного узла, а другой вывод контура соединен через 00 коммутирующие тиристоры с анодами о ;о со основных тиристоров, подключенных к крайним выводам первичной обмотки другой фазы трансформаторного узла. Од

и.

ШЯПЛЛ

п

I

Фиг.З

Sjuuuuir