Преобразователь переменного тока в постоянный Советский патент 1985 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к компенсированным преобразователям переменного тока в постоянный, и может быть использовано в системах тиристорного электропривода для улуч шения его коэффициента мощности, в качестве тиристорного источника реактивной мощности и др. Известен преобразователь переменного тока в постоянный, который со- держит диодный и тиристорный мосты, два узла принудительной коммутации и дроссель, включенный на выходе тиристорного моста П . Недостатками этого преобразовател являются несинусоидальность кривой переменного тока, а также завьдшенная установленная мощность дроссельного оборудования. Известен также преобразователь переменного тока в постоянный, который содержит полууправляемый и тиристорный мосты, узлы коммутации и общий коммутирующий конденсатор боль шой емкости. Коммутирующий конденсатор служит одновременно ограничителем коммутационных перенапряжений 2j Недостатками такого преобразователя являются наличие большого числа вентилей, в том числе управляемых, что приводит к усложнению системы управления, а также завышенная мощность коммутирующего конденсатора. I. . . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является пре образователь переменного тока в постоянный, которьй содержит управляемые и неуправляемые вентильные группы, подключенные по переменному току К общим входным выводам, узлы искусственной коммутации, а также конденсатор фильтра подключенный к выходу неуправляемой вентильной группы. Каж дый из узлов искусственной коммутации содержит дроссель, диод и объеди ненные в общую точку коммутирунмций конденсатор, зарядный тиристор и ком мутирующий тиристор. Свободным вьшодом коммутирующий тиристор подключен встречно к управляемой вентильной группе. Параллельно каждому коммутирующему конденсатору подключены последовательно соединенные тиристор и дроссель, а точка их соединения подключена к соответствующему выходному выводу управляемой вентильной группы з . 1 3 Основным недостатком описанного преобразователя является отсутствие устройства отвода энергии коммутационных перенапряжений от конденсатора фильтра, вследствие чего после каждой коммутации напряжение этого конденсатора увеличивается и через несколько циклов достигает недопустимых значений. Только при весьма малых токах нагрузки от конденсатора фильтра отводится Небольшая мощность для подзаряда коммутирующих конденсаторов, однако при малых нагрузках коммутационные перенапряжения практически не возникают. Наличие значительных перенапряжений приводит к необходимости завышать установленную мощность оборудования преобразователя, в частности конденсатора фильтра и вентилей Неуправляемой группы. Целью изобретения является снижение установленной мощности путем уменьшения перенапряжений на конденсаторе фильтра. Указанная цель достигается тем, что в преобразователе переменного тока в постоянный, содержащем по крайней мере одну управляемую и одну неуправляемую вентильные группы, подключенные по переменному току к общим входным выводам, узлы искусственной Коммутации, равные количеству управляемых вентильных групп и включенные между одноименными вывода-, ми соответствующих управляемых и неуправляемых вентильных групп, а также конденсатор фильтра, подключенньй к выходу неуправляемой вентильной группы, причем каждый из узлов искусственной коммутации содержит зарядный дроссель, диод и объединенные в общую точку коммутирующий конденсатор, зарядный тиристор и коммутирующий тиристор, свободным выводом подключенный к управляемой вентильной группе встречно, в каждом из узлов искусственной коммутации свободный вывод зарядного тиристора подключен к выходу неуправляемой вентильной группы согласно, зарядный дроссель включен между свободным выводом коммутирукщего конденсатора и выводом той же полярности конденсатора фильтра, а диод подключен параллельно коммутирующему конденсатору согласно с коммутирующим тиристором. На фиг.1 представлена схема преобразователя, содержащего две вентильиые группы, выполненные по нулевой схеме; на фиг.2 - схема преобра.зователя, содержащего четыре вентиль ные группы, объединенные в два моста. . Преобразователь (фиг.1) содержит управляемую вентильную группу 1, неуправляемую вентильную группу 2, подключенные к обищм входным выводам А, В, С, узел искусственной коммутации с зарядным дросселем 3, диодом 4, коммутирующим конденсатором 5, зарядным тиристором 6 и коммутирующим тиристором 7. К выходу неуправляемой вентильной группы 2 подключен конденсатор 8 фильтра. Коммутирующий конденсатор 5, зарядный тирис тор 6 и коммутирующий тиристор 7 объединены в общую точку 9. Коммутирующий тиристор 7 свободным выводом |Подключен к управляемой вентильной группе 1 встречно. Свободный вывод зарядного тиристора 6 подключен к вы ходу неуправляемой вентильной группы 2 согласно. Зарядный дроссель 3 включен между свободным выводом коммутирующего конденсатора 5 и выводом той же отрицательной полярности конденсатора 8 фильтра. Диод 4 подключен параллельно коммутирующему конденсатору 5 согласно с коммутирующим тиристором 7. Преобразователь (фиг.2) содержит две управляемые вентильные группы, объединенные в мост 10, две неуправляемые вентильные группы, объединенные в мост 11, подключенные к общим входным выводам А, В, С, два узла ис кусственной коммутации, один из кото рых содержит зарядный дроссель 12, диод 13, коммутирукиций конденсатор 14, зарядный тиристор 15 и коммутирующий тирис.тор 16. Другой узел искусственной коммутации содержит зарядный дроссель 17, диод 18, коммути рукиций конденсатор 19, зарядньШ тиристор 20 и коммутирующий тиристор 21. К выходу неуправляемого моста 11 подключен конденсатор 22 фильтра Коммутирующий конденсатор 14, заряд ный тиристор 15и коммутирующий тиристор 16 объединены в общую точку 23. Коммутирующий тиристор 16 свобод ным выводом подключен к мосту 10 встречно. Свободный вывод зарядного тиристора 15 подключен к выходу мост 11 согласно. Зарядный дроссель 12 включен между свободным выводом коммутирующего конденсатора 14 и выводо 13 той же отрицательной полярности конденсатора 22 фильтра. Диод 13 подключен параллельно коммутирующему конденсатору 14 согласно с коммутирующим тиристором 16. Коммутирующий конденсатор 19, зарядный тиристор 20 и коммутирующий тиристор 21 объединены в общую точку 24. Коммутирующий тиристор 21 свободным выводом подключен к мосту 10 встречно. Свободный вывод зарядного тиристора 20 подключен к выходу моста 11 согласно. Зарядный дроссель 17 включен между свободным выводом коммутирующего, конденсатора 19 и выводом той же положительной полярности конденсатор 22 фильтра. Диод 18 подключен параллельно коммутирующему конденсатору 19 согласно с коммутирующим тиристором 21. Работа схемы, изображенной на фиг.1, осуществляется следующим образом. За некоторое время до начала коммутации включается зарядный тиристор 6, в результате чего осуществляется заряд коммутирукицего конденсатора 5 . от конденсатора 8 фильтра. Так как заряд происходит через зарядный дроссель 3, коммутирующий конденсатор 5 заряжается до напряжения, которое при пренебрежении потеряьш энергии в контуре заряда вдвое больше напряжения конденсатора 8 фильтра, заряженного до напряжения, несколько превышающего амплитуду фазового напряжения питакщей сети. При последующем включении коммутирующего тиристора 7 коммутирующий конденсатор 5 разряжается на нагрузку преобразователя, при этом открытый до зтого вентиль управляемой вентильной группы 1 запирается, а ток нагрузки переходит в цепь: отрицательный полюс нагрузки (соединенный с нулевым проводом питающей сети) - зарядный дроссель 3 коммутирующий конденсатор 5 - коммутирующий тиристор 7 - положительный полюс нагрузки. В результате этого начинается разряд коммутирующего конденсатора 5, причем после полного его разряда ток нагрузки начинает протекать «через включенный параллельно коммутирующему конденсатору 5 диод 4. Включение очередного вентиля управляемой вентильной группы 1 осуществляется при положительном напряжении соответствующей фазы питаю-: щей сети, поэтому переход тока на5

грузки из цепи коммутирукицёго тирис тора 7 в цепь очередной фазы вентильной группы 1 происходит естественным путем.

. Заряд коммутирующих конденсаторов 14 и 19 в схеме на фиг.2 осуществляется аналогично описанному, однако процесс коммутации несколько отличается. Пусть перед коммутацией ток нагрузки протекал через вентиль катодйой вентильной группы моста 10, связанный с входным вьтодом (фазой) А питалсяцей сети. После отпирания коммутирующего тиристора 16 ток нагрузки переходит в цепь: вывод А - диод катодной вентильной группы моста 11, связанньй с выводом А - конденсатор 22 .фильтра - зарядный дроссель 12коммутирующий конденсатор 14 - коммутирующий тиристор 16 - положительный полюс нагрузки. В этой цепи последовательно включены два конденсатора: конденсатор 22 фильтра, напряжение которого, несколько превышаюи;ее амплитуду линейного напряжения питающей сети, действует встречно току, и коммутирукиций конденсатор 14, напряжение которого действуем согласно току и вдвое больше напряжения конденсатора 22 фильтра. Так как результирующее напряжение указанных конденсаторов действует согласно току в этой цепи, последний нарастает, что приводит к запиранию вентиля в катодной вентильной группе моста 10. Далее, как и в схеме на фиг.1, после полного разряда коммутирующего конденсатора 14 ток нагрузки начинает проходить через диод

402136

13. В момент отпирания диода 13 потенциал положительного вьгоода моста 10 благодаря напряжению конденсатора 22 фильтра оказывается ниже потен5 отрицательного вывода этого моста 10, что позволяет включить любой вентиль его катодной вентильной группы и перевести ток нагрузки из цепи коммутирующего тиристора 16 в

10 цепь соответствующей фазы (моста 10) естественным путем.

.Процесс коммутации силовых вентилей анодной вентильной группы (моста 10) осуществляется аналогично описанному.

Таким образом, коммутирующие конденсаторы в преобразователях после каждой коммутации, отдавая запасенную энергию в нагрузку, полностью разряжаются. Поэтому в процессе последующего заряда они отбирают от конденса,тора фильтра порции энергии, равные

- .А ,

5 где Су/ и Uj,,j - соответственно емкость коммутирующего конденсатора и его напряжение в конце заряда. Расчеты показывают, что при относительно небольшой индуктивности питающей сеQ ти (при напряжении короткого замыкания питающего трансформатора не более 3-4%) коммутирующие конденсаторы при их минимальной емкости, рассчитанной из условия обеспечения требуемого времени восстановления запирающих свойств тиристоров управляемого выпрямителя, обеспечивают отвод от конденсатора фильтра всей энергии коммутационных перенапряжений.

Н 1

Siy

л в с

1

i

ч

иг.1

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ, содержащий по крайней мере одну управляемую и одну неуправляемую вентильные группы, под4 ключенные по переменному току к обощм входным вьшодам, узлы искусствен-. ной коммутации, равные количеству управляемых вентильных групп и включенные между одноименными выводами соответствующих управляемых и неуправляемых вентильных групп, а также конденсатор фильтра, подключенный к выходным вьшодам неуправляемой вентильной группы, причем каждый из узлов искусственной коммутации содержит зарядный дроссель, диод и объединенные в общую точку коммутирующий конденсатор, зарядный тиристор и коммутирующий тиристор, свободным выводом подключенный к управляемой вентильной группе встречно, отличающийся тем, что, « с целью снижения установленной мощ(Л ности путем уменьшения перенапряжений на конденсаторе фильтра, в кажс дом из узлов искусственной коммутации свободный вывод зарядного тиристора подключен к выходу неуправляемой вентильной группы согласно, зарядный дроссель включен между свобод о to ным выводом коммутирующего конденсатора и выводом той же полярности конденсатора фильтра, а диод подключен параллельно коммутирующему кбнденсатору согласно с коммутирукяцим со ; тиристором.