Способ управления тиристорным выпрямителем с искусственной коммутацией Советский патент 1985 года по МПК H02M7/06 

Ui аг.1 Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для использования в мощных тиристорны выпрямителях с улучшенными энергетическими показателями. По основному авт. св. № 873375 и вестен способ управления тиристорным выпрямителем с искусственной коммута цией , заключающийся в том что на каждом полупериоде сетевого напряжения, формируют однополярные выходные импульсы путем включения тиристоров с отставанием относительно начала полупериода на заданную величину угла регулирования о и выключения тиристоров с опережением относительно конца этого полупериода на величину угла регулирования } , причем в процессе регулирования измеряют длительность переднего фронта импульса сетевого тока - и между углами регулирования поддерживают соотношение /i d yj2 Однако в этом способе невозможно обеспечить максимальное значение ко эффициента сдвига сое i . Этот коэффи циент является одним из OCHOBHbtX энергетических показателей и учитывает угол /- фазовый сдвиг основной гармоники сетевого тока относительно синусоиды питающего напряжения. Ограниченные возможности способа объясняются тем, что при таком способе учитывается только длительность переднего фронта импульса сет jBoro тока, а длительностьюего задне 110 фронтапренебрегают. Однако lipasf тически вследствие наличия сетевых индуктивностей (индуктивности линии рассеяния обмоток питающего трансфор матора и т.д.) сетевой ток не только йе может мгновенно нарастать, но и мгновенно спадать. Неучет длительно ти заднего фронта импульса сетевого тока приводит к сдвигу вправо его основной гармоники относительно синусоиды питакйцего напряжения, т.е. к снижению коэффициента сдвига. Цель изобретения - повышение энер гетических показателей. Поставленная цель достигается тем что согласно способу управления тиристорным выпрямителем с искусЬтвенн коммутацией измеряют длительность заднего фронта импульса сетевого TO увеличи- ка -j- и. угол выключения вают на величину , т.е. между углами регулирования подцерш1вают равенство(+ На фиг. 1 представлена диаграмма сетевого тока; на фиг.,2 и 3 - электрические схемы тиристорных выпрямителей с искусственной коммутацией, реализующие предлагаемый способ управления; на фиг. 4 и 5 - алгоритмы управления выпрямителями, показанными на фиг. 2 и 3 соответственно. Сущность предлагаемого способа управления поясняется фиг. 1, где показаны полуволна сетевого напряжения и и положительный импульс сетевого тока i ( tO - круговая частота питающей сети). Вследствие наличия индуктивностей в фазах сетевой ток i нарастает не мгновенно, а плавно в течение интервала Ц- (J . В момент Uj выключают проводившие ранее тиристоры. Сетевые индуктивности пре-. пятствуют мгновенному спаду сетевого тока. В результате этот ток плавно уменьшается от номинальной величины до нуля в течение интервала U. (3. Максимальное значение коэффициента сдьига cos Ч будет обеспечено, если основная гармоника сетевого тока t будет Синфазна с питающим на-. пряжением U Плавное нарастание сетевого тока на интервале переднего фронта -jприводит к сдвигу основной гармоники этого тока вправо на т/2. Наличие интервала у с плавным спадом сетевого тока дополнительно сдвигает его основную гармонику вправо на у,/2. Поэтому для поддержания синфазности основной гармоники сетевого тока.и питающего напряжения необходимо разность углов регулирования -оС дополнительно увеличить на Тогда угол выключения определяется выражением + 3-/2 + У2/2. Практическая реализация этого способа управления требует обеспечения вьшода энергии, накопленной в фазах питающей сети. Принудительное запирание вентилей (например, двухоперацИонных тиристоров) разрывает связь между нагрузкой и питающей сетью. Поскольку в питающей сет имеются индуктивности, то принудительный разрыв такой цепи приводит к недопустимым коммутационным перенапряжениям на вентилях . Для обесп чения работоспособности вьшрямителя с искусственной коммутацией необходимо предусмотреть специальные схемотехнические элементы, обеспечивающие защиту от перенапряжений за счет плавного спада сетевого тока к нулю. Именно такие элементы содержатся в схемах, представленных на фиг. 2 и 3. от коммутацио ных перенапряжений в этих схемах обес печивается путем вывода энергии, накопленной в индуктивностях сети. Принципиально возможно выводить эту энергию обратно в сеть либо в нагрузку. Соответственно первый случа реализован в схеме фиг. 2, а второй в схеме фиг. 3. Схема, представленная на фиг. 2, содержит основной выпрямительный мост 1, подключенный к сети с помощью трансформатора 2. К этому же трансформатору подключен диодный мост 3 с конденсатором 4 на выходе. Через дроссель 5 к конденсатору 4 подключен зависимый инвертор 6, пер дающий энергию в сеть через трансформатор 7. Соотношение коэффициентов трансформации трансформаторов 2 и 7 должно быть таким, чтобы напр жение на вторичной стороне трансфор матора 7 было на 10-20% больше вторичного напряжения трансформатора 2 Из тиристоров 8-11 моста 1 тиристор 8 и 9 являются двухоперационными. Диоды 12-15 содержатся в мосте 3. Схема по фиг. 3 содержит те же выпрямительный мост 1 и трансформат 2. Вместо диодного моста 3 к вторич ной обмотке трансформатора 2 подклю чены два диода -16 и 17, соединенные с одним из выходньпс зажимов сети с помощью двуоперационного тиристора 18, а с другим - с помощью конденсатора 19. В обеих схемах (фиг. 2 и 3) тиристоры 10 и 11 основного выпрямительного моста 1 включают с от ставанием относительно момента естественной коммутации на величину угла регулирования о-, а двухоперационные тиристоры 8 и 9 - с опережением на величину угла регулирова|Ния /i . Работа схемы фиг. 2 поясняется дйаграммой, показанной на фиг. 4. Пусть на интервале, предшес.твующем моменту и , проводили два смежН1,х тиристора 8 и 11 моста 1. В результате выходное напряжение равно нулю. В момент и включают тиристор 10. На интервале ( идет процесс нарастания сетевого тока f . Если бы индуктивности сети (а также индуктивности рассеяния трансформатора 2) отсутствовали, то сетевой.ток i мгновенно увеличился бы от нуля до величины, определяемой нагрузкой. В момент (J, запирают двухоперационный тиристор 8 и oднoвpeмeннo включают тиристор 9. В результате ток нагрузки замыкается через два смежных тиристора 9 и 10, а напряжение на нагрузке равно нулю. Если бы в сети отсутствовали индуктивности, то сетевой ток в момент i)мгновенно уменьшился бы до нуля. Сетевые индуктивности затягивают этот процесс. Вследствие возникновения ЭДС самоиндукции напряжение на вторичной стороне трансформатора 2 мгновенно повышается до уровня напряжения на конденсаторе 4. В результате отпи- . раются диоды 12 и 13 моста 3 и накопленная в индуктивностях сети энергия переходит в конденсатор 4, вызывая повьщ1ение напряжения на нем. Эту энергию необходимо выводить, иначе она будет накапливаться от цикла к циклу. Вьгеод энергии осуществляется обратно в сеть по контуру: сглаживающий дроссель 5 - занисимый инвертор 6 - трансформатор 7. Инвертор 6 работает непрерывно. PeгyлиpoIзa гиe тока в дросселе 5 осуществляется за счет изменения угла управления тиристоров инвертора 6. Этот ток является током разряда конденсатора 4, он должен быть 1аким, чтобы к следующему моменту запирания дпуоперационного тиристора моста 1, т.е. через половину периода сетевой частоты, напряжение н-а конденсаторе 4 восстановило свой начальный уровень. Схема фиг. 3 на интервале U - (J, (см. фиг. 5) работает также, как и схема фиг. 2. Отличие заключается в выводе накопленной энергии. На интервале (Ji - и, эта энергия выводится в конденсатор 19 через тиристор 10 и диод 16 (либо через тиристор 11 и диод 17 в следующем полупериоде). В результате напряжение на конденсаторе 19 повьщ1ается. В момент U сетевой ток ( спадает до нуля и заряд кон денсатора 19 прекращается, В этот момент времени (или несколько позднее его) включают двухоперационный тиристор 18 и частично разряжают конденсатор 19 током нагру:зки. В момент Ну конденсатор 19 разряжается до начального уровня напряжения, в этот момент запирают тиристор 18. На интер вале и. - Uj. выходное напряжение равно напряжению на конденсаторе, что приводит к появлению дополнительного импульса выходного напряжения. Обе описанные схемы позволяют реализовать предлагаемый способ управления и обеспечивают ограничение коммутационных перенапряжений на заданном, уровне. Использование способа управления. позволяет повысить энергетические показатели выпрямителя с искусственной коммутацией за счет повьппения коэффициента сдвига . При управлении по предлагаемому способу этот коэф1316 фициент. достигает своего максимального значения, равного единице, в известном способе управления не учитывается длительность заднего фронта импульса сетевого тока. В реальных условиях, когда значение напряжения короткого замыкания питающего трансформатора составляет 5-10% от номинального, длительность заднего фронта может составить 20 эл.град. Если не вводить коррекцию угла выключения на половину этой величины, то коэффициент сдвига снизится на несколько процентов.Такое снижение коэффициента сдвига приводит к потребленю реактивной мощности, составляющей порядка 15% от номинальной мощности выпрямителя. Дпя компенсации этой мощности необходимы косинусные конденсаторы. Управление по предлагаемому способу позволяет обеспечить компенсацию реактивной мощности без дополнительного оборудования.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЬМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ по авт. св. f 873375, отличающийся тем, что, с целью повьшения энергетических показателей, измеряют длительность заднего фронта импульса сетевого тока и угол выключения увеличивают на величину, равную половине длительности заднего фронта.

Фиг.г

ФигЛ