Двухзонный непосредственный преобразователь частоты и числа фаз в режиме источника тока Советский патент 1986 года по МПК H02M5/27 

в режиме источника тока содержит трансформатор (Тр) , попарно-встречно соединенные тиристоры (т) 4-7, две группы дополнительных Т 8-19, две группы основных Т 20-25 и Т 26- 31, диодные мосты 35-38 и 39-42. Преобразователь содержит также устройство принудительной коммутации (УТ1К) 45, 46, распределительные реакторные Т 47,, 48, ноет из распредели- тельньпс Т 49-54, нагрузку 55, реактор 56. Введение noftapHO-встречно включенных стабилизирующих Т 63, 64

Изобретение относится к, преобразовательной технике, а именно к непосредственным преобразователям частоты, и может быть использовано в частотно-управляемых приводах переменного тока, в частности в тяговых приводах электровозов переменного тока, питаемых от однофазной коятакт ной сети,

Целью изобретения является повышение КПД преобразовательной установки путем стабилизации напрягжения .на фильтровых конденсаторах за счет вьшода избыточной энергии фильтровых конденсаторов и передачи ее в нагрузку.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - диаграммы выходного тока и напряжений в режиме тяги (а-г) и управления основным и дополнительно введенными стабилизирующими тиристорами (д); на фиг. 3 - схема управления стабилизирующими тиристорами; на фиг. 4 - диаграммы импульсов, поясняющие работу схемы.

Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный трансформатор 1 р двумя вторичными обмотками 2 и 3, попарно- встречно соединенные тиристоры 4, 5 и 6, 7, присоединенные анодами и катодами к обмоткам 2 и 3 трансформатора, две группы дополнительных тиристоров 8-19, две группы основных тиристоров 20-25 и 26-31, каждая из которьпс состоит из трех цепочек попарно-последовательно-встречно сои Т 65, 66, подсоединенных к вторичным обмоткам Tpi, и стабилизирующих Т 67, 68, соединенных между вторичными цепями УПК 61, 62 и фильтровыми конденсаторами 43, 44, обеспечивают вывод избыточной энергии коммутации в нагрузку. Причем это происходит в интервалы времени, когда основные и реакторные тиристорные мосты находятся в режиме нулевого вентиля, и заканчиваются, когда они переводятся снова в вьтрямительный режим. 4 ил.

единенных тиристоров 8 и 9, О и 11, 12 и 13, 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21, 22 и 23, 24 и 25, 26 и 27, 28 и 29, 30 и 31. Катоды тиристоров 8-13 и 20-25 присоединены к обмотке 2 трансформатора, аноды тиристоров 14-19 и 26-31 - к обмотке трансформатора 3. Общие точки соединения основных тиристоров 20, 21,

26, 27; 22, 23, 28, 29; 24, 25, 30, 31 объединены между собой и образуют .;выходные вьшоды преобразователя. Общие точки дополнительных тиристоров 8, 9, 10, 11; 12, 13, 14, 15;

16,, 17, 18, 19 также объединены между собдй и через коммутирующие конденсаторы 32, 33 и 34 подключены к выходным вьшодам преобразователя. Первичные линии однофазных диодных

мостов 35-38, 39-42 присоединены к обмоткам 2 и 3 трансформатора. Фильтровые конденсаторы 43 и 44 подсоединены к вторичным цепям диодных мостов 35-38 и 39-42.

Преобразователь содержит также

устройства 45 и 46 принудительной коммутации (УПК), первичные цепи KOTopttx присоединены к вторичным це- пям диодных мостов 35-38 и 39-42, распределительные реакторные тиристоры 47 и 48s подключенные анодом и катодом к тиристорам 4, 5 и 6, 7, трехфазный мост основных распределительных тиристоров 49-54, первичные цепи которого соединены с выходными выводами преобразователя, а втсрич

ые - с вторичными цепями УПК 45 46, нагрузку 55, присоединенную к выходным вьшодам преобразователя, и реактор 56, подключенный к общим точкам соединения тиристоров 4, 5 5 и 6, 7.

УПК 45 (46) содержит первичные 57, 58 (59, 60) и вторичные 61 (62) цепи.

УПК может быть использовано для О коммутации тиристоров как регулируемого вьтрямителя, так и инвертора. Дпя этого первичные цепи 58 (60) подключают к плюсу источника питания, а цепи 57 (59) - к его минусу. Вто- 15 ричные цепи 61 (62) с помощью распределительных тиристоров подключают к анодам и катодам коммутируемых тиристоров как выпрямителя, так и инвертора.20

В предлагаемый преобразователь дополнительно введены попарно-встречно включенные стабилизирующие тиристоры 63, 64 и 65, 66, подсоединенные анодами и катодами к вторичным об- 25 моткам 2 и 3 однофазного трансформатора. Общие точки соединения этих тиристоров подключены к положительным вьшодам фильтровых конденсаторов 43 и 44 .30

Стабилизирующие тиристоры 67 и 68 включены между вторичными цепя- , ми 61 и 62 УТЖ 45 и 46 и выводами фильтровых конденсаторов 43 и 44.

Вьюод избыточной энергии комму- 35 тации в нагрузку осуществляется в интервалы времени, когда основные и реакторные тиристорные мосты обмоток 2 и 3 трансформатора находятся в режиме нулевого вентиля, и заканчи-40 в-ается, когда они переводятся снова в выпрямительный режим.

Алгоритм работы дополнительных стабилизирующих тиристоров заключается в следукедем.45

Предположим, что в начальный моент времени ЭДС в обмотках 2 и 3 трансформатора 1 имеет направление, показанное стрелками на фиг. t и согласно диаграммы управления Сфиг.2) 50 «Jмeнтy t включены тиристоры 4, 23 7 и 26. Ток нагрузки замыкается о цепи: обмотка 2, тиристор 4, реактор 56, тиристор 7, обмотка 3, тиристор 26i нагрузка 55, тирис- 55 тор 23, обмотка 2. В момент t, (фиг. 2) с помощью УПК 45 и 46 запиаются реакторные тиристоры 4 и 7

и включаются реакторные тиристоры 5 и 6. Тиристорные мосты основных и реакторных тиристоров обмоток 2 и 3 трансформатора из выпрямительного режима переводятся в режим нулевого вентиля. При этом ток нагрузки замыкается по цепи: реактор 56, тиристор 6, тиристор 26, нагрузка 55, тиристоры 23 и 5, реактор 56.

ЭДС обмоток 2 и 3 трансформатора вьюодится из цепи тока нагрузки и токи I, Ij в обмотках 2 и 3 трансформатора на интервале времени t -t, (фиг. 2) равны нулю. В момент t согласно диаграмме управления (фиг. 2э) включаются стабилизирующие тиристоры 64, 67, 65, 68 и распределительные тиристоры 51 и 50 (фиг.1). Основные тиристоры 26 и 23 запираются по цепям: плюс конденсатора 43, тиристор 64, тиристор 23, тиристор 51, тиристор 67, минус конденсатора 43; плюс конденсатора 44, тиристор 68, тиристор 50, тиристор 26, тиристор 65, минус конденсатора 44. Фильтровые конденсаторы 43 и 44 замыкаются по цепи: плюс конденсатора 43, тиристор 64, тиристор 5, реактор 56, тиристор 6, тиристор 65, конденсатор 44, тиристор 68, тиристор 50, нагрузка 55, тиристор 51, тиристор 67, минус конденсатора 43. Таким образом, на интервале времени фильтровые конденсаторы включаются последовательно в цепь тока нагрузки и часть их избыточной энергии передается в нагрузку, а ЭДС в обмотках 2 и 3 трансформатора меняет направление. В момент времени tg включаются линейные тиристоры 22 и 27 и коммутирукяцие тиристоры двухтактных УПК 45 и 46. Тиристоры 67 и 68 запираются по цепям; плюс вывода 57 двухтактного УПК 45, тиристор 67, минус вывода 61 узла 45; плюс вьтода 62 УЖ 46, тиристор 68, минус вывода 60 УПК 46: Тиристорные мосты обмоток 2 и 3 трансформатора снова переводятся из резшма нулевого вентиля в выпрямительный режим. Ток по цепи фильтровых конденсаторов прекращается, а ток нагрузки за№лкает- ся по цепи: обмотка 2, тиристор 5, реактор 56, тиристор 6, обмотка 3, тиристор 27, нагрузка 55, тиристор 22, обмотка 2. На интервалах времени % -t и t -tg : схема работает аналогично.

Изменением момента t включения стабилизирующих тиристоров 67, 64, 65, 68 на интервале времени регулируется длительность импульсов разряда фильтровых конденсаторов в нагрузку и осуществляется стабилизация их напряжения, На фиг. 2 Ъ ,г пунктирной линией показаны кривые токов в реакторе 56 и в нагрузке без включения стабилизирующих тиристоров, а сплошной линией - кривые токов при включении стабилизирующих тиристоров, Как видно из кривых токов 1 и 1д , показаш-тых сплошной линией, на интервале времени включения стабилизирз тащих тиристоров появляются дополнительные импульсы тока Поэтому частота пульсаций тока возрастает в 2 раза, а амплитуда пульса ций снижается в 1,3 раза, что приводит к снижению мощности потерь в нагрузке от пульсаций тока не менее, чем в 1,7 раза. Таким образом, включение стабилизирующих тиристоров в указанные интервалы времени позволяет не только стабилизировать напряжение на фильтровых конденсаторах, но выводить избыточную энергию ции в нагрузку и улучшать форму вы- ходного тока преобразователя.

Алгоритм включения тиристоров при работе преобразователя в режиме ре- куперахщи сохраняется, но при этом меняется на противоположный порядок переключения основных и реакторных тиристоров, а также пар стабилизиру- кяцих тиристоров.

Конструктивные изменения в блоке управления тиристорами преобразователя частоты касаются блока распределителя импульсов (РИ), который состоит из набора логических ячеек И, НЕ, Алгоритм работы РИ приведен на временных диаграммах фиг. 2, а также может быть выражен с помощью аппарата математической логики в виде уравнений и приводится ниже:

V - Kt; V,- К,; V

К

-j

,„ И, Л- V Н,А- UB;

К Vj Hj л- у,; V,

V Н,Л- Ug; Угц Н.Д- и,; Н,Л - и,;

v,6- V,, - Ндли, I

Vj %ли;; V,/ HjAU/.

Схема управления стабилизирующими) исторами 63-68 (фиг. 3) содержит

HjAU,;

5 Ю 15 20 5 0

5

0

5

0

5

(два управляемых блокинг-генерато- ра (УБГ) 69 и 70, два триггера 71 и 72 к одну логическую ячейку ИЛИ 73 и работает следующим образом (фиг.4) Сигналы U и Uj , сформированные фазосдвигающим устройством, поступают на входы УБГ 69 и 70. Логические нули сигналов Uj и U, соответствуют интервалу проводимости тиристорного моста первой зоны в выпрямительном режиме соответственно в положительную и отрицательную полуволны питающего напряжения U частотой 50 Гц. В момент t по переднему фронту единичного сигнала Uj запускается УБГ 70, Он формирует нулевой импульс, .цпительность которого определяется напряжением управления и„. В момент t по заднему фронту нулевого импульса УБГ 70j поступающего на вход С триггера 72, выход последнего принимает состояние входа D, т.е. состояние логической единШ5 1. В момент tg на вход R триггера 72 поступает нулевой,сигнал Uj, который возвращает выход триггера 72 в нулевое состояние ,. Таким образом формируется управляющий сигнал тиристора . Ана- логично формируется сигнал V, управления тиристором 63, но уже в другую полуволну питающего напряжения Uj. частотой 50 Гц. Сигналы выходов триггеров 7 и 72 поступают на вход ло- гичес:кой ячейки ИЛИ, на выходе которой формируется управляниций сигнал Ч тиристором 67. Таким образом, фильтровой конденсатор 43 с помощью тиристоров 63, 6А и 67 включается последовательно с нагрузкой и сглаживающим реактором на ограниченное время.

Чем длительнее по времени нулевой ямщ льс, формируемый УБГ 70, на интервале времени , тем короче сигнал у включенного состояния тиристора 64 и наоборот, при минимальной длительности нулевого им- 1тульса УБГ 70, время включенного состояния тиристора 64 Максимально, Аналогично работает устройство при травлении стабилизирующими тирис- тораки 65, 66 и 68, подключенными к обмотке трансформатора.

При работе устройства в режиме рекуперации переключаются логические сигналы, поступакяцие на входы УБГ 69.

и 70 сигналы Uj(U() поступают на вход УБГ 69, сигналы U,(Ug) - на вход УБГ 70.

Формула изобретения

Двухзонный непосредственный преобразователь частоты и числа фаз в режиме источника тока по авт.св. ., отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в него дополнительно введены шесть ста- -билизирующих тиристоров, четыре из которых соединены в виде двух цепочек состоящих из попарно-встречно соеди- ненных двух тиристоров, катоды первой цепочки присоединены к выводам

одной из вторичных обмоток однофазного трансформатора, а айоды второй цепочки - к вьгоодам другой вторичной обмотки однофазного трансформатора, причем общие точки соединения анодов и катодов этих тиристоров подсоединены к положительному и отрицательному вьгоодам соответствующих фильтровых конденсаторов, два других стабилизирующих тиристора одними анодом и катодом подсоединены к соответствующим вторичным цепям двухтактных узлов принудительной коммутации, а другими катодом и анодом - к отрицательному и положительному выводам соответствующих фильтровых конденсаторов.

Изобретение относится к электротехнике, a именно к преобразователям частоты, используется в частот- но -управляемых приводах перемейного тока и является усовершенствованием авт.св. № 1137558. Цель изобретения - повьшение КПД путем стабилизации напряжения на фильтровых конденсаторах. Двухзонньй непосредствеиныйJ преобразователь частоты и числа фаз . ц a П7 Г2 19 51 53 2Q 22 2lt 33537 f1 л IND 00 4 СО 00 ф 1о ipat.i

iput.2

Составитель Г. ЬЬщьж Редактор А. Лежнина Техред В.Кадар Корректор Т,Колб

Заказ 2989/56 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. Д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фи.