Тиристорный преобразователь Советский патент 1986 года по МПК H02M7/515 

ми 12 и СИФУ 1I обеспечивает регулирование потребляемой реактивной мощности путем изменения угла открытия тиристоров. При любых величинах и коэффициенте мощности нагрузки, изменяемых в заданном диапазоне, коэффициент мощности по основной гармонике в цепи, где установлен ДТ 9,.

i

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания различного рода нагрузок с широким диапазоном изменения коэффици- ента мощности.

Известен параллельно-последовательный инвертор, содержащий однофазный вентильный коммутатор с реактором на входе. К выходу коммутато ра через .последовательный конденсатор подключена нагрузка. Параллельные конденсаторы подключены к выходу коммутатора и (или) к нагрузке, за счет чего инвертор имеет довольно жесткую естественную внешнюю характеристику в некотором диапазоне изменения нагрузки ij .

Однако, стабилизация выходного на- пряжения не обеспечивается во всем заданном диапазоне иаменения нагрузки и входного напряжения постоянного тока.

Известен параллельно-последова- тельный инвертор, содержащий однофазный вентильный коммутатор с реактором на входе, разделительный трансформатор и параллельно-последовательные конденсаторы. Между коммута- .тором и последовательным конденсатором включен тиристорно-реакторный компенсатор реактивной мощности,сос- .тоящий из реактора, последовательно роследним включены встречно-парал- иельные венткл.и, изменением угла отпирания которых обеспечивается стабилизация выходного напряжения инвертора во всем заданном диапазоне изменения нагрузки и входного напряжения izj.

Однако эти однофазные инверторы характеризуются недостаточно хорошей

241381

остается неизменным. Введение ДК 10 приводит к уменьшению диапазона изменения инвертирования напряжения, что позволяет использовать тиристоры более низкого класса и существенно уменьшить установленную мощность трансформатора. 1 ил.

5

0

5 Q

5

f

формой кривой выходного напряжения и ее зависимостью от характера нагрузки.

Известен параллельно-последовательный инвертор, трехфазная схема которого обеспечивает лучшую форму кривой выходного напряжения. Схема содержит тиристорный трехфазньш мостовой коммутатор с реактором на входе, параллельные и последовательные конденсаторы, включенные между коммутатором и нагрузкой, и трехфазный тиристорно-реакторный компенсатор реактивной мощности, подключенньй к выводам последовательных конденсаторов, обращенным к коммутато.ру J .

Недостатком данного инвертора является большая установленная мощность оборудования при широком диапазоне изменения коэффициента мощности нагрузки. Так, при прямом пуске асинхронных двигателей, составляющих ч.асть нагрузки, даже если их суммарньш пусковой ток не превыгпает номинального тока инвертора или тока его допустимой перегрузки, вследствие очень низкого коэффициента мощности нагрузки в этом режиме (обычно 0,2-0,3) напряжение на выходе тиристорного тора должно быть сравнительно низким при неизменных напряжениях на входе и выходе инвертора. Этому напряжению на выходе коммутатора при максимальном напряжении на входе инвертора должен:соответствовать минимально

допустимый угол, представляемый для восстановления запирающих свойств тиристоров коммутатора, т.е. по этому режиму определяется необходимое значение емкости конденсаторов. По

окончании переходного процесса пуска двигателей коэффициент мощности

нагрузки увеличивается до величины О,7-0,9,.вследствие чего при стабильном выходном.напряжении инвертора должно значительно увеличиться напряжение на выходе тиристорного коммутатора а при наличии разделительного трансформатора - и на трансформаторе) . Изменение в широких пределах напряжения на- выходе тиристорного коммутатора при стабилизации выходного напряжения инвертора в результате изменения коэффициента мощности в длительных или кратковременных режимах приводит к значительному увеличению установленной мощности конденсаторов, компенсатора и трансформатора (при его наличии) и, следовательно, к увеличению массы, габаритов и стоимости инвертора.

Цель изобретения - уменьшение установленной мощности оборудования преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в тиристорном преобразователе 3, содержащем коммутатор с реактором на входе и с параллельными и последовательными конденсаторами на выходе, а также подключенный параллельно этому выходу тиристорно-реак- торный компенсатор реактивной мощности и две системы импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами коммутатора и тиристорами указанного компенсатора, охваченные .отрицательной обратной связью по напряжению, между обкладками последовательных конденсаторов и вькодными выводами преобразователя включен введенный датчик тока, а к выходным вьюодам преобразователя подключен дополнительный тиристорно-реакторньй компенсатор реактивной мощности с дополнительными параллельными компенсирз тощими конденсаторами и с дополнительной системой импульсно-фазового управления тиристорами этого компенсатора, причем в качестве измерительного органа канала отрицательной обратной связи этой СИФУ установлен фазовый детектор,один вход которого связан с выходом указанного датчика тока, а другой - с выходными выводами преобразователя.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь содержит сглаживающий реактор 1, тиристорный коммутатор 2, трансформатор 3, тиристорнореакторный компенсатор 4 реактивной мощности, параллельные конденсаторы 5, последовательные конденсаторы 6, параллельные конденсаторы 7, устрой- ство 8 автоматического управления

тиристорами коммутатора 2 и компенсатора 4, представляющее собой две системы импульсно-фазового управления . fСИФУ, охваченные отрицательной об- ратной связью по напряжению, датчик

9тока, дополнительный конде гсатор

10реактивной мощности, устройство 11 автоматического управления тиристорами дополнительного компенсатора 10,

также выполненное в виде СИФУ, дополнительные компенсирующие конденсаторы 1 2.

Сглаживающий реактор 1 соединен

последовательно по цепи постоянного тока с тиристорным коммутатором 2, выполненным по трехфазной мостовой схеме, выходные выводы которого соединены с первичной обмоткой силового

трансформатора 3. К вторичной обмотке силового трансформатора 3 присоединены трехфазная группа парал-пель- ньгх конденсаторов 5, соединенная в параллель с компенсатором 4 реактивной мощности, и трехфазная группа последовательных конденсаторов 6. Компенсатор 4 реактивной мощности выполнен, например, в виде трехфазного тиристорно-реакторного компенсирующего устройства, соединенного в треугольник, в котором в каждой фазе реактор соединен последовательно с парой встречно-параллельных тиристоров. Ток через реактор и потребляемая компенсатором реактивная мощность

регулируются путем изменения угла открытия встречно-параллельных тиристоров .

К другим выводам последовательных конденсаторов 6 присоединена вторая

трехфазная группа параллельных конденсаторов 7 и датчик 9 тока, к другим силовым выводам которого присоединены трехфазная группа параллельных конденсаторов 12, дополнительныйтрехфазный тиристорно-реакторный компенсатор 10. Компенсатор 10 выполнен аналогично компенсатору 4. Датчик 9 тока своим слаботочным выходом соединен с одним из входов устройства 11

автоматического управления (СИФУ) которое другим входом соединено также с выходными выводами преобразова- теля. Выход СИФУ 11 соединен с уп

5, 1

равляющими электродами тиристоров дополнительного компенсатора 10.

Устройство 8 автоматического управления (СИФУ) соединено по входу с выходными выводами преобразователя для измерения его выходного напряжения, а его выход соединен с управляющими электродами тиристоров коммутатора 2 и компенсатора 4.

Датчик 9 тока представляет собой, например, три обычных трансформатора тока, нагруженных на балластные резисторы, для получения сигнала напряжения, по величине и фазе соответствующего току в силовой цепи, в ко- торой включен датчик 9 тока.

СИФУ 8 содержит например, следующие последовательно соединенные узлы: измерительньй орган напряжения , выделяющий сигнал отклонения выходного, напряжения преобразователя от эталонной величины с помощью известной схе- .мы моста с одним или несколькими последовательно соединенными стабилитронами в одном из 4-х плеч моста и резисторами в трех других плечах моста, усилительный узел н а одном или не-i скольких интегральных операционн41Х усилителях, с помощью которых сигнал отклонения напряжения усиливается и формируются его функций, например интегральная функция, обычные узлы фа- зосмещения и формирования отпирающих импульсов, которые обеспечивают формирование импульсов, подаваемых К тирис торам коммутатора 2 и компенсатора 4, и их сдвиг по фазе в функции сигнала управления, поступающего от усилительного узла.

СИФУ 11, например, содержит следующие узлы: узел фазового детектора или датчика коэффициента мощности, в который подаются сигн.алы тока от датчика 9 и напряжение .от выходных выводов преобразователя, выходной сигнал этого узла, пропорциональньш синусоидальной функции угла сдвига фаз между напряжением на выходе пре- образователя и током в цепи, в кото- рой установлен датчик 9, подается на усилительный узел и затем на СИФУ, включающее в себя узлы фазосмещения и формирования отпирающих импульсов, импульсы от СИФУ подаются к тиристо- рам дополнительного компенсатора 10. Узлы усиления, фазосмещения и формирования отпирающих импульсов устройства

0

5

1

0 5

5

0

°5 5

3816

11 аналогичны соответствующим узлам СИФУ 8.

Принцип действия преобразователя состоит в следующем.

Постоянный ток, протекающий через сглаживающий реактор 1, преобразуется в переменный ток с помощью тирис- торното коммутатора 2, коммутация тиристоров которого осуществляется за счет энергии групп конденсаторов 5-7, 12. Конденсаторы выбираются такой величины, чтобы при любой нагрузке в т.ч. при наибольшей возможной перегрузке по активной и реактивной мощности нагрузки, угол опережения током напряжения на выходных выводах коммутатора был не меньше величины, необходимой для восстановления запирающих свойств его тиристоров при коммутации при любом входном напряжении и стабилизации напряжения на выходе преобразователя.

Баланс активной и реактивной мощности в преобразователе тока, необходимый для его нормальной работы при различных нагрузках, входных напряжениях и стабилизации выходного напряжения обеспечивается с помощью компенсатора А, дополнительного компенсатора 10, СИФУ 8 и И и датчика 9 тока. Так, например, при уменьшении нагрузки ниже максимальной заданной перегрузки дополнительный компенсатор 10 с помощью датчика 9 тока и СИФУ 11 увеличивает открытие тиристоров и соответственно увеличивает потребление реактивной мощности так, чтобы в силовой цепи, где установлен датчик 9, компенсировалось снижение потребления от преобразователя реактивной мощности и поддерживался неизменный коэффициент мощности (в частном случае он может иметь уставку 1,0 или 0,9 или другую величин-у . Таким образом, дополнительный компенсатор 10 совместно с параллельными компенсирующими конденсаторами I2 при помощи датчика 9 тока и СИФУ 11 обеспечивает такое регулирование потребляемой им реактивной мощности (путем изменения угла открытия его тиристоров),чтобы при любых величине и коэффициенте мощности нагрузки, изменяемых в заданном диапазоне (включая кратковременные режимы, например пуска двигателей , коэффициент мощности по основной гармонике в цепи, где установлен

71241

датчика 9 тока, оставался неизменным.

Компенсатор 4 реактивной мощности с помощью СИФУ 8 осуще .твляет регулирование потребляемой реактивной 5 мощности так, чтобы при любом входном напряжении, изменяющемся в заданном диапазоне, любой величине нагрузки, изменяющейся в заданном диапазоне с учетом того, что в 10 цепи, в которой установлен датчик 9 тока, стабилизируется коэффициент мощности с помощью дополнительного компенсатора 10, датчика 9 и СИФУ 11, обеспечивается требуемый баланс ак- 15 тивной и реактивной мощности, при котором обеспечиваются требуемый опережающий угол сдвига.между током и напряжением на выходе коммутатора 2 и стабилизация напряжения на выходе 20 преобразователя, т.е. регулирование реактивной мощности компенсатором 4 с помощью СИФУ 8 производится в направлении стабилизации выходного напряжения преобразователя. . 25

Для гальванической развязки сетей постоянного и переменного тока и согласования уровней напряжения на входе и выходе преобразователя и на конденсаторах в его состав может вво- 30 диться трансформатор 3, который включают между коммутатором 2. и последо- . вательньми конденсаторами 6, хотя для тех же целей он может включаться в выходной цепи преобразователя. 35

В отдельных случаях в зависимости от задаваемых уровней напряжения на входе и выходе преобразователя, коэффициента трансформаций трансформатора, диапазона изменения нагруз- 40 ки одна из групп параллельных конденсаторов 5 -или 7 может отсутствовать в схеме, что не изменяет принцип ее работы и основные свойства.

Последовательные конденсаторы 6, 45 как и в других схемах параллельно- последовательных инверторов, обеспечивают устойчивую коммутацию тиристоров коммутатора 2 при внешних ко- ротких замыканиях в цепях нагрузки, 50 а также при перегрузке, за счет того, что Увеличивающийся в этих ситуациях ток через конденсаторы 6 увеличивает реактивную емкостную мощность в преобразователе, -необходимую для 55 получения требуемого опережающего угла сдвига между током и напряженим на выходе коммутатора 2 , чем и

818

обеспечивается коммутация его тиристоров. Тем самым обеспечивается устойчивая работа преобразователя при внешних к.з. и перегрузках, что во многих случаях явля- ется одним из важных требований, предъявляемых к преобразователю, пи- тающему группу потребителей.

Конденсаторы 4 и 10 реактивной мощности на чертеже выполнены в виде трехфазного тиристорно-реакторного устройства по схеме с встречно-параллельными тиристорами в каждой фазе, последовательно соединенными с реактором, однако для указанных целей они МО гут быть вьтолнены и по другим схемам или в виде других свойств, позволяющих регулировать потребление им реактивной мощности.

В предлагаемом преобразователе включением дополнительного компенса- то)а 1:0 реактивной мощности с соответствующим датчиком 9 тока достигается эффект существенного уменьшения .суммарной установленной мощности конденсаторов, компенсаторов и трансформатора и соответственно массы, габаритов и стоимости преобразова- теля в тех случаях, когда нагрузка имеет изменяющийся в широких пределах коэффициент мощности. Это следует из приведенных формул н числового примера.

Сравнительную оценку схем преоб- Ьазователей рассматриваемого класса проводят по установленной мощности конденсаторного оборудования, считая, что пропорционально ей нзменяется установленная мощность компенсаторного оборудования.

Суммарная установленная мощность конденсаторов параллельно-последовательного инвертора с одним конпенса- торомj отнесенная к номинальной мощности нагрузки, определяется приведенными в PJ выражениями

т + Uiuq..I.-i-I

Q .. 2 5лг«

2коиАj П TifS

н MOM

4i

HHOM

(О

I

ном

J

-номинальный ток нагрузки, отнесенный к току внешнего короткого замыкания;

-напряжение питания инвер- . тора;

Q

доп - минимально допустимый угол выключения тиристоров коммутатора;

(, - максимальный угол сдвига между напряжением и током нагрузки.

При установке дополнительного компенсатора суммарная установленная мощность конденсаторов определяется выражением (О, в котором , и величиной sinCf j,, выражанщей в относительных единицах величину установленной мощности параллельных компенсирующих конденсаторов 12, т.е.

.,,5.

10

2

y jjajc1 I

. „,н.,„„нн ив I

15

Q - 11° -Ц и н„СОЗ ло П.

Хч-мV 1TJ

I -Jl-I

Нцом Ниом

Для получения положительного эффекта от использования дополнительного компенсатора вьгражение (2) должно быть меньйе (1).

После преобразования получим

;«

Штачс

I

25

.« УifiiiLI..

--- 1 т |71т . costp oKc HOM N нно« о

Самый крайний для выполнения неравенства случай соответствует мини- .муму правой части, т,е. когда

(

Ud,HH

правой части, который всегда меньше

1, имеет максимум, санный 0,5. Тогда

1, ,-, а знаменатель

- ма к

7со8С д,с1кс 2.

Из последнего вьфажения видно, что неравенство выполняется уже при |соStf jj j 0,7 . Покажем, каков выигрыш в реальном случае.

Примем 1 0,4 (кратность тока внешнего к.з. равна 2,5).

Уй.ма.кС

и(1«ци

0,4.

1,6; созрд 0,9, coscf

Тогда установленная мощность конденсаторов без дополнительного компенсатора

КОНА

l llfinJlLl

0,4-0,916

124138110

Установленная мощность конденсаторов при наггичии дополнительного компенсатора

0,16+1,6

Q

0,4fO,

Таким образом, установленная мощность конденсаторов уменьшается почти в 3 раза. Так как компенсаторы выбираются по условию полной компенсации реактивной мощности конденсаторов, пропорционально уменьшается установленная мощность компенсаторов. Введение дополнительного конденсатора приводит также к уменьшению диапазона изменения инвертирования напря- /иакс жения, чхо позволяет использовать .ти- (2) ристоры более низкого класса и существенно уменьшить установленную мощность трансформатора. Формула изобретени.я

Тиристорный преобразователь, содержащий KOMNryTaTop с реактором на входе и с параллельными и последовательными конденсаторами на выходе, а также подключенный параллельно этому выходу тиристорно-реакторный компенсатор реактивной мощности и две системы импул ьсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами коммутатора и тиристорами: указанного конденсатора, охваченные отрицательной обратной связью по напряжению, о т- личающийся тем, что, с це- 35 лью уменьшения установленной мощности оборудования при широком диапазоне изменения коэффициента мощности нагрузки, между обкладками последовательных конденсаторов и выходными выводами преобразователя включен введенный датчик тока,а к .выходным выводам преобразователя подключен до- пол нительньй тиристорно-реакторный компенсаторреактивной мощности с дополнительными параллельными компенси- руюпщми конденсаторами и с дополнительной системой импульсно-фазового управления тиристорами этого компенсатора, причем в качестве измерительного органа канала отрицательной обратной связи этой СИФУ установлен фа- зовьш детектор, один вход которого связан с выходом указанного датчика 9,8. тока, а. другой - с выходными вывода- Ji5 ми преобразователя.

30

40

45

50

ВНИИПИ Заказ 3608/51 Тираж 63Г

Произв.-полигр. пр-тие г. Ужгород, ул. Проектная, 4

.,,5.

щность конденсаторо лнительного компенПодписное

Изобретение относится к области электротехники и используется во вторичных источниках питания с широким диапазоном .изменения коэффициента мощности. Цель изобретения - уменьшение установленной мощности оборудования. Преобразователь содержит тиристорный коммутатор 2, вьтол- ненный по трехфазной мостовой схеме, силовой трансформатор 3, сглаживающий реактор 1, параллельный конденсатор 5, компенсатор реактивной мощности 4, последовательные конденсаторы 6 и две системы импульсно-фазового управления (СИФУ) 8 и 11. Введение датчика тока (ДТ) 9, дополнительного компенсатора (дк) 10 совместно с компенсирующими кон сгнсатораI (Л