Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразо вательной технике и может бытьислолфзовано в преобразовательных установках электровозов переменного тока для комнутации тиристоров преобразователя. Цель изобретения -расширение облас ти использования устройства путём придания ему свойств универсальности. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства принудительной коммутации, первый вариант; на фиг.2 ро же, второй вариант; на фиг. 3 - диаграммы импульсов управления, поясняющие работу устройства принудительной коммутации по первому и второму вариантам, а также кривые коммутирующих импульсов тока; на фиг. 4 - то же, при использовании устройства для поочередной коммутации тиристорных мостов преобразователя - регулируемого выпрямителя; на фиг. 5 - функциональная схема одного из возможных вариантов устройства управления для предлагаемого устройства принудительной коммутации; на фиг. 6 - функциональная схема распределителя импульсов управления, а также логические уравнения; поясняющие принцип его работы. Устройство по первому варианту- состоит из трансформатора 1, тиристорного преобразователя 2 в виде двух тиристорных мостов 3 и 4. Нагрузка 5 включается на выходе .этих мостов. Устройство принудительной коммутации содержит источник f питания, коммутирукмцие тиристоры 7-9, зарядные тиристоры 10 и 11 и разделительный вентиль 12, коммутирующие LC -цепи 13,14 и 15,16 коммутирующий трансформатер с обмотками 17 - 19, разрядные диоды 20 и 21, возвратные диоды 22 25,анодную группу распределительных ти ристоров 26,состоящую из двух частей .27 и 28,катодную группу распределитель ных тиристоров 29,состоящую из двух частей 30 и 31, дополнительные разрядные диоды 32 и 33 и обмотки 34 и 35 коммутирукщего трансформатора. Преобразователь 2 своими входами подсоединен к вьтодам вторичной обмотки трансформатора 1, тиристорные мосты 3 и 4 преобразователя 2 включены через разделительные реакторы параллельно с нагрузкой 5, источник 6 питания выполнен в BVifs e однофазно.го диодного моста с фильтровым конденсатором и подключен выводами переменно го тока к вторичной обмстйе трансформатора 1. К шинам источника 6 подключены выводы коммутирующих тиристоров 7 и 9, зарядных тиристоров 10 и 11,разрядных диодов 20 и 21, возвратных диодов 22 - 25 и дополнительных диодов 32 и 33. Коммутирующие тиристоры 7-9 включены согласно-последовательно. Тиристор 12, выполняющий функцию разделительного вентиля, i включен согласно-последовательно с тиристорами 10 и 11. Коммутирующая LC-цепь 13, 14 подсоединена к общим точкам соединения тиристоров 7, 8 и 10, 12. Коммутирующая цепь 15, 16 подсоединена к общим точкам соединения тиристоров 8, 9 и 11, 12. Первичные обмотки 17 и 18 коммутирующего трансформатора одними вывьгоодами подсоединены к общим точрам соединения тиристоров 10, 12 и 12,11, другими выводами - к анодам и катодам разрядных диодов 20 и 21. Вторичная обмотка 19 коммутирующего трансформатора подсоединена к общим точкам соединения диодов 22, 23 и 24, 25. Анодная группа распределительных тиристоров 26 присоединена своими катодами к соответствующим выводам преобразователя 2. Часть 27 тиристоров анодной группы подсоединена своими катодами к соответствующим выводам преобразователя 2 к общей точке соединения тиристоров 11 и 12, а часть 28 - к общей точке со- единения коммутирующих тиристоров 8 и 9. Катодная группа распределительных тиристоров 29 подсоединяется анодами к выводам тиристорного преобразователя 2, часть тиристоров 31 катодной группы подсоединяется к общей точке соединения тиристоров 10 и.12, другая часть 30 - к общей точке соединения тиристоров 7 и 8. Другие первичные обмотки 34 и 35 коммутирующего трансформатора соединены одними выводами с общими точками соединения коммутирующих тиристоров 7, 8 и 8, 9, другими выводами - с анодами и катодами дополнительных разрядных диодов 32 и 33. Устройство по второму варианту (фиг, 2) также состоит из трансформатора 1, преобразователя 2, состоящего из тиристорных мостов 3 и 4 и нагрузки 5, источника 6 питания, коммутирующих тиристоров 7, 8 и 9, зарядных тиристоров 10 и 11, тиристора 12, LCцепей 13, 14 и 15, 16, коммутирующего трансформатора с двумя первичными обмотками 17 и tS и пторичио) обмоткой 19, разрядных диодов 20 и 21, позвр ных диодов 22 - 25, анодной г-руппы распределительных тиристоров 26, сос тоящей из двух частей 27 и 28, катодной группы распределительных тиристоров 29, состоящей из двух часте 30 и 31, и дополнительных разрядных диодов 32 - 35. Дополнительные разрядные диоды 32, 34 и 33, 35 включены попарно. встречно-последовательно анодами и катодами и подсоединены катодами к общим точкам соединения тиристоров 7,8 и 10,12 и анодами - к 8, 9 и 11, 12. К общим точкам соединения .диодов 32, 34 и 33, 35 подсоединены вьтоды первичных обмоток 18 и 17 ком мутирующего трансформатора. Анодная и катодная группы распределительных тиристоров 26 и 29 подключены анодами и катодами к зажимам тиристорного преобразователя 2, Общая точка соеди нения анодов группы 26 подсоединяетс к общей точке соединения диодов 33 и 35, общая точка соедмнения катодов |группы 29 - к общей точке соединения ииодов 32 и 34. Устройство принудительной коммутации (группового) преобразователя по-первому варианту (фиг. 1, 3 и 4) работает следующим образом. Предположим, что в начальный . момент времени конденсаторы 13 и 15 LC -цепей заряжены полярностью напря жения, указанной на фиг. 1 без скобок, а тиристорные мосты 3 и 4 преобразователя 2, находятся в режиме проходного вентиля (режим, когда ЭДС обмотки трансформатора выведена из цепи тока нагрузки, а в проводящем состоянии находятся вентили, присоединенные к одной входной линии тиристорного моста). В момент времени t, тиристорный мост 3 преобразователя 2 (фиг. 3 А) переводится из режима проходного вентиля в выпрямительный режим, когда в проводящем состоянии на ходятся вентили тиристорного моста. соединенные с противоположными входными и выходными линиями, а в цепь тока нагрузки включена ЭДС обмотки трансформатора), для чего подают управляющие импульсы на тиристор катод ной группы тиристорного моста 3, при соединенньй к другой нходной линии тиристорного моста ) преобразователя 2 , а также импульсы упрпвлрния К1 на тиристоры УПК 7 и 12 я на распределительньп тиристор группы 27. При этом Конденсатор 13 ияччнает перезаряжаться по цепи: 13-14- 12-17запираемый тиристор катодной группы тиристорного моста 3 - диодный мост 6 - 7 - 13. Тиристор моста 3 запирается и избыточный ток, перезаряда протекает по цепи: 13 - 14 -12-17-20-7-13, и на первичной обмотке 17 коммутирующего трансформатора создается падение напряжения, равное напряжении вторичной обмотки трансформатора, деленному на коэффициент трансформации, положительный потенциал которого через распределительный тиристор группы 27 прикладывается к катоду, а отрицательный через разрядный диод 20 и диодный мост 5 - к аноду запираемого тиристора. При этом ток нагрузки преобразователя 2 замыкается по нагрузка 5 - тиристор анодной группы моста 3-6-7-13-14-12-27нагрузка 5. В момент времени i со сдвигом-, во времени t (фиг. 5), равным, например, 2/3 полупериода собственной частоты колебательного LC -контура, подается импульс управления RjHa коммутирующий тиристор 8 и ток нагрузки начинает переводиться в колебательный контур 15, 16 по цепи: нагрузка 5 - тиристор анодной группы моста 3-6-7-8-15-16-27- нагрузка 5. Избьгточный ток перезаряда конденсатора 15 замыкается по цепи; 15 - 16 - 17 - 20 - 7 - 8 - 16, поддерживая напряжение на обмотке коммутируюп1его трансформатора. На интервале времени 4 - { конденсатор 13 первой LC -цепи заканчивает свой перезаряд и тиристор 12 запирается обратныь напряжением конденсатора 13. В момент времени когда ток перезаряда конденсатора 15 второй LС-цепи становится меньше тока нагрузки, распределительный тиристор 27 запирается, при этом отпирается тиристор катодной группы тиристорного моста 3, на который в момент рремени г, был. подан управляющий импульс, :: в цепь нагрузки вводится ЭДС пторичной обмотки трансформатора 1 . В момент времени i:, заканчт1вается Г1ере: лрчд конденсатора 14 и ия заряд)1ыГ тиристор 11 и тиристор 12 подается (фиг. 3) импульс управления HI. Тиристоры 11 и 12 отпираются и производится дозаряд коммутирующих конденсаторов 13 и 15 по цепям: 6-7-8-15-16-11и 6 - 7 - 13 - 1А - 12 - 11 - 6. По окончании дозаряда коммутирующие тиристоры 7 н 8 и зарядные тири торы 11 и 12 запираются и процесс коммутахщи заканчивается. Рассмотрим принцип работы коммутирующего трансформатора. Вторичная обмотка 19 трансформатора подсоединяется с помощью моста возвратных диодов 22-25 к зажимам источника 6 питания. Таким образом, напряжение обмотки 19 не может превышать напряжение источника 6. напряжение обмотки 19 достигает напряжения источника 6, открываются противоположные плечи диодного моста 22 - 25, и ток обмотки 19 замыкается по цепи фильтрового конденсатора 6 источника, имеющего большую емкость. При этом напряжение фильтрового конденсатора почти не изменяется. Таким образом во время протекания избыточного тока перезаряда конденсаторов обеих LC- цепей по первичной обмотке 17 трансформатора на ней устанавливается напряжение прямоугольной формы с амплитудой в коэффициент трансформации раз меньшей, чем напряжение на фильтровом конденсаторе источника 6, и длительностью, равной необходимой по паспорту для данного типа тиристора. В момент времени t , тиристорный мост 3 преобразователя 2 переводится из режима проходного вентиля в выпрямительный реяонм, для чего подаются управляющий импульс на тиристор катодной группы моста 4 и импульс К2 на тиристоры В и 10 и распределитель ный тиристор группы 28. Конденсаторы 13 и 15 перезаряжены к этому моменту временя полярностью напряжения, указанной в скобках. Процесс запит раиия тиристора катодной группы , тиристорного моста 4 преобразователя 2 происходит аналогично. Конденсатор 13 перезаряжается по цепи: 13 - 8 34 - 32 - 10 - 14 - 13. В момент вре неии tj управляющий сигнал Rj пода тиристрр ,12 и конденсатор .15 перезаряжается по цепи: 15 - 34 - 32 10 - 12 - 16 15. Падение напряжени .на обмотке 34 прикладывается в обрат ном направлении к запираемому тиристору тиристорного Mi.CTa 4 преобразователя 2 аналогично. В момент времани i заканчивается перезаряд кон- денсатора 15 и на тиристоры 8 и 9 подается управляюш;ий импульс М2. Тиристоры 8 и 9 отпираются и производится дозаряд конденсаторов 13 и 15 по цепям: 6-10-12-16-15-9-6 и 6 - 10 - 14 - 13 - 8 - 9 - 6. ТаКИМ образом, напряжение на коммутируюпщх конденсаторах 13 и 15 имеет полярность, указанную на фиг. 1 без скобок. Предлагаемое устройство принудительной коммутации поочередно позволяет коммутировать тиристорные мосты 3 и А преобразователя 2 и получить на выходе любую последовательность следующих друг за другом коммутируюцих импульсов любой полярности, в результате чего уменьшаются установленная мощности и массогабаритные показатели.Устройство управления одного канала К1 (фиг. 5) позволяет . . получить импульсы R J и Ml, Это устройство содержит одновибраторы 37, и формирователи 38 импульсов. Сигнал К1 поступает на вход первого одновибратора, который формирует импульс длительностью tt . По заднему фронту этого импульса формируется сигнал R j, который, в свою очередь, заТтускает следуюв ий одновибратор, а тот через время t, подает сигнал на второй формирователь формируется импульс Ml. Таких устройств по количеству групп тиристорных мостов четыре. Выходные сигналы этих устройств вместе с сигналами К1-К4 поступают , в РИ - 30 распределитель импульсов (фиг. 6), который распределяется соответствующий сигнал управления на каждый коммутирующий тиристор. На фиг.-6 приведены также логические функции РИ,,. которые могут быть реализованы с помощью обычных логических микросхем./ Устройство принудительной коммутации (группового) преобразователя «ь««.&в л, а t j iiiiwD vi j f tiirrcv u ct woa i С по второму-варианту (фиг. 2-4) работает следующим образом. Предположим, что в начальный момент времени конденсаторы LC -цепей 13 и 15 заряжены полярностью напря,жения, указанной на фиг. 2 без скобок, а тиристорны мосты 3 и 4 преобразователя 2 находятся в режи проходного вентиля. 7i в момент времени t тиристорный мост переводится из проходного режима в выпрямительньп режим. Для этого согласно фиг. 3 одновременно с управ ляющим сигналом на один из тиристоро катодной группы подают короткий импульс К1 на тиристоры 7 и 12 и распределительный тиристор 27. При этом конденсатор 13 начинает разряжаться по цепи 13-14-12-35-27- за пираемый тиристор моста 3 - 6 - 7 13, вытесняя ток нагрузки из запирае мого тиристора. Избыточный ток перезаряда протекает по цепи: 13 - 14 -12 - 35 - 17 - 20 - 7 - 13. В момент времени tj подают сигнал Hj на тиристор 8, ток нагрузки переводится во второй колебательный контур по це пи: 5, - 3 - 6 - 7 --8 - 15 - 16 - 35 -27 - 5. Избыточный ток перезаряда протекает по цепи: 15 - 16 - 35 - 17 -20j- 7-8-15, В момент времени t, подают импульс Ml. Тиристоры 11 и :12 включаются и производится дозаряд коммутирующих конденсаторов 13 и 15 через тиристоры 7, 8, 11 и 12 до нап ряжения фильтрового конденсатора источника 6 питания. Конденсаторы 13 и 15 дозаряжаются до напряжения противоположной ПОЛЯРНОСТИ), указанной на фиг. 2 в скобках. В момент времени . тнристорный мост 4 преобразователя 2 переводится из проходного в выпрямительный режим. Для этого одновременно с сигналом управления на один из тиристоров катодной группы тиристорного моста 4 преобразователя 2 подают импульс К2 на тиристоры 8 и 10 и тиристор 28, а в момент времени t, подают импульс Rj на тиристор 12, При этом ток нагрузки протекает по цепям: 5-4-6-10-14-13 - 8 - 33 - 28 - 5 и 5 - 4 - 6 .- 10 - 12 - 13 - 14 - 33 - 28-5. . . Избыточный ток перезаряда ЬС -конту ра замыкается по цепям: t3 - 8 - 33 -17 - 20 - 10 - 14 - 13 и 15 - 33 -17 - 20 - 10 - 12 - 16 - 15. Падение напряжения обмотки 17 трансформатора по цепи распределительного тиристора 28 прикладывается к запираемому тиристору тиристорног о моста 4. Предлагаемые устройства по первому и второму вариантам отличаются ; конструкцией коммутирующего транСформаторан его включением, что определяет область применения cXdмы. В устройстве по-первому варианту трансфор708матор перемагничивается с частотой коммутации, что позволяет получить любую последовательность следующих друг за другом положительных и отри- цательньгх коммутирукщих импульсов тока, что делает схему более универсальной. В устройстве по-второму варианту частота перемагничивания сердечника трансформатора в дза раза меньше частоты коммутации, что позволяет получить только следующую последовательность коммутирующих импульсов тока: п положительных, h отрицательных и т.д. Работа УПК по первому и второму вариантам при поочередной коммутации трех силовых тиристоров анодной и катодной группы АЙН аналогична рассмотренной выше. Схема подключения узла к автономному инвертору напряжения известна. Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает получение коммутирующих импульсов тока любой полярности следующих друг за другом во времени, что позволяет сделать УПК более универсальным и использовать его для коммутации различных тиристорных преобразователей, а также снизить установленную мощность и массогабаритные показатели. Формулаизобретения 1. Устройство принудительной коммутации, тиристоров преобразователя, содержащее источник питания, к выходным шинам которого подключены соответствующие выводы цепочек, состоящих из трех последовательно соединенных коммутируклцих тиристоров, последовательно соединенных зарядных тиристоров и разделительного вентиля между ними, двух рззрядйых диодов, попарно-последовательно соединенных возвратных диодов, две косотирующие ЬС-цепи, подсоединенные своими вьшодами к соответствующим общим точкам соединения анодов и катодов коммутирующих- тиристоров и зарядных тиристоров с разделительным вентилем, коммутируклций трансформатор, две первичные обмотки которого подсоединены одними выводами к соо ветствущим общим точкам соединекич анодов и катодов зарядных тиристоров с разделительным вентилем и другими вывоами к аноду и катоду раэрярнь х диодов,а вторичная обмотка - к общим точкам

91

соединения воэвратн1,х д.юдов, анодную и катоднуто группы распределительных тиристоров, подсоединенных одними анодами и катодами к зажимам тиристорного преобразователя, первая часть из которых другими анодами и катодами подсоединена к соответствующим общим точкам соединения анодов и катодов зарядных тиристоров с разделительнЕ 1м вентилем, отличающ е е с я тем, что, с целью расширения области использования путем придания еь5у свойств универсальности, в него введены два дополнительных ;раэрядньгх: диода, подсоединенных одН5ГМИ анодом и катодом к соответствуюпц1Ь пп1нам исто никг питания, а другими анодом и катодом к выводам двух других первичных обмоток ко -в-1утирующего трансформатора, присоединенных споими другими выводами к соотпетствутащим обцим точкам соединения анодо и катодов коммутирующих тиристоров, вторая часть анодной и катодной группы распределительных тиристоров другим } анодами и катодами присоединена к точкам соединеиил коммутирующих тиристоров, а в качестве разделительного вентиля установлен тиристор, причем для ко№5утадии тиристоро преобразователя регулируемого выпрямителя источник питания выполнен в виде диодного моста с фильтровым конденсатором.

2, Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя. Содержащее источник питания, к выходньпм шинам которого подключены соотвествуЮ1Г{ие выводы цепочек, состоящих , из трех последовательно соединенных Коммутирующих тиристоров, последова7010

тельно соединенны , зарядных тиристоров и разделительного вентиля между ними, двух разрядных диодов и попарно-последовательно соединенных возвратных диодов, две коммутирующие LC -цепи, подсоединенные своими выводами к соответствующим обидим точкам соединения анодов и катодов коммутирующих тиристоров и зарядных тиристоров с разделительным вентилем, две группы распределительных тиристоров, соответствующие аноды и катоды которых присоединены к соответствующим зажимам тиристорного преобразоватепя, коммутирующий трансформатор, две первичные обмотки которого соединены одними соответствующими выводами с общими точками соединения анодов.и катодов распределительных тиристоров, вторичная обмотка которого соединена с общими точками соединения возвратных диодов. отличающееся тем,что, с целью расширения области использования, в него введены четыре дополнительных разрядных диода, соединенные попарно-встречно анодами и катодами и подсоединенные другими анодами и катодами к общим точкам соединения коммутирующих тиристоров и зарядных тиристоров с разделительным вентилем, общие точки соединения анодов и катодов дополнительных разрядных диодов соединены с соответствующими выводами первичных обмоток коммутирующего трансформатора, а в кйчестве разделительного вентиля установлен тиристор, причем для коммутации тиристороз преобразователя регулируемого выпрямителя источник питания выполнен в диодного моста с фильт.ровьш конденсатором. HI RtMf H2 ff2 цл2

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в преобразовательных установках электровозов переменного тока. Целью является расширение области использования путем придания ему свойств универсальности. Устройство содержит тиристорный преобразователь 2. Коммутирующие тиристоры 7-9 через LC-цепи 13, 14 и 15, 16 подключены к последовательно соединенным зарядным тиристорам 10, 11 и коммутирующему вентилю 12. Обмотки 17,18 коммутирующего тр-ра подключены к разрядным диодам 20, 21, распределительным тиристорам 27, 31 и концам LC-цепочек 13, 14 и 15, 16. Обмотки 34, 35 коммутирующего тр-ра соединены с разрядными дио- дани 32, 33, другими концами LC-цепочек 13, 14 и 15, 16 и распределительными тиристорами 28, 30. Вторичная . обмотка 19 тр-ра включена в диагональ моста возвратных диодов 22-26. о - :Во втором варианте коммутирующий тр-р 1имеет только две первичные обмотки 1 (Л 18, которые подключены к соответствующим LC-цепочкам через разрядные диоды 32-35. Тиристорные мосты 3,4 преобразователя 2 коммутируются поочеред- 5 но, при этом на выходе можно получить любую последовательность следующих друг за другом коммутирующих импульсов любой полярности. 2 с.п. ф-лы. 6 ил. 7-ff cpuft

фие.З

cpue.