Устройство для коммутации тиристоров преобразователя Советский патент 1987 года по МПК H02M1/08 H02M7/515 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для принудительной коммутации тиристоров в регулируемых выпрямителях и инверторах напряжения, в частности в автономных инверторах напряжения электровозов переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями.

Цель изобретения - повышение надежности работы путем исключения возУстройство принудительной коммутации при включении тиристоров преобразователя 1, выполненного в виде автономного инвертора напряжения, работает следующим образом.

Предположим, что на интервале времени t,-ti (фиг. 2) включены тиристоры 2, 6 и 10 преобразователя 1 и ток нагрузки протекает по цепи: плюс источника питания преобразователя 1, 2, 14, 15, 10, минус исможности образования цепи короткого за- Ю точника питания преобразователя 1, плюс мыкания при одновременном включении за-источника питания преобразователя 1, 6, 16,

рядных тиристоров.

На фиг. 1 приведена принципиальная

схема устройства для принудительной коммупряжения на коммутирующих конденсаторах и диаграмма управления, поясняющая способ управления; на фиг. 3 - функциональная схема формирователя сигналов

15, 10, минус источника питания преобразователя 1 (конденсаторы 33 и 35 заряжены полярностью напряжения, указанной тации тиристоров преобразователя; на , на фиг. 1 без скобок). В момент времени фиг. 2 - кривые импульсов тока и на- ti включают тиристоры коммутирующий 27

(фиг. 2а), распределительный 50 и СБЯ« зи 17. При этом ток нагрузки из цепи тиристора 2 вытесняется колебательным перезарядом конденсатора 33 по цепи: плюс 33,

управления устройством принудительной 20 34, 37, 50, 2, 27, минус 33. коммутации; на фиг. 4 - диаграмма им-В момент равенства тока нагрузки (Ь)

пульсов управления соответствующих эле-току конденсатора 33 тиристор 2 выклюментов.чается, и избыточный ток перезаряда

Устройство принудительной коммутацииконденсатора 33 замыкается по цепи: 33,

(УПК) (фиг. 1) присоединяется своими 34, 37, 40, 43, 27. При этом ток на- выводами к шинам тиристорного преобра- грузки 14 протекает по цепи: плюс источника питания преобразователя 1, 17, 27, 33, 34, 37, 50, 14, 15, 10, минус источника питания преобразователя 1, перезаряжая коммутирующий конденсатор 33. В момент времени 12 (фиг. 2) включают тиристор 29 и ток нагрузки переводят из цепи конденсатора 33 в цепь конденсатора 35 (фиг. 2а, б). При этом к выключенному тиристору 2 преобразователя 1 прикладывают в обратном направлении намоста коммутирующих тиристоров 27-30. ., пряжение первичной обмотки коммутирую- Два зарядных тиристора 31 и 32 подклю- щего трансформатора 40. чены к выводам источника питания и к выводам переменного тока моста коммутирующих тиристоров, коммутирующие LC- цепи 33, 34, и 35, 36 соединены через разделительный диод 37 и подключены к 40 вая Уэз). выводам переменного тока моста коммути-В момент времени t4 избыточный ток перующих тиристоров, зарядные тиристоры 38,резаряда конденсатора 35 становится рав39 подсоединены к выводам источника 19 ным току нагрузки и разрядный диод 43 питания и к одноименным выводам раз-выключается. В момент равенства напряжеделительного диода 37.ний конденсатора 33 и источника питаОбмотки 40-42 коммутирующего транс- ния преобразователя 1 начинается процесс

зователя I, состоящего из главных и обратных тиристоров 2-13 (главные обозначены четными, обратные - нечетными цифрами), нагрузки 14-16 и тиристоров 17 и 18 связи.

Источник 19 питания устройства принудительной коммутации выполнен в виде тиристорного моста 20-23 и фильтрового конденсатора 24 и подключен через диоды 25 и 26 к выводам постоянного тока

30

В момент времени is конденсатор 33 заканчивает перезаряд и вследствие потерь в колебательном контуре имеет напряжение ниже, чем исходное LJco (фиг. 2а, криформатора подсоединены к разрядным диодам 43 и 44 и к возвратным диодам 45-48.

Анодная группа 49 распределительных тиристоров 50-52 подсоединяется к выводам преобразователя 1 и к катоду разделительного диода 37.

Катодная группа 53 разделительных тиристоров 54-56 подсоединяется к аноду разделительного диода 37. Выходы форми50

выключения тиристоров 27, 17 и 50, в результате чего ток нагрузки 14 переводится в цепь обратного тиристора 9. Энергия, запасенная в коммутирующем реакторе 34 на интервале времени t4-ts, закачивается спадающим током нагрузки в конденсатор 35 (фиг. 2а, кривая las) и напряжение на конденсаторе (фиг. 2а, кривая Uas) повышается выше исходного Uco.

В момент времени ts коммутирующий

рователя 57 сигналов управления подсое-55 заканчивается и заряжают только кондиняются к выводам управления тиристо-денсатор 33, для чего со сдвигом во вреров 2, 4, 6, 8, 10, 12, 27-32, 38, 39, 50-52,мени ts-te, согласно диаграмме управления

54-56.(фиг. 26), на зарядные тиристоры 31 и 39

Устройство принудительной коммутации при включении тиристоров преобразователя 1, выполненного в виде автономного инвертора напряжения, работает следующим образом.

Предположим, что на интервале времени t,-ti (фиг. 2) включены тиристоры 2, 6 и 10 преобразователя 1 и ток нагрузки протекает по цепи: плюс источника питания преобразователя 1, 2, 14, 15, 10, минус ис точника питания преобразователя 1, плюс источника питания преобразователя 1, 6, 16,

4, 37, 40, 43, 27. При этом ток на- грузки 14 протекает по цепи: плюс исочника питания преобразователя 1, 17, 27, 3, 34, 37, 50, 14, 15, 10, минус источника питания преобразователя 1, перезаряжая коммутирующий конденсатор 33. В момент времени 12 (фиг. 2) включают тиристор 29 и ток нагрузки переводят из цепи конденсатора 33 в цепь конденсаора 35 (фиг. 2а, б). При этом к выключенному тиристору 2 преобразователя 1 прикладывают в обратном направлении напряжение первичной обмотки коммутирую- щего трансформатора 40. вая Уэз). В момент времени t4 избыточный момент времени is конденсатор 33 заканчивает перезаряд и вследствие потерь в колебательном контуре имеет напряжение ниже, чем исходное LJco (фиг. 2а, криния преобразователя 1 начинается процесс

выключения тиристоров 27, 17 и 50, в результате чего ток нагрузки 14 переводится в цепь обратного тиристора 9. Энергия, запасенная в коммутирующем реакторе 34 на интервале времени t4-ts, закачивается спадающим током нагрузки в конденсатор 35 (фиг. 2а, кривая las) и напряжение на конденсаторе (фиг. 2а, кривая Uas) повышается выше исходного Uco.

В момент времени ts коммутирующий

заканчивается и заряжают только конподают управляющие импульсы. При этом конденсатор 33 заряжается по цепи: плюс 19, 31, 33, 34, 39, минус 19.

Поскольку заряд конденсатора 33 происходит в колебательном режиме, то в момент времени t конденсатор 33 заряжается до более высокого напряжения, чем исходное напряжение Uco (фиг. 2а, кривая Уэз) и на интервале времени под действием разности напряжения Ызз-Uco, приложенной к тиристорам цепи дозаряда 31, 39, выключают зарядные тиристоры по контуру: плюс 33, 31, 24, 39, 34, мин ус ЗЗ .

При очередной коммутации тиристоров преобразователя 1 меняется очередность перезаряда конденсаторов 33 и 35, для чего в момент времени ts включают коммутирующий тиристор 32 и затем со сдвигом во времени тиристор 28. В момент времени tia со сдвигом, равным ti2-tia (фиг. 2); после окончания коммутирующего импульса тока включают зарядные тиристоры 32 и 38 и дозаряжают первый по очередности перезаряда конденсатор 35 (фиг. 2а, кривая

U35).

В момент времени tu процесс коммутации заканчивается, и конденсатор 35 до- заряжается до напряжения, превышающего Uco. За счет разности напряжений конденсатора 35 и источника 19 питания выключают цепь дозаряда 32 и 38 по контуру: 35, 36, 38, 24, 32, 35, и процесс коммутации заканчивается.

В момент времени tis начинается очередная коммутация тиристоров преобразователя 1, вследствие чего вновь меняется очередность включения LC-цепей 33-36, т. е. первым перезаряжается конденсатор 33, а затем со сдвигом во времени конденсатор 35 и в момент времени tgo осуществляют до- заряд первого по очередности включения конденсатора 33. В момент времени t2i процесс дозаряда и коммутации заканчивается.

В режиме холостого хода алгоритм работы УПК остается неизменным, вследствие чего конденсаторы LC-цепей дозаряжаются через одну коммутацию. Поскольку емкость коммутирующих конденсаторов выбирают с определенным коэффициентом запаса, то энергия, запасенная в конденсаторах, к очередной коммутации достаточна для обеспечения схемного времени выключения на уровне максимального тока нагрузки.

Система фор-мирователя 57 сигналов управления устройства принудительной коммутации (фиг, 3) состоит из регулятора 58 частоты и распределителя 59 импульсов, выполненного в виде двух каналов управления на логических элементах. Каждый канал распределителя 59 импульсов содержит усилитель-формирователь 60, рдновиб- раторы 61 и 62, и усилители-формирователи 63-65. Выход регулятора 58 соединяется с входом формирователя 60, вы5

0

5

ход которого соединяется с входами одно- вибраторов 62 и 61, выходы последних соединяются с входами усилителей-формирователей 63-65.

С выходов усилителей формирователей

60, 63, 65 и 64 сигналы управления поступают на управляющие выводы тиристоров 27, 29, 31 и 39 в первом канале управления и на управляющие выводы тиристоров 30, 28, 38 и 32 во втором ка0 нале управления.

Система формирователя 57 сигналов управления согласно диаграмме управления (фиг. 3) работает следующим образом. На вход регулятора 58 частоты подают сигнал Uj (задания по выходной частоте, фиг. 1 и 3). С выхода 58 для каждой фазы преобразователя 1 формируют два сигнала (например, -f UA, -UA). Согласно диаграмме импульсов управления (фиг. 4) по заднему фронту этих сигналов формирователь 60 формирует импульсы, поступающие в каждом канале управления на управляющие выводы тиристоров 27 и 30 и на входы одновибраторов 61 и 62. Последние формируют импульсы, равные по длительности интервалам времени . и ti-te, по задним фронтам которых усилители-формирователи 63-65 формируют импульсы управления, поступающие в каждом канале на выводы управления тиристоров 29, 31 и 39 в первом канале и на выводы управления тиристоров 28, 38 и 32 во втором канале управления.

Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве принудительной коммутации до- заряжается первый по очередности перезарядившийся конденсатор, оказывается возможным надежно выключать зарядные тиристоры, поскольку в результате потерь в колебательном контуре при перезаряде первой по очередности LC-цепи напряжение на коммутирующем конденсаторе всегда (в зависимости от добротности колебатель0 Ного контура) ниже на 10-20%, чем напряжение источника питания.

В результате дозаряда конденсатора в колебательном режиме напряжение становится выше, чем Ь со, вследствие чего цепь дозаряда надежно выключают.

5 Таким образом, подключение катода зарядного тиристора 38 к катоду разделительного диода 37 и анода зарядного тиристора 39 к аноду разделительного диода 37 позволяет исключить режим короткого замыкания зарядных тиристоров по цепи: 19, 38, 37, 39 и 19, поскольку разделительный диод 37 включен в этом случае встречно протеканию тока короткого замыкания, что позволяет существенно повысить надежность работы УПК и тиристорного преоб5 разователя в целом.

Форм.11ла изобретения Устройство для коммутации тиристоров преобразователя, содержащее две пары сог0

5

0

ласно последовательно включенных коммутирующих тиристоров, подсоединенных общими точками соединения анодов и катодов к выводам источника питания через встречно включенные диоды, разрядные и возвратные диоды, подсоединенные своими соответствующими выводами к указанным общим точкам соединения анодов и катодов коммутирующих тиристоров, две последовательно включенные через разделительный диод комтодом к соответствующим выводам LC-цепей, коммутирующий трансформатор, подсоединенный своими соответствующими выводами к разрядным, возвратным и разделительному диодам, две группы распределительных тиристоров, подсоединенных общими точками соединения анодов и катодов соответственно к катоду и аноду разделительного диода и другими анодами и катодами к соответствующим выводам преобразомутирующие LC-цепи, подсоединенные свои- Ю вателя, и блок управления тиристорами

ми выводами к соответствующим точкам соединения коммутирующих тиристоров каждой пары, две пары встречно последовательно включенных анодами и катодами зарядных тиристоров, подсоединенных общиэтого устройства, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности за счет исключения возможности образования цепи короткого замыкания при одновременном включении зарядных тиристоров, другие ками точками соединения анодов и като- 15 тод и анод зарядных тиристоров соединены дов к соответствующим выводам источни- с одноименными выводами разделительна питания, и двумя другими анодом и ка-кого диода.

тодом к соответствующим выводам LC-цепей, коммутирующий трансформатор, подсоединенный своими соответствующими выводами к разрядным, возвратным и разделительному диодам, две группы распределительных тиристоров, подсоединенных общими точками соединения анодов и катодов соответственно к катоду и аноду разделительного диода и другими анодами и катодами к соответствующим выводам преобразователя, и блок управления тиристорами

вателя, и блок управления тиристорами

этого устройства, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности за счет исключения возможности образования цепи короткого замыкания при одновременном включении зарядных тиристоров, другие катод и анод зарядных тиристоров соединены с одноименными выводами разделителького диода.

h t} iit is if

f в 9ffi

1ригг

i/l /5 t/l

tzo

Изобретение относится к преобразовательной технике и м. б. использовано в регулируемых выпрямителях и инверторах напряжения. Целью является повышение надежности путем исключения возможности образования цепи короткого замыкания при одновременном включении зарядных тиристоров. Устройство содержит две коммутирующие LC-цепи 33-36, соединенные последовательно через разделительный диод 37 и подключенные к выводам переменного тока моста коммутирующих тиристоров 27-30. Обмотки 40, 41 коммутирующего трансформатора соединены с зарядными тиристорами 38, 39, подключенными своими выводами к источнику питания 19 и выводам LC-це- пей 33-36. Одноименные выводы зарядных тиристоров 38, 39 соединены с одноименными выводами разделительного диода 37. Поскольку разделительный диод 37 включен встречно протеканию тока к. з. через тиристоры 38, 39, этот режим исключается. 4 ил. ш (Л Фиг1 СА:) со О5 / г7-зг,з8,:)9, 50- 52, 5f- 5е

Uf

S8

28

1-Э SZ

зе

///////////.

W7A

///////А

YTTTA

V////////////////,

t1

Фиг л

h

YTTTA

Ш

h

t6