Одноканальное устройство для управления вентильным преобразователем Советский патент 1988 года по МПК H02M5/00 

(Л

с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тиристррных преобразователях. Цель изобретения - повьшение быстродействия и уменьшение пульсаций выпрямленного toKa. Введение цепи принудитель- ной коммутации, позволяющей преобразователю работать с частотой переключения большей частоты питающей сети, . повьш1ает быстродействие вследствие перехода в инверторный режим по кривой разряда конденсатора цепи принудительной коммутации. 2 ил.

а

ее

vj

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано тиристорными преобразователями переменного напряжения в постоянное, у которых катоды тиристоров имеют общую точку (например, нулевые полууп- рав{1яемые и другие подсобные схемы преобразователей), и является усовершенствованием устройства по авт.ев, № 1001428.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и уменьшение амплитуды пуль-саций выпрямленного тока.

На фиг. 1 представлена принципиал ная схема одноканального устройства управления вентильным преобразователем с катодной группой тиристоров; на фиг. 2 - пример выполнения релейного элемента. .

Одноканальное устройство для упра ления вентильным преобразователем с катодной группой тиристоров содер- ,жит датчик 1 тока, в качестве которого использован измерительный шунт, включенный последовательно с нагрузкой 2 вентильного преобразователя. Выход датчика 1 тока соединен с входом релейного элемента 3 последовательно с источником 4 напряжения управления. Релейный элемент 3 может представлять собой последовательно соединенные усилитель 5 постоянного тока, триггер Шмидта 6, усилитель 7 и ключ 8. Кшоч 8 введен в нулевой провод диодного распределителя 9 импульсов . Диодный распределитель 9 импульсов содержит трехфазный трансформатор 10 и диоды 11-13. Обмотки трансформатора 10 включены в звез ду с нулевым проводом, первичные обмотки подключены к сети,а вторичные через диоды 11-13 соединяются с управляющими электродами соответствующих тиристоров 14-16. Нулевая точка вторичных обмоток через ограничивающий резистор 17 и ключ 8 соединены с катодами тиристоров 14-16 вентильного преобразователя.

Инверторный диодньй распределитель 18 импульсов состоит из диодов 19-21 и трансформатора 10, вторичные обмотки которого соединены следующим образом: конец обмотки фазы С - с началом „обмотки фазы Вис кониа обмотки фазы В через диод 19 к управляющему электроду тиристора 14; ана. -гично включены обмотки фаз В и А через диод 20

к тиристору 15; аналогично обмотки фаз А и С - через диод 2 к тиристору 16. Нулевая точка вторичных обмо- ток через ограничивающие сопротивления 22 и ключ 23 соединена с катодамь тиристоров 14-16 вентильного преобразователя. Соединенные в общую точку катоды тиристоров 14-16 через диод

Q 24, дроссель 25, конденсатор 26 соединяются с нулем сети. Параллельно диоду 24 и дросселю 25 подключен тиристор 27, катод которого соединен с катодами тиристоров 14-16, анод --с

5 конденсатором 26, а управляющий элек-г трод через ограничивающий резистор 28 - с катодом диода 24.

Устройство работает следующим , -образом.

0 На вход релейного элемента 3 с источника 4 напряжения управления подается напряжение управления II. Ключ 8 релейного элемента 3 замыкается, так |Как выполняются условия:

5U-KI 4,

где - выходное напряжение датчика 1 тока нагрузки 2; Ширина петли 2 Л гистерезиса ре- лейного элемента 3 подбирается мень0 щей, чем амплитуда пульсаций напряже- . ния датчика 1 тока нагрузки 2.

Величина равна нулю в начальный момент времени и распреде- .литель 9 импульсов, собранный на трансформаторе 10, осуществляют подачу отпирающего сигнала на тот из тиристоров 14-16, на аноде которого наиболее высокий потенциал. Если наиболее высокий потенциал на аноде тиристора 14, то отпирающий сигнал проходит по цепи: конец обмотки фазы А распределителя 9 импульсов - дипд

13- управляющий электрод тиристора

14- катод тиристора 14 - замкнутый ключ В - ограничивающий резистор 17 - общая точка диодного распределителя 9.

Тиристор 14 открьюается и к наг грузке 2 прикладывается напряжение фазы А. Ток I нагрузки 2 под действием напряжения фазы А возрастает. Напряжение с датчика 1 тока увеличивается и при U-KI -Д срабатьшает релейный элемент 3 и размыкает свой ключ 8, снимая отпирающее напряжение с тиристора 14. При этом замыкается ключ 23 релейного элемента 3 и инвар- торный распределитель 18 импульсов подает отпирающий сигнал на один из

5

0

5

0

тиристоров 14-16, на анода которого присутствует наиболее отрицательный потенциал. Этот тиристор в данный момент времени не может зажечься, поэтому продолжает проводить ток тиристор 14.

Одновременно с этим по цепочке диод 24 - дроссель 25 протекает зарядный ток конденсатора 26. Конденса тор 26 заряжается по кривой, соответствующий заряду конденсатора, включенного последовательно с катушкой индуктивности, до напряжения полного заряда, близкого к удвоенному напряжению фазы А. По окончании заряда конденсатора 26 ток через диод 24 спдает до О. Перезаряд конденсатора 26 через дроссель 25 произойти не может вследствие односторонней проводи мости диода 24 и к катоду диода 24 прикладывается напряжение конденсатора 26, превышающее напряжение фазы А которое приложено к аноду диода 24. Диод 24 запирается и к управляющему электроду тиристора 27 через ограничивающий резистор 28 прикладьгаается положительное напряжемте U. относительно его катода, равное напряжению заряженного конденсатора 26.

Тиристор 27 открьшается, а конденсатор 26 подключается к нагрузке 2 и к катодам тиристоров 14-16. Напржение конденсатора 26 является запирающим для открытого тиристора 14. Ток разряда конденсатора, оказьтаясь отрицательным для проводящего тиристора 14, принудительно уменьшает прямой ток тиристора 14 до О. Параметры цепи принудительной коммутации выбираются так, чтобы время нахождения катода проводящего тиристора 14 под запирающим напряжением конденсатора 26 с момента подключения конденсатора 26 к тиристору 14 было достаточно для отключения тиристора 14. Тиристор 14 отключается и, конденсатор 26 продолжает процесс- разряда то ком нагрузки 2.

Напряжение U конденсатора 26 уменьшается и достигает значения, равного наиболее отрицательному напржению на аноде одного из группы тиристоров преобразователя.

Под воздействием уменьшающегося напряжения и конденсатора 26 ток через нагрузку 2 спадает и соответственно напряжение датчика тока начинает уменьшаться. При выполнении

5

5

0

0

5

0

5

0

5

условия U-K17 ;3 срабатьшает релейный элемент 3, замыкает ключ 8 и размыкает ключ 23. Диодный распределитель 9 импульсов подает отпирающий сигнал на тиристоры 14-16.

При соответствующем выборе индуктивности дросселя 25 и емкости конденсатора 26 время заряда ковденсато-. ра 26 и время его разряда много меньше периода Tj, сети.. В этом случае при малой длительности разряда конденсатора 26 и срабатьшании релейного элемента 3 анод тиристора 14 ранее проводивший ток, продолжает быть под наиболее высоким потенциалом, тиристор 14 снова открьшается, отпирающий импульс проходит по цепи, описанной выше.

Вновь начинается процесс заряда конденсатора 26 до величины, превышающей напряжение фазы А. В устройстве устанавливается автоколебание с частотой, зависящей от параметров дросселя 25 и конденсатора 26. При уменьшении напряжения фазы А, начиная с момента естественной коммутации, напряжение фазы В становится выше напряжения фазы А. При поступлении отпирающих импульсов с диодного распределителя 9 открьгеается тиристор 15. Отпирающий сигнал проходит по цепи: конец обмотки фазы В распределителя 9 - диод 12 - управляющий электрод тиристора 15 - катод тиристора 15 - замкнутый ключ 8 - ограничивающий резистор 17 - общая точка диодного распределителя 9. Далее напряжение фазь С становится вьш1е напряжения фазы В. Работает тиристор 16. Отпирающий импульс проходит по цепи: конец обмоткк фазы С распределителя 9 - диод 11 - управляющий электрод тиристора 16 - катод тиристора 16 - замкнутый ключ 8 - ограничивающий резистор 17 - общая точка диодного , распределителя 9.

Таким образом, схема работает в автоколебательном режиме с частотой переключения, зависящей от параметров дросселя 25 и конденсатора 26. Время нахождения преобразователя в .инвер- торном режиме обуславливается уровнем заданного тока источника напряжения управления. Релейный элемент 3 управляет положением ключа 8 в зависимости от указанных выше соотнощений величин (U-KI) и +Л.

При большом входном напряжении управления U напряжение U., К1 датобразователю работать с частотой переключения, много большей частоты питающей сети, что обеспечивает: значительное повьшшние быстродействия преобразователя вследствие перехода в инверторный режим по кривой разряда конденсатора цепи принудительной коммутации и уменьшение амплитуды пульсаций выпрямленного тока.

чика 1 тока не успевает достичь величины U+d за время заряда конденсатора 26. Ключ 8 остается замкнут. На управляющих электродах тиристоров 4- 16 присутствует отпирающее напряжение. Продолжает гореть тиристор, пропускавший ток до поступления скачка напряжения управления. Ток может не достигнуть значения верхнего порога срабатывания релейного элемента 3, т.е. вьшолняется условие и за время горения одного тиристора..В этом случае происходит естественная коммутация, и зажигается следующий по порядку включения тиристор, что обеспечивает максимальное напряжение на нагрузке 2 до момента достижения напряжением К1 величины U+4 . После этого устанавливается рассмотренI ный вьше автоколебательньй режим.

При скачкообразном уменьшении напряжения управления U напряжение

; UQC датчика 1 тока становится больI ше и+Л. Замыкается ключ 23 и размыкается ключ 8. Отпирающий импульс с диодного распределителя 9 импульсов

I на тиристор, пропускавший в данный момент ток, не поступает. Вентильный

преобразователь переходит в инвертор; ный режим по кривой разряда конденI сатора 26. Далее инверторньй распреI дитель 18 импульсов вследствие того,

j что ключ 23 продолжает находиться в

I замкнутом положении, подает отпираю щие сигналы на каждый из тиристоров 14-16 при угле управления с/ 180 -d- -V, где о и V- углы включения и ком- 40 Одноканальное устройство для уп- мутации.равления вентильным преобразователем

Вентильный преобразователь работа- по авт. св. № 10014285 отличаюЩ

10

Угол запаздывания при отработке сигнала на спад тока нагрузки в из- ., вестном устройстве поступления сиг- 15 нала на переключение схемы в инверторный режим при угле управления /, близком к нулю, достигает значения 1Г. Такое запаздывание не позволяет использовать известные устройства в 20 системах, требующих высокого быстродействия, например, как элемента систем автоматики и т.д.

При использовании в вентильных преобразователях тиристоров с малым

25

временем восстановления t „,,,,, О мкс

частоту f переключения одноканально- го устройства можно повысить до (3- -5) кГц, соответственно подобрав параметры дросселя и конденсатора. По

30 сравнению с известным устройством быстродействие предлагаемого устройства повышается в 20-50 раз.

Амплитуда пульсаций выпрямленного тока снижается пропорционально повы35 шеншо частоты переключения устрой-. . ства.

Формула изобретения

ет в инверторном режиме с максимальным отрицательным выпрямленным напряжением на нагрузке до момента спада тока I нагрузки 2 до заданного.

Использование предлагаемого одно- канального устройства для управления вентильным преобразователем обеспечие е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства иумень- 45 шения амплитуды пульсаций выпрямленного тока, оно снабжено цепью прину- дительной коммутации, вьшолненной в виде последовательно соединенных диода, дросселя и конденсатора, подклю- вает по сравнению с известными устрой-50 ченных параллельно нагрузке, и тирис- ствами расширение функциональных воз- тора-, катод которого подключен к на- можностей вентильного преобразователя грузке, анод к конденсатору, а управ- за счет введения в него цепи принуди- ляющий электрод через резистор под- тельной коммутации, позволяющей пре- ключен к дросселю.

14118976

образователю работать с частотой переключения, много большей частоты питающей сети, что обеспечивает: значительное повьшшние быстродействия преобразователя вследствие перехода в инверторный режим по кривой разряда конденсатора цепи принудительной коммутации и уменьшение амплитуды пульсаций выпрямленного тока.

- 10

Одноканальное устройство для уп- равления вентильным преобразователем

Угол запаздывания при отработке сигнала на спад тока нагрузки в из- вестном устройстве поступления сиг- нала на переключение схемы в инверторный режим при угле управления /, близком к нулю, достигает значения 1Г. Такое запаздывание не позволяет использовать известные устройства в системах, требующих высокого быстродействия, например, как элемента систем автоматики и т.д.

При использовании в вентильных преобразователях тиристоров с малым

временем восстановления t „,,,,, О мкс

частоту f переключения одноканально- го устройства можно повысить до (3- -5) кГц, соответственно подобрав параметры дросселя и конденсатора. По

сравнению с известным устройством быстродействие предлагаемого устройства повышается в 20-50 раз.

Амплитуда пульсаций выпрямленного тока снижается пропорционально повышеншо частоты переключения устрой-. . ства.

Формула изобретения

Щ

е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства иумень- 45 шения амплитуды пульсаций выпрямленного тока, оно снабжено цепью прину- дительной коммутации, вьшолненной в виде последовательно соединенных дио1411897

Л В С

п

Фиг. 7