Выпрямительно-инверторный преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H02M9/00 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в качестве главного преобразователя переменного тока в постоянный (в режиме тяги) и обратно (в режиме рекуперативного торможения), например, на железнодорожном подвижном составе.

Цель изобретения - снижение массо гйбаритных показателей, повышение КП и расширение рабочего диапазона преобразователя.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема преобразова- теля; на фиг.2 - временные диаграммы работы преобразователя для алгоритма работы с принудительным запиранием всех тиристоров; на фиг.З - временные диаграм Я:1 с использованием переключений тиристоров ,с помощью напряжений секций вторичной обмотки трансформатора.

Выпрямительио-инветорный преобразователь (фиг.1) содержит выпрямительный тиристорный мост, состоящий из тиристоров 1-4, через который нагрузка 5 (электрическая машина) подключена к вторичной секционированной обмотке 6. Параллельно каждой секции последней включены конденсаторы 7 и 8. Аноды первого 9 и третьего 10 дополнительных тиристоров соединены с анодами тиристоров 1 и 2 вьтрями- тельного моста, а катоды второго 11 и четвертого 12 дополнительных тиристоров - с катодами тиристоров 3 и 4 того же моста. Катод первого 9 и ано второго I} дополнительных тиристоров

д

0

5

полнительнык тиристоров 9-12, причем ,,j - обозначают временные интервалы j а цифры соответствуют обозначению тиристоров на фиг.I.

тервал времени t соответствует началу буферного периода, в котором ток нагрузки замыкается вне обмоток 6 трансформатора через тиристоры 10 и П. Током нагрузки происходит перезаряд коммутирующего конденсатора 13, после завершения которого включают тиристор 12. Тиристор 1 запирается напряжением U конденсатора 13 и ток нагрузки в интервале времени t 7 проходит по буферноь{у контуру из тиристоров 10 и 12. Перед включением тока нагрузки в обмотку 6 трансформатора (в интервале t) отпирают тиристор 9. Напряжением U запирается тиристор 10 и происходит перезаряд конденсатора 13, по окончании которого отпирают тиристор 2. Тиристор 9 запирается напряжением и 2 + . Ток нагрузки скачком подключается к одной секции вторичной обмотки 6 трансформатора через тиристоры 2 и 12. В первичной обмотке того же трансформатора ток

кону благодаря возбулсдению колебательного процесса во входном контуре. В интервале времени tg отпирается тиристор 11, а тиристор 12 при этом запирается напряжением Ui конденсаТо- ра 13 и последний перезаряжается, В момент завершения первого полупериода колебания тока во входном контуре отпирают тиристор 3. Тиристор 11 запирается напрял:ением U у + U /2. Коле

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано на железнодорожном подвижном составе в качестве главного реверсивного преобразователя. Цель изобретения - снижение массогабаритных показателей, по- вьшение КПД и расширение рабочего диапазона. Устройство состоит из выпрямительного моста на тиристорах 1-4, во входную диагональ которого включена секционированная вторичная обмотка 6 трансформатора, каждая секция которой зашунтирована одним из конденсаторов 7, 8. Дополнительные тиристоры 9-12 соединены попарно последовательно и между их общими точками соединения включен коммутирующий конденсатор 13. Аноды тиристоров 9, 10 соединены с анодами тиристоров 1, 2. Катоды тиристоров 11, 12 соединены с катодами тиристоров 3, 4. За счет обеспечен11я регулируемого перезаряда конденсатора 13 током нагрузки уменьшается емкость конденсатора 13, причем время прохождения этого тока не связано с длительностью коммутаций. Реактивная энергия цепи переменного тока рассеивается во время коммутаций во входном контуре, переключение тиристорных плеч происходит практически мгновенно и конденсатор 13 служит лишь для обеспечения схемного запирания тиристоров, длительность которого меньше длительности коммутаций. 3 ил. (Л

соединены с одним из выводов коммути-до бательный процесс во входном контуре

рующего конденсатора 13, второй вывод которого подключен к средней точке вторичной обмотке 6 силового трансформатора, как и катод третьего 10 и анод четвертого 12 дополнительных ти- дс ристоров.

прекращается, ток нагрузки вводится во всю вторичную обмотку 6 трансформатора и начинается период выпрямления t .

Процесс коммутации (интервалы вреНа диаграммах (фиг.2) приняты еле- мени t j, к tr) сопровождается наложедуняцие обозначения: кривые U, их, - соответственно напряжение на вторичной обмотке трансформатора 6 и ток в его первичной обмотке, т.е. потреб ляемый из питакядей сети; кривая Uj - напряжение на коммутирующем конденсаторе 13 (полярность напряжений U и и показана условно и соответствует ее обозначению на фиг.1). Остальные диаграммы иллюстрируют интервалы открытого и закрытого состояний тиристоров 1-4 выпрямительного моста и допрекращается, ток нагрузки вводится во всю вторичную обмотку 6 трансформатора и начинается период выпрямления t .

Процесс коммутации (интервалы вре

нием полупериода напряжения собственных колебаний входного контура на кривую sтop чнoгo напряжения U-j.

Изменение момента начала интервала t 4 (фазы) регулируется среднее значение выпрямленного напряжения на нагрузке 5. Период выпрямления t заканчивается с отпиранием тиристора 9. Тиристор 2 при этом запирается напряжением Ui-Ui/2. В интервалах времени t ., tg возникает аналогично описан;наму колебательный процесс во

входном контуре и ток i по косину- соидальному закону снижается до относительно небольшого принужденного тока указанного контура к концу интервала tj, который начинается при отпирании тиристора 10 и запирании тиристора 9 напряжением U., конденса-- тора 13. Ток нагрузки из последнего выводится и, таким образом, напряжение и ограничивается независимо от длительности коммутации (например, выведения тока нагрузки из обмоток 6 трансформатора). При завершении ком10

интервала t ) напряжение 1) достаточно для обеспечения надежного переключения тиристорных плеч.

В интервале t (фиг.З) включены тиристоры 9 и 12, происходит запирание тиристора 1 напряжением U конденсатора 13 и перезаряд последнего до заданного значения, а затем включают тиристор 1I и ток нагрузки проходит через цепь из тиристоров 9 и 10 - буферный интервал t.. Этот интервал заканчивается при отпирании тиристора 2 и запирании тиристора 9 мутации отпирается тиристор И, а ти- 15 напряжением U.. Аналогично опи- ристор 3 запирается напряжением санному алгоритму (фиг.2) колебательным образом происходит введение тока нагрузки в обмотку (секции) б- транс-U-I/2. Колебательный процесс во входном контуре прекращается, ток нагрузки выводится из секций обмотки 6 трансформатора в цепь из последовательно включенных тиристора 10, конденсатора 13 и тиристора 11.

Далее происходит аналогичное описанному управление рабочими процессами преобразователя в следующем, условно отрицательном полупериоде питающего напряжения, за исключением того, что вместо тиристоров 2 и 3 включают соответственно тиристоры 1 и 4 (фиг.2). Для более равномерного распределения тока нагрузки по плечам преобразователя в буферном периоде можно чередовать по полупериодам питающего напряжения цепи из тиристоров 10, 12 и 9, II, для чего в начале интервала t . отпирают тиристор 9 (вместо 12 в пре- дьщущем полупериода), а в конце это- г о интервала отпирают тиристор 12 (вместо тиристора 8).

С целью снижения рабочей частоты коммутирующего конденсатора 13 и уменьшения числа его перезарядов в буферном интервале до одного может быть применен другой алгоритм управления преобразователем (фиг.З), где кривая и, - напряжение в питающей сети, характерное для работы мощных потребителей с вьшрямительной нагрузкой, и - вторичное напряжение трансформатора, которое содержит искажения, трансформированные из питающей сети, а также возникающие во входном контуре при коммутациях. При этом время L оказывается недостаточным для восстановления запиракщих свойств соответствующих тиристоров без применения принудительного их запирания. В момент окончания коммутации (конец

20

форматора в интервале времени t через тиристоры 2 и 11 и кЬнденсатор 13, а в интервале t через тиристоры 2 и 12. В момент завершения коммутации отпирают тиристор 3. При этом тиристор 12 запирается напряжением 25 одной секции обмотки 6 и начинается период вьтрямления tf, который так же, как и процесс выведения тока на грузки из обмотки 6 трансформатора в интервалах t, t-, аналогичен приве30

денному алгоритму, за исключением того, что в буферном интервале проис-г

ходит один перезаряд конденсатора (фиг.З).

35

40

50

55

12

Формула изобретения

Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержапщй силовой трансформатор , вторичная обмотка которого выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, каждая из которых зашунтирована конденсатором, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный ти- ристорный мост, анодная группа плеч 45 которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнитель- , ного тиристора, анод которого и катод первого дополнительного тиристора соединены с одним из выводов коммутирующего конденсатора, подключенного вторым выводом к точке соединения секций вторичной обмотки силового трансформатора, отличающий- с я тем, что, с целью снижения мас- согабаритных показателей, повышения КПД и расширения рабочего диапазона, он снабжен третьим и четвертым дополнительными тиристорами, coeдинeш ы a

интервала t ) напряжение 1) достаточно для обеспечения надежного переключения тиристорных плеч.

В интервале t (фиг.З) включены тиристоры 9 и 12, происходит запирание тиристора 1 напряжением U конденсатора 13 и перезаряд последнего до заданного значения, а затем включают тиристор 1I и ток нагрузки проходит через цепь из тиристоров 9 и 10 - буферный интервал t.. Этот ин

форматора в интервале времени t через тиристоры 2 и 11 и кЬнденсатор 13, а в интервале t через тиристоры 2 и 12. В момент завершения коммутации отпирают тиристор 3. При этом тиристор 12 запирается напряжением одной секции обмотки 6 и начинается период вьтрямления tf, который так же, как и процесс выведения тока на грузки из обмотки 6 трансформатора в интервалах t, t-, аналогичен приве30

денному алгоритму, за исключением того, что в буферном интервале проис-г

ходит один перезаряд конденсатора (фиг.З).

12

Формула изобретения

Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержапщй силовой трансорматор , вторичная обмотка которого выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, каждая из которых зашунтирована конденсатором, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный ти- ристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнитель- , ного тиристора, анод которого и катод первого дополнительного тиристора соединены с одним из выводов коммутирующего конденсатора, подключенного вторым выводом к точке соединения секций вторичной обмотки силового трансформатора, отличающий- с я тем, что, с целью снижения мас- согабаритных показателей, повышения КПД и расширения рабочего диапазона, он снабжен третьим и четвертым дополнительными тиристорами, coeдинeш ы a

последовательно, ойцая точка соединения которых подключена к точке соединения секций вторичной обмотки силового трансформатора, анод третьего

/ /

9 W 11 1Z

дополнительного тиристора соединен с анодом первого дополнительного тиристора, а катод четвертого - с катодом второго дополнительного тиристора.

.Z

U1

Риг. J