Система электропитания технологических установок Советский патент 1988 года по МПК H02M9/06 

Аа

нЗ}--

Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназначено для использования в качестве источника однополярных силовых импульсов тока с дозированной энергией. Цель изобретения - увеличение выходной мощности путем обеспечения одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменения нагрузки, вплоть до короткого замыкания, и повышение надежности. Система питания включает многоконтурный тиристорно-кондеисатор}гый преобразователь, в KOTOpbrfi между выходами его контуров и нагрузкой вютючено индуктивно-диодное устройство, включающее п-обмоточный дроссель 41 с обмотками 40,44,47 и диодами 48-53. Индуктивно-диодное устройство обеспечивает устойчивую работу контуров преобразователя. Уменьшение жесткости выходной характеристики для уменьшения амплитудного значения тока в импульсе достигается последовательным соединением источников питания системы, один из которых не имеет накопительного конденсатора. За счет использования резисторов 19-21 и обеспечения управления бесконтактным выключателем от величины падения напряжения на резисторах 19-21 достигается защита тиристоров систе -{ы питания . 1 3.п. ф-лы, 3 ил. а €

Изобретение относится к области преобразователей электротехники и предназначено для использования в качестве источ1шка однополяр1 ых силовых с дозированной энергией импульсов тока.

Цель изобретения - увеличение выходной моищости путем обеспечения одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменения нагрузок, вплоть до короткого замыкания, и повьшение надежности.

На фиг.1 представлена электрическая схема системы электропитания технологических установок; на фиг.2 и 3 диаграммы напряжений.

Система состоит из блока питания и тиристорно-ко1щенсаторных преобразовательных контуров с индуктивно- диодным согласующим устройством.

Выводы А, в, с для под1слюче1шя .трехфазногб питающего напряжения сети через бесконтактный тиристорно- диодный выключатель 1 - 6 соединены с первичными обмотками трехфазного сшювого трансформатора 7 и через блок 8 фильтров с первичными обмот- ками трехфазного силового трансформатора 9. Вторичные обмотки транформатора 7 подюночены на вход шестифаз ного тиристорного выпрямителя 10. К выходу выпрямителя 10 подключен фильтрующе-накопительный конденсатор П. К отрицательному выводу выпрямителя 10 подключен нагрузочный балластный резистор 12. Отрицательные обкладки накогштельных конденсаторов 13 - 15 через разделительные тиристоры б - 18 и последовательно соединенные с ними токолграннчкваю- щие балластные резисторы 19 - 21 подключены к отрицательной обкладке конденсатора 11 и минусовому вьтоду тиристорного выпрямителя 10. Вторичные обмотки трансформатора 9 подсоединяются к входу шестифазного диодного выпрямителя 22. Положителыагй вывод тиристорного выпрямителя 10 соединен с отрицательным вьтодом диодного выпрямителя 22 и положительными обкладками накопительных конденсаторов 13 - 15. Положительный выход выпрямителя 22 подключен к другому выводу нагрузочного балластного резистора 12. Тиристорно-конденсатор- ные преобразователыше контуры сос0

s

0

5

0

5

0

5

0

5

тоят из четырех последовательно-параллельно соединенных тиристоров 23- 26, 27-30, 31-34 и представляют собой три выпрямительных однофазных моста для переменного тока. К входам тиристорных мостов к местам последовательно соединенных тиристоров 23 и 26, 27 с 30, 31 с 34 с одной стороны и тиристоров 25 с 24, 29 с 28, 33 с 32 с другой стороны подключены коммутационные конденсаторы 35 - 37.

Катоды тиристоров 23 и 25 подключены к отрицательной обкладке накопительного ко зденсатора 13. Катоды тиристоров 27 и 29 подключены к отри- цателвной обкладке накопительного конденсатора 14. Катоды тиристоров 33 и 31 подключены к отрицательной обкладке накопительного конденсатора 15.

Выходы тиристорно-конденсаторных преобразовательных контуров, т.е. аноды тиристоров 26 и 24, подключены к аноду обратного диода 38, ilarpy- зочному резистору 39 и началу обмотки. 40 индуктивности с дросселя 41; анодами тиристоров 30 и 28 подключены к обратному диоду 42, нагрузочно- r; резистору 43 и началу обмотки 44 Я55ДУКТИВНОСТИ 41 . Аноды тиристоров 32 и 34 подключены к обратному диоду 45, нагрузочному резистору 46 и началу обмотки 47 индуктивности 41. Конец обмотки 40 индуктивности 41 соединен с анодом диода 48 и катодом разделительного диода 49. Конец обмотки 44 индуктивности 41 соединен с анодом диода 50 и катодом разделительного диода 5I. Конец обмотки 47 индуктивности 41 соединен с анодом диода 52 и катодом разделительного диода 53. Аноды разделительных диодов 49,51 и 53 соединен вместе и являются отрицательным выводом системы электропитания, подключенного к нагрузке 54. Катоды диодов 48,50 и 52, другой вывод нагрузочных резисторов 39,43 и 46 и положительньй вывод напряжения диодного выпрямителя 22 . соединены вместе. Данное соединение является положительным выводом системы электропитания н подключается к нагрузке 54.

Система электр тгитания работает следуюпдам образом.

Принцип работы системы электропитания основан на одновременном перезаряде коммутационных конденсаторов 35-37 диагонально расположенными тиристорами 23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,34,33 преобразовательных контуров через нагрузку 54, на которой вьщеляются силовые импульсы. Частота следования (появления) сило- вых импульсов на нагрузке 54 в два раза выше частоты открытия диагонально расположенных тиристоров в преобразовательных контурах.

Энергия W, выделяемая на нагрузке 54 силовыми единичными импульсами,

равна W 2(U,g+E „) ZC,5. б. 37 и не зависит от параметров нагрузки, где - напряжение на накопительных конденсаторах 13 - 15, питаемых от тиристорного выпрямителя 10; Е, ЭДС на выходе диодного выпрямителя 22; 2ГС,у , -JJ - сумма емкостей на копительньк конденсаторов 35 - 37.

Форма силового импульса на нагруз ке 54 имеет крутой передний фронт с амплитудой, равной удвоенному напряжению источника питания 2 U,

2 (и

10

Е„),

пит

и убывает по времени по экспонате до нуля.

Длительность силового импульса зависит от величины сопротивления нагрузки 54, т.е. от времени перезарядки коммутационных конденсаторов 35 - 37.

Источником питания преобразовав тельных контуров являются подзаряжаемые от блока питания накопительные

30

35

Импульс тока, проходящий через обмотку 40 индуктивности 4I, наводит ЭДС на обмотках 44 и 47, пропорциональную величине амплитудного значения тока через обмотку 40, Отрицательный потенциал наводимой ЭДС равен f (IА) на началах обмоток 44 и 47. На резисторах 43 и 46 с обмоток 44 и 47 через диоды 50 и 52 в тот же момент времени t появляется импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной величине амплитуды тока через обмотку 40, но меньше амплитуды напряжения на резисторе 39. Импульсы напряжения с крутым передним фронтом

конденсаторы 13 - 15,и последователь- до резисторах 43 и 46 уменьшают разно соединенный с ними шестифазный диодный выпрямитель 22, питаемый от вторичных обмоток трансформатора 9. Напряжение на накопительных конденсаторах 13 - 15 Bbmie в 2-4 раза вы- ходного напряжения в ыпрямиттеля 22. При поочередной подаче импульсов управления с блока 55 управления на диагонально расположенные тиристоры 23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,33, 34 преобразовательных мостов обкладки коммутационных конденсаторов 35 - 37 поочередно подключаются ими к накопительным конденсаторам 13 - 15 или нагрузке 54 через обмотки 40,44 47, намотанные на замкнутом (тороидальном) магнитопроводе из феррита индуктивности 41, и разделительные силовые диоды 49,51 и 53. Тиристоры

5

0

5

0

5

в преобразователь}Ш1е контуры можно составить без подбора по времени включения.

Индуктивно-диодное согласующее устройство работает следующим образом.

С блока 55 управления на диагонально расположенные тиристоры 23,24, 27,28,31 и 32 в преобразователышх контурах подаются одновременно импульсы управления. Например, тиристоры 23 и 24 с меньшим временем включения открываются первыми в момент времени t . Через резистор 39 (необходимый для работы преобразователя на холостом ходу), обмотку 40 индук-г- тивности 41, разделительный Силовой диод 49 и нагрузку 54 начинает протекать разрядный ток заряженного коммутационного конденсатора 35. На резисторе 39 и нагрузке 54 появляется крутой передний фронт силового импульса.

Импульс тока, проходящий через обмотку 40 индуктивности 4I, наводит ЭДС на обмотках 44 и 47, пропорциональную величине амплитудного значения тока через обмотку 40, Отрицательный потенциал наводимой ЭДС равен f (IА) на началах обмоток 44 и 47. На резисторах 43 и 46 с обмоток 44 и 47 через диоды 50 и 52 в тот же момент времени t появляется импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной величине амплитуды тока через обмотку 40, но меньше амплитуды напряжения на резисторе 39. Импульсы напряжения с крутым передним фронтом

ность потенциалов между анодами и катодами тиристоров этих контуров. Тиристоры подзапираются. Это значительно уменьшает вероятность открытия тиристоров в мостах, на которые не поданы импульсы управления и срыва работы преобразовательных контуров от быстро меняющихся потенциалов, на них, а особенно при максимальных значениях тока в нагрузке 54. Б момент времени t с задержкой (ад крываются тиристоры 27,28,31 и 32 с большим временем включения относительно тиристоров 23 и 24 и через резисторы 43 и 46 начинает протекать разрядный ток коммута1у1онных конденсаторов 36 и 37, хотя и на резисторах 43 и 46 еще присутствует индуктивный импульс от обмотки 40, но он

не уменьшает до нуля разность потенциалов мелоду анодами н катодаг-ш открывающихся тиристоров:

f (1А)2и„„, ,

где 1д - амплитудное значение тока.

Амплитуда напряжения силового импульса также не влияет на открытие этих тиристоров из-за наличия разделительных диодов 51 и 53. С момента открытия тиристоров 27,28,31 и 32 и начала протекания через них и резисторы 43 и 46 тока основной разрядный ток конденсаторов 36 и 37 идет через обмотки 44 и 47 индуктивности 41, разделительные диоды 51 и 53 и нагрузку 54. На нагрузке 54 суммируются разрядные токи коммутирующих конденсаторов 35 - 37. Обратные диоды 38, 42 и 45 служат для ограничения напряжений на элементах схемы, подавления полож11тельных выбросов на выходе преобразовательных контуров из-за нали чия индуктивной составляющей коммутационных конденсаторов и уменьшения потерь в преобразователе.

Импульсы тока, проходящие через обмогки 44 и 47, наводят на обмотке 40 индуктивности 41 кратковременную противоЭДС протекающем через нее разрядноьг току конденсатора 35,

На это малое время уменьшается ток, протекаю1ций через обмотку 40 индуктивности 41. Введение индуктивно-диодного согласующего устройства в многократньш преобразователь обеспечивает самостабилизацию одновременно работающих на общую нагрузку 54 преобразовательных тиристорно-конден- саторных контуров.

По мера разряда коммутационных конденсаторов 37 напряжение на них и разрядный ток уменьшаются до нуля в момент времени t (фиг.2) и времени ty (фиг.З). Но ток в цепи не прекращается, так как эти разряженнью конденсаторы 35 - 37 автоматически оказываются подклю- .ченными к источнику питания и через нагрузку 54 заряжаются по экспоненте до величины напряжения источника питания и пит н° другой полярности.

В момент времени t (фиг.2) и времени tg (фиг.З) зарядный ток конденсаторов становится меньше тока удержания тирй,сторов 23,24,27,28,31 и 32 в открытом состоянии. Тиристоры закры

4449266

ваются. Силовой импульс на нагрузке 54 сформирован.

Основная опасность срыва работы преобразовательных контуров системы питания появляется при малом сопротивлении нагрузки, т.е. при больших и максималькых амплитудных значениях величины тока в импульсе. Для ограни10 чения амплитудного значения тока и уменьшения.вероятности срыва работы одного из преобразовательных контуров источник питания представляет собой последовательное соединение двух

15 источников напряжения, один из которых со стороны нагрузки не-имеет фильтрующе-накопительного конденсатора - это силовой трансформатор 9 и шестифазный диодный выпрямитель 22«20 Введение бесконденсаторного источника напряжения в блок питания системы увеличивает внутреннее сопротивление CHCTeivJbi питания и имеет активно- индуктивный характер за с -шт вторич25 ных обмоток трансформатора 9.

На стабильность работы системы электропитания для получения- мощных силовых импульсов в процессе переза30 ряда коммутационных конденсаторов, особенно на режимах предкороткого замыкания н короткого в нагрузке 54, vi ограничения амплитуд:1ого значения тока влияет наличие в цепи полного (активно-индуктивного) внутреннего сопротивления источника питания без фильтрующе-накопительного конденсатора. Емкостно-нндуктивный фильтр 8 включен в первичную обмотку трансфор4Q матора 9 для исключения проникнове- ния в трехфазную питающую сеть коротких импульсов, возникающих во вторичной обмотке трансформатора 9 при работе преобразователя, С нагрузки 54

g (выходы д,е) импульсное напряжение подается в блок 55 управления тиристорами преобразовательных контуров. Это напряжение является обратной связью для.задержки генератора им35

пульсов управления тиристорами преобразовательных контуров. Задающий генератор выдает очередной импульс управления на диагонально-расположенные тиристоры в мостах только после полного перезаряда коммутационных конденсаторов от предыдущего импульса управления..

Обратная связь влияет на работу задающего генератора, частоту следо

вания управляюгцих импульсов только при работе преобразователя на холос том ходу или небольшой величине соп ротивления нагрузки 54 (при подходе электрода к обрабатываемой детали) постоянной составляющей на нагрузке 54.

Работа блока питания для данной системы состоит в следующем.

Трехфазное напряжение питания через бесконтактньй тиристорно-диодный выключатель 1 - 6 подается на первич ные обмотки трехфазного трансформатора 7 и через индуктивно-емкостный фильтр 8 на первичные обмотки трансформатора 9. Напряжение с вторичных обмоток трансформатора 7 подается на тиристорный управляемый шестифазный выпрямитель 10, к выходу которого подключен фильтрующе-накопительный конденсатор 11. Напряжение с вторичной обмотки трансформатора 9 подается на шестифазный диодный выпрями - тель 22. Выпрямители 10 и 22 соедине ны последовательно, их общая точка соединена с положительной обкладкой накопительных конденсаторов 13 -15. Балластный резистор 12 необходим для разряда конденсатора 11, при установлении необходимого выходного напряжения блока питания преобразователя.

В блок 56 управления тиристорным выпрямителем введена обратная связь (точка Q и 9) для стабилизации выходного напряжения блока питания. Через балластные резисторы 19 - 21 и тиристоры 16 - 18 развязывающие по питанию контура производится подзарядка накопительных конденсаторов от фильтрующе-накопительного конденсато ра 11 и тиристорного выпрямителя 10.

Работа устройства защиты тиристоров в контурах от пробоя по току в случае срыва работы контуров преобразователя состоит в следующем.

Балластные резисторы 19 - 21 ограничивают ток короткого замыкания в случае срыва работы в одном из конту ров преобразователя, например, одновременное открытие последовательно соединенных тиристоров в мосте, например 23 и 26, и подключения напряжения блока питания в нагрузку (межэлектродный промежуток).

В этом случае на резисторе 19 резко увеличивается падение напряжения - выводы а и S и в блоке 57 - управления защиты тиристоров преоб1444926

разователя, срабатывает пороговое устройство, отключающее питание первичных обмоток трансформатора 7 и 9 от питающей сети бесконтактным тирис- торно-диодным выключателем 1 - 6.

Управление энергией в импульсе на нагрузке 54 в зависимости от обрабатываемой площади и технологических требований на качество обработки производится плавно - изменением выходного напряжения системы питаш5я или количеством одновременно работающих ее контуров, т.е. величхйой емкости коммутационных конденсаторов. Включение и отключение контуров в работу производится тиристораш 6 - 18 от блока 56 управления.

20 Формула изобретения

25

35

40

45

50

55

хоДному выводу диод подключен в проводящем для тока нагрузки направлении

2, Система, по п.1, о т л ича ю- D а я с я тем, что дополнительно

- Фае. г

введены п цепочек, каждая из которых включена параллельно одной из обмоток дросселя и состоит из последовательно включенных второго дополнительного диода и резистора.

Сзад

Фив.З