Трехфазный вентильный преобразователь-компенсатор Советский патент 1989 года по МПК H02M7/523 

Jff-)

w

s

СЛ

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования величины компенсируемой К-й гармоники и области использования по мощностному диапазону. Преобразователь-компенсатор содержит блоки 13-24, представляющие собой тиристорные мосты с обратными вентилями и LC-контурамн. Блоки 25,

i

I . J . I .s

3ff 37 I { 39 I jg

«/ U4

3f

I f П TT II H ГТ

37 I { 39 I jg

l U4

i

ПГЛП

4

д

J . I .s

П TT II H ГТ

4 СП

00

со СП

26 вьшолнены.аналогично блокам 13- 24 и отличаются параметрами LC-кон- туров. К .трехфазным фазосдвйгающим узлам 34, 35 подключены умножители 36-41 частоты. С вьрсодов нуль-органов 42-47. снимают две трехфазные сисГ

(Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовым полупроводниковым (тиристорным) преобра- зователям, и предназначено для ликвидации искажения формы напряжения в трехфазных сетях, питающих мощные нелинейные нагрузки, путем компенсации высших гармонических составляющих тока, генерируемых ими, и может быть использовано на предприятиях электролизной промышленности, тяговых выпрямительных подстанциях и на подстанциях, питающих мощные двига- тали постоянного тока, управляемые тиристорными выпрямителями.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования величины компенсируемой К-й гармоники и области использования по мощност- ному,диапазону.

На фиг. 1 приведена известная схема инверторного моста, на основе которой построен предлагаемьй преобразователь-компенсатор; на фиг.2 - принципиальная блок-схема трехфазного вентильного преобразователя- компенсатора; на фиг. 3 - временные диаграммы процессов в одном из.инвер торных мостов преобразователя-компенсатора; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя-компенсатора.

Тиристорный.мост СФиг. 1) содержи тиристоры 1-4, каждый из которых шунтирован одним из диодов 5-8 обратного тока, образующих диодный мост. В диагональ переменного-тока включены дроссель 9 и конденсатор 10, образующие LC-цепочку, настроенную на частоту Kf. Выводами 11 и 12 блок 13 включен к общую систему вентильного преобразователя-компенсатора, показанную на фиг. 2.

темы импульсов, которые подают на входы распределителей 48, 49 импульсов. Блоки 25, 26 искдачают влияние системы блоков 13-24 на сеть, обеспечивая ликвидацию переменного тока на выходе выпрямителя 33. 4 ил.

Вентильный преобразователь-компен сатор, помимо блока 13, содержит блоки 14-24, полностью аналогичные блоку 13. Блоки 25 и 26 по структуре также аналогичны блоку 13, но отличаются от него параметрами дросселя 9 и конденсатора 10. Общие точки блоков 13, 14 и 15, 16 объединены и подключены к фазе 27 трехфазной компенсируемой ,; 0 системы 28. Общие точки блоков 17, 18 и 19, 20 также объединены и подключены аналогичным образом к фазе 29 трехфазной сети 28. Общая точка блоков 21, 22 и 23, 24 подключена к фазе 30. 5 Другими своими полюсами блоки 13-24 подключены к выводам 31 (положительный полюс) и 32 (отрицательный полюс) постоянного напряжения выпрямителя 33, получающего питание от трех- 0 фазной сети 28. Система управления содержит трехфазные фазосдвигающие узлы 34и 35,квыходам каждогоиз которых подключены умножители частоты f на К, которые могут быть выполнены, на- 5 пример, в виде умножителей числа фаз 36-38 и 39-41 и нуль-органов 42-44 и 45-47. С выходов нуль-органЬв 4247снимают две трехфазные системы импульсов частоты K«f, которые по30 дают далее на вход распределителей

48и 49 импульсов. Импульсы с выходов последних подают на управление тиристорами блоков 13-26.

35

На фиг. 3 показаны временные диаг раммы работы инверторного моста 13, подключенного выводами 11 и 12 на постоянное напряжение: 50 - напряжение на последовательно соединенных 40 индуктивности .9 и конденсаторе 10; 51 - диаграмма тока в последовательно соединенньк индуктивности 9 и , ; конденсаторе 10; 52 - диаграмма

тока в диагонали постоянного тока тиристорно-диодного моста 13.

На фиг. 4 показаны: 53 - диаграмма напряжений фазы, например,27 сети 28; 54 - потенциальный уровень выво- ра 31 постоянного напряжения; 55 - потейциальньй уровень вывода 32 постоянного напряжения; 56 - диаграмма тока диагонали тока тиристорно-диод- 1ного моста 14; 57 - диаграмма тока диагонали постоянного тока тйристор- но-диодного моста 13; 58 т диаграмма тока на выходе блоков 13 и 14, полученная как разность токов по диаграммам 56 и 57.

Работу тиристорного моста (блока 13) рассмотрим на примере фазы 27 сети 28. Импульсы, определяющие работу блока, подают попарно поочередно на тиристоры 1, 3 и 2, 4. Ластота подачи импульсов на каждый тиристор в два раза ниже частоты коммутируемой гармоники, т.е. равна 0,5 Kf. Частота собственных колебаний цепи из последовательно соединенных дросселя 9 и конденсатора 10 должна быть равна частоте генерируемой гармоники тока, т.е. Kf. Ток через дроссель 9

10

I

ным образом. Величина тока на выходе каждой пары зависит только от величины напряжения между выводами 31, 32 и параметров дросселя 9 и конденсатора 10 в диагонали тиристорно- диодных мостов,- так как увеличение напряжения, например, на верхнем мосте (13, 15...) сопровождается ана логичным уменьшением напряжения на нижнем мосте (14, 16...).

Фаза .генерируемого каждой парой мостов тока определяется фазой уп- равлякицих импульсов. Таким образом, 15 управляя фазой импульсов, можно уп- равлять, во-первых, фазой генерируемого тока, во-вторых, величиной зто- го тока.

Для управления величиной генерируемого тока в каждой фазе включены две пары тиристорно-диодных мостов. В фазе 17, например, включены мосты 13, 14 (одна пара) и 15, 16 (вторая пара).

Управление преобразователем имеет два самостоятельных полностью оди наковых канала, один из которых управляет мостами 13, f4; 17, 18; 21, 22, а другой - мостами 15, 16; 19, 20;

20

25

- J « AlWX i А С1.1 иПIJj | 1 .Ч/

и конденсатор 10 при условии постоян- зо 23, 24. Каждый из каналов имеет фазоства напряжения между вьтодами 1t и 12 показан на диаграмме 51 (фиг.З). Ток на выходе моста, т.е. в диагонали постоянного тока, показан на диаграмме 52. Амплитуда тока (Ijj) в диагонали постоянного тока связана с уровнем Напряжения Т4ежду выводами 11 и 12 (U«,(i ) через волновое cbr противление Zj цепочки 9-10:

- z7 ГьГ

AlOro .

где Lg - величина индуктивности 9; - величина емкости 10. Изменение напряжения фаз сети /(диаграмма 54, фиг. 4) обусловливает i изменение величины трка на выходах блоков 13, 14-24. На диаграмме 56 показано изменение тока на выходе блока 14, а на диагра;мме 57 - изменение тока на выходе блока 13, С блоков 13 и 14 в фазу 27 сети 28 поступает, таким образом, ток, который определяется как разность токов блоков 13 и 14. Ток показан на диаграмме 58, фиг. 4.Блоки 15 и 16, 17 и 18, 19 и 20, 21 и 22, 23 и 24 работают аналогичсдвигающий узел 34 (35), который определяет фазу генерируемой выходной гармоники. С помощью блоков 36-38 (39-41) трехфазная система напряжений 35 преобразуется в три системы с числом фаз, равным номеру генерируемой гармоники (К). Эти три К-фазные системы сдвинуты по фазе на 120. Блоки 42- 47 преобразуют К-фазную систему час- 40 тоты f в однофазную систему частоты. Используя далее фазы напряжений на выходе блоков 42-47, с помощью расп- ределнтелей 48 и 49 формируют импульсы на управление тиристорами блоков 13-26.

Симметричная система гармонических токов частоты, отличной от частоты сети, обусловливающей напряже-. ние, не потребляет и не отдает знер- гии в сеть в целом за период. Однако, как показывает анализ, такая система обусловливает переменный ток на зажимах постоянного напряжения 31 и 32. Частота этого тока на один номер ниже номера генерируемой гармоники. Для исключения влияния системы блоков 13-24 на сеть 28 введены блоки 25 и 26, обусловливающие ликвидацию переменного тока на выходе выпрями45

50

55

и

10

I

58954

ным образом. Величина тока на выходе каждой пары зависит только от величины напряжения между выводами 31, : 32 и параметров дросселя 9 и конденсатора 10 в диагонали тиристорно- диодных мостов,- так как увеличение напряжения, например, на верхнем мосте (13, 15...) сопровождается аналогичным уменьшением напряжения на нижнем мосте (14, 16...).

Фаза .генерируемого каждой парой мостов тока определяется фазой уп- равлякицих импульсов. Таким образом, 15 управляя фазой импульсов, можно уп- равлять, во-первых, фазой генерируемого тока, во-вторых, величиной зто- го тока.

Для управления величиной генерируемого тока в каждой фазе включены две пары тиристорно-диодных мостов. В фазе 17, например, включены мосты 13, 14 (одна пара) и 15, 16 (вторая пара).

Управление преобразователем имеет два самостоятельных полностью оди наковых канала, один из которых упра: вляет мостами 13, f4; 17, 18; 21, 22, а другой - мостами 15, 16; 19, 20;

20

25

J « AlWX i А С1.1 иПIJj | 1 .Ч/

зо 23, 24. Каждый из каналов имеет фазозо 23, 24. Каждый из каналов имеет фазосдвигающий узел 34 (35), который определяет фазу генерируемой выходной гармоники. С помощью блоков 36-38 (39-41) трехфазная система напряжений 35 преобразуется в три системы с числом фаз, равным номеру генерируемой гармоники (К). Эти три К-фазные системы сдвинуты по фазе на 120. Блоки 42- 47 преобразуют К-фазную систему час- 40 тоты f в однофазную систему частоты. Используя далее фазы напряжений на выходе блоков 42-47, с помощью расп- ределнтелей 48 и 49 формируют импульсы на управление тиристорами блоков 13-26.

Симметричная система гармонических токов частоты, отличной от частоты сети, обусловливающей напряже-. ние, не потребляет и не отдает знер- гии в сеть в целом за период. Однако, как показывает анализ, такая система обусловливает переменный ток на зажимах постоянного напряжения 31 и 32. Частота этого тока на один номер ниже номера генерируемой гармоники. Для исключения влияния системы блоков 13-24 на сеть 28 введены блоки 25 и 26, обусловливающие ликвидацию переменного тока на выходе выпрями45

0

5

теяя 33. Таким образом, выпрямитель 33 не является энергетическим элементом. Черед него проходит только мощ:: ность компенсирующая потери в бло:| как 23-26. Следовательно, выпрямитель 33 не оказьшает искажающего вли- на сеть.

Постоянное напряжение на выходе выпрямителя 33 должно быть несколько вьше амплитуды линейного напряжения сети 28i Выпрямитель 33 может содержать автотрансформатор с коэффициентом трансформации, близким к единице, т.е. практически нулевой мощности, обусловливающей в то же время гальваническую связь системы блоков 13-26. с сетью 28 через,выпрямитель 33.

Блоки 13-26 могут содержать несколько тиристорных мостов, вклю- ченных последовательно (или параллельно) с целью увеличения уров ня общего напряжения (или величины тока) , что обусловливает возможность создания компенсирующих систем различной мощности и уровня напряжения.

Формула

изобретения зо

25

Трехфазный вент шьный преобразователь-компенсатор, содержащий три пары основных последовательно соединенных по цепи постоянного тока и включенных между шинами питания однофазных тиристорных мостов со встречно-параллельно подключенными к ним мостами диодов обратного тока, прио

чем в диагоналях переменного тока этих мостов-включены настроенные на частоту Kf LC-цепочки, где f - астота сети, в которой компенсируется К-я гармоника, а точки соединения пар мостов образуют выходные.вьюоды преобразователя, а также блок управления, включающий в себя последовательно связанные между собой подклю- чаемь1й к трехфазной сети частоты f основной трехфазный управляемый фазо- сдвигающий узел, основной трехфазный уг ножитель частоты f на К и основной

5 распределитель импульсов, обеспечивающий попеременное включение соответствующих пар тиристоров указанных мостов, отличающ-ийся тем, что, с целью расширения диапа0 зона регулирования величины компенсационной К-й гармоники и области использования по мощностному диапазону, он снабжен аналогично вьшолненными и соединенными аналогично основным мос5 там тремя парами дополнительных мостов с мостами диодов обратного тока и 1С цепочками с подключением точек соединения пар этих мостов к соотбет- ствующим выходным выводам преобразователя, а также последовательно соединенными между собой и аналогично выполненными дополнительным трех- фазньм управляемым фазосдвиг ающим уз35

лом, дополнительней трёхфазным умножителем частоты f на К и дополнигг тельным распределителем импульсов, обеспечивающим попеременное включе - ние соответствующих пар -тиристоров дополнительных мостов.

Г|

Фив. i

SJ

Ч-с

r

W Лл/ лл/

Лл

VXA/W w

52