Выпрямительно-инверторный преобразователь Советский патент 1989 года по МПК H02M7/155 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой npei;if)pa- зовательной технике, и может бить использопано в системах питания как коллекторных, так и бесколлекторных тяговых двнгат(лей лектровозоз переменного тока.

Цель изобретения - попыиенне коэффициента мощности выпрямительно- инверторного преобразователя.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преддтагаемого прео бразова- теля; иа фиг. 2 - временные диагран- мь1 напряжений и токов, а также состояний тиристоров для выпрямительного режима работы; на фиг, 3 - то же для инверторного режима работы преобразователя,

Преобразователь (фиг, 1) содер}кит однофазный трансформатор, первичная обмотка 1 которого подсоединена через токосъемник 2 к сети переменного тока, две цепочки последовательно соед1-шенных тиристоров 3-6 и 7-10, причем аноды тиристоров 3 и 7 и катоды тиристоров 6 и 10 соединены между собой соответственно и подключены к нагрузке преобразователя, содержащей последовательно соединенные сглаживающий реактор 11 и коллекторный тяговый двигатель 12 с независи- №,1м возбуждением (обмотка независимого возбуждения не показана). Общие точки соединения тиристоров 3, 4 и 7, 8 подсоединены к вуводам одной вторичной обмотки 13 трансформатора, а o6iane точки соединения тиристоров 5, 6 и 9, 10 юдсоединены к другой вторичной обмотке 14 трансформатора. Зыпримительио-инверторный преобразователь содержит также коммутирующий конденсатор 5, 1 одсоединенный к общим точкам соединения тиристоров 4, 5 и 8, 9, зарядный узел, выполненный в виде двух пепочерс последовательно соединенных зарядюго реактора 16 (18) и зарядного тиристора 17 (19), подсоединенных своими выводами к выводам кoм ryтиpyющeгo конденсатора 15 и к выводам вторичной обмотки 13, и узел 20 управления, соответствующими выводаг-ni подсоединпиный к тиристорам 3-10, 17 и 19, Узел управления представляет собой известную систему им- пульсно-фазового управления преобразователями переменного напряжения в постоянное.

0

5

0

5

0

ПреоПрачонатель в выпрямительном режиме рлботает следующим образом.

Предположим, первоначально до момента времени О ток нагрузки I,, за- ;- В.1кался в буферном контуре через 11роподя1;ц1е тиристоры 3-6, Полярность напряжений на вторичных обмотках 13 и 14 трансформатора в первом полупериоде питающего напряжения показана на фиг. 1 стрелками, В момент времени О включают тиристор 10, в результате чего на интерва-че 0,..t (фиг, 2) осуществляется естественная коммутация нарастания тока в трансформаторе, в процессе которой ток нагрузки 1, из тиристора 6 переводится в тиристор 10 и вторичную обмотку 14 трансформатора. При этом в .кривой напряжения U вторичной обмотки 14 содержится коммутационный Провал напряжения. В момент времени t окончания процесса естественной коммутации ток i , первичной обмотки достигает величины тока нагрузки I,,, деленного на коэффициент трансформации К между первичной обмоткой 1 и вторичной обмоткой 14 трансформатора i 1,/К, а ток нагрузки I ,, замыкается по цепи: вторичная обмотка 14, тиристор 10, нагрузка 11, 12, тиристор 3, тиристор 4, тиристор 5, вторичная обмотка 14,

В момент времени t включают ти5 ристор 7, На интервале времени

t,,.tj производится процесс естественной коммутации нарастания тока во вторичной обмотке 13 аналогично описанному. При этом ток i-| в момент

0 времени t увеличивается на величину тока нагрузки I , , деленному на коэффициент трансформации К между первичной обмоткой и вторичной обмоткой 13 трансформатора, а ток нагруз5 ки 1, замыкается по цепи: вторичная обмотка 13, тиристор 4, тиристор 5, вторичная обмотка 14, тиристор 10, нагрузка 11, 12, тиристор 7, вторичная обмотка 13.

0 В момент времени t начинается процесс принудительного гашения Тока трансформатора за счет энергии электрического поля, накопленного в коммутирующем конденсаторе 15.

5 Первоначально конденсатор 15 не заряжен. В момент времени О под действием напряжения U вторичной обмотки 13 через коммутирующий конденсатор начинает протекать зарядньй

ток по цепи: вторичная обмоткл 13, тиристор 4, конденсатор 15, реактор 18, тиристор 19, вторичная обмотка 13. К моменту времени t конденсатор 15 заряжается до напряжения, превышающего ам1шитуду напряжения U, что обусловлено наличием зарядного реактора 18. Полярность напряжения показана на фиг. 1 без скобок.

В момент времени t включают тиристор 8, под действием напряжения Ujj конденсатора 15 ток во вторичной обмотке 13 уменьшается и в момент времени t достигает нуля. При этом тиристор 4 запирается, ток нагрузки I , замыкается по цепи: вторичная обмотка 14, тиристор 10, нагрузка 11, 12, тиристор 7, тиристор 8, конденсатор 15, тиристор 5, вторичная обмотка 14. В процессе принудительной

10

,

92 33fi

него гашения тока в обметках 13 и 14 соответственно.

Преобразователь в режиме зависимого инвертирования работает cjieayo шим образом.

Предположим, первоначально заряженный конденсатор 15 имеет напряжение, полярность которого показана на фиг. 1 в скобках, а ток нагрузки замыкается по цепи: нагрузка 11, 12, тиристоры 3-6. В момент времени О (фиг. 3) включают тиристор 9, начинается процесс принудительной комму- 15 тации нарастания тока во вторичной обмотке 14. Ток в обмотках 14 нарас- под действием разности напряжений конденсатора 15 и обмотки 14 по цепи + обкладка конденсатора 15, 20 тиристор 9, обмотка 14, тиристор 5, - обкладка конденсатора 15. В мо

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано для питания системы тяговых двигателей электроподвижного состава переменного тока. Цель изобретения - повышение коэффициента мощности преобразователя. Устройство содержит две зоны регулирования напряжения, подсоединенные к двум вторичным обмоткам 13 и 14 трансформатора 1, коммутирующий конденсатор 15, подключенный между двумя зонами определенным образом, и зарядный узел из двух цепочек, включающих каждая последовательно соединенные зарядный реактор 16 (18) и зарядный тиристор 17 (19), подключенный к выводам конденсатора 15. При работе преобразователя в одном из двух режимов, выпрямительном или инверторном, осуществляется принудительная коммутация соответствующих тиристоров двух зон. В результате уменьшается фазовый сдвиг между первой гармоникой сетевого тока и напряжением и соответственно повышается коэффициент мощности преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1S

и.

ет знак. Полярность напряжения и показана на фиг. 1 в скобках. В момент времени t напряжение Uj, начинает превышать текущее значение напряжения и 1, включается тиристор 9. Под действием увеличивающегося напряжения конденсатора 5 ток во вторичной обмотке 14 уменьшается, достигая нулевого значения в момент времени tg. Ток нагрузки зам1)1кается в буферный контур и протекает по цепи: нагрузка 11, 12, тиристоры 7-10, нагрузка 1 1 , 12.

В следующий полупериод питающего напряжения электромаг}1итные процессы в преобразователе протекают аналогично описанному. На интервалах времени t g. .. t g н t ,д. , . t ,, осущестатя- )отся процессы естественной коммутации нарастания тока во вторичных обмотках 14 и 13 соответственно iутем вклЕочения соответствующих тиристоров преобразователя согласно диаграмме управляющих импульсов (фиг. 2), На интервалах времени t. . . С и t ... t , осуществляются процессы принудитель-

коммутации напряжение U, конденсатора 15 снижается за счет тока разряда однако на интервале t. ..t,, пока напряжение U ,. превышает текущее значение питающего напряжения обмотки 13, к запертому тиристору 4 прикладывается обратное напряжение, способствуя восстановлению непроводя- L oix свойств тиристора.

На интервале времени t...t напряжение и., на конденсаторе 15 менямент времени t |, тиристор 5 запирается, ток нагрузки протекает по цепи: нагрузка 11, 12, тиристоры 3, 4, конден25 сатор 15, тиристор 9, обмотка 14, тиристор 6, нагрузка II, 12. Под действием тока 1 нагрузки конденсатор 15 перезаряжается. Однако на интервале t,..tp, пока напряжение конденса30 тора 15 превышает напряжение U обмотки 14, к тиристору 5 прикладывается обратное наггряжение, под действием которого тиристор 5 восстанавливает свок непроводжцие свойства. В

35

момент времени t напряжение U

15

конденсатора превыьчает текущее напряжение и, через обмотки 13, включает тиристор 8, начинается процесс принудительной коммутации, нарастания тока во вторичной обмотке 13

трансформатора. Ток в обмотке 13 нз- растает под действием разности напряжений конденсатора 5 и обмотки 13 по цепи: + обкладка конденсатора

15, тиристор 4, обмотка 13, тиристор 8, - обкладка конденсатора 15. В момент времени тиристор 4 запирается, ток нагрузки замыкается по цепи: нагрузка 11, 12, тиристор 3,

обмотка 13, тиристоры 8, 9, обмотка 14, тиристор 6, нагр:-зка 11, 12.

Тока обмоток 13 и 14 имеют противоположное направление относительно напряжений U

и и , этих обмоток.

что говорит об осуществлении процесса инвертирования, т.е. передачи энергии постоянного тока цепи нагрузки в сеть переменного тока.

На интерв;1ллх времени t,..t и t... производится естественная коммутация гашения тока соответствующих обмоток 13 и 14 путем включения тиристоров 7 и 10 соответственно. В следующий полупериод питающего напряжения процессы протекают согласно диаграммам (. 3) аналогично описанному.

Таким образом, при работе преобразователя в выпрямительном режиме осуществляется принудительная тация гашения тока, а в инвертор- ном режиме - принудительная коммутация нарастания тока в обеих вторичных обмотках трансформатора, т.е. в обеих зонах регулирования напряжения Это позволяет уменьшить практически до нуля фазовый сдвиг между первой гармоникой сетевого тока i, и напряжением и,. В результате повышается коэффициент мощности выпрямительно- инверторного преобразователя.

Кроме того, вследствие поочеред- ности коммутации в двух зонах регулирования напряжения преобразователя первичный ток i имеет двухступенчатую симметричную форму (фиг. 1-3), более приближенную к синусоидальной форме, чем форма первичного тока в известном преобразователе. В результате уменьшаются потери от высших гармонических, что также повышает коэффициент мощности преобразователя

Выбором величины индуктивности зарядного реактора 16 (18) можно регулировать резонансный эффект в колебательном контуре, образованном зарядным реактором и коммутирующим конденсатором 15, при приложении к нему переменного напряжения вторичной обмотки 13 трансформатора. В результате конденсатор заряжается до напряжения наперед заданной величины, превышающей величину амплитудного напряжения и ,j , что позволяет осуществлять принудительную коммутацию при больших опережающих углах в выпрямительном режиме работы (фиг. 2) и при больших отстающих углах в инвер- торном режиме работы преобразователя (фиг. 3). Таким образом, сохраняется полный компенсирунлций эффект принудительной коммутации при глубоком регулировании напряжения преобразователя и повышается его коэффициент мощности.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Предлагаем1,|й вы прямит ел ьно-ин вер- торный преобразователь имеет по сравнению с известным простую схему, так как не требует дополнительных, коммутирукхцих упраачяег-1ых элементов - тиристоров. При работе преобразователя только в выпрямительном режиме тиристоры 5 и 9 могут быть заменены на диоды. Указанное обстоятельство является важным, так как к тиристор- ным плечам 3 и 9 в процессе работы прикладывается в обратном направлении суммарное напряжение конденсатора 15 и обмотки 14, что может потребовать последовательного включения т1тристоров в этих плечах. Установка диодов, предельньп1 класс по напряжению которых выше, позволяет уменьшить массогабаритные показатели преобразователя.

Формула изобретения 1. Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий трехобмо- точный трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена к однофазной сети переменного тока, две цепочки попарно встречно-последовательно соединенных тиристоров, общими точками соединения анодов и общими точками соединения катодов подсоединенные к выходным зажимам преобразователя, другими катодами и анодами подсоединенные каждая к выводам соответствующей вторичной обмотки трансформатора, две цепочки попарно согласно-последовательно соединенных тиристоров, анодами и катодами подсоединенные к соответст- ВУЮ1ДИМ выводам обеих вторичных обмоток трансформатора, коммутирующий конденсатор, зарядный узел, подсоединенный своим одним выводом к одному выводу коммутирующего конденсатора, и узел управления, соответствующими выходными выводами подсоединенный к управляющим электродам соответствующих тиристоров, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности преобразователя, выводы коммутирукицего конденсатора подсоединены к общим точкам соединения катодов и анодов двух цепочек попарно согласно-последовательно соединенных тиристоров, i а другой вывод зарядного узла подсоединен к другому выводу коммутирующего конденсатора.

2, 1)е(1бра-и)ватель no ii. 1, о т- л и ч а ю |д и с я тем, что зарядный узел выполнен в виде источника переменного напряжения и двух цепочек последовательно соединенных за

N N N N N N Л N N Ч Ч Ч V Ч Ч

f X

ч NN ЧЧХЧ 44- Ч|Х

ччччччччччК ч

Х х. х X X X Х в .х х X X X X X Дх XXX

ч

ч ч

X х х х х X X х X х ууч. ч N N Ч Ч Ч Ч Ч rf4 Л Ч V Ч

чччччччч Ч. ч ч ч ч ч

рядного релктора i; злрчдногг. п:; sicTop.i, подсоединеннь х своими соответствующими выноцами к соответствующим выводам источника геременного напряжения.

N N N N N N Л N N Ч Ч Ч V Ч Ч

IX -

f X

ч NN ЧЧХЧ 44- Ч|Х

ччччччччччК ч

ч N

ч ч

Х х. х X X X Х в .х х X X X X X Дх XXX

ч

ч ч

X х х х х X X х X х ууч. ч Ч N N Ч Ч Ч Ч Ч rf4 Л Ч V Ч

ч vT. ч

/ хД/ X

Ф.

Ф1ЛЗ