Тяговый преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное Советский патент 1990 года по МПК H02M7/515 

ел ел

Јь

О

со ел

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тиристорных преобразователях частоты, в частности в автономных инверторах электровозов переменного тока.

Цель изобретения - повышение коммутационной устойчивости при перегрузках.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу и электромагнитные процессы, происходящие в устройстве, на фиг. 3 - диаграмма управления, поясняющая процесс преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное и работу устройства; на фиг. 4 - блок управления тяговым пре- образователем.

Устройство содержит реверсивный счетчик питания 1, подключенный своими шинами к шинам инвертора напряжения 2, выполненного в виде главного, обратного и распределительного тиристорных мостов 3-20, датчики тока, выполненные в виде шунтов 21-23, подсоединенных к выходным выводам инвертора напряжения 2, нагрузку 24-26, подсоединенную к выводам шунтов 21- 23, источник питания узла принудительной коммутации 27, выполненный в виде однофазного диодного моста 28- 31 с фильтровым конденсатором 32 и подсоединенный своими первичными выводами к системе тягового электроснабжения.

Тяговый преобразователь постоянного напряжения в трехфазное перемен- ное напряжение содержит также защитные тиристоры 33 и 34, узел принудительной коммутации 35, подсоединенный своими выводами к источнику питания 27 и включающий в себя коммутирующие тиристоры 36-39, зарядные тиристоры 40-41, две коммутирующие LC-цепи 42, 43 и 44, 45, выполненные из последовательно включенных коммутирующих конденсаторов и реакторов, зарядные тиристоры 46 и 47, разделительный диод 48, коммутирующий трансформатор с двумя первичными обмотками 49 и 50 разрядные диоды 51, 52 разделительны диоды, возвратные диоды 55-58, вторичную обмотку коммутируюцего трансформатора 59, диоды связи 60 и 61. Преобразователь содержит также блок управления 62.

0

5

0

5 0

до

5

45

50

55

Узел принудительной коммутации подключен своими первичными цепями и выводам источника питания 27 и своими вторичными выводами - к выводам инвертора напряжения 2, т.е. к анодам и катодам распределительных тиристоров 5, И, 17, 6, 12, 18. Защитные тиристоры 33 и 34 включены между выводами реверсивного источника 1 и источника питания узла принудительной коммутации 27.

Блок управления 62 подключен своими выходными выводами к управляющим входам тиристоров 3-20, 36-41, 46, 47, 33, 34, а входными выводами 63-69 Y выводам датчиков тока 21-23, и содержит регулятор частоты 70 (фиг. 4), выходы которого соединены со входами расгределителя импульсов управления 71. К выходу распределителя импульсов управления подсоединен логический узел 72, выходы которого подсоединены к управляющим входам главных обратных и распределительных тиристоров, а также к управляющим входам коммутирующих тиристоров 36 и 39.

К выходам узла 72 подключены первые одновибраторы 73, соединенные своими выходами через усилительно- развязывающие элементы 74 со входами управления коммутирующих тиристоров 37 и 38, а также вторые одновибраторы 75, связанные через усилительно- развязывающие элементы 76-78 с управляющими входами зарядных тиристоров 40, 41 и 46, 47. Выходы датчиков тока 21-23 через входные выводы 63-68 и усилительно-развязывающие элементы 79-81 связаны с одними входами трех компараторов 82-84, другие входы которых подсоединены к задатчику сигна- ла опорного напряжения (1уст вывод 69 на фиг. 1), задающего ток уставки. Устройство содержит два дополнительных одновибратора 85 и 86, под- соединенных своими входами к выходам логического узла 72, а своими выходами через усилительно-развязывающие элементы 87 и 88 - к первым входам двух двухвходовых логических элементов совпадения (2И) 89 и 90. На вторые входы элементов 89 и 90 через усилительно-развязывающие элементы 91-93 подают сигналы с выходов компараторов 82-84, выходы элементов 89 и 90 через усилительно-развязывающие элементы 77, 78, 94 и 95 связаны с

управляющими входами зарядных 46 и 47 и защитных 33 и 34 тиристоров.

Устройство работает следующим образом (фиг. 2 и фиг. 3),

Предположим, что на интервале времени 0-1 включены главные тиристоры 3, 9, 16 и ток нагрузки протекал по цепи: 1, 3, 21, 24, 26, 23, 16, I, 1, 9, 22, 25, 26, 23, 16, 1. В момен времени t (фиг. 2, фиг. 3) включают тиристоры 5 и 36, вследствие чего тиристор 3 выключается по контуру: 42, 43, 48, 5, 3, 53, 36, 42. В момент равенства тока LC-цепи 42, 43 току нагрузки ток в тиристоре 3 спадает до нуля (фиг. 2,а,в). При этом ток перезаряда конденсатора 42 замыкается по контуру 42, 43, 48, 49, 51, 36, 42, в результате чего к тиристору 3 прикладывается обратное напряжение первичной обмотки коммутирующего трансформатора 49 (фиг.2 U, Цд) по цепям плюс обмотки 49, 5 катод 3 и минус обмотки 49, 51, 53, анод 3.

Со сдвигом во времени (фиг, 3) включают тиристор 38 и LC-цепъ .44, 45 перезаряжается по контуру: 44, 45, 49, 51, 38. Со сдвигом во времени включаются зарядные тиристоры 40 и 47, осуществляя дозаряд конденсатора 42 первой LC-цепи 42, 43 по контуру 32, 40, 42, 43, 47, 32. Кроме того, на интервале времени t.g включают обратный тиристор 8 и очередной главный тиристор 4. На этом процесс выключения тиристора 3 заканчивается

В момент времени t (фиг. 2) осуществляют коммутацию главного тиристора 16 в нагрузке 26. Предположим, что к моменту времени t2 ток в 26 и в тиристоре 16 возрос до величины, при которой коммутирующая способность узла принудительной коммутации недостаточна для выключения тиристора 16. Рассмотрим этот процесс на примере диаграммы токов и напряжений (фиг. 2а). Согласно диаграмме (фиг. 3) для выключения тиристора 16 включают распределительный тиристор 18 и коммутирующий тиристор 39. Конденсатор 44 LC-цепи 44 и 45 перезаряжается по контуру и выключает тиристор 16 по .цепи: 44, 39, 54, 16, 18, 48, 45, 44. При этом к тиристору 16 прикладывается необходимое для восстановления его вентильных свойст напряжение первичной обмотки трансформатора 50. Со сдвигом во времени включается вторая LC-цепь 42, 43 (фиг.. 3).При этом коммутирующий конденсатор 42 разряжается по контуру:

5 42, 37, 52, 50, 43. Однако ток нагрузки становится в момент времени t больше, чем амплитуда коммутирующего импульса тока, и поскольку инQ тервал времени t меньше, чем время, необходимое для восстановления вентилвных свойств тиристора 16, то тиристор 16 снова включается, а ток через тиристор 18 прекращается.

5 В момент времени tj включают зарядные тиристоры 46 и 41, вследствие чего конденсатор 44 заряжается по цепи: 32, 46, 45, 44, 41, плюс 44, 45, 46, 32, 41, минус 44.

0 Так как тиристор 16 повторно

включается, то на очередной главный тиристор 15 подается запрет на включение. Со сдвигом во времени, равным интервале t 5, подают .импульсы

5 управления на тиристор 34 и повторно на зарядный тиристор 47. При этом конденсатор 32 начинает перезаряжаться по цепи: 32, 34, 16, 18, 43, 47, 32 и тиристор 16 выключается.

После выключения тиристора 16 ток перезаряда конденсатора 32 протекает по цепи: 32, 34, 20, 18, 43, 47, 32, вследствие чего к тиристору 16 прикладывается в обратном направлении падение напряжения на тиристоре 20. На интервале времени конденсатор 32 перезаряжается напряжением противоположной полярности. Однако это напряжение конденсатора невелико, так как ток конденсатора отрицательной полярности замыкается по цепям: 32, Ч61, 52, 50, 48, 49, 51, 60, 32 или , 61,56, 55, 60, -32, или +32, 61, 58, 57, 60, -32. Кроме того кон5 денсатор 32 перезаряжается от источника тягового снабжения через диодный мост 28-31 на прежнюю полярность. Так как емкость конденсатора 32 на порядок больше, чем емкость конденса0 торов 42, 44, то выбором параметров емкости конденсатора 32 и индуктив- ностей отпаек от реакторов 43 и 45 можно получить требуемую амплитуду и длительность импульса перезаряда конс денсатора 32, которая может в несколько раз превышать амплитуду импульса тока, создаваемого действием LC-цепей 42, 43 и 44, 45, вследствие чего можно скоммутировать ток, в 20

5

0

7

3 раза превышающий ток нагрузки, коммутируемый LC-цепями 42-45. Длительность импульса тока, создаваемая действием конденсатора 32 и индуктив- ностями отпаек реакторов 43 и 45 должна быть не менее паспортного времени, необходимого для восстановлени вентильных свойств главных тиристоров при обратном напряжении 1,5-2 Б.

После восстановления вентильных свойств тиристора 16 включают тиристор 15 и работоспособность инвертора восстанавливается. В случае превышения током нагрузки тока уставки фор- мируется сигнал на увеличение задания по выходной частоте преобразователя, и к очередной коммутации ток нагрузи снижается. Поэтому в момент времени t6 выключают тиристор 9. Для этого, также как и для выключения тиристора 3, включают согласно диаграмме (фиг. 3)коммутирующий 36 и распределительный 11 тиристоры. Циф

c

0

управляющие входы обратных тиристоров 8, 14, 20, 7, 13, 19. С выхода логического узла 72 на управляющие входы коммутирующих тиристоров 36, 39 поступают импульсы управления, реализующие логические выражения и°А+и0в+и°, F UA+ffe+U.

К выходу блока 72 подсоединены также входы первых одновибраторов 73, формирующие задержку 2/3 с, гдеЈ - длительность перезаряда коммутирующих LC-цепей, выходы которых через усилительно-раз вязывающий элемент подсоединены к управляющим входам коммутирующих тиристоров 38 и 37 второй по очередности перезаряда LC-це- пи. Вторые одновибраторы 75, формирующие задержку, превышающую Ј, подсоединены своими выходами через усилительно-развязывающие элементы 76 и 77 к управляющим входам зарядных тиристоров 40, 41, 46, 47.

Согласно фиг, 4 на входы 63-68

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразовательным установкам электротранспорта, предназначанным для питания асинхронного тягового двигателя. Целью изобретения является повышение коммутационной устойчивости при перегрузках. Устройство содержит инвертор 2 на тиристорах (Т) 3 - 20 с датчиками тока, выполненными в виде шунтов 21 - 23. Узел 35 принудительной коммутации включает в себя коммутирующие Т 36 - 39, зарядные Т 40, 41, 46, 47, две коммутирующие LC-цепи 42 - 45. Коммутирующий трансформатор выполнен с двумя первичными обмотками 49, 50 и одной вторичной 59. Защитные Т 33, 34 позволяют с увеличением тока нагрузки повторно однократно скоммутировать главные Т 3, 4, 9, 10, 15, 16. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

ровые индексы при обозначениях токов 25 системы управления 62 поступают сиг- I и напряжений U на фиг. 2 соответст- налы с датчиков тока 21-23, а затем

вуют номерам элементов в схеме фиг,1 Блок управления 62 работает следующим образом. На вход регулятора частоты 70 подается сигнал U задания выходной частоты преобразователя, согласно которому с выхода 70 формируется последовательность прямоугольных нормированных и сдвинутых во времени положительных U(Uft,UB,UC) и отрицательных Uj (UA,U8,UC) импульсов (где j - фазный индекс). Импульсы U: и U поступают на вход распределителя импульсов 7), формирующего по передним фронтам выходные импульсы, определяемые следующими логическими выражениями F4 UB; , которые поступают через логический узел управления 72 на управляющие входы главных тиристоров 3, 4, 9, 10, 15, . По задним фронтам импульсов U: и U. формируют узкие импульсы, определяемые следующими логическими выражениями F7 F,U°; F, F1(U°; , которые поступают через логический узел управления 72 на управляющие входы распределительных тиристоров 5, II, 17, 6, 12, 18, а также формируют широкие выходные импульсы управления, определяемые логическими

ЛО00 jOO

выражениями , ; F, ;

которые поступают через логический узел 72 на

0

0

эти сигналы поступают на входы усилительно-развязывающих элементов 79- 81. Затем сигналы с выходов 79-81 поступают на входы компараторов 82- 84, где они сравниваются с сигналом уставки, поступающим на вход 69 системы управления 62. Сигнал уставки соответствует мгновенному значению тока, коммутируемому узлом принудительной коммутации. В случае, если сигнал,соответствующий мгновенному значению тока в коммутируемой фазе, поступающий с датчиков тока, превысит ток уставки, то с выходов компараторов 82-84 на входы усилительно-развязывающих элементов 91-93 поступает сигнал, в результате чего формируются импульсы управления, поступающие

5 в каждой фазе нагрузки на входы двух- входовых логических элементов совпадения (2И) 89 и 90.

Одновременно формирователи 91-93 формируют импульсы запрета (ЗА, 3В,

n 3C), запрещающие включение очередных главных тиристоров (например, если в фазе 24 работает тиристор 3, то запрет формируется на тиристор 4, если работает тиристор JO, то запрет подается на тиристор 9 и т.д.). По передним фронтам импульсов, поступающих с выхода 72 на входы управления коммутирующими тиристорами 36 и 39 одновибраторы 85 и 86 формируют

5

импульсы, равные по длительности интервалам времени Ц,,5(фиг. 3), а формирователи 87 и 88 по задним фронтам импульсов одновибраторов формируют импульсы, поступающие ка входы логических элементов 2И 89 и 90. С выходов этих узлов (89, 90) снимают сигналы, поступающие на входы усилительно-развязывающих элементов 94, 95 и 97, которые обеспечивают включение защитных тиристоров 33 и 34 и повторное включение зарядных тиристоров 46, 47. По сигналам запрета, поступающим с выходов узлор, 91-93 формируются также импульсы на включение соответствующих обратных тиристоров: в рассматриваемом случае на тиристор 20 и повторно на тиристор 18 с осуществлением задержки на вклю чение очередного главного тиристора.

Формула изобретения

тоящие из последовательно включенных коммутирующих конденсаторов и реакторов, подсоединенные своими выводами к cooTBefствующим точкам соединения коммутирующих тиристоров каждой пары, две пары встречно последовательно включенных анодами и катода- мк зарядных тиристоров, подсоединен-t ных общими точками соединения анодов и катодов к выходным шинам одJQjc 20

25 0 n $

5

0

5

нофазного диодного могта и одними анодом и катодом - к соответствующим выводам LC-цепей, коммутирующий транс форматор, подсоединенный своими соответствующими выводами двух первичных и вторично - обмоток к выводам постоянного тока моста распределительных тиристоров, к выводам разрядных, возвратных диодов и к разделительному диоду, два диода связи, соединяющие общие точки соединения анодов и катодов коммутирующих тиристоров и основные шины питания, а также блок управления, содержащий регулятор частоты, формирующий согласно сигналу задания последовательности прямоугольных нормированных и сдвинутых во времени положительных Uj и отрицательных Uj импульсов, где j - фазный индекс, распределитель импульсов управления, соединенный входами с выходами регулятора частоты, формирующий jjo передним фройтам импульсов U: и Uj выходные импульсы, которые определяются следующими выражениями:

, , , , , ,

а по задним фронтам узкие импульсы

, , F,-lЈ, , F,,Ue,

F,

и широкие импульсы

, F,4-Ueee , , F,6-U ,

F, ,

а также подключенный к выходу распределителя импульсов управления логический узел, реализующий логические выражения

F,,U° +ив°-Ш° , FM U°+U°+U° ,

где F, -Ffe - выражения, определяющие управление главными тиристорами, .- обратными; F,-F18 - распределительными; и Fjo коммутирующими тиристорами первой по очередности перезаряда в каждую коммутацию упомянутой LC-цепи, подключенные к выходам логического узла первые одновибраторы, формирующие задержку 2/3Ј, где Ъ - длительность перезаряда упомянутой коммутирующей LC-цепи, выходами подключенные через усилительно- развязывающие узлы к управляющим входам коммутирующих тиристоров второй по очередности перезаряда LC-це- пи, вторые одновибраторы, также подключенные к выходам логического узла и формирующие задержку, превышающую

, а выходами через усилительно-развязывающие узлы подсоединенные к упоавляющим входам соответствующих зарядных тиристоров, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что, с целью повышения коммутационной устойчивости при перегрузках, он дополнительно снабжен двумя защитными тиристорами, анодами и катодами подсоединенными соответственно к выходам шинам упомянутого однофазного диодного моста и к основным шинам питания, тремя датчиками тока, подключенными к выводам переменного тока, тремя компараторами, подсоединенными своими входами к выходам датчиков тока и ic задатчику сигнала опорного напряжения, задающего ток уставки, двумя дополнительными одновибраторами,

f fa

0

формирующими, по передним фронтам поступающих импульсов задержку 2Ј, которые своими входами подсоединены к выходным логического узла, реализующего указанные логические выражения F4, и F,, двумя двухвходовыми ло- iгическими элементами совпадения И, своими входами подсоединенными к выходам компараторов и дополнительных одновибраторов, а своими выходами через усилительно-развязывающие узлы - к соответствующим входам управления защитных и зарядных тиристоров.

П .

(ЗА, 38t ЗС)