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

31

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть, использовано для принудительного ,выключения тиристоров автономного инвертора напряжения и регулируемого выпрямителя.

Цель изобретения - повышение на- дежности путем исключения сквозных коротких замыканий по цепи коммутирующих тиристоров.

На фиг„1 приведена принципиальная схема преобразователя; на фиг.2 - диаграммы импульсов управления, поясняющие работу преобразователя, и кри вые импульсов тока и напряжения на коммутирующих конденсаторах; на фиг.З - функциональная схема системы управления; на фиг.4 - диаграмма импульсов, формируемых в системе управления, и кривые напряжения, поступающие с выхода обмоток связи, расположенных на стержнях коммутирующих ре

акторов, и с выхода дифференцирующего устройства (цифровые обозначения при сигналах соответствуют номерам элементов на фиг.З).

Преобразователь содержит силовой узел i, включающий в себя трехфазные мосты главных (четные номера) и обратных (нечетные номера) тиристоро 2-13 и распределительных тиристоров 14-19, которые объединены между собой выводами переменного тока, образующими выходные выводы преобразователя, а выводами постоянного тока главных и обратных мостов подсоединены к шинам для подключения источника питания Устройство содержит также однофазный тиристорный мост 20-23 с фильтровым конденсатором 24 на выходе, трехфазный мост коммутирующих тиристоров 25-30, выводами постоянного тока через связывающие диоды 31 и 32

0

5

0

5

0

5

0

соединены к соответствующим выводам коммутирующих LC-цепей и однофазного тиристорного моста 20-23. Коммутирующий трансформатор 49 с двумя первичными обмотками 50 и 51 и с двумя вторичными обмотками 52 и 53 подключен одними соответствующими выводами первичных 50 и 51 и вторичных 52 и 53 обмоток к выводам попарно-встречно соединенных возвратных диодов 54 и 55 и разрядных диодов 56 и 57, которые своими анодами и катодами подсоединены к выводам постоянного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров 25-30. Другие выводы первичных обмоток 50 и 51 присоединены к соответствующим LC-цепям и к трехфазному мосту распределительных тиристоров 14-19.

Два коммутирующих диода 58 и 59 подсоединены к соответствующим выводам постоянного тока главных (2,4,6, 7,10,12) и коммутирующих (25-30) трехфазных тиристорных мостов, нагрузка 60-62 подсоединена к выводам переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, обмотки 63 и 64 связи расположены на магнитопроводах коммутирующих реакторов 33 и 37, система 65 управления подсоединена входными Выводами к обмоткам связи и выходными выводами к управляющим входам тиристоров 25-30, 41-46, 14-19,.47 и 48.

Система 65 управления состоит из двухканального регулятора 66 частоты, двухканального распределителя 67 импульсов управления, подсоединенного входами в каждом канале управления к выходам двухканального регулятора частоты и выходами к управляющим входам коммутирующих тиристоров 25 и 28. В состав системы 65 входят также одно- вибраторы 68-71, выходы которых через

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для принудительного выключения тиристоров автономного инвертора напряжения и регулируемого выпрямителя. Цель изобретения - повышение надежности путем исключения сквозного проключения коммутирующих тиристоров. Устройство содержит трехфазные мосты главных и обратных тиристоров 2 - 13. Однофазный тиристорный мост 20 - 23 выходом подключен через связывающие диоды 31, 32 к трехфазному мосту коммутирующих тиристоров 25 - 30. LC-цепи 33 - 38 подключены к тиристорам 25 - 30 и разделительным диодам 39 - 40. Коммутирующий тр-р 49 выполнен с двумя первичными обмотками 50, 51 и двумя вторичными обмотками 52, 53. Обмотки 63, 64 связи расположены на магнитопроводах коммутирующих реакторов 33, 37 и подключены к формирователю сигналов управления, что позволяет независимо от величины коммутируемого тока нагрузки ограничивать напряжение на коммутирующих конденсаторах на уровне, превышающем входное напряжение. 4 ил.

подключенный к выходным выводам одно- .,, усилительно-развязывающие элементы

фазного тиристорного моста 20-23,три коммутирующие LC-цепи 33-38, выполненные из последовательно соединенных коммутирующих реакторов 33, 35 и 37 и конденсаторов 34, 36 и 38.Коммутирующие цепи одними соответствующими выводами подключены к выводам переменного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров 2-30, а дру-, гими выводами - к соответствующим выводам двух последовательно включенных разделительных диодов 39 и 40. Шесть зарядных тиристоров 41-46 и два ограничительных тиристора 47 и 48 под50

55

72-76 соединяются с управляющими вх дами коммутирующих тиристоров 25-30 зарядных тиристоров 41-46, а входы с выходами 67. Выходы одновибраторо 71 соединены с одними входами двух- входовых логических элементов 2И 7 а входы - с выходами 67. Выходы 7 7 через усилительно-развязывающие эле менты 78 соединены с управляющими входами ограничительных тиристоров и 48. Обмотки 63 и 64 связи соедин ны в каждом канале управления с диф ференцирующими узлами 79, выходы ко торых через нормирующие усилители-ф

5

72-76 соединяются с управляющими входами коммутирующих тиристоров 25-30 и зарядных тиристоров 41-46, а входы - с выходами 67. Выходы одновибраторов 71 соединены с одними входами двух- входовых логических элементов 2И 77, а входы - с выходами 67. Выходы 7 7 через усилительно-развязывающие элементы 78 соединены с управляющими входами ограничительных тиристоров 47 и 48. Обмотки 63 и 64 связи соединены в каждом канале управления с дифференцирующими узлами 79, выходы которых через нормирующие усилители-формирователи 80 подключены к другим входам 77.

Работа преобразователя постоянног напряжения в трехфазное переменное напряжение заключается в следующем.

Предположим, что к моменту времени tA, включены тиристоры 2, 10 и 8, ток нагрузки замыкается по цепям: плюс входного напряжения, элемен- ты 2, 60, 61 и 8, минус входного напряжения, плюс входного напряжения, элементы 10,62,61 и 8, минус входного напряжения, а конденсаторы 34, 36 и 38 заряжены к моменту вре- мени t( с полярностью напряжения,указанной на фиг.1 (с плюсом на правой обкладке). В момент времени t f включают коммутирующий тиристор 25 и распределительный тиристор 14. В ре- эультате этого конденсатор 34 начинает перезаряжаться по цепи: элементы 34, 39, 40, 14, 2, 58, 25, 33 и 34, вытесняя ток нагрузки из тиристора 2.

В момент времени t, ток колебательного контура 33 и 34 становится равным току нагрузки, и тиристор 2 выключается. Ток LC-контура 35 и 36, представляющий собой часть коммути- рующего импульса тока, превышающего коммутируемый ток нагрузки, замыкается по цепи: элементы 34, 39, 40, 50, 56, 25, 33 и 34, создавая на первичной обмотке 50 коммутирующего транс- форматора 49 падение напряжения,плюс которого прикладывается через распределительный тиристор 14 к катоду запираемого тиристора 2, а минус через диоды 15 и 58 - к аноду тиристора 2. При достижении ЭДС вторичной обмотки 52 коммутирующего трансформатора величины, превышающей напряжение на фильтровом конденсаторе 24, открывается возвратный диод 57 и ток обмот- ки 52 замыкается по цепи: элементы 5.2 56, 31, 24, 32, 57 и 52. Таким образом, на время протекания тока превышения по первичной обмотке 50 к выключенному тиристору 2 прикладывает- ся обратное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, по величине равной напряжению заряда фильтрового конденсатора 24, деленной на коэффициент трансформации коммутирующе- го трансформатора, тем самым обеспечивается восстановление его вентильных свойств. Ток нагрузки выключаемой фазы 60 протекает по цепи: плюс

входного напряжения питания, элементы 58, 25, 33, 34, 39, 40, 14, 60 61 и 8, минус питания. В момент врмени ii включается коммутирующий тиристор 26 и ток нагрузки переводится из LC-цепи 33 и 34 в LC-цепь 35 и 36 В момент времени t} ток первой LC-цепи 33 и 34 спадает до нуля, а ток превышения второй LC-цепи замыкается по цепи: элементы 36, 40, 50, 56, 26 35 и 36.

В момент времени t включают коммутирующий тиристор 27, и ток нагрузки из LC-цепи 35 и 36 переводится в LC-цепь 37 и 38. Ток превышения замыкается по цепи: элементы 38, 50, 56, 27, 37 и 38. В момент времени t6 (фиг.2) ток превышения становится равным току нагрузки, и диод 56 выключается. Далее, если напряжение конденсатора 38 меныпе, чем входное напряжение питания преобразователя Uj, происходит дозаряд конденсатора током нагрузки на интервале времени tfc - t7 до напряжения Uj по цепи: плюс пит-ания, элементы 58, 27, 37, 38, 14, 60, 61 и 8, минус питания.

В- момент времени Ц напряжение конденсатора 38 становится равным входному напряжению. При этом на обратный тиристор 5 инвертора заранее подан управляющий импульс, вследствие чего происходит коммутация тока из LC-цепи в нагрузку. При этом в обычных устройствах конденсатор 38 до заряжается на интервале времени t7 - te спадающим током нагрузки (кривые тока и напряжения показаны пунктирной линией) до напряжения, значительно превышающего входное напряжение по цепи: шина питания, элементы 58, 27, 37, 39, 14, 60, 61 и 8, минус питания.

По мере спадания тока в LC-цепи ток в обратном тиристоре 5 к моменту времени tB нарастает до тока нагрузки. Напряжение на коммутирующем конденсаторе ограничивается на уровне, превышающем входное напряжение АЙН. Для включения4 ограничительных тиристоров 47 и 48 в момент спада тока нагрузки на сердечниках коммутирующих реакторов первой и третьей по очередности перезаряда LC-цепей располагают дополнительные обмотки связи, сигналы с которых подают в систему управления о Сигналы напряжения, поступающие с обмоток связи, позволяют выделить момент спада тока нагрузки и включать ограничительные тиристоры независимо от величины коммутируемого тока нагрузки. При этом напряжение на коммутирующих конденсаторах всегда ограничивается на уровне превышающем входное напряжение АЙН, и коммутирующие тиристоры надежно восстанавливают свои вентильные свойства.

Рассмотрим этот процесс. Предположим, что в момент времени t J напряжение на конденсаторе 38 стало равно входному напряжению источника питания. При этом формируется импульс уп равления на включение тиристора 47, и когда напряжение конденсатора 38 становится равным напряжению 24,часть тока нагрузки замыкается по цепи:

, питания, элементы 58 27, 37,

47, 24, 32, 55, 51, 39, 40, 14, 60, 61 и 8 минус питания.

Так как емкость конденсатора 24 выбирается много больше, чем емкость конденсатора 38, то напряжение конденсаторов 24 и 38 за счет энергии, запасенной в реакторе спадающим током нагрузки, повышается незначительно и, следовательно, напряжение конденсатора 38 ограничивается на уровне напряжения конденсатора 24, величина которого поддерживается на заданном уровне тириеторным стабилизатором 20-23. При этом ток нагрузки 60 замыкается по цепи: элементы 60, 61, 8, 5 и 60.

В момент времени te ток в конденсаторах 38, 24 спадает и переводится полностью в цепь: элементы 60, 61, 8, 5 я 60. Так как напряжение коммутирующего конденсатора в момент спада тока нагрузки выше напряжения .конденсатора 24, то коммутирующий тиристор 27 восстанавливает свои вентильные свойства по цепи: элементы 38, 37, 27, 31, 24, 32, 55, $1, 39, 40 и 38, распределительный тиристор 14 выключается по цепи: элементы 38, 37, 27 и 58, источник 5, 14 и 38 питания.

Таким образом, при включении ограничительных тиристоров 47 и 48 в момент спада тока нагрузки напряжение на коммутирующих конденсаторах при лювой величине тока нагрузки ограничивается на уровне, незначительно првышающем входное напряжение питания и напряжение источника питания УПК,

,

10

5

20

, 25

30

35

40

45

50

а это позволяет надежно выключить коммутирующие и распределительные тиристоры.

В момент времени t9 открываются зарядные тиристоры 41 и 42 и происходит дозаряд коммутирующих конденсаторов 34 и 36 по цепи: элементы 24, 41, 33, 34, 39, 40-46, -24, +24, 42, 35, 36, 40, 46 и 24. Энергия, закачиваемая спадающим током нагрузки, используется для дозаряда первых двух по очередности перезаряда LC-цепей.

Система управления согласно диаграмме импульсов (фиг.4) работает следующим образом. На вход регулятора 66 частоты подается сигнал Ut задания по выходной частоте На выходах блока

66для каждой фазы преобразователя формируют соответствующие сигналы.Согласно диаграмме (фиг.4) по заднему фронту этих сигналов распределитель

67импульсов формирует импульсы, поступающие на вход тиристоров 25 и 28 и на входы четырех одновибраторов 68- 71.

Одновибраторы формируют импульсы, по длительности равные интервалам времени t, - t2, tt - t, tf - tfi, tt - t9. По задним фронтам импульсов одновибраторов 68 - 70 усилители-формирователи 72 - 76 формируют импульсы управления, поступающие на тиристоры. В момент времени t включают коммутирующий тиристор 27, и начинается процесс перезаряда третьей LC- цепи, вследствие чего с обмотки 64 связи на вход дифференцирующего узла 79 поступает сигнал, соответствующий по форме напряжению коммутирующего реактора (кривая на фиг.4). Видно, что в момент Ц, соответствующий спаду тока (фиг„2), в кривой напряжения 11 наблюдается нарастание ЭДС самоиндукции. После дифференцирования сигнала U. на выходе 79 полу- чают три импульса разной полярности: два импульса отрицательных и один положительный. С дифференцирующего узла сигнал поступает на нормирующий усилитель-формирователь, с выхода . которого положительный импульс посту-,- пает на вход элемента 2И 77. Нормирующий усилитель-формирователь необ- 55 ходим для исключения ложного сигнала на входе 77 ((кривая U на фиг.4).;).

Импульс четвертого одновибратора 71 формируется по длительности равным максимальному интервалу времени

17 - te и определяется минимальным коммутируемым током нагрузки. При совпадении импульсов на входе 77 с выхода 78 снимают сигнал на включение ограничительного тиристора 47. Отметим, что в очередной полупериод коммутации (интервал t ,, - t ) первой включается LC-цепь 37 и 38,вследствие чего с обмотки связи снимается сигнал управления U, , поступающий на вход 79 в первом канале. Однако импульс с четвертого одновибратора 71 отсутствует, и тиристор 47 не включается. Таким образом, одновиб- раторы 71 формируют импульсы, разрешающие включение ограничительных тиристоров.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное,содержащий три трехфазных моста главных, обратных и распределительных тиристоров, объединенных между собой выводами переменного тока, образующими выходные выводы преобразователя а выводами постоянного тока главных и обратных трехфазных мостов, подсоединенных к шинам для подключения источника питания, однофазный тирис- торный мост с фильтровым конденсатором на выходе, трехфазный мост коммутирующих тиристоров, подсоединенный выводами постоянного тока через связывающие диоды к выходным выводам однофазного тиристорного моста, три коммутирующие LC-цепи, выполненные из последовательно соединенных коммутирующих реактора и конденсатора, подключенные одними соответствующими выводами к выводам переменного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров, а другими выводами - к соответствующим выводам двух последовательно включенных разделительных диодов, шесть зарядных и два ограничительных тиристора, подсоединенных к соответствующим выводам коммутирующих LC-цепей и однофазного тиристорйого моста, коммутирующий трансформатор, подключенный одними соответствующими выводами первичных и вторичных обмоток к выводам попарно-встречно соединенных возвратных и разрядных диодов, анодами и катодами подсоединенных к выводам постоянного тока трехфазного моста коммутирующих тиристо0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ров, а другими выводами первичных обмоток присоединенный к соответствующим выводам LC-цепей и трехфазного моста распределительных тиристоров, два коммутирующих диода, подсоединенных к соответствующим выводам постоянного тока главных и коммутирующих трехфазных тиристорных мостов, а также систему управления, выполненную в виде последовательно соединенных двухканального регулятора час-. тоты, формирующего в зависимости от задания последовательность сдвинутых во времени в каждом канале логических сигналов управления, и двухканалъно- го распределителя импульсов управления, в каждом канале подсоединенного к управляющим входам коммутирующих тиристоров трехфазного моста, которые образуют с первой из LC-цепей первый по очередности перезаряда LC-контур, и к входным выводам первого одновибратора, формирующего задержку 2/3Ј, а также к управляющим входам коммутирующих тиристоров, образующих со второй из LC-цепей второй по очередности перезаряда LC-контур, и к входным выводам второго одновибратора, формирующего задержку 4/ЗГ , а также к управляющим входам коммутирующих тиристоров,образующих с третьей из LC- цепей третий по очередности перезаряда LC-контур, и к входным выводам третьего одновибратора, формирующего задержку Зо, а также к управляющим входам соответствующих зарядных тиристоров и к входным выводам четвертого одновибратора, формирующего задержку по длительности, превышающую 8/ЗС, где Ј- длительность полупериода собственной частоты перезаряда упомянутых LC-контуров, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем исключения сквозных коротких замыканий по цепи коммутирующих тиристоров, он снабжен обмотками связи, размещенными на маг- нитопроводах коммутирующих реакторов первого и третьего по очередности перезаряда LC-контуров, причем в каждый канал упомянутой системы управления дополнительно введены дифференцирующий узел, подсоединенный выводами к соответствующим обмоткам связи, нормирующий усилигель-формирователь, подключенный своим входом к выходу дифференцирующего узла, двух- входовой логический элемент совпаде«1 ГМ г« V & % « MeM

,

if 2 t3 ty ts if t7 tg -Фм. 4

ts