Тиристорный преобразователь с принудительной коммутацией Советский патент 1990 года по МПК H02M7/155 B60L9/12 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах питания как коллекторных, так и бесколлекторных тяговых двигателей электродвигательного состава переменного тока.

Целью изобретения является снижение установленной мощности оборудования за счет более эффективного использования коммутирующих конденсаторов .

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - диаграммы напряжений и токов и диаграммы проводимости тиристоров; на фиг.З - схема блока управления; на фиг.4 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Преобразователь (фиг.1) содержит тяговый трехобмоточный трансформатор 1, первичная обмотка которого через токосъемник 2 подключена к контактной сети переменного тока, две параллельно включенные цепочки попарно согласно последовательно соединенных основных тиристоров 3, 4 и 5, 6, катодами и анодами подсоединенные соответственно к концу 7 и началу 8 вторичной обмотки трансформатора 1, две параллельно включенные цепочки попарно согласно последовательно соединенных основных тиристосд

&о

ел

ров 9, 10 и 11, 12, катодами и анодами подсоединенные соответственно к началу 7 и концу 8 обмотки, коммутирующие конденсаторы 13 и 14, под- соединенные каждый между общими точками соединения тиристоров двух це- плчек 3, 4 и 9, 10 и соответственно 5, 6 и 11, 12, зарядные тиристоры 15...18, шунтирующие в обратном на- ,правлении основные тиристоры 4, 10, |5, 11 соответственно, две цепочки попарно встречно последовательно соединенных основных тиристоров 19, 20 и 21, 22, подсоединенных анодами и катодами соответственно к выводам обмоток 7 и 8, а общими точками соединения катодов и общими точками соединения анодов подключенные к нагрузке 23, состоящей из цепочки последо- вательно соединенных сглаживающего реактора 24 и тягового двигателя 25 постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения (не показана). Блок 26 обеспечивает управление пре- образователем.

Согласно диаграмм на фиг.2 тиристоры 3...6, 9...12 и 15...18 имеют фиксированные относительно начала положительного и отрицательного полупе риода питающего напряжения интервалы проводимости, тиристоры 19...21 - регулируемые по фазе интервалы проводимости, причем на диаграммах фиг.2 показан случай, когда фазовое положение этих интервалов соответствует максимальному выходному напряжению преобразователя.

I

Блок 26 управления (фиг.З) со-

держит синхронизатор 27, на вход которого поступает синхронизирующее напряжение U, пропорциональное напряжению питания, и выход которого подсоединен к первому входу фазосме- щающего устройства (ФСУ) 28, а также к входу формирователя 29 импульсов по заднему фронту и входу формирователя 30 импульсов по переднему фронту, длительность которых равна половине полупериода питающего напряжения. На второй вход ФСУ 28 подается сигнал задания и,ад фазы (угла) регулирования, которая определяет величину выходного напряжения преобразователя. Выходы ФСУ 28 через усилители мощности и гальваническую развязку (не показаны) подсоединены к управляющим электродам основных

Q

5

0

5

тиристоров 3...6, 9...12 и 19...22. Выходы формирователей 29 и 30 также через усилители мощности с гальванической развязкой подсоединены к управляющим электродам зарядных тиристоров 15, 17 и 16, 18 соответственно .

Блок 26 управления представляет собой широкоизвестную систему им- пульсно-фазового управления выпрямителями.

Преобразователь работает следующим образом.

Синхронизатор 27 формирует последовательность импульсов Uar с частотой сети, единичное состояние которых соответствует положительному полупериоду питающего напряжения U , ФСУ 28 формирует фиксированные и регулируемые по фазе относительно переднего и заднего фронтов импульсов импульсы управления основными тиристорами 3...6, 9...12 и 19...22 соответственно. Формирователь 29 формирует импульсы управления U29 зарядными тиристорами 15 и 17 по заднему фронту импульсов Ui, а формирователь 30 - импульсы управления Uyjзарядными тиристорами 16 и 18 по переднему фронту импульсов U27, причем длительность указанных импульсов равна не менее половины длительности полупериода питающего напряжения.

Если первоначально проводят тиристоры 3, 4, 5, 6, 20 и 21, ток 1гэ нагрузки 23 замыкался в буферном контуре по цепи: 23, 21, 4, 3 (6, 5), 20, 23. Причем в каждой из двух па-- раллельных цепочек тиристоров 3, 4 и 5, 6 протекает ток, равный полному току нагрузки 12а деленному на два. В момент времени 0 по сигналу ФСУ 28 включаются тиристоры 19 и 22, в результате ток 123 переводится из буферного контура в цепь обмоток 7 и 8 трансформатора 1 и протекает по цепи: 23, 22, 8, 4, 3 (6, 5) 7, 19 и 23, В момент времени 0 включаются также зарядные тиристоры 16 и 18 (U-Q ), .которые остаются включенными до момента времени t перехода мгновенных значений напряжений U7,Ug обмоток 7 и 8 через амплитудное значение . При этом конденсаторы 13 и 14 заряжаются от обмоток 7 и 8, полярность напряжения на которых показана на фиг.1 стрелкой-, по цепям: 7, 18, 14, 5, 7 и 8, 4, 13, 16 и 8.

В момент времени t2 по сигналу

ФСУ 28 включаются тиристоры 10 и 11. Под действием напряжений U,, , U на конденсаторах 13, 14 (полярность напряжений указана на фиг.1) через них начинает протекать нарастающий ток по цепям: +13,4,8,10,-13, и +14,11,7,5,-14. При достижении токов конденсаторов величины 0,5 I2j в момент времени t тиристоры 4 и 5 запираются, а ток обмоток 17 и ig гасится до половины первоначальной величины тока 123. Ток нагрузки 23, разделяясь на две части, проте- кает по двум параллельным цепям: 23,22,8,6,14,11,19,23 и 23,22,10,13, 3,7,19,23.

Протекающий через конденсаторы

13 и 14 ток нагрузки 0,5 1, перезаряжает конденсаторы на противоположную полярность (полярность напряжений на конденсаторах становится противоположна указанной на фиг,1). В момент времени t превышения напря- жений 111Э и 14 мгновенных значений напряжений U7 и Ug включаются тиристоры 9 и 12. Обмотки 7 и 8 оказываются подключенными параллельно конденсаторам 13 и 14 по цепям: 7, 9, 13, 3, 7 и 8, 6, 14, 12, 8. Под действием увеличивающегося напряжения на конденсаторах 13 и 14 ток в обмотках 7 и 8 гасится к моменту времени t,- до нуля.Тиристоры 3 и 6 выключаются, ток нагрузки вновь замыкается в буферный контур и протекает по цепи: 23, 22, 10, 9 (12, 11), 19 и 23.

В следующем полупериоде переменного напряжения процессы протекают аналогично описанному. Дозаряд конденсаторов 13 и 14 осуществляется на интервале времени t6 - t7 при вклю- чении тиристоров 15 и 17, на которые поданы импульсы управления . Процесс принудительной коммутации начинается в момент времени tg при включении тиристоров 4 и 5.

Таким образом, из приведенного описания работы устройства видно, что в каждом полупериоде переменного напряжения питания преобразователя коммутирующие конденсаторы заряжены до исходной величины напряжения, противоположной относительно друг друга полярности, в результате чего каждый коммутирующий конденсатор коммутирует

«п(j

20

- 25 30 ,. ,

40

-сеjo

55

46

в соответствующей вторичной обмотке трансформатора ток, равный половине полного тока нагрузки. Снижение расчетного коммутируемого тока в два раза позволяет уменьшить требуемую величину емкости каждого коммутирующего конденсатора в четыре раза. В результате этого суммарная емкость и суммарная установленная мощность двух коммутирующих конденсаторов предлагаемого устройства снижается по сравнению с известным устройством в два раза.

i

Формула изобретения

Тиристорный преобразователь с принудительной коммутацией, содержащий трехобмоточный трансформатор, первичной обмоткой подсоединенный к сети переменного тока, две цепочки попарно встречно последовательно соединенных анодами и катодами основных ТИРИСТОРОВ, КаЖДЫМ ВЫВОДОМ ПОДт-

соединенные к соответствующему выводу соответствующей вторичной обмотки трансформатора, а общими точками соединения анодов и общими точками соединения катодов подсоединенные к двум выходным выводам преобразователя, две пары цепочек согласно последовательно соединенных основных тиристоров, каждая анодами и катодами подсоединенная к началам и концам обеих вторичных обмоток трансформатора соответственно, два коммутирующих конденсатора, своими выводами подсоединенные каждый к общим точкам соединения одной пары цепочек попарно согласно последовательно соединенных основных тиристоров, четыре зарядных тиристора, два из которых анодами подсоединены к обкладкам первого коммутирующего конденсатора и катодами подсоединены первый к началу, а второй к концу одной вторичной обмотки трансформатора, блок управления, выполненный в виде системы импульсно-фазового управления, выходы основных импульсов управления которой подсоединены к управляющим электродам соответствующих основных тиристоров преобразователя, а первый и второй выходы дополнительных импульсов управления которой, сформированных первый на интервале первой половины отрицательного полупериода питающего напряжения и второй на интервале первой половины положительного полупериода питающего напряжения, Подсоединены к управляющим электродам первого, третьего и второго, Четвертого зарядных тиристоров соответственно, отличающийся Тем, что, с целью снижения установленной мощности оборудования за счет

более эффективного использования коммутирующих конденсаторов, третий и четвертый зарядные тиристоры катодами подсоединены к обкладкам второго коммутирующего конденсатора и анодами подсоедиенены третий к концу, а четвертый - к началу второй вторичной обмотки трансформатора.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в электроподвижном составе переменного тока. Целью изобретения является снижение установленной мощности оборудования за счет более эффективного использования конденсаторов. Устройство содержит трехобмоточный трансформатор 1, к вторичным обмоткам 7 и 8 которого подключены основные тиристоры 3-6, 9-12 и 19-22, обеспечивающие возможность двухзонного регулирования выпрямленного напряжения. Конденсаторы 13 и 14 обеспечивают коммутацию основных тиристоров, а зарядные тиристоры 15-18 - заряд этих конденсаторов. Благодаря соответствующему включению зарядных тиристоров и соответствующему алгоритму их работы требуемая емкость конденсаторов уменьшается в 4 раза. 4 ил.

&

Фиг.

19

26

Г

u

27

Фиг. J