Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией Советский патент 1990 года по МПК H02M5/27 

сл

00

о сл о сл

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многофазным реверсивным тиристорным преобразователем с искусственной коммутацией, получающим t применение при решении задач регулирования или стабилизации напряжения и частоты.

Целью изобретения является попыше- йие надежности преобразователя путем ограничения коммутационных перенапряжений.

На фиг. 1 и 2 представлена схема пред- дагаемого преобразователя; на фиг, 3 - диаграммы работы преобразователя при отработке знакопеременного управляющего напряжения Uy(t).

Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией содержит первый трехфазный силовой мост на тиристорах 1-6 и аналогичный второй мост на тиристорах 7-12, включенные встречно-параллельно. Между общими точками соединения выходных выводов мостов включена цепь нагрузки 13 последовательно с датчиком 14 направления тока (ДТ) нагрузки. Блок искусственной коммутации (БИК) преобразователя содержит трехфазный мост на диодах 15-20, входами подключенный к входным выводам преобразователя, а выходами связанный с выводами диагонали постоянного тока однофазного моста, выполненного на коммутирующих тиристорах 21-24. В диагонали переменного тока моста коммутирующих тиристоров установлена коммутирующая цепь из последовательно соединенных коммутирующего Конденсатора 25 м дросселя 26. Четыре распределительных тиристора 27-30 соединены между собой последовательно одноименными электродами, образуя кольцевую схему. Выходной вывод кольцевой схемы, образованный общим и анодами распределительных тиристоров 28 и 29, подключен к зажиму диагонали переменного тока моста коммутирующих тиристоров, образованному соединением тиристоров 23 и 24. Выходные выводы кольцевой схему, образованные соединением катодов распределительных тиристоров 27, 28 и 29, 30, подключены к концам цепи нагрузки,

Устройство управления тиристора содержит устройство 31 им пульснофазоБого управления, общий выход которого связан с входом распределителя 32 управлюящих импульсов. Выходы распределителя служат дня подключения к управляющим входам силовых тиристоров. Одновременно общий выход распределителя соединен с первым входом блока 33 логики, второй вход которого подключен к выходу датчика 14 направления тока нагрузки. Полярный конденсатор 34 фильтра подключен к выходным выводам трехфазного диодного моста. Каждый из двух введённых в силовую схему

тиристоров шунтирует в обратном направлении один из распределительных тиристо- роз. Так, тиристор 35 шунтирует распределительный тиристор 28, а тиристор 36 шунтирует распределительный тиристор

0 29. Выходной вывод кольцевой схемы, образованный общими анодами распределительных тиристоров 27 и 30. подключен к зажиму диагонали постоянного тока моста коммутирующих тиристоров, образооанно5 му соединением анодов тиристоров 22 и 24. В свою очередь блок 33 логики содержит сумматоры 37 м 38 импульсных сигналов, служащие для суммирования импульсов управления катодными и анодными группами,

0 двувходовые логические элементы 39-42 совпадения, устройства 43-46 временной задержки импульсов управления и элемент 47 инверсии. При этом выход каждого сумматора подключен в параллель к первым

5 входам двух различных элементов совпадения. Так, выход сумматора 37 связан с пер- выми входами элементов 39 и 40 совпадения, а выход сумматора 38 связан с первыми входами элементов 41 и 42 совпа0 дения. Вторыми входами одна пара логиче- ских элементов 39 и 41 совпадения подключена к выходу датчика 14 направления тока нагрузки, а другая пара логических элементов40 и 42 вторыми входами подклю5 чена к тому же датчику посредством элемента 47 инверсии. К выходам логических элементов подключены входами устройства 43-46 задержки. При этом выход логического элемента 39 подключен к входу устройст0 вз 43 задержки и одновременно служит для подключения к управляющим входам тиристоров 23, 30 и 35. Выход логического элемента 40 подключен к входу устройства 44 задержки и одновременно служит для под5 ключения к управляющим входам тиристоров 23, 27 и 36. Выход логического элемента 41 подключен к входу устройства 45 задержки и одновременно служит для подачи управляющих импульсов на управляющие

0 входы тиристоров 23, 30 и 35. Выход логического элемента 42 подключен к входу устройства 46 задержки и одновременно служит для подключения к управляющим входам тиристоров 23, 27 и 36.

5 Каждое устройство задержки имеет два выхода, один из которых служит для формирования управляющих импульсов с временной задержкой, определяющей длительность первого этапа коммутации, а другой - с временной задержкой, превышающей указанный интервал времени на время надежного восстановления запирающих свойств тиристоров. Так, первый выход устройства 43 задержки служит для подключения к управляющим входам тиристоров 22 и 29, а второй выход - к управляющим входам тиристоров 22 и 23. Первый выход устройства 44 задержки служит для подключения к управляющему входу тиристора 21, а второй выход - к управляющим входам тиристоров 21 и 24. Первый выход устройства 45 задержки служит для подключения к управляющему входу тиристора 21, а второй выход - к управляющим входам тиристоров 21 и 24. Первый выход устройства 46 задержки служит для подключения к управляющим входам тиристоров 22 и 28. а второй выход - к управляющим входам тиристоров 22 и 23.

Для проведения коммутации в катодной группе первого силового моста в нзчале первого этапа с выхода распределителя 32 подаются управляющие импульсы на очередной силовой тиристор 3 и противопарал- лельный тиристор 12 второго моста. Одновременно с этим по команде датчика 14 с выхода логического элемента 39 разрешается включение вспомогательных тиристоров 23, 30 и 35. В результате конденсатор 34 фильтра оказывается включенным параллельно цепи нагрузки. Так как начальное напряжение на обкладках указанного конденсатора превышает напряжение на выходе преобразователя, ток нагрузки начинает переходит в цепь с элементами 13, 35, 23, 34 и 30. Этот процесс сопровождается таким же уменьшением тока в выходящей из работы фазе с тиристором 1. После выдержки времени, необходимой для частичного разряда конденсатора 34, устройство 43 задержки обеспечивает подачу управляющих импульсов на распределительные тиристоры 22 и 29. Этим завершается первый этап искусственной коммутации и начинается второй этап, на котором происходит колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 25 по параллельным цепям с элементами 25, 23, 29, 1, 15 и 22, а также 25, 26, 29, 30, 22 и 25, 26, 35, 2, 19, 22. В момент, когда обратный ток перезаряда конденсатора 25 сравняется с составляющими тока нагрузки, протекающими в прямом направлении через тиристоры 1, 30 и 35, последние выключаются. Тогда прекращается разряд конденсатора 34 фильтра, а ток нагрузки переходит в цепь коммутирующего конденсатора с элементами 13. 2, 19, 22, 25, 26 и 29. При этом до тех пор, пока знак напряжения на конденсаторе 25 не изменится на противоположный, к выключенным тиристорам 1, 30 и 35 прикладывается обратное зосстанээливаюи е напряжение После изменения знака напряжения на конденсаторе 25 на знак, указанный Е скобках, ток нагрузки под воз- 5 действием напряжения коммутирующего конденсатора начинает вытесняться в очередную фазу с тиристором 3. В свою очередь ток фазы с зыключенным тиристором 1 «мает возможность замыкаться по цепи, со0 держащей диоды 15-20 и конденсатор 34 фильтра. При этом электромагнитная энергия, накопленная в индуктивных элементах выходящей из работы фазы, переходит в конденсатор фильтра, и последний вноаь

5 заряжается до исходного уровня. Коммутация завершается, когда весь.ток нагрузки переходит в цепь с элементами 3, 13 и 2, и вспомогательные вентили БИК 22 и 29 оказываются выключенными. Для компенсации

0 потерь энергии в цикле прямого и обратного перезарядов коммутирующего конденсате ра 25 его следует подзарядить. Это можно осуществить во внекоммутационный промежуток времени путем включения тиристоров

5 22 и 23. Управляющие импульсы на указанные тиристоры подаются с второго выхода устройства 43 задержки после того, как выключенные ранее тиристоры надежно восстановят запирающую способность. 8

0 результате напряжение на коммутирующем конденсаторе вновь устанавливается на уровне, превышающем амплитуду междуфазного напряжения сети, с полярностью, указанной в скобках, после чего БИК готов

5 к очередной коммутации в анодной группе первого моста.

В начале первого этапа коммутации распределитель 32 подает управляющие импульсы на очередной силовой тиристор 4

0 и противопарзллельный тиристор 7 второго моста. Одновременно с выхода элемента 41 по команде датчика 14 подаются импульсы управления нз вспомогательные тири- сторь- 23, 30 и 35. Следующий за этим

5 переход тока нагрузки в цепь конденсатора 34 фильтра с элементами 13, 35, 23, 34 и 30 приводит, как и ранее, к уменьшению тока в выходящей из работы фазе с тиристором 2 и частичному разряду конденсатора фи/:ьт0 оа. В начале второго этапа устройство задержки включает коммутирующий тиристор 21. Это вызывает колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора по парал- . лельным цепям с элементами 25, 21, 23 и

5 26, а также 25, 21, 16, 2, 35 и 26. Под воздействием встречного тока перезаряда коммутирующего конденсатора тиристоры 2 и 23 выключаются и к ним до конца разряда конденсатора прикладывается обратное восстанавливающее напряжение. Ток нагрузки

переходит в цепь коммутирующего конденсатора с элементами 13,35,26, 25,21,16,18 и 3. После того, как полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе 25 изменится на противоположную, указанную без скобок, ток нагрузки начинает вытесняться в цепь с очередным силовым тиристором 4. Коммутация завершается, когда весь ток нагрузки переходит в очередную фазу с тиристором 4, а вспомогательные вентили БИК 21 и 35 заперты. Электромагнитная энергия, накопленная в индуктивных элементах фазы с выключенным тиристором 2, переходит в конденсатор 34 фильтра , и последний вновь заряжается до исходного уровня. Подзаряд коммутирующего конденсатора 25 осуществляется после выдержки времени путем подачи импульсов управления с выхода устройства 45 задержки на вспомогательные тиристоры 21 и 24. После подза- ряда БИК готов к проведению очередной коммутации в катодной группе первого моста . В дальнейшем искусственные коммутации тиристоров первого моста осуществляются аналогично. 8 случае изменения направления тока нагрузки {иныер- торный режим) в работу вступают подготовленные к включению силовые тиристоры второго моста, при этом коммутации могут осуществляться с отстающими углами управления по обычным законам естественной коммутации.

Рассмотрим работу преобразователя в выпрямительном режиме при отрицательном направлении тока нагрузки, когда с искусственной коммутацией переключаются тиристоры второго моста. Будем считать, что до коммутации в работе находятся тиристоры 8 и 9. Для проведения коммутации в анодной группе второго моста полярность напряжения на обкладках коммутирующего конденсатора 25 должна быть такой, как указано в скобках (фиг. 1). Нужная полярность устанавливается после того, как по команде датчика 14 устройство 46 задержки включит на предшествующем внекоммута- ционном интервале тиристоры, 22 и 23. Первый этап коммутации в анодной группе второго моста начинается подачей управляющих импульсов с выхода распределителя 32 на очередной силовой тиристор 10 и про- тивопараллельный тиристор 1 первого моста. Одновременно логический элемент 40 по команде сигнала с выхода элемента 47 инверсии разрешает включение вспомогательных тиристоров 23, 27 и 36. В результате заряженный конденсатор 34 фильтра оказывается включенным параллельно нагрузке. Переход тока нагрузки в цепь указанного конденсатора с элементами 13,36, 23, 34 и 27, как и ранее, сопровождается уменьшением тока в выходящей из работы фазе с тиристором 8 и частичным разрядом конденсатора 34. Второй этап

коммутации начинается подачей управляющего импульса с выхода устройства 44 задержки на тиристор 21. Это приводит к перезаряду коммутирующего конденсатора 25, который начинается по параллельным

0 цепям с элементами 25, 21, 16, 8, 36 и 26, а

также 25, 21, 23 и 26. Под воздействием

встречного тока перезаряда конденсатора

5 тиристоры 8 и 23 выключаются и к ним до

- конца разряда конденсатора прикладывает5 ся обратное восстанавливающее напряжение. После запирания тиристора 8 ток нагрузки переходит в цепь конденсатора 25 с элементами 13, 36, 26, 25, 21, 16 (18) и 9. Когда полярность напряжения на обкладках

0 коммутирующего конденсатора изменится на противоположную, указанную без скобок, ток нагрузки начинает вытесняться в цепь фазы с очередным тиристором 10, Коммутация завершается, когда весь ток нагруз5 км перейдет а фазу с тиристором 10, и вспомогательные вентили 21 и 36 выключаются. Электромагнитная энергия индуктивных элеме нтов фазы с выключенным тиристором 8 переходит в конденсатор 34

0 фильтра и последний с помощью диодного моста 15-20 вновь заряжается до исходного уровня. Для подзаряда коммутирующего конденсатора 25 устройство 44 задержки включает на внекоммутационном интервале

5 тиристоры 21 и 24. Тогда конденсатор 25 вновь готов к очередной коммутации в кз- тодчой группе второго моста с полярностью напряжения, указанной без скобок.

В начале коммутации в катодной группе

0 второго моста с выхода распределителя 32 подаются управляющие импульсы на очередной силовой тиристор 1 w противопа- раплельный тиристор 2 первого моста. Одновременно по команде с выхода элемен5 та 47 инверсии логический элемент 42 включает вспомогательные тиристоры 23,27 и 36. Последующий переход тока нагрузки в цепь конденсатора фильтра с элементами 13, 36, 23, 34 и 27 приводит к уменьшению тока к

0 выходящей из работы фазе с тиристором 9 и. частичному разряду конденсатора 34. В начале второго этапа коммутации устройство задержим включает вспомогательные тиристоры. 22 и 28. Это приводит к

5 колебательному перезаряду коммутирующего конденсатора 25 по параллельным цепям с элементами 25, 26, 28, 9, 17 м 22, а также 25, 26, 28, 27, 22 и 25, 26, 36, 10, 15, 22. В момент равенства обратного тока перезаряда коммутирующего конденсатора с

прямыми токами тиристоров 9, 27 и 36 последние выключаются. После выключения силового тиристора 9 ток нагрузки переходит в цепь коммутирующего конденсатора 25 с элементами 13, 10, 17(19), 22, 25, 26 и 28, что приводит к перезаряду конденсатора 25. Когда полярность напряжения на обкладках этого конденсатора изменится на противоположную, указанную в скобках.ток нагрузки начинает вытесняться в цепь оче- редной фазы с тиристором 11. Коммутация завершается, когда весь ток переходит в очередную фазу, вспомогательные тиристоры 22 и 28 выключаются, а конденсатор 34 заряжается вновь в результате поступления избыточной энергии выключенной фазы. Для подготовки коммутирующего конденсатора 25 к очередной коммутации в анодной группе второго моста устройство 46 задержки включает тиристоры 22 и 23, после чего коммутирующий конденсатор 25 восстанавливает начальное напряжение с полярностью, указанной в скобках, и вновь готов к работе.

В дальнейшем искусственные комму- тации осуществляются аналогично.

Формула изобретения Непосредственный преобразователь частоты с искусственной коммутацией, со- держащий встречно-параллельно соединенные силовые тиристорные мосты, блок искусственной коммутации, включающий в себя трехфазный диодный мост, входом подключенный к входным выводам преоб- разователя и выходами связанный с диагональю постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, в диагонали переменного тока которого установлена коммутирующая цепь из последовательно включенных коммутирующего конденсатора и дросселя, и две цепочки из двух встречно-последовательно соединенных

распределительных тиристоров, подключенные к выходным выводам преобразователя, причем точка соединения анодов первой цепочки подключена к одному концу коммутирующей цепи, а также систему управления тиристорами, включающую в себя блок импульсно-фазового управления силовыми тиристорами, общий выход которого связан с первым входом блока логики, второй вход которого подключен к выходу датчика направления тока нагрузки, причем блок логики содержит два узла суммирования управляющих импульсов для противо- параллельных вентильных групп силовых мостов, четыре двувходовых логических элемента совпадения и элемент инверсии, выход каждого узла суммирования подключен в параллель к первым входам двух различных элементов совпадения, вторые входы одной пары которых подключены к выходу датчика, а вторые входы другой пары элементов совпадения подключены к выходу этого же датчика посредством элемента инверсии, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя путем ограничения коммутационных перенапряжений, в блок искусственной коммутации введены полярный конденсатор фильтра, подключенный к выходам трехфазного диодного моста, а также два дополнительных тиристора, каждый из которых шунтирует в обратном направлении один из распределительных тиристоров первой цепочки, а точка соединения анодов второй цепочки распределительных тиристоров подключена к соответствующему выводу постоянного тока моста коммутирующих тиристоров, в систему управления введены четыре элемента задержки импульсных сигналов управления, вход каждого из которых подключен к выходу одного из логических элементов совпадения.

К

% ИЗ

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Цель изобретения является повышение надежности преобразователя путем ограничения коммутационных перенапряжений. Устр-во содержит два встречно включенных моста на тиристорах 1-12, а также блок принудительной коммутации, включающий в себя датчик 14 тока и элементы 15-30,34-36. Предложенная структурно-алгоритмическая организация устраняет накопление заряда на обкладках коммутирующего 25 и фильтрового 34 конденсаторов. 3 ил.

fltl I ПП ПП

ПП Ш 11П

П П В ИИ И ПИ П

JJ1Л

П 1 Я

Я Я 1

.я .и 1

JL

Jn n л п в а п

D ВП П И П:

П П I

шпл

пя

ЯПП

ПП

Я Я 1

|ПП П ПП П Я П

JL

JL

П П. П П И

JL

в

Й П П П..Л