Групповой преобразователь напряжения Советский патент 1990 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к преобразователям энергии постоянного или переменного тока в энергию переменного тока.

. Целью изобретения является повьшение надежности.

На фиг.1 представлена принципиальная схема группового преобразователя напряжения на базе автономных инверторов напряжения с групповой коммутацией и подзарядом коммутирующих конденсаторов от независимых источников подзаряда; на фиг;2 - блок-схема управления автономных инверторов группового преобразователя; на фиг.З - диаграмма управляющих импульсов главными и коммутирующими тиристорa lи преобразователя, причем нумерация соответствует номерам тиристоров; на фиг.4 - принципиальная блок-схема группового преобразователя напряжения с трансформаторной нагрузкой; на фиг.5 ---принципиальная блок-схема шестиосной секции электровоза с индивидуальным электроприводом и асинхронными тяговыми двигателями при пи- тании от высоковольтной сети перемен- ного тока.

Групповой преобразователь напряжения содержит два инвертора 1 и 2 с главными.тиристорами 3-14, обратными диодами 15-26 и коммутирующими тиристорами 27 - 38. Выходные зажимы соответственно 39-41 и 42-44 обоих инверторов объединены между собой по- фаэно через фазы А,В,С нагрузки. Входные зажимы 45 - 48 каждого из инверторов 1 и 2 подключены к источникам, питания 49 и 50. Кроме того, преобразовательное устройство содержит два LC-фильтра, состоящих из дросселей 51 и 52 и конденсаторов 53 и 54. Оба источника 49 и 50 гальванически раз(Л

01

оо

16

вязаны и включают в себя питающие т,рансформаторы соответственно 55 и 56 с первичной обмоткой 57, 58 и вторичной обмоткой 59, 60, подключенной к зажимам 61 - 64 переменного тока выпрямителя 65 и 66.

Между положительным выходным зажимом 67, 68 выпрямителя 65, 66 и положительным входным зажимом инвер- тора 1, 2 включен дроссель фильтра 51, 52, который вторым зажимом 45, 47 соединен с одноименным входньш зажимом 45, 47 своего инвертора 1,/2.

Отрицательный зажим 48 первого.ис- точника 49 питания является отрицательным выходным зажимом 69 первого выпрямителя 65, а отрицательный зажим 46 второго источника 50 является отрицательным выходным зажимом 70

второго выпрямителя 66.

Аноды коммутирующих тиристоров 27, 29, 31 и 33, 35 и 37 объединены в об- DOie точки соответственно 71 и 72, яв- ляющие ся, каждая, первым зажимом

своего коммутирующего дросселя соответственно 73 и 74, Второй зажим 75, 76 дросселя 73, 74 подключен к положительному зажиму источника подзаря- 1да коммутирующего конденсатора 77,78, включенного между зажимом 75, 76 . . своего подзаряда и положительным зажимом 45,47 инвертора 1,2,

Катоды коммутирующих тиристоров 36, -38, 34 и 30, 32, 28 катодных

групп обоих инверторов объединены в общие точки соответственно 79 и 80, являющиеся, каждая, первым зажимом коммутирующего дросселя соответственно 81 и 82. Второй зажим 83, 84 дросселя 81, 82 подключен к отрицательному зажиму источника подзаряда коммутирующего конденсатора 85, 86, включенного между зажимом 83, 84 своего источника подзаряда и отрицательным зажимом 46, 48 инвертора 1,2.

Схема управления тиристорами инверторов (фиг.2.) включает в себя четыре логических элемента 2И-НЕ 87 - 90, три логических элемента .1К-триггер с логикой ЗИ на входе 91 - 93, шесть логических элементов НЕ 94 - 99, три элемента сдвоенный одновибратор с повторным запуском 100 - 102} 12

элементов 2И-НЕ 103 -

Элементы 87 - 90 предназначены дл

установки системы управления в исходное положение при подаче на нее питания.

14

Элементы 91 -- 93 соединены в схем кольцевого распределителя импульсов, С шести выходов кольцевого распределителя на буферные инвертирующие элементы 94 - 99 поступает последовательность импульсов, сдвинутых на 60 эл.градусов и имеющих длительность 180 эл.градусов. Эти импульсы являются сигналами управления главными тиристорами инверторов. Из среза каждого из данных импульсов при помощи элементов 100 - 102, имеющих, каждый два независимых канала, формируются одноименные сигналы управления коммутирующими тиристорами инвертора. Буферные элементы 103 - 114 служат для разделения каналов управления двумя мостами преобразователя-.

Преобразователь работает следующим образом.

До -подачи питающего напряжения на зажимы 45 - 48 инверторов 1 и.2 к jic- точникам подзаряда (зажимы 75,45; 76 47; 46, 83 и 48, 84) подключаются коммутирующие конденсаторы соответственно 77, 78, 85 и 86, которые заряжаются до полярностей, указанных на фиг.1 и тем самым коммутирующие конденсаторы оказываются подготовленными к режиму коммутации.

Далее, при подаче напряжения на первичные обмотки 57 и 58 питающих трансформаторов 55 и 56 происходит заряд фильтровых конденсаторов 53, 54 от источников 49 и 50 питания до полярностей, указанных на фиг,1. И .таким образом, силовая часть преобразователя оказывается подготовленной к работе.

Рассмотрим рабочий- режим предлагаемого преобразователя, когда в работе участвуют фазы А В, С нагрузки (фиг.), а система управления (фиг.2) работает по закону 180 -го управления со 180°-ной шириной импульса управления главными тиристорами инверторов.

В момент tp (фиг.З) подаются одновременно очередные сигналы управления на главный тиристор 3 инвертора 1 и главный тиристор 6 инвертора 2. При этом к моменту t главные тиристоры 11, 14 и 7, 4 уже открыты. В этом случае создаются следующие цепи рабочего тока (фиг.1):

1) зажим 45 источника 49 питания- зажим 45 инвертора 1 - главный тиристор 3 - точка 38 - фаза А нагрузки 51605301

точка 41 инвертора 2 - главный тиристор 6 - зажим 48 инвертора 2 - зажим 48 источника 49 питания;

2)зажим 47 источника 50 - зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор 11- точка 42 - фаза В нагрузки - точка 39 инвертора 1 - главный тиристор 14 инвертора 1 - зажим 46 инвертора 1 - зажим 46 источника 50 питания; д

3)зажим 45 источника 49 - зажим 45 инвертора 1 - главный тиристор 7- точка 40 - фаза С нагрузки - точка 43 инвертора 2 - главный тиристор 4 - зажим 48 инвертора 2 - зажим 48 ис- 55 точника 49.

Таким образом, в этот момент времени гальванически связанными между собой оказываются фазы А и С нагрузки,

6

После закрытия главных пфисторов 7 и 4 дальнейшиР перезаряд коммутирующих конденсаторов 77 и 86 будет происходить через обратные диода соответственно 19 и 16. После.дующий перезаряд указанных конденсаторов 77 и 86 до напряжения исходной полярности и исходной величины будет осуществляться через источники подзаряда (соответственно зажимы 75, 45 и 48, 84),

В момент t (фиг.З) одновременно со снятием управляющих сигналов с главных тиристоров 7 и 4 происходит подача управляющих сигналов на главные тиристоры 13 и 10, В результате создается другая цепь рабочего тока через фазу С нагрузки, а именно: зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор

работающие параллельно от одних питаю-20 13 --точка 43 - фаза С нагрузки - за- щих входов 45 и 48. А фаза В нагрузки жим 40 инвертора 1 - главный тиристор не связана с ними в этот момент времени и питается от входов 47 и 46 преобразователя.

10- за;ким 46 (70) источника 2 питания. Иными словами, фазное напряжение и рабочий ток фазы С меняют знак на

. .Это, однако, не влияет на режим работы нагрузки, так как сохраняются условия для создания вращающегося магнитного поля, ибо фазные обмотки нагрузки (например, двигателя), как обычно, геометрически сдвинуты относительно друг друга на 120-, и ЭДС, созданные в фазах нагрузки, сдвинуты относительно друг друга на 120 эл. град. Форма фазного напряжения при этом прямоугольная, а по величине действующее значение фазного напряже- ния равно входному напряжению инвертора.

Таким образом, в рабочий режим нагрузки такое включение параллельно работающих инверторов практически не вносит существенных изменений.

В момент t (фиг.З) подаются управляющие импульсы на ком.мутирующие тиристоры 31 и 28, в результате чего происходит коммутация тока с главных тиристоров 7 и 4 в цепь главных тиристоров 13 и 10 (фиг.1).

При этом коммутирующий конденсатор 77 разряжается по цепи: зажим 75 - коммутируюищй дроссель 73 - точка 71- коммутируюид1й тиристор 31 - главный тиристор 7 - зажим 45 конденсатора 77 а коммутирующий конденсатор 86 разряжается по цепи: зажим 48 - .главный тиристор 4 - точка 43 - коммутирующий тиристор 28 - точка 80 - кoм fy-тиpyю- щий дроссель 82 - зажим 84 конденсатора 86.

6

После закрытия главных пфисторов 7 и 4 дальнейшиР перезаряд коммутирующих конденсаторов 77 и 86 будет происходить через обратные диода соответственно 19 и 16. После.дующий перезаряд указанных конденсаторов 77 и 86 до напряжения исходной полярности и исходной величины будет осуществляться через источники подзаряда (соответственно зажимы 75, 45 и 48, 84),

В момент t (фиг.З) одновременно со снятием управляющих сигналов с главных тиристоров 7 и 4 происходит подача управляющих сигналов на главные тиристоры 13 и 10, В результате создается другая цепь рабочего тока через фазу С нагрузки, а именно: зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор

0 13 --точка 43 - фаза С нагрузки - за- жим 40 инвертора 1 - главный тиристор

10- за;ким 46 (70) источника 2 питания. Иными словами, фазное напряжение и рабочий ток фазы С меняют знак на

5 противоположный.

В момент t (фиг.З) происходит переключение очередной пары тиристоров

11и 14 (фиг.1) на вновь вводим в работу пару тиристоров 5 и 8,

0- В момент t (фиг.З) происходит коммутация тока пары тиристоров 3 и 6 на пару тиристоров 9 и 12,

В момент tjj. (фиг.З) происходит ; коммутация главных тиристоров 13 и 1C и главных тиристоров 7 и 4.

В момент 15- (фиг.З) рабочий ток , коммутирует с главных тиристоров 5,8 на главные тиристоры 11 и 14,

В момент tg (фнг,3), соответствующий периоду изменения выходного напряжения инверторов, рабочий ток коммутирует с главных тиристоров 9, 12 на главные тиристоры 3 и 6. Далее все процессы повторяются аналогично.

Допустим теперь, что по каким-либо причинам не произошла очередная коммутация тока с главного тиристора 3 на главный тиристор 9, и к моменту открытия главного тиристора 12 тиркс- тор 3 не восстановил свои запирающие свойства. А коммутация рабочего тока с главного тиристора 6 в цепь главного тиристора 12 осуществляясь по заданному алгоритму.

Тогда создается следующая цепь аварийного тока, который однако,.не является током сквозного короткого замыкания через главные тиристоры 3 и 12 (фиг.1): верхняя обкладка кон5

0

5

0

5

160

денсатора фильтра 53 - зажим 45 инвертора 1 - главный тиристор 3 - главный тиристор 12 - входной зажим 46 инвертора 1 - выходной зажим 70 выпрямителя 66 - выпрямитель 66 - выходной его зажим 68 - дроссель фильтра 52 - входной зажим 47 инвертора 2- главный тиристор 13 - точка 43 - фаза С нагрузки - точка 40 инвертора l. главный тиристор 10 - диод 26 - точка 39 - фаза В нагрузки - главный тиристор 8 инвертора 2 - входной зажим 48 инвертора 2 - нижняя обкладка конденсатора 53.

При этом от второго источника 50 питания ток.течет по двум цепям:

1)зажим 47 источника 50 - входной зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор 13- точка 43 - фаза С нагруз ки - точка 40 инвертора 1 - главный тиристор 10 - зажим 46 источника 50;

2)зажим 47 источника 50 - входной зажим инвертора 2 - главный тиристор 9 - точка 41 - фаза А нагруз- ки - точка 38 инвертора 1 - главный тиристор 12 - зажим 46 источника 50

цит ания,

Таким образом, видно, что при еры- ве коммутаций с главного тиристора 3 на главньш тиристор 9 не происходит сквозного короткого замыкания ука- занных тиристоров на источник питания так как в .цепь аварийного тока обяза- тельно вовлекается нагрузка. И, кро ме того, в этом режиме не происходит подпитка места аварийного режима со стороны противоположного источника питания. Токи, протекающие через тк- ристор первого инвертора 1 от второго инвертора 2 при незакрывшемся главном тиристоре 3, проходят по тем же контурам, что и в случае нормальной коммутации главного тиристора 3, ми- нуя последний.

Иными словами, со стороны неповрежденного инвертора 2 подпитка цепи через напрямую открытые главные тиристоры 3 и 12 не производится, а режим работы инвертора 1 при этом не является режимом сквозного, короткого замыкания, так как из .сказанного выше видно, что цепь аварийного тока включает в себя фазы нагрузки. Через главный тиристор 12 при этом проходит рабочий ток со стороны инвертора 2 и аномальный ток собственно инвертора 1, результирующее значение которых не

8

является аварийным для главного тиристора 12..

А система контроля и защиты инверторов может быть при этом отстроена таким образом, что время ее срабатывания не будет являться критичным по отношению ко времени протекания аномального тока.

Аналогичный режим возникает и в случае удачной коммутации рабочего тока с главного тиристора 3 на главный тиристор 9, но на весьма малый промежуток времени, определяемый временем восстановления запирающих свойств главного тиристора 3, так как моменты подачи управляющих сигналов на коммутирующий тиристор 27 и на главный тиристор 12 (фиг.З) совпадают. По, как было уже рассмотрено, этот режим, тем более в столь короткий промежуток времени, не приведет к повреждению главного тиристора 12,

Сказанное позволяет упростить схему управления инверторов 1 и 2, не предусматривая в ней цепей задержки подачи управляющих импульсов на коммутирующие и следующие за ними по алгоритму управления главные тиристоры.

Преобразователь может найти широкое применение как в преобразователях общепромьЩ1ленного назначения, например с трансформаторной нагрузкой (фиг.4), так и в высоковольтном тяговом электроприводе с асинхронными тяговыми двигателями (фиг. 5 и 6).

Б частности, на фиг,5 показан вариант использования предложенного технического решения 6-осной секции электровоза с индивидуальным приводом движущих осей и асинхронными тяговыми двигателями. Здесь в качестве нагрузки 115а, 115в, 115с каждой па- ры инверторов 1а, 2а (1в, 2в и 1с, 2с) используются тяговые двигатели, соответствующие фазы обмоток статоров -которых соединены а рамках своей нагрузки последовательно между собой. Ротор каждого из.указанных двигателей приводит во вращение свою ось, . , т.е. колесную пару секции электровоза. Питающие трансформаторы 55 и 56 - подключен:, каждый, к своему высоковольтному .выпрямителю П6, 117, ВХО-. ды каждого из которых , в свою оче.- редь,подключены непосредственно к контактной сети.

Формула изобретения

Групповой преобразователь напряжений, содержащий два т-фазных инвертора напряжения, соединенных выходными зажимами с тп-фазной цепью нагрузки и подключенных каждый через LC-фильтр своего звена постоянного тока к выводам источников питания, причем с положительными выводами последних сое- динены через соответствующие дроссели упомянутых LC-фильтров положительные зажимы соответствуюпщх инверторов, отличающийся тем, что, с

целью повышения надежности, отрицательный зажим каждого инвертор подключен к отрицательному выводу другого источника питания, конденсатор фильтра каждого инвертора включен между положительным зажимом последнего и отрицательным выводом одноименного источника питания, причем источники питания гальванически развязаны, а каждая фаза цепи нагрузки включена между выходнь ми зажимами одноименных фаз обоих инверторов.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является повышение надежности. Устройство содержит два инвертора напряжения и два источника питания, гальванически развязанные между собой. Положительные зажимы обоих инверторов подключены к одноименным зажимам своих источников питания. Отрицательные зажимы инверторов подключены к одноименным зажимам противоположных источников питания. При этом нагрузка включена между выходными зажимами инверторов. В устройстве устраняется возможность возникновения "сквозного" короткого замыкания в любом из обоих инверторов. 5 ил.

I | J

If

|т«

О

3 27

6 30

3 33

12 36

5 23

8 32

11 35

;«

38

7 31

ft

28

13 J7

W J«

АИН1

Фиг.ЗАИН2

- нВ(бн8,12н

55

65с fyBB 6В 66с 45с iffc.

(6нВ.

шт

U8c 45с,

.° .

Фиг. 5