Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя Советский патент 1991 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в узлах принудительной коммутации автономных инверторов напряжения тиристорных преобразователей частоты электровозов переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение функциональной надежности.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы токов и. напряжений, поясняющие принцип его действия; на фиг.З - диаграмма импульсов управления; на фиг.4 - функциональная схема формирователя сигналов управления.

Устройство (фиг.1) содержит тиристорный преобразователь 1, анодную 2 и катодную 3 группы распределительных тиристоров, подсоединенные к выводам преобразователя 1, источник 4 питания, выполненный в виде однофазного диодного моста и фильтрового конденсатора, подсоединенный выводами постоянного тока к выводам резисторов 5 и б, подсоединенных другими выводами к анодам и катодам разделительных диодов 7 и 8, RCD-цепи 9 и 10, подсоединенные параллельно коммутирующим тиристорам 11 и 12, подключенным к выводам разделительных диодов 7 и 8. первую пару зарядных тиристора 13 и диода 14, подсоединенных к выводам разделительных диодов 7 и 8 и к общей точке соединения тиристоров

ON

fc

СО 00 О

11 и 12, RCD-цепи 15 и 16, подсоединенные параллельно коммутирующим тиристорам 17 и 18, подключенным к выводам разделительных диодов 7 и 8 коммутирующие LC- цепи 19, 20 и 21, 22, подключенные одними выводами к аноду зарядного диода 14 и в диагональ переменного тока однофазного моста, образованного коммутирующими тиристорами 11, 12 и 17, 18и другими выводами к разделительному тиристору 23, вторую пару зарядных тиристора 24 и диода 25, подсоединенных к выводам постоянного тока источника 4 питания и к выводам разделительного тиристора 23, разрядные диоды 26 и 27, подсоединенные к выводам коммутирующих тиристоров, однофазный мост возвратных диодов 28-31, подсоединенный выводами постоянного тока к выводам коммутирующих тиристоров 11, 12 и 17, 18, коммутирующий трансформатор 32, подсоединенный выводами первичных обмоток к анодам и катодам распределительных тиристоров 2 и 3, к выводам разделительного тиристора 23 и разрядных диодов 26 и 27, и выводами вторичной обмотки в диагональ переменного тока моста возвратных диодов 28 - 31, систему 33 формирования сигналов управления, подсоединенную к выводам тиристоров 2, 3, 11 - 13, 17, 18, 28, 24.

Система 33 формирования сигналов (фиг.4) содержит регулятор 34 частоты, к выходу которого подсоединяется двухка- нальный распределитель 35 импульсов управления, выполненный в каждом канале из формирователей 36, к выходу которых подсоединены одновибраторы 37 и 38, формирователи 39 и 40, подсоединенные выходами к выводам управления тиристоров, а входами к выходам одновибраторов 37 и 38, двухвхо- довый логический элемент 41 совпадения (И или ИЛИ), подсоединенный своими входами в каждом канале управления к формирователям 36, формирователь 42 импульсов, подсоединенный к выходу и к выводам управления тиристоров узла принудительной коммутации.

Устройство работает следующим образом.

Пусть первоначально конденсаторы 19 и 21 заряжены и на интервале to-1 имеют знак напряжения (фиг 2, без скобок) В момент времени ti для выключения тиристоров преобразователя 1 по сигналу системы 33 управления включаются тиристоры 11 и 23, коммутирующий конденсатор 19 начинает перезаряжаться по контуру: (+) 19, 20, 23, 2, 1, 11, (-) 19 при этом к запираемым тиристорам преобразователем 1 для восстановления вентильных свойств через анодную группу 2 распределительных тиристоров

прикладывается напряжение первичной обмотки коммутирующего трансформатора 32 После запирания тиристора преобразователя 1 перезаряд конденсатора 19 осуществляется по контуру.+19,20,23,32,26, 11-19. Со сдвигом во времени, равным 2/3 полупериода собственной частоты колебательного контура, в момент времени ta включают тиристор 17 и конденсатор21 второй LC-цепи начинает разряжаться по контуру (+) 21, 22, 32, 26, 17, (-) 21 В момент времени t3 заканчивается перезаряд конденсатора 19, первой по очередности перезаряда LC-цепи на противоположный знак

напряжения, при этом напряжение на конденсаторе ниже исходного на величину

(1-е-лг/2д),

0

5

0

5

0

5

0

где Д - добротность колебательного контура,

DCO исходное напряжение на коммутирующем конденсаторе к моменту коммутации

На интервале времени t4-5 конденсатор 21 второй по очередности перезаряда LC- цепи дозаряжается спадающим током нагрузки, вследствие чего напряжение на нем становится выше, чем исходное напряжение Uco. В момент времени te включают тиристор 13, и по цепи (+) 4, 5, 13, 19,20,25, (-) 4 осуществляется дозаряд первой по очередности перезаряда LC-цепи. Дозаряд осуществляется в колебательном режиме и напряжение на конденсаторе 19 становится выше, чем напряжение источника 4 питания Разность этих напряжений, приложенная к тиристору 13 и диоду 25, обеспечивает надежное восстановление вентильных свойств, и зарядный тиристор 13 выключается по контуру (-I) 19, 13, 5, 4, 25, 20, (-) 19.

При этом избыточная энергия коммутирующего конденсатора 19 по цепи обратного диода 9, разделительного диода 7 и резистора 5 выводится в цепь источника 4 питания. Ток благодаря резистору 5спадает по апериодическому закону и напряжение на конденсаторе 19 ограничивается на уровне напряжения источника 4 питания.

В момент времени ts осуществляется коммутация тиристоров катодной группы преобразователя 1. При этом включают один из распределительных тиристоров катодной группы 3 коммутирующий тиристор 18, разделительный тиристор 23, вследствие чего конденсатор 21 перезаряжается по цепи: (4) 21. 18, 1,3, 23, 22.(-)21. Напряжение первичной обмотки коммутирующего трансформатора 32 прикладывается через

распределительные тиристоры к выключаемым тиристорам преобразователя 1. После запирания тиристора преобразователя 1, конденсатор 21 продолжает перезаряжаться по контуру: (+) 21, 18, 27, 32, 23, 22, (-) 21. В момент времени tg включают тиристор 12 первой LC-цепи, и конденсатор 19 перезаряжается по контуру: (+) 19, 21, 27, 32, 20, (-) 19.

В момент времени ti3 осуществляется дозаряд первой по очередности включения LC-цепи 21 и 22. Для этого включают зарядный тиристор, и дозаряд конденсатора в колебательном режиме осуществляется по контуру: (+) 4, 24, 22, 21, 14, 6, (-) 4. Избыточная энергия коммутирующего конденсатора 21 по цепи (+) 21, 22, 24, 4, 6, 8, 16, (-) 21 выводится в конденсатор источника питания 4 по апериодическому закону. Разность напряжений конденсаторов 21 и 4 прикладывается к зарядным тиристор/ 24 и диоду 14, обеспечивая надежное восстановление вентильных свойств, и тиристор 24 запирается.

Далее электромагнитные процессы повторяются аналогично.

В режиме холостого хода алгоритм работы устройства остается неизменным, вследствие чего конденсаторы 19 и 21 коммутирующих LC-цепей дозаряжаются через одну коммутацию.

Система 33 формирования сигналов управления устройства принудительной коммутации (фиг.4) состоит из регулятора 34 частоты и распределителя 35 импульсов, выполненного в виде двух каналов управления на логических элементах.

Система 33 формирования сигналов управления согласно диаграмме управления (фиг.З) работает следующим образом. На вход регулятора 34 частоты подают сигнал Uf (задания по выходной частоте, фиг.1 и 3). С выхода 34 для каждой фазы преобразователя 1 формируют два сигнала (например, +UAi - UA), Согласно диаграмме импульсов управления (фиг.З) по заднему фронту этих сигналов формирователь 36 формирует импульсы, поступающие в каждом канале управления на управляющие выводы тиристоров 11 и 18 и на входы одновибраторов 37 и 38. Последние формируют импульсы, равные по длительности интервалам времени ti -12 и ti - te соответственно, по задним фронтам которых усилители-формирователи 39 - 41 формируют импульсы управления, поступающие в каждом канале на выводы управления тиристоров 13,17 и 23 в первом канале и на выводы управления тиристоров 12, 23 и 24 во втором канале управления.

Введение двух резисторов и подсоединение их к шинам источника питания и к

выводам разделительных диодов позволяет осуществить вывод избыточной энергии коммутации по цепи обратных диодов по апериодическому закону, вследствие чего

напряжение на конденсаторах ограничивается на уровне напряжения источника питания.

Кроме того, указанное подключение резисторов последовательно с зарядными

тиристорами и диодами позволяет осуществить заряд конденсаторов LC-цепей в колебательном режиме и обеспечить надежное восстановление вентильных свойств заряд- ныхтиристоров поокончании процесса коммутации.

Формула изобретения

Устройство принудительной коммутации тиристоров преобразователя, содержащее две пары согласно-последовательно включенных коммутирующих тиристоров, подсоединенных общими точками соединения соответствующих выводов к соответствующим выводам встречно включенных разделительных диодов, RCD-цепочки, включенные параллельно коммутирующим тиристорам, разрядные и возвратные диоды, подсоединенные своими соотвётствующими выводами к общим точкам соединения анодов и катодов коммутирующих тиристоров, первую и вторую коммутирующие LC-цепи, подключенные первыми выводами к соответствующим точкам соединения согласно-последовательно включенных коммутирующих тиристоров, первый и второй зарядные тиристоры, катодами подсоединенные к первому выводу первой и к второму выводу второй LC-цепей соответственно, а анодами подсоединенные к катоду разделительного диода и к положительной шине источника питания, выполненного в виде вентильного моста с фильтровым конденсатором, коммутирующий трансформатор с двумя первичными и одной вторичной обмотками, подключенный первичными выводами к соответствующим выводам коммутирующих LC-цепей и разрядных диодов, а вторичными выводами - к диагонали переменного тока однофазного моста возвратных диодов, анодную и катодную группы распределительных тиристоров, подсоединенных соответствующими выводами к выводам тиристорного преобразователя и к

соответствующим выводам первичных обмоток коммутирующего трансформатора, а также блок управления, включающий в себя формирователи импульсов управления коммутирующими, распределительными и зарядными тиристорами, отличающееся

тем, что, с целью улучшения энергетических показателей и повышения функциональной надежности, в него дополнительно введены два резистора, подсоединенные к шинам источника питания и к выводам разделительных диодов, первый и второй зарядные диоды, анодами подсоединенные соответственно к первому выводу ВТОРОЙ и к второму выводу первой коммутирующих LC-цепей, а катодами - к аноду разделительного диода и отрицательной шине источника питания, разделительный тиристор, анодом и като

дом подсоединенный к вторым выводам соответственно первой и второй коммутирующих LC-цепей, а также двухвходовый логический элемент ИЛИ, своими входами подсоединенный к выходам тех формирователей импульсов, которые связаны с управляющими входами коммутирующих тиристоров первых по очередности перезаряда LC-цепей, а выходом через введенный усилитель-формирователь подключен к управляющему входу разделительного тиристора.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом электроприводе. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение функциональной надежности. Устройство предназначено для коммутации тиристоров преобразователя 1 (например, инвертора) и содержит распределительные тиристоры 2 и 3, источник питания 4, коммутирующие 11, 12,17 и 18 и первый зарядный ТЗтиристоры, разделительные 7 и 8 и первый зарядный 14 диоды, коммутирующие LC-цепи 19,20 и 21, 22. разделительный 23 и второй зарядный 24 тиристоры, второй зарядный 25 диод, разрядные 26 и 27 и возвратные 28 - 31 диоды, а также коммутирующий трехобмо- точный трансформатор 32. Цель достигается благодаря введенным резисторам 5 и 6, разделительным диодам 14 и 25 и разделительному тиристору 23 с соответствующим алгоритмом управления, реализуемым дополнительно введенным двухвходовым логическим элементом ИЛИ. 4 ил. Ј

№# Iм

№

Ы

19 го к

Ъ$-ггъ

гГ Kjjft,

« 2,3,11-13, Л-18,23-24

Фиг А