Преобразователь трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения для питания 2 @ -канальной активно-индуктивной нагрузки с рекуперацией энергии в емкостный накопитель Советский патент 1992 года по МПК H02M9/06 

ч

го

СА) О

Јь 00

го тиристора через зарядный резистор 20 соединен с первым выходным выводом для подключения нагрузки, являющимся общим с входным выводом для подключения нулевого провода питающей сети, а вывод второго силового электрода основного тиристора образует второй выходной вывод. За счет того, что управляемые выпрямители 1, 2 выполнены в виде двух источников напряжения с равными, но противоположными по знаку относительно общего вывода выходными напряжениями, а емкостный накопитель разделен на две части, каждая из

которых включена между выходом одного из указанных источников и общим выводом, и в каждый тиристорный ключевой элемент дополнительно введен рекуперативный диод 21, причем в каждом тиристорном ключевом элементе указанная общая точка соединения основного и коммутирующего тиристоров подключена к выходу одного из источников напряжения, а рекуперативный диод включен между вторым выходным выводом и выходом другого источника напряжения, происходит уменьшение потребления тока из сети. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения, питающие 2п- канальную активно-индуктивную нагрузку, например, для питания магнитных транспортных систем. Целью изобретения является повышение КПД путем частичной рекуперации энергии магнитного поля, накапливаемой в цепи нагрузки. Преобразователь содержит управляемые выпрямители 1, 2, входом соединенные с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающей сети, емкостные накопители 3, 4 и в каждом канале нагрузки тиристорный ключевой элемент, состоящий из оснобного 17 и коммутирующего 18 тиристоров, выводы одних одноименных силовых электродов которых объединены в общую точку, вывод второго силового электрода коммутирующесл

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к преобразователям трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения, питающие 2п-ка- нальную активно-индуктивную нагрузку, например, для питания магнитных транспортных систем (МТС).

Известны тиристорные преобразователи для питания магнитныхтранспортныхсистем, содержащие магнитопроводы с 2п катушками, т.е. активно-индуктивные нагрузки.

Общим недостатком этих устройств является отсутствие использования энергии магнитного поля, накопленной в катушках МТС за время протекания тока в обмотках, что приводит к сравнительно низкому КПД преобразователя и к увеличению длительности протекания тока через катушки (так как они зашунтированы диодами), что в ряде случаев нежелательно из-за возникновения в МТС паразитных тормозящих сил.

Наиболее близким к изобретению является устройство, в котором реализуется способ запирания основных тиристоров. В устройстве параллельно основному тиристору 1-го канала подключены вспомогательный тиристор и коммутирующая LC-цепь, когда основной тиристор открыт, в LC-цепи запасается энергия, которая затем используется для отпирания вспомогательного тиристора и частично передается обратно в источник питания.

В указанном устройстве имеется частичная рекуперация энергии, накопленной в элементах L и С, однако величина этой энергии очень мала по сравнению с энергией, поступающей в нагрузку, поэтому КПД рассматриваемого преобразователя очень мало отличается от КПД преобразователей вообще без рекуперации, что и является его основным недостатком.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя для МТС за счет использования рекуперации электромагнитной энергии, накапливаемой в катушках

индуктивной нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что управляемый выпрямитель выполнен в виде двух источников напряжения с равными, но противоположными по знаку относительно общего вывода выходными напряжениями , емкостный накопитель разделен на две части, каждая из которых включена между выходом одного из указанных источников и общим выводом, а в каждый

тиристорный ключевой элемент дополнительно введен рекуперативный диод, причем в каждом ключевом элементе указанная общая точка соединения основного и коммутирующего тиристоров подключена к выходу одного из источников напряжения, а рекуперативный диод включен между вторым выходным выводом и выходом другого источника напряжения.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя с рекуперацией для случая шестиканальной нагрузки (N 3); на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напряжений на элементах схемы.

Преобразователь содержит управляемые выпрямители 1 и 2 (фиг. 1), подключенные к питающей трехфазной сети, на выходе выпрямителей включены накопители 3 и 4. Тиристорные ключи 5-10 предназначены для коммутации активно-индуктивных нагрузок 11-16. Тиристорный ключ первого канала состоит из основного тиристора 17, коммутирующего тиристора 18, коммутирующего конденсатора 19, зарядного резистора 20 и рекуперативного диода 21.

Ключи 7 и 9 аналогичны тиристорному

ключу 5. Тиристорный ключ 6 второй группы нагрузок отличается от ключа 5 обратным

(по полярности) включением диодов и тиристоров, ключи 8 и 10 аналогичны ключу 6.

В ключе 5 основной тиристор 17 и коммутирующий тиристор 18 соединены ано- дами, между их катодами включен конденсатор 19, зарядный резистор 20 включен между общей точкой преобразователя и катодом коммутирующего тиристора 18. Нагрузка включена между катодом основного тиристора 17 и общей точкой преобразователя. Элементы остальных ключей включены аналогично (в ключах 6, 8, 10 с учетом обратной полярности).

Устройство работает следующим образом.

Так как тиристорные ключи коммутируются независимо один от другого, рассмотрим работу одного из них - ключа 5.

В начальный момент Т0 нагрузка 8 обесточена (фиг. 2), конденсатор 7 разряжен, тиристоры 5 и 6 и диод 10 закрыты, напряжение на резисторе 9 равно нулю.

В момент Ti в цепь управляющего электрода тиристора 5 подается импульс тока длительностью, достаточной для его открывания с учетом индуктивности нагрузки 8, тиристор 5 открывается, напряжение на нагрузке 8 становится равным Упит (падением напряжения на 5 пренебрегаем), ток нагрузки 18 нарастает с постоянной времени т L/R, где R - активное сопротивление нагрузки 8; L- ее индуктивность. При этом конденсатор 7 заряжается по цепи; плюс источника питания, ключи 5, 7, 9, общий провод. Постоянная времени этого процесса Т2 Rg x С, где Rg - сопротивление резистора 9; С -емкость конденсатора 7. По окончании переходного процесса ток в нагрузке 8 установится I Unni/Ra. а напряжение на конденсаторе 7 - 1)Пит (на графике положительной считается такая полярность, когда левая обкладка положительна).

В момент Та в цепь управляющего электрода тиристора 6 подается импульс тока. Тиристор 6 открывается. Напряжение конденсатора 7 прикладывается к нагрузке, суммируясь с Упит, увеличивая таким образом напряжение на 8 до удвоенного Упит, что вызывает некоторое увеличение тока нагрузки. На тиристоре 5 при этом оказывается запирающее напряжение на время, достаточное для его закрывания.

Конденсатор 7 быстро перезаряжается током нагрузки от Упит до цепи 8, 7, 6, плюс источника питания, минус источника питания. В момент достижения минус Упит (Тз) открывается диод 10 и дальнейший рост напряжения на конденсаторе прекращается.

Тиристор 6 при этом закрывается из-за падения тока через него до значения, меньшего тока удержания. Теперь индуктивный ток нагрузки 8 через диод 10 протекает в емкостный накопитель 4 второго канала, обеспечивая тем самым рекуперацию электромагнитной энергии активно-индуктивной нагрузки 8. Этот процесс продолжается до Т4, после чего ток прекращается.

По приходу следующего открывающего импульса на тиристор 5 процесс повторяется.

Ограничения: тг меньше Та - T0 больше времени нарастания тока (до значения тока удержания тириртора 5); Ti достаточно для отпирания тиристора 6; Тз - Т2о больше времени запирания тиристора 5; UnnT/R9 меньше тока удержания 6; Rg x С меньше периода повторения импульсов.

Таким образом, в процессе работы преобразователя через рекуперативный диод 21 ( и другие аналогичные диоды, входящие

в состав других тиристорных ключей) периодически происходит подзарядка емкостных накопителей 3 и 4 за счет энергии, накапливаемой в активно-индуктивных нагрузках. Так как схема управления выпрямителями 1 и 2 поддерживает напряжение накопителей 3 и 4 на постоянном уровне, ток, потребляемый преобразователем от сети, уменьшается; при этом КПД преобразователя увеличивается.

Проведенные расчеты показывают, что эффективность рекуперации в преобразователе зависит от режима его работы, в частности от соотношения постоянной времени активно-индуктивной нагрузки и длительности импульса напряжения на ней. В наиболее благоприятном случае, когда эти величины примерно одинаковы, можно добиться повышения КПД на 50%.

Формула изо б р.е тения

Преобразователь трехфазного тока в прямоугольные импульсы напряжения для питания 2п-канальной активно-индуктивной нагрузки с рекуперацией энергии в

емкостный накопитель, содержащий управляемый выпрямитель, входом соединенный с входными выводами для подключения соответствующих фаз питающих сети, емкостной накопитель и в кждом канале

нагрузки тиристорный ключевой элемент, состоящий из основного и коммутирующего тиристоров, выводы одних одноименных силовых электродов которых объединены в общую точку, вывод второго

электрода коммутирующего тиристора через зарядный резистор соединен с первым

выходным выводом для подключения нагрузки, являющимся общим с входным выводом для подключения нулевого провода питающей сети, а вывод второго силового электрода основного тиристора образует второй выходной вывод, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД путем частичной рекуперации энергии магнитного поля, накапливаемой в цепи нагрузки, управляемый выпрямитель выполнен в виде двух источников напряжения с равными, но противоположными по знаку относительно общего вывода выходными напряжениями,

0

емкостный накопитель разделен на две части, каждая из которых включена между выходом одного из указанных источников и общим выводом, а в каждый тиристорный ключевой элемент дополнительно введен рекуперативный диод, причем в каждом ключевом элементе указанная общая точка соединения основного и коммутирующего тиристоров подключена к выходу одного из источников напряжения, а рекуперативный диод включен между вторым выходным выводом и выходом другого источника напряжения.