МОСТОВОЙ СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1969 года по МПК H02M7/00 

Известны мостовые статические преобразователи, замкнутые накоротко на обмотку сглаживающего дросселя с узлом искусственной коммутации, содерл ;ащим коммутирующий конденсатор, включенный между нулевым проводом трехфазной питающей сети и средней точкой цепи, состоящей из дву.ч последовательно включенных коммутирующих тиристоров и подключенной к зажимам цепи постоянного тока. Они не могут быть использованы в качестве компенсаторов реактивной мощности из-за невозможности его запуска, так как для обеспечения перезаряда коммутирующей емкости коммутационным током за счет запаса энергии в сглаживающем дросселе необходимо прежде чем начать процесс искусственной коммутации, обеспечить достаточное накопление этой энергии.

Предлагаемый статический преобразователь может быть использован в качестве компенсатора реактивной мощности и запуск его может быть осуществлен за счет того, что он снабжен пусковым тиристором, включенным между общей точкой конденсатора и средней точкой цепи, состоящей из двух последовательно включенных коммутирующих тиристоров и фазой трехфазной питающей сети. Па один из тиристоров моста подается укороченный по сравнению с другими уиравляющий импульс, а на пусковой тиристор открывающии импульс подается в интервале между укороченным импульсом и очередным имнульсом, подаваемым на тиристоры моста.

При использовании указанного преобразователя в качестве компенсатора реактивной мощности для сети с изолированной нейтралью коммутирующий конденсатор выполнен расщепленным на три равные части, соединенные в звезду и присоединенные к трем фазам питающей сети, а нулевая точка звезды подключена к пусковому тиристору.

Па фиг. 1,а дана схема мостового статического преобразователя, используемого в качестве компенсатора реактивной мощности, состоящего из выпрямителя, выполненного при помощи вентилей 1, 2, 3, 4, 5 и 6, соединенны.х по мостовой схеме, сглаживающего дросселя 8, на который замкнут накоротко вынрямитель, узла искусственной коммутации, выполненного при иомощи конденсатора 9, вентилей 10 и //, пускового вентиля 12 и пусковой индуктивности 7, которая практически не устанавливается, а вместо нее используется индуктивность рассеяния питаюп.1,его трансформатора, если коммутируюи1,ий конденсатор нрисоединен к его нулевой точке, или иидуктивность рассеяния обмотки электродвигателя, если конденсатор 9 при индивидуальной компенсации ирисоединен к нулевой точке обмоток электродвигателя. На фиг. 1,6 дана та же схема преобразователя, в которой применены три коммутирующие емкости 9, соединенные в звезду. На фиг. 2 даны диаграммы напряжений, тока и управляющих импульсов. На управляющие электроды основных тиристоров выпрямителя подаются управляющие импульсы, начальная фаза которых сдвинута на угол, приблизительно равный 90 эл. град. в сторону опережения по сравнению с фазой управляющих импульсов при работе выпрямителя с углом регулирования, равным нулю. Известно, что выпрямитель, замкнутый накоротко, в том случае, когда включение вентилей происходит с опережением на угол, примерно равный 90 эл. град, работает как комненсатор реактивной мощности. На фиг. 2 даны диаграммы линейных напряжений и токов с указанием номеров проводящих в данный момент вентилей. Напряжение, которое оказывается приложенным к сглаживающему дросселю 8, заштриховано. Это нанряжение имеет шестифазную частоту но отпощенпю к частоте сети, а действующее значение его первой гармоники в п раз меньще действующего значения линейного напряжения, поэтому величина дросселя получается небольшой. Как видно из линейных диаграмм, в момент, предшествующий коммутации вентиля, напряжение на его аноде отрицательно и равно половине амплитуды линейного напряжения, поэтому коммутирующая емкость 9 должна быть заряжена к этому моменту до величины несколько больщей, чем половина амплитуды линейного нанряжеиия, причем с такой полярностью, чтобы обеспечить нормальное зажигание коммутирующего вентиля. Для пуска преобразователя используются пусковой вентиль 12 и систе Ма отпирающих импульсов разной длительности. Схема работает следующим образом. Нрн включении преобразователя в сеть переменного тока на его зажимах появляется напряжение. В момент времени, когда линейное напряжение положительно, имеется возможность зажигания двух вентилей, которые одновременно в это время открыты. Пусть, папример, в момепт времени t зажглись вентили 3 О. 4, когда напряжение 6, пройдя через нуль, стало ноложительным, и через унравляющие электроды только этих вентилей в данный момент протекают отпирающие импульсы тока. Вентили 3 i 4 будут гореть до момента /а- когда более положительным становится напряжение На вентили 1, 3, 4, 5 и 6 подаются отпирающие импульсы прямоугольной формы длительностью, нримерно, 120 эл. град, в то время как па вентиль 2 подается укороченный отпирающий импульс. Поэтому в моменты времени tz, 4, 4, когда соответственно линейные напряжения Ь, t/йй и и 1,0. становятся более положительными одно по отношению к другому, зажигание вентилей 5, 6 и } происходит так же, как п при работе обычного выирямителя с углом регулирования, равным нулю. В момент времени 4 напряжение f/ становится более положительпым, чем U/,, и мог бы зажечься вентиль 2, но управляющий импульс у вентиля 2 укорочен и к тому моменту уже снят, ноэтому вентиль 2 зажечься не может. В момент времени 4 наиряжение , становится более положительным, чем Uf,, и на вентиль 3 подается отпирающий импульс, но вентиль 3 также не может зажечься, так как не горит вентиль 2, и ток не может изменить направление в фазах В и С. Кривая выпрямленного напряжения в нроцессе пуска имеет форму, изображенную на фиг. 2а более толстой линией. В результате в нроцессе пуска выпрямитель оказывается в режиме короткого замыкания с углом регулирования, равным нулю, что обеспечивает нарастание величины постоянного тока, текущего через дроссель 8, и накопление в нем необходимого запаса энергии для нормальной работы схемы. Кривая нарастания тока в дросселе показана на фиг. 2,г. В момент времени tr,, как видно на фиг. 2,в, па которой изображены управляющие импульсы всех вентилей, на управляющий электрод пускового вентиля 12 подается короткий отпирающий импульс, в результате чего происходит быстрый заряд конденсатора 9 от фазы А с полярностью, указанной на фиг. 1. Конденсатор 9 заряжается до напряжения более высокого, чем фазовое, за счет индуктивности 7. Коммутирующий вентиль 10 в момент /у зажечься не может, поскольку заряженный конденсатор 9 создает на его аноде отрицательный потенциал. В момент времени tj зажигаются вентили 3 к 4, а вентили 1 и 6 гаснут, так как напряжение t/Qi становится более положительным, чем Uf, . Следует заметить, что при отсутствии укорочения управляющего импульса на вентиле 2 статический компенсатор не мог бы выйти из режима короткого замыкания с помощью только пускового вентиля 12. Таким образом, к моменту времени t-; в схеме мостового статического компенсатора реактивной мощности заканчивается иусковой процесс и переходит в нормальное состояние генерирования реактивной мощности. Рассмотрим это состояние. Вентили 3 и 4 теперь уже горят только до момента времени /8, в которой зажигается коммутиру ощий вентиль // и гасит вентиль 3. Ток, текущий через сглаживающий дроссель, течет теперь через вентиль 11, коммутирующую емкость Я фазу Л и вентиль 4. Коммутирующая емкость перезаряжается до напряжения больше фазового, и отпираемый в этот момент вентиль 5 зажигается, несмотря на то, что напряжение

Вентили 4 п 5 горят до момеита tg. Зажигается второй коммутирующий вситиль 10, гасит вентиль 4 и обеспечивает иерезаряд коммутирующей емкости сиова иа прежнюю полярность, в результате чего становится возможным зажигание вентиля 6. Этот процесс непрерывно повторяется и статический компенсатор автоматически вводится в режим генерирования реактивной мощности.

Если теперь сравнить кривые фазовых напряжений с кривыми первых гармоник тока, то оказывается, что ток опережает напряжение на угол, близкий к 90 эл. град. Величина тока легко регулируется изменением фазы уиравляющих импульсов. Кривые токов, текущих через вентили, в режиме генерирования реактивной мощности изображены на фиг. 2,6.

Исполнение мостового статического преобразователя, используемого в качестве компенсатора реактивпой мощпости но схеме фиг. 1,6, имеет следующие особенности.

Ко.ммутирующая емкость 9, присоединенная к общей точке коммутирующих веитилей 10 и 11, расщепляется на три равные части, соединенные в звезду, и ирисоедиияются к трем фазам питающей сети или трансформатора независимо от наличия вывода его нулевой точки. Это позволяет осуществить схему мостового преобразователя и при соединении обмоток питающего трансформатора в треугольник.

В схеме преобразователя с расщепленной коммутирующей емкостью при зажигании одного из коммутирующих вентилей 10 или 11 происходит мгновенное гашение соответствующего рабочего вентиля, так как в контуре коммутации нет индуктивности за исключением индуктивности соединительных ироводов. Для ограничения обратного тока в контур коммутации можно поставить небольшую индуктивность. В результате увеличи ается время, нредоставляемое на восстановвается время, иредоставляемое на восстановление унравляемости вентилей, что нозволяет емкости.

При этом коммутация токов в фазах питающего трансформатора ироисходит постепенно независимо от коммутации вентилей, что снижает величину э.д.с. самоиндукции и импульсов перенапрял ений в анодных цепях. Условия работы вентилей также облегчаются, так как уменьшаются скачки напряжения.

В процессе коммутации все емкости 9 заряжаются одновременно, причем ток через каждую из них стремится к одной трети тока коммутации таки.м образом, что они оказываются включенными в процессе коммутации параллельно, поэтому их суммарная емкость примерно соответствует емкости конденсатора 9 в схеме фиг. 1,а. Потенциал нулевой точки трех емкостей 9 в промежутках .между коммутациями по отпошению к нулевой точке питающей сети имеет или положительное значеппе или отрицательное, в зависимости от того, какой из коммутирующих вентилей 10 или 11 был перед этпм включен. Величина этого потенциала больше фазового напрял ения за счет индуктивности 7. В результате схема 1,6 работает принципиально так же, как и схема ,а, с учетом указанных особенностей.

Наряду с этим конденсаторы 9, будучи постоянно присоединены к сети во внекоммутационный нериод, сами по себе повышают коэффициент мошности, чего нет в схеме 1,о.

К достоинствам предлагаемого статического преобразователя следует отнести также

возможность нрисоединения его неиосредственно к сети без силового трансформатора. Узел искусственной коммутации, состоящий из двух веитилей, к общей точке которых присоединена емкость, расщеиленная на три равные части и иодключенная к трем фазам трансформатора, целесообразно применять не только в комнепсаторе реактивной мощности, но и в мостовом зависимом ииверторе, ведомом сетью.

Предлагаемый мостовой статический преобразователь может быть применен на понижающих и повышающих подстанциях всех потребителей электрической энергии, а также для компенсации реактивной мощности отдельных потребителей.

Предмет изобретения

1. Мостовой статическ1п1 преобразователь на тиристорах, замкнутый накоротко на обмотку сглаживающего дросселя с узлом искусственной коммутации, содерлчащий коммутирующий конденсатор, два последовательно включенных коммутирующих тиристора, подключенных к зажпмам цепи постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью использования указанного преобразователя в качестве компенсатора реактивиой мощности и осуществления его запуска, он снабжеи пусковым тиристором, включенным между общей точкой конденсатора и средней точкой цепи, состоящей из двух последовательно включенных коммутирующих тиристоров и фазой трехфазной иитающей сети, причем на один из тиристоров моста подается укороченный но сравнению с другими управляющий имиульс, а на пусковой тиристор открывающий импульс подается в интервале между укороченным импульсом и очередным импульсом, нодаваемым на тиристоры моста.

2. Преобразователь ио п. 1, отличающийся тем, что, с целью использования указанного преобразователя в качестве компенсатора реактивной мопдности для сети с изолированной нейтралью, коммутирующий конденсатор выполнен расщепленным на три равные части, соединенные в звезду и присоедипеппые к трем фазам питающей сети, а нулевая точка звезды подключена к пусковому тиоистору.

О АВс

Ю

АВС

у° у у

2 3 f 5 5 7 8 S

,

Z J 4 ,

.г