Выпрямитель с искусственной коммутацией Советский патент 1976 года по МПК H02M7/155 

1

Известны управляемые выпрямители с искусственной коммутацией тиристоров 1, 2, содержащие силовой тиристорный мост и узел принудительной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами с конденсаторной коммутацией, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов. Однако эти схемы могут работать в ограниченном диапазоне нагрузок, так как внешние их характеристики существенно искажаются в области малых токов.

Недостаток этот объясняется тем, что в межкоммутационном интервале необходим дозаряд коммутирующего конденсатора от внешнего источника, что и приводит к увеличению напряжения на нагрузке в области малых токов и делает непригодным использование таких выпрямителей для широко регулируемого электропривода. Кроме того, для заряда или дозаряда конденсатора в динамических режимах работы выпрямителей требуется сравнительно мошный источник э. д. с.

Описываемый выпрямитель отличается от известных тем, что между входными зажимами указанных силового и вспомогательного мостов включены вторичные обмотки вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены ко входным зажимам силового моста.

Это обеспечивает жесткость внешней (или иагрузочной) характеристики и позволяет несколько улучшить технические показатели за счет уменьшения мощности вспомогательного

источника дозаряда.

На фиг. 1 иредставлеиа схема выпрямителя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу выпрямителя.

Выпрямитель содержит силовой мост 1,

подключенный входными зажимами к питающей сети, а выходными - к нагрузке 2. К входным зажимам силового моста подключены первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора 3, а его вторичные обмотки

включены между входами силового моста и вспомогательного моста 4. На выход моста 4 включен конденсатор 5. Между выходами силового и вспомогательного мостов включены ключи 6 и 7, схемы которых идентичны. Для

первоначального заряда конденсаторов и запуска преобразователя служит маломощиый вспомогательный источник 8.

Неред началом работы выпрямителя кондеисатор 5 заряжен от источника 8 до напряжения, иесколько большего, чем амплитуда линейного напряжения питающей сети. От этого же источника заряжены конденсаторы CK ключей 6 и 7 через нагрузку и высокоомные сонротивления, шунтирующие тиристоры

Тк (на схеме эти сопротивления не показаны). При этом конденсатор Ск ключа 6 заряжен

плюсом на правой обкладке, а конденсатор ключа 7 - плюсом на левой обкладке. Оба 1слюча работают синхронно, поэтому ннже рассматривается лишь работа ключа 6.

Допустнм, что ток нагрузки 1а протекает через силовой тиристор в анодной группе моста и фазу С и силовой тиристор в катодной групме моста и фазу А (на фиг. 1 показано сплошными стрелками). Пусть в момент /о (фиг. 2) необходимо скоммутировать ток в фазу В (пунктирная стрелка). Включается тиристор Т, и конденсатор Ск начинает перезаряжаться но контуру « + , CK, Г,/)2, LK, CK. Через отнертые тиристоры Т ключей 6 и 7 к нагрузке оказывается приложенным напряжение конденсатора 5, большее,чем амплитуда линейного напряжения. Тем не менее ток в фазе А сразу исчезнуть не может, так как в питаюш,ей сети всегда есть индуктивность (реакторы при бестрансформаторном преобразователе или индуктивность рассеяния обмоток трансформатора). Под действием э.д. с. самоиндукции и э.д. с. сети ток продолжает нротекать но фазе А в течение некоторого времени, но не через силовой тиристор этой фазы, а через диод моста 4 и тиристор Т, так как параллельно силовому тиристору кроме диода включено небольшое напряжение фазы вольтодобавочного трансформатора 3, причем это напряжение в диапазоне углов-150 эл. град. эл. град, в трехфазных схемах и -180 эл. град. эл. град, в однофазных схемах направлено «плюсом к катоду запираемого силового тиристора. Таким образом, практически во всем рабочем диапазоне опережаюш,их углов включения преобразователя (т. е. при искусственной коммутации вольтдобавочный трансформатор обеспечивает мгновенный переход тока в цепь моста 4, который будет отперт, пока не израсходуется электромагнитная энергия, накопленная в индуктивностях LS в предкоммутационный период.

В интервале (фиг. 2, а) через тиристор Т протекает сумма двух токов: перезаряда Ск и тока нагрузки. К моменту ti Ск полностью перезарядится и напряжение на его обкладках изменит знак (активные потери не учитываются). Тиристор Т продолжает быть отпертым, так как через него идет ток Id, равный сумме двух токов: убывающего тока фазы Л (в фазе С процесс идентичен) и возрастающего тока конденсатора 5.

В момент 3, когда ток фазы А близок к нулю, а ток конденсатора 5 почти достиг тока нагрузки Id, включается Гк и происходит колебательный перезаряд Ск, в ходе которого ток в Т снадает до нуля (момент t и в течение времени /в тиристор Т запирается (в времени восстановления). В интервале 5 весь ток нагрузки идет через конденсатор 5 и смещенный диод Di. В момент д ток перезаряда Ск становится меньше тока нагрузки, DI запирается. В это же время подается отпирающий импульс на силовой тиристор фазы В в катодной группе (импульс на силовом тиристоре фазы С анодной группы имеется при «широких управляющих импульсах либо передается повторно через 60 эл. град, при узких управляющих импульсах). Поскольку в момент диод D заперт, ток нагрузки под действием э.д. с. самоиндукции не прервется, а будет идти по двум ветвям: через Ск, завершая его перезаряд, и через фазы С и В, к которым через мост 4 подключен конденсатор 5.

Папряжение на Ск ввиду его малой емкости по сравнению с конденсатором 5 быстро возрастает, ток в цепи CK к моменту t становится равным нулю (ось этого тока смещена относительно оси / на фиг. 2,а). Ток в В и С не может мгновенно нарасти из-за индуктивности LS, поэтому с момента t ток нагрузки идет но двум ветвям: через конденсатор 5, постепенно убывая, и через фазы сети, постепенно возрастая. Когда ток в фазах В и С станет равным току нагрузки, ток через конденсатор 5 спадет до нуля, коммутация закончится. Если пренебречь активными потерями и считать Ld Ls(Ld-индуктивность нагрузки), что в электроприводе средней и большой мощности всегда выполняется, то очевидно, что энергия, израсходованная конденсатором 5 на первом этапе , будет возвращена обратно на втором этапе и напряжение конденсатора 5 восстановится.

В|переходных режимах ток нагрузки может быстро изменяться от нуля до максимального значения. При этом в известных схемах конденсатор 5 может не успеть зарядиться в межкоммутационный интервал времени (этот интервал в динамике также изменяется) до напряжения больше амплитуды линейного. Тогда неизбежен срыв коммутации. Чтобы его избежать в известных схемах, необходимо увеличивать мощно€ть источника 8 до вел-ичины:

(Af/,, + f/,,(1)

где С/лто - амплитуда линейного напряжения;

- добавочные несколько вольт, необходимые для обеспечения коммутации силовых тиристоров.

В предлагаемой схеме тот же эффект достигается с помощью вольтодобавочного трансформатора, мощность которого:

,„ « (if/ляг + л™) /.шах-(12)

В этом случае источник 8 нужен лишь для запуска схемы, его мощность ничтожно мала (доли ватта) и определяется лишь токами утечки Ск и конденсатора 5.

Следует отметить, что ключи 6 и 7 выполпены но типовой схеме LC-коммутации (см., например, книгу Забродина Ю. С. «Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. Энергия. М. 1974, рис. 1-5,6). Возможен и другой вариант схемы ключей, однако в целях обеспечения жестких нагрузочных характеристик преобразователя необходимо, чтобы работа ключей не отражалась на величине выпрямленного напряжения нагрузки. В принятых схемах ключей это обеспечивается перезарядом Ск по замкнутому каналу через «обратные диоды DI и DZ, т. е. напряжение, создаваемое ключами во внешней цепи, практически равно нулю. Донолнительным достоинством предлагаемого выпрямителяявляется возможность значительного уменьшения габаритов ключей; Тк и Т могут выбираться с малым временем восстановления, что позволит уменьшить Ск и LK, в то время как силовые тиристоры могут быть с любым временем восстановления. Их запирание обеспечивается однополярным конденсатором 5, работающим в режиме .частичного заряд-разряда (см. фиг. 2,6). Предлагаемая схема выпрямителя с искусственной коммутацией выгодно отличается от известных жесткими нагрузочными характеристиками и малой мощностью вспомогательного источника. 6 Формула изобретения Выпрямитель с искусственной коммутацией, содержащий силовой тиристо-рный мост и узел принудительной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов, отличающийся тем, что, с целью повыщения жесткости нагрузочных характеристик и улучшения технических показателей, между входными зажимами указанных силового и вспомогательного мостов включены вторичные обмотки вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены ко входным зажимам силового моста. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Ю. М. Божин, Г. С. Мыцык: «О возможностях применения компенсационных выпрямителей. Труды МЭИ, вып. 147, 1972, стр. 49-53. 2. Авт. св. № 319999 Н 02М 7/12.

Аff С