Устройство для искусственной коммутации тиристорного преобразователя Советский патент 1979 года по МПК H02M7/145 H03K17/567 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в преобразователях с искусственной коммутацией вентилей.

Известен преобразователь , выполненный ио мостовой схеме с двухступенчатой искусствеиной коммутацией, в которой коммутирующий конденсатор включен между нулевой точкой вентильных обмоток преобразовательного трансформатора и средней точкой цепи, состоящей из двух последовательно включенных вентилей и подключенной к зажимам цепи постоянного тока.

Недостатком устройства является больщая мощность коммутирующего конденсатора, определяемая наличием в контуре каждой ступени коммутации индуктивности рассеяния и э.д.с. одной фазы трансформатора.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство 2, позволяющее уменьшить мощность коммутирующего конденсатора. Это устройство реализует способ двухступенчатой емкостной коммутации в управляемом вентильном преобразователе, содержащем трансформатор, вентильные обмотки которого в каждой фазе разделены на две части, основные коммутирующие тиристоры и конденсаторы, заключающийся в том, что на первой ступени коммутации осуществляют одновременно коммутацию тока в одной части вентильных обмоток коммутируемых фаз, а на второй ступени - в другой части вентильных обмоток тех же коммутируемых фаз. Недостатком устройства является больщое значение максимального напряжения на вентилях преобразователя, равное удвоенному максимальному напряжению коммутирующего конденсатора. Это обусловлено тем, что к вентилю прикладывается сумма напряжений коммутирующего конденсатора и вентильных полуобмоток, причем напряжение последних также равно напряжению коммутирующего конденсатора.

Другим недостатком устройства является завышенная установленная мощность коммутирующего конденсатора. При любых режимах коммутации коммутирующий конденсатор предварительно (до коммутации) заряжается до максимального напряжения, обеспечивающего устойчивость наиболее тяжелого реж-има коммутации, соответствующего максимальному значению выпрямленного тока и углу регулирования,

при котором мгновенное значение ЭДС вентильных полуобмоток в контуре коммутации максимально. Избыточность напряжения конденсатора при других более легких реЖИмах коммутации приводит к увеличению действующего значения тока конденсатора, и, следовательно, к увеличению потерь и установленной мощности.

Целью изобретения является снижение напряжения на тиристорах -и уменьщение мощности коммутирующего конденсатора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено реактором, а блок - коммутации - четырьмя коммутирующими тиристорами, включенными по мостовой схеме, в диагональ которой включен упомянутый коммутирующий конденсатор, причем средняя точка реактора, включенного между анодами основных тиристоров, соединена с катодами основных тиристоров через основной коммутирующий тиристор, а его концы - через дополнительные коммутирующие тиристоры подключены к точке соединения катодов основных тиристоров.

На фиг. 1 показано устройство для коммутации двух фаз преобразователя; на фиг. 2 - форма напряжения в коммутирующем конденсаторе; на фиг. 3, 4 - контуры соответственно первой и второй ступеней коммутации; на фиг. 5 - устройство в трехфазной мостовой схеме преобразователя.

Рассмотрим работу устройства на примере коммутации двух фаз преобразователя.

Устройство содержит реактор 1, блок коммутации с коммутирующим конденсатором 2 и коммутирующие тиристоры 3-7 (3 - основной коммутирующий тиристор, 4-7 - дополнительные коммутирующие тиристоры). Реактор включен между коммутируемыми фазами А и В преобразовательного или сетевого трансформатора. Средняя точка реактора соединена с общей точкой основных тиристоров и основным коммутирующим тиристором 3. Коммутирующий конденсатор включен между общей точкой дополнительных коммутирующих тиристоров 4 и 5, шунтирующих основной тирИстор включаемой фазы А и общей точкой дополнительных коммутирующих тиристоров 6 и 7, щунтирующих основной тиристор включаемой фазы В.

Процесс коммутации тока из фазы А в фазу В состоит из четырех этапов.

Па первом этапе ток яз цепи основного тиристора фазы А переводится в цепь предварительно заряженного (полярностью указанной без скобок) коммутирующего конденсатора, включаемую коммутирующими тиристорами 4 и 7. Время ( на фиг. 2) разряда конденсатора током нагрузки от исходного уровня напряжения f/i до О должно быть достаточным для восстановления запирающих свойств основного тиристора. Далее в течение времени коммутирующий конденсатор перезаряжается до напряжения U (полярность которого показана в скобках), превышающего напряжение на полуобмотке реактора (уровень f/2. показанный пунктиром).

На втором этапе (в интервале времени ) производится коммутация первой половины тока из фазьг А в фазу В (первая ступень коммутации). Контур первой ступени (выделен жирной линией на фиг. 3) образуется при включении коммутирующего тиристора 3 и замыкается по следующей цепи: коммутирующий конденсатор

2, коммутирующей тиристор 4, полуобмотка реактора, подключенная к фазе А, коммутирующие тиристоры 3 и 7. Под действием коммутирующей ЭДС (превышения напряжения конденсатора над напряжением

полуобмотки реактора), которая увеличивается в процессе первой ступени коммутации (до значения ) за счет заряда конденсатора коммутируемым током, в контуре первой ступени коммутации возпикает ток ik , увеличивающийся от О до /d (показанный на фиг. 3 пунктиром). В контуре обмоток трансформатора появляется соответствующий приведеииый ток f&

--, увеличивающийся от О до - .

После окончания первой ступени коммутации (в интервале времени /5-U обесточенные коммутирующие тиристоры 4 и

7 восстанавливают свои запирающие свойства, при этом в коммутируемых фазах и присоединенных к ним полуобмотках реактора протекает по половине тока нагрузки, которые суммируются в цепи тиристора 3

(показано сплошными стрелками иа фиг. 3).

Вторая ступень коммутации (интервал времени -1) начинается включением коммутирующих тиристоров 5 и 6. При

этом образуется контур (выделенный жирной линией на фиг. 4), включающий в себя коммутирующий конденсатор, коммутирующие тиристоры 5 и 3, полуобмотку реактора, присоединенную к фазе В, и коммутирующий тиристор 6.

Под действием коммутирующей ЭДС, равной превыщению напряжения конденсатора над приведенным к полуобмотке реактора линейным напряжением, в указанном контуре возникает ток ik, (показанный на фиг. 4 пунктиром), увеличивающийся от О до IdВ контуре вентильных обмоток при этом возникает приведенный ко всей обмотке

1

увеличивающийреактора ток г,

В конце

ся соответственно от - до

65 коммутации весь ток переходит в фазу В

и в цепь коммутирующего конденсатора. Для выключения обесточенного коммутирующего тиристора 3 его анодное напряжение должно оставаться отрицательным в течение времени (,, достаточного для восстановления, его запирающих свойств, т. е. напряжение разряжаемого током нагрузки коммутирующего конденсатора должно в течение указанного времени превышать напряжение полуобмотки реактора (f/e)- Требуемую для этого дополнительную энергию в конденсаторе за счет заряда его током нагрузки до начала первой ступени коммутации, задерживая включение последней. Время задержки ( больше времени выключения тиристора, поскольку необ.ходимо учесть изменение мгновенных значений напряжения коммутируемых фаз за время коммутации. После выключения тиристора 3 коммутирующей конденсатор продолжает перезаряжаться током нагрузки (в интервале tf,-/9) до исходного уровня напряжения (Uj), при котором включают основной тиристор фазы В. Под действием напряжения конденсатора ток нагрузки переходит из цепи конденсатора в основной тиристор, а коммутирующие тиристоры 5 и 6 запираются.

Максимальное напряжение на основных тиристорах в данном устройстве имеет место при максимальном напряжении на коммутирующем конденсаторе в конце первой ступени коммутации и в начале второй. В конце первой ступени коммутации к основному тиристору включаемой фазы напряжение коммутирующего тиристора прикладывается через открытые коммутирующие тиристоры 4 и 7, а к основному тиристору включаемой фазы прикладывается разность удвоенного реактором напряжения конденсатора и собственно напряжения конденсатора.

Аналогично в начале второй ступени коммутации к основному тиристору включаемой фазы приложено напряжение коммутирующего конденсатора через открытые коммутирующие тиристоры 5 и 6, а к основному тиристору выключаемой фазы приложена разность удвоенного напряжения конденсатора и одинарного. Таким, образом, максимальное напряжение на основных тиристорах в данном устройстве не превышает максимального значения напряжения конденсатора.

На фиг. 5 приведен пример реализации устройства в мостовой схеме преобразователя. Узел искусственной коммутации состоит из трех реакторов 1, коммутирующего конденсатора 2, коммутирующих тиристоров 3-7. Средние точки реакторов, включенных между вводами переменного тока преобразователя, соединены с общими точками катодной и анодной групп основных тиристоров коммутирующими тиристорами 3. Коммутирующий конденсатор 2

включен между общей точкой коммутирующих тиристоров 4 и 5, шунтирующих основные тиристоры выключаемых фаз, и общей точкой коммутирующих тиристоров 6, 7, шунтирующих основные тиристоры включаемых фаз. Потери энергии коммутирующего конденсатора восполняются зарядным источником f/заг. включаемым через тиристор. Коммутация каждой пары

фаз осуществляется в соответствиц с описанием, приведенным выше.

В данном устройстве индуктивность рассеяния и ЭДС в контуре каждой ступени коммутации, т. е. приведенные к полуобмотке реактора индуктивность рассеяния и ЭДС коммутируемых фаз имеют те же значения, что и в устройстве прототипа (при прочих равных условиях). Поэтому значения емкости коммутирующих конденсаторов в обоих устройствах одинаковы. Действующее значение напряжения на конденсаторе в описываемом устройстве меньше, чем в устройстве прототипа. Установленная мощность коммутирующего конденсатора становится еще меньше при использовании в качестве основных тиристоров и коммутирующих тиристоров 3 и 5 полностью управляемых тиристоров. В этом случае, поскольку не требуется дополнительной энергии коммутирующего конденсатора для обеспечения требуемого времени выключения тиристоров, напряжение коммутирующего конденсатора изменяется от значения, превышающего напряжение

полуобмотки реактора, до максимального значения, зависящего от величины тока нагрузки.

благодаря отсутствию интервалов перезарядки (3-и и ) уменьшаются потери в узле искусственной коммутации и улучшаются внешние характеристики преобразователя.

Таким образом, применение данного устройства, например, в преобразователе переменного тока в постоянный с искусственной коммутацией позволяет понизить класс основных тиристоров преобразователей, уменьшить установленную мощность коммутирующих конденсаторов и увеличить

КПД. Кроме того, небольшой уровень напряжения предварительного заряда позволяет сократить мощность зарядного устройства конденсатора.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я

Устройство для искусственной коммутации тиристорного преобразователя, содержащее блок коммутации с коммутирующим конденсатором и основным коммутирующим тиристором, отличающееся тем, что, с целью снижения напряжения на основных тиристорах и уменьшения мощности коммутирующего конденсатора, оно снабжено реактором, а блок коммутации - четырьмя коммутирующими тиристорами, включенными по мостовой схеме, в диагональ которой включен упомянутый коммутируюЩИЙ конденсатор, причем средняя точка реактора, включенного между анодами основных тиристоров, соединена с катодами основных тиристоров через основной коммутирующий тиристор, а его концы через дополнительные коммутирующие тиристоры подключены к точке соединения катодов основных тиристоров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 64160, кл. Н 02 М 5/45, 1945.

2.Авторское свидетельство СССР № 402999, кл. Н 02 М 5/42, 1975.

Г

1 конденсатора

т

(