Способ управления комбинированным преобразователем постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P13/16 

Изобретение относится к силовой полу проводниковой гекнике, а именно к воп- росам оптимального управления статическими преобразователями большой мощности -и может быть использовано в электрохимическом производстве, а также в металлургической промышленности для управ ления электропроводами блюмингов, слябингов и других мощных механизме прокатного производства. Широко известен способ управления мощным преобразователем, состоящим из двух последовательно соединенных трехфазных управляемых мостовых выпрямителей, заключающийся в том, что в определенном диапазоне изменения ЭДС преобразователя меняют угол регулирования только одного из последовательно соединенных выпрямителей, т. е. управление выпрякштелями осуществляют не одновременно, а поочередно ijKL2j. Такой способ управления по сравнению со способом одновременного управления позволяет значительно снизить величину суммарной реактивной мощности, потребляемой преобразователем из сети, однако при этом потери электроэнергии в преобразователе остаются достаточно высокими и, кроме того, поочередное управление мостами преобразователя вызывает ухудшение спектра частот высших гармоник сетевого тока. Наиболее близким техническим решением к данному, изобретению является способ управления комбинированным преобразователем постоянного тока, состоящим из двух одинаковых, выполненных по 12-пульсной эквивалентной схеме, преобразователей, заключающийся в том, что изменяют углы регулирования вентильных групп преобразователей, при поочередном управлении 12-пульснымн преобразователями по отношению друг к другу и при одновременном и симметричном управлении трехфазными мостами внутри каждой 12-пульсной схемы 3. В этом случае цостигается некоторое улучшение гармонического состава сетевого тока, однако потери электроэнергии в преобразователе не уменьшаются и потребление реактивной мощности остается все еще на достаточно высоком уровне. Цель изобретения - снижение потерь электроэнергии в преобразователе npir одновременном уменьшении потребления реактивной мощности из сети питанИя. Поставленная цель достигаетч:;я тем, что в режиме, соответствующем нулевому значению выходного напряжения (ЭДС) комбинированного преобразователя, углы регулирования одноименных например, катодных групп вентилей -obo-s их трехфазных мостов первого 112-аульсного преобразователя и противофазно на- .правленных анодных групп вентилей обоих трехфазных мостов второго 12-пульсного преобразователя, устанавливают одинаковыми и равными ci( rnin углы регулирования всех анодных групп вентилей первого 12-пульсного преобразователя и всех противофазно направлен- ных катодных Групп вентилей второго 12-пульсного преобразователя устанавли вают одинаковыми и равньп и Ы , с, увеличение напряжения (ЭДС) комбиниро ванного преобразователя в направлении прохождения тока нагрузки от нулевого до максимального значения осуществляют синхронньгм изменением углов регулирова ния «51-всех анодных групп первого 12- пульсного преобразователя и всех против фазных катодных групп второго 12-пуль ного преобразователя в диапзоне от сА тах°° mm увеличение, напряжения (противоЭДС) комбинированного преобразователя в противоположном направлении от нулевого до максимального значения осуществляют синхронным изменением углов регулирования . всех катодных групп первого 12-пульсного преобразователя и всех противофазных анодных групп второго 12-пульсного пре образователя в диапазоне от д mi до Оч -«moix, где ,0fc.mo(x 180 На чертеже представлен один из наиболее распространенных вариантов схемы управляемого по предложенному способу комбинированного преобразователя, состо щего из 2-х последовательно соединенны 12-пульсных преобразователей. Комбинированный преобразователь, управляемый по предложенному способу, включает в себя трехфазные мостовые выпрямители 1 - 4 и питающие трехоб моточные трансформаторы 5 и б, при этом выпрямители 1, 3 получают питание от вторичных обмоток, соединенных в звезду, а выпрямители 2, 4 - от обмоток, соединенных в треугольник. . При таком питании выпрямители 1, 2, и 3, 4 попарно образуют соответственно первый и второй 12-пульсные преобразователи. Первый и второй 12-пульсные преобразователи соединены последовательно и нагружены на электрический приемник 7 Управляющие электроды преобразователей 1-4 подключены к системам импульсно-ч{)азового упрашения (СИФУ) 8, 9, 10 и 11 при этом к СИФУ 8 подключены катодный блок выпрямителя 1 и анодный блок выпрямителя 3, к СИФУ 9 - катодный блок выпрямителя 2 и анодный блок выпрямителя 4, к СИФУ 10 - анодный Ълок выпрямителя 1 и катодный блок выпрямителя 3 и к СИФУ 11 - анодный блок выпрямителя 2 и катодный блок выпрямителя 4. В свою очередь, СИФУ 8 и 9 подключены к одному блоку 12 управления, а СИФУ 1О, 11 - ко второму блоку 13 управления, которыеВ свою очередь управляются с помощью системы 14 регулирования приводом. Управление комбинированным преобразователем по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. В исходном режиме с помощью блока 12 и СИФУ 8, 9 устанавливают одинаковыми и равными D с р | 0углы регулирования всех одноименных, например, катодных групп вентилей обоих трехфазных мостов 1, 2 и противофазно направленных анодных групп вентилей обоих трехфазных мостов 3, 4 , а с помощью блока 13 и СИФУ 10, 11 углы регулирования всех анодных групп вентилей обоих трехфазных мостоЁ 1, 2 и всех противофазно направленных катодных групп вентилей обоих трехфазных мостов 3, 4 устанавливают одинаковыми и равными , . В этом режиме выходное напряжение первого и второго 12-пульсных преобразователей, а следовательно, и выходное напряжение комбинированного преобразователя равно йулю и ток в нагрузке 7 отсутствует. . Для увеличения выходного напряжения комбинированного преобразователя в направлении прохождения тока нагру зки при помощи системы 14 регулирования углы регулированияckj анодных групп, мостов 1, 2 и противофазных, катодных, групп мостов 3, 4 одновременно и синхронно уменьшают на величину Д ci, . По нагрузке 7 начинает протекать выпрямленный ток. Так как в режиме минимального вы- ходного напряжения катодные группы вентилей мостов 1, 2 и анодные группы вен тилей мостов 3, 4 работают в выпрямительном . режиме с минимальным углом регулирования 0° , а .анодные группы мостов 1, 2 и катодные группы мостов 3, 4 - в инверторном режиме с максимал ным углом регулирования(,, ), то этот режим характеризуется очень малым потреблением из сети реактивной мощности Q , величина которой пропорциональна величине угла л с, и току нагрузки 3 d и может быть определена из выраж ния Q -К-ао1е пйсЛ(1), при 0, Кроме того, в этом режиме ток нагруз ки протекает по вторичным обмоткам трансформаторов 5 и б в течение малой доли периода, что приводит уменьшению потерь электроэнергии и. повышению КПД устройства в целом. Величина действующего тока 3 вторичных обмоток трансформаторов 5, 6 определяется по формуле (2) (для режимов, где ( 3t/3 ), при 0(0,- JL получаем 3 - О . Последующее увеличение выходного на пряжения комбинированного преобразовате ля осуществляют дальнейшим синхронным уменьшением углов управления о, /п, всех анодных групп мостов 1, 2 и всех противофазных катодных групп мостов 3, 4 в диапазоне , получая режим максимального выходного напряжения О. В соответствии с форм л:ой (1) в процессе повышения Выходного напряжения потребление реактивной мощности из сети сначала возрастает, достигая максимума при сЯ,, 90°, а затем убывает, уменьot, :: 0° щаясь ао нуля при v - - Величина действующего тока вторичных обмоток трансформаторов 5, 6 также сначала возрастает, достигая при с - 60 значения d 0,815 Ud, а при дальней шем уменьшсн.1и углов с в диапазоне ,0° - токО, остаьтся постоянны (при ЗсЛ-const). При использовании комбинированного преобразователя в инверторном режиме управление этим преобразователем осуществляют следующим образом, В исходном состоянии, соответствующем нулевому значению выходного напряжения, углы регулирования всех катодных групп вентилей обоих трехфазных мостов 1, 2 и противофазных анодных групп вентилей обоих трехфазных мостов 3, 4 устанавливают одинаковыми и равными сА. а углы регулирования всех анодных групп вентилей обоих трехфазных мостов 1, 2 и противофазных катодных групп вентилей обоих трезфазных мостов 3, 4 устанавливают одинаковыми и равными d,- СЛ (у|(,,,,при эгом величина угла oljvxoix выбирается из условия защиты инвертора от опрокидывания. Увеличение противоЭДС комбинированного преобразователя от нулевого до максимального значения осуществляют, изменяя одновременно и синхронно глы регулирования dv катодных групп вентилей мостов 1, 2 и противофазных анодных групп вентилей мостов 3, 4 соответственно в диапазоне jx-iif ct 4 0( при этом характер потребления реактивной мощности из сети и изменение величины действующего тока вторичных обмоток питающих трансформаторов будут аналогичны таковым для вып- ряМительного режима. По предложенному способу возможно управление комбинированным преобразователем, состоящим из двух 12-пульсных преобразователей, включенных параллельно, которое осуществляют аналогичным образом. Следует отметить, что в комбинированных преобразователях, как в том, так и в другом случаях второй 12-импульсный преобразователь может быть запитан от противофазных трансформаторов. В этом же случае для катодных групп преобразователей 1, 2 противоположно напраь- леннь1ми являются катодные группы преобразователей 3, 4 а для анодных групп преобразователей 1, 2 - соответственно анодные группы преобразователей 3, 4, вследствие этого режим нулевой скорости получают, устанавливая одинаковыми и , min С) углы регуравнымиирования всех катодных групп мостов 1 - 4, а углы регулирования всех анодных групп мостов 1 - 4 устанавливают одинаковыми и равными -ctfj Q, 180° Регулирование напряжения такого - преобразователя в выпрямительном реиме осуществляют изменением углов о,2, от 180 до нуля, а в инверторном 77 режиме - нзмснопием углов с« от нуля по 180°. При управлении комбинированными преобразователями по прецла1 аемому способу как в выпрямительном, так и в инверторном режимах каждый из мостов 1-4 представляет собой элементар ный одномостовой преобразователь с по- очередным управлением вентильными гру пами внутри этого преобразователя. Известно, что при поочередном управ лении вентильными группами одномосто- вого преобразователя в сеть питания генерируются четные гармоники, включая и вторую гармонику, что является сущес венным недостатком этого способа управ ления. В данном случае взаимное управление выпрямителями 1 - 4 осуществляют таким образом, что все четные гармоники каждой пары мостов 1, 3 и 2, 4 находятся в противофазе и взаимно уничтожаются, а в сеть генерируются токи выс ших гармоник только нечетного ряда, на чиная с 11-й гармоники. В Итоне предлагаемый способ управления комбинированным преобразователем и известный способ почередного управле ния двумя 12-пульсными преобразователями в отношении генерирования токов высших гармоник в сеть питания дают эквивалентные результаты, Однако предлагаемый способ управле ния имеет заметные преимущества перед известным способом в отношении энерге тических показателей, что особенно важ но Б условиях большой мощности. Комби нированные преобразователи, управляемые по предлагаемому способу, характеризуются меньшим потреблением реактивной мощности из сети в режимах малых выходных напряжений и имеют более высокий КПД в зоне регулировани напряжения от нуля до половины номинального значения, вследствие чего они могут найти широкое применение в различных энергетических установках и, в частности, в регулируемых электроприводах большой мощности. Особенностью предлагаемого способа управления является абсолютная простота его реализации как на действующих, так и на вновь проектируемых установ- Реализация предлагаемого способа управления мощным комбинированным преобразователем не потребует ни дополнительных капитальных затрат, ни 08 увеличения текулик издержек у потребителя,. Ток, например, аля осуцоств, прецлагаемого способа па действующих установках требуется провести всего ишь незначительные переключения в цепях систем импульсно- ;|1язового управения. Экономическая эффективность рассматриваемого предложения определяется более высокими энергетическими показателями преобразовательных устройств, управляемых по предлагаемому способу. Формула изобретения Способ управления комбинированным преобразователем постоянного тока, содержащим два одинаковых, выполненных по 12-пульсной эквивалентной схеме, преобразователя, состоящий в том, что симметрично изменяют углы регулирования вентильных групп преобразователей., отличающийся тем,- что, с целью снижения потерь электроэнергии при одновременном уменьшении потребления реактивной мощности в режиме, соответствующем нулевому значению выходного напряжения (ЭДС) комбинированного преобразователя, углы регулирования одноименных, например, катодных групп вентилей обоих трехфазных мостов первого 12-пульсного преобразователя и про- тифофазно направленных анодных групп вентилей обоих трехфазных мостов второго 12-пульсного преобразователя, устанавливают одинаковыми ti равными с.-о1,; ,а углы регулирования всех анодных групп вентилей первого 12-пульс ного преобразователя и всех противофаз- но направленных катодных групп вентилей второго 12-пульсного преобразователя устанавливают одинаковыми и равными of. ,увеличение напряжения (ЭДС) кo 4биниpoвaннoгo преобразователя в направлении прохождения тока нагрузки от нулевого до максимального значения осуществляют си1 хронным изменением углов регулирования W.,,, всех анодных групп первого 12-пульс1 пгопреобразователя и всех противофазных катодных групп второго 12-пульсного преобразователя в диапазоне от сч - С, max q - СЛр-iin увеличение наг1ряжег1ия (противоЭДС), комбшпфоваьпюго преобразователя в npoTnBono.ToxHON направлении от нулевого до максил1ал1, значения осуществляют сиикрокным изменр- ниом углов регулнровгэиия (Я . )v.P4 катоаных групп первого 1-i-try.u.i-ioi j iipeoGpaaoBatenfl и всех противсфазных анодн групп второго 12-пульсного преобразо теля в диапазоне от «Х . - с .. 4l;80 Источники информации, принятые во внимание при экспертиз 1.Ковалев Ф. И., Мосткова Г. П. Полупроводниковые выпрямители, М., Энepгия 1967, гл. 2. 2. мараев Б. С., Райхман Э. Н. Влияние тиристорных электроприводов на электроснабжающие сети (итоги науки и техники). Электропривод и автоматизация промышленных установок т. 5, М., 1977. 3. Солодухо Я. Ю., Замараев Б. С. Вентильные преобразователи н их влияние на электроснабяшющие сети. Новая техника в электроснабжении и электро- оборуцсвании промышленных предприятий, М„ 1975.