Устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02P3/14 

(54) УСТРОЙСТВО для ПЛАВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом электроприводе переменного тока.

Известно устройство для плавного 5 регулирования выпрямленного напряжения содержащее тиристорный преобразователь, дроссель-делитель напряжения, катушки которого расположены на общем магнитопроводе, включены tO встречно друг другу и подключены своими входами к выходам соответствующих им ключей, а выходами - к положительному выводу для подключения нагрузки 1,15

Однако это устройство не обеспечивает необходимой плавности регулирования в широких пределах.

Наиболее близким к изобретению является устройство для плавного 20 регулирования выпрямленного напряжения. Оно содержит силовой трансформатор, группу полууправляемых выпрямительных мостов, включенных параллельно соответствующим зонным секциям25 вторичной обмотки силового трансформатора. Относительно- друг друга эти мосты включены последовательно 2 .

Однако регулирование в такой схеме начинается с постепенного повышения 3G

выходного напряжения одного из мостов, а в остальных мостах ток нагрузки протекает последовательно через все управляемые плечи. Поэтому диоды этих мостов должны быть рассчитаны не на половинный, как тиристоры,а на полный ток нагрузки. При большой мощности нагрузки в этой схеме требуется установка параллельных цепочек как тиристоров, так и диодов, а следовательно, обеспечения мер равномерного токораспределения между ними.

После полного открытия одного моста начинается отпирание управляемых плеч второго моста и его напряжение плавно прибавляется к- напряжению первого-моста и т.д. При такой последовательности работы мостов их тиристоры будут нагружаться неравномерно. Тиристоры первого моста будут работать с полной нагрузкой на всех зонах регулирования, начиная с конца первой, а тиристоры последнего выйдут на полный ток нагрузки только в конце последней зоны регулировйния. Такое неравномерное распределение нагрузки между тиристорами мостов ухудшает общий коэффициент их использования и завышает устаног вочную их мощность. Кроме того. сглаживающий дроссель, включе шый последовательно с нагрузкой и служа щий для ограничения в допустимых пределах пульсаций тока, получается при большой мощности нагрузки слиш,ком громоздким, так как сечение его магнитопровода в данном случае выбирается с учетом, как постоянной, так и переменной составляющей тока нагрузки. Недостатком этого устройства является также необходимость секционирования вторичной обмотки трансформатора. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение ее техникоэкономической эффективности. Цель достигается тем, что устрой ство для плавного регулирования вЬтрямленного напряжения, содержаще группу мостовых выпрямителей, подкл ченных через силовой трансформатор выводам для подключения к сети пере менного тока, а диагональ выпрямлен ного напряжения связана с положительным и отрицательным выводами для подключения нагрузки, снабжено двумя дросселями с количеством магнитосвязанных, расположенных на отдельных стержнях общего пространственного магнитопровода обмоток, равным количеству используемых мост причем все мостовые выпрямители подключены параллельно к выводам вторичной обмотки силового трансфор матора, катоды мостовых выпрямителей подключены к началам катушек первого дросселя, концы которых подключены к положительному выводу для подключения нагрузки, аноды мос товых выпрямителей подключены к началам катушек второго дросселя, концы которых подключены к отрицательному выводу для подключения нагрузки. На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит полууправля мые мостовые выпрямители 1-4, с ди одами 5-12 и тиристорами 13-20, си ловой трансформатор 21, дроссель 2 с обмотками 23-26, дроссель 27 с обмотками 28-31, положительный вы вод 32 и отрицательный вывод 33 для подключения нагрузки 34. Устройство работает следующим о разом. Плавное регулирование выпрямлен ного напряжения на нагрузке осущес ляется на каждой зоне за счет плав ного изменения угла включения тири торов в пределах полуволны синусоид напряжения. Однако в отличие от из вестного устройства, позонное деле ние выпрямленного напряжения в пре лагаемой схеме осуществляется не з счет секционирования вторичной обмотки силового трансформатора, а с помощью сглаживающих дросселей, выступающих при определенном алгоритме управления тиристорами мостов в роли делителей напряжения. Так, например, если в пределах каждой . полуволны напряжения включать только по одному тиристору, то тогда амплитуда выпрямленного напряжения на нагрузке будет во столько раз меньше полной амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора, сколько катушек имеет один сглаживаюий дроссель. Это объясняется тем, что при включении одного из тиристоров схемы, например, тиристора 13, запирается только один, соответствующий включенному тиристору диод 5, а остальные диоды схемы остаются в проводящем состоянии. Поэтому катушка 23 по отношению к напряжению вторичной обмотки трансформатора оказывается последовательно включенной с « катушкой 24-26, которые между собой из-за открытых диодов 7, 9 и 11 включены параллельно. Так как эквивалентная индуктивность катушек 24-26 в данном случае примерно в три раза меньше индуктивности обмотки 23, то к ним, а следовательно и к нагрузке, прилагается только 1/4 напряжения вторичной обмотки трансформатора, а 3/4 напряжения прилагается к обмотке 23. В другой отрицательный полупериод, когда ЭДС вторичной обмотки изменяет направление, роль делителя напряжения выполняет уже второй выходной дроссель, а первый дроссель выступает в качестве накопителя энергии. Так, например, при включении тиристора 14, запирается только один, соответствующий ему диод 6, а остальные диоды схемы находятся в проводящем состоянии. Поэтому катушки 18-30 дросселя 27 оказываются по отношению к напряжению вторичной обмотки трансФорматора параллельно включенными относительно друг друга и последовательно с катушкой 31. Следовательно, к ним, а также к нагрузке, и в этом полупериоде прикладывается только одна четвертая часть напряжения вторичной обмотки трансформатора, а 3/4 - к обмотке 31, В следующий полупериод, когда открывается тиристор 15 уже второго полууправляемого выпрямителя 2, делителем напряжения снова оказывается дроссель 22, а дроссель 27 становится накопителем. Только теперь 3/4 напряжения вторичной обмотки трансформатора воспринимает на себя уже вторая обмотка 24, а обмотка 23 подключится теперь параллельно обмоткам 25 и 26 li поэтому снова к этим обмоткам, а вместе с ними и к нагрузке, будет прикладываться только 1/4 часть напряжения. Итак, включая поочередно тиристоры всех мостов и изменяя угол регулирования в пределах соответствующих

ИМ попупериодов,данная схема позволяет реализовать первую зону с пониженным в п раз напряжением на нагрузке относительно напряжения вторичной обмотки трансформатора где п - количество мостовых выпрямителей схемы. Если же теперь в пределах каждой полуволны включать по два однополярных тиристора разноименных мостов, причем один с постоянным максимальным углом регулир1Ования, а другой с изменяемым от О до 180 электрических градусов, то амплитуда выпрямленного напряжения на нагрузке по сравнению с амплитудой на первой зоне, увеличится в два раза. Это объясняется перераспределением эквивалентной индуктивности катушек сглаживающих дросселей относительно их общих средних точек к которым подсоединяется нагрузка.

Так, например, если тиристор 13 вкл1рчить вначале полуволны синусоиды, то до момента включения в этом же полупериоде тиристора 15 напряжение на нагрузке нарастает по синусоиде с амплитудой, равной 1/4 амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора. В момент включения тиристора 15 запирается диод 7 и катушка 24 автоматически подключаетс в параллель с катушкой 13. Таким образом, соотношение эквивалентных индуктивностей катушек дросселя 22, включенных в цепи открытых тиристоров 13 и 14 и в цепи открытых диодов 9 и 11, уменьшается и становится в данном случае равным I. При таком соотношении эквивалентных индуктивностей катушек дросселя 22 напряжение вторичной обмотки трансформатора делится пополам относительно их общей средней точки и поэтому к нагрузке, в этом случае, прикладывается только его половина.

В следующий отрицательный полупериод, когда открывается тиристор 16 и запирается диод 8, в выходном дросселе 27 таким же образом произойдёт перераспределение эквивалентных индуктивностей, катушек относително их общей средней точки, к которой подсоединяется нагрузка. Поэтому и в отрицательный полупериод к нагрузке прикладывается только 1/2 часть выхоного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Если же теперь в пределах одного полупериода включатся по три однополярных тиристора разноименных мостов, то данная схема обеспечит третью зону плавного регулирования вьгпрямленного напряжения на нагрузке с амплитудой равной 3/4 амплитуды напряжения вторичной обмотки трансформатора.

В общем случае, количество зон определяется количеством мостовых

выпрямителей,, и чем их больше, тем мельче зоны и, следовательно, лучший коэффициент использования мощности, меньше пульсации тока в нагрузке, а так же и в источнике питания. Однако количество мостовых выпрямителей рационально выбирать из условия обеспечения только последовательного включения тиристоров и дио-. дов в плечах мостов (т,е. без параллельных их цепочек),

10

Устройство для плавного регулирования выпрямленного напряжения отличается прежде всего тем, что токовая нагрузка тиристоров схемы,вследствие параллельной работы мостовых

15 выпрямителей на всех зонах, увеличивается постепенно и равномерно от первой и до последней зоны. И только при полной реализации последней зоны регулирования ток в тиристорах мосто20вых выпрямителей достигает максимума. При этом тиристоры первого моста уже после реализации первой зоны нагружаются максимальным током, равным половинному току тяговых двигателей,

25 в то время как у предлагаемой схемы токовая нагрузка всех тиристоров даже на последней зоне регулирования в п раз меньше половинной нагрузки. Токовая нагрузка диодов в предлагае30мой схеме также в п раз меньше полного тока нагрузки.

Таким образом, при .одной и той же мощности нагрузки и.одинаковом коли5честве зон регулирования, представляется возможным для предлагаемого устройства использовать тиристоры и диоды с номинсшьным током в п раз меньшим, а диоды - в 2п раза меньшим, чем для известного, что, естествен0но, удешевляет предлагаемую схему, Кроме того, в предлагаемом устройстве даже при большей мос1,яости .нагруз.ки всегда можно обойтись только последовательным включением тиристоров

5 и диодов в плечах мостовых выпрямителей за счет увеличения количеству зон регулирования, в то время как у известного устройства токовая нагрузка вентилей не зависит от числа

0 этих зон и поэтому для реализации полного тока нагрузки требуется установка параллельных цепочек тиристоров и диодов в.плечах мостов, а также применения специальных устройств

5 для обеспечения равномерного токораспределения между ними,Достоинства схемы заключаются в том, что в отличие от известного устройства не требуется секционирования вторичной

0 .обмотки трансформатора, что ynpcxijaeT его конструкцию и позволяет унифицировать его для различных типов ЭДС,

Кроме того, сглаживающие дросс.ли, выполненные по предлагаемой схеме,

5 обеспечивают лучшее сглаживание