Выпрямительно-инверторный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК B60L9/12 

1

Изобретение относится к области силовой тиристорной преобразовательной техники и предназначено в основном для использования на железнодорожном подвижном составе в качестве главного преобразователя переменного тока в постоянный (в режиме тяги) и обратно (в режиме рекуперативного торможения).

Известен выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, шунтированных конденсаторами, соединена с тяговыми электрическими машинами через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристора, соединенного анодом со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и узел принудительной коммутации, выполненный на коммутируюш,ем конденсаторе, коммутирующем тиристоре и дросселе 1.

Недостатком этого устройства является наличие трех отдельных узлов принудительной коммутации.

Целью изобретения является упрощение преобразователя.

Для осуществления этой цели узел принудительной коммутации соединен одним

выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим - с анодом второго дополнительного тиристора, при этом коммутирующий конденсатор подключен

5 параллельно цепи у последовательно включенных коммутирующего тиристора и дросселя.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы рабочего процесса (в режиме тяги).

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит выпрямительный тиристорный мост, состоящий из тиристоров

15 1-4, через который тяговые электрические машины 5 подключены к вторичной секционированной обмотке 6 силового трансформатора, параллельно каждой секции которой включены конденсаторы 7. Коммутирующий узел, состоящий из коммутирующего конденсатора 8, коммутирующего тиристора 9 и дросселя 10, включен последовательно в цепь с дополнительными тиристорами 11 и 12.

25 Работа преобразователя и принудительной коммутацпи в режиме тяги поясняется диаграммами на фиг. 2.

Кривая f/i представляет собой кривую напряжения на вторичной об.мотке 6 сило30 вого трансформатора. Крнвая Il представляет алгебраическую сумму токов в секциях вторичной обмотки b силового трансформатора (эта сумма равна приведенному току первичной обмотки трансформатора, т. е. току в контактной сети).

Интервал времени t соответствует паузе, когда ток нагрузки не иротекает по обмоткам трансформатора, а замыкается по плечам выпрямительного моста с тиристорами

Iи 3. Этот интервал заканчивается подачей имиульса на дополнительный тиристор Г2, при этом тиристор 3 запирается естественным образом.

Колеоательный процесс за время /2 приводит к возрастанию тока Il до величины тока нагрузки. В этот момеит следующим имиульсом отпирается тиристор 4, а дополнительиый тиристор 12 гаснет естественным образом, колебательный процесс прекращается, п начинается период выпрямления (через плечи моста с тиристорами 1 и 4 и вторичиую обмотку 6 трансформатора).

Процесс коммутации (интервал времени tz) соировождается иалол ением нолупериода собственных колебаиий на кривую вторичного напряжения Ui. Измерением фазы подачи первого импульса регулируется среднее значение выпрямленного иапрял ения на тяговых мащинах. Период времени выпрямления з заканчивается принудительным запираиием тиристора 1 с одиовремеииым отпираиием дополнительного тиристора. Колебательный процесс за время /4 приводит к снижению тока tl до относительно небольшой величины принужденного тока конденсаторов 7, в этот момент отиирается тиристор 2. Тиристор 5 принудительно занирается, и ток нагрузки переводится в цепь, образоваииую тиристорами 2 и 4. Колебательиый ироцесс в период коммутации /4 также сопровождается иаложепием полупериода собственных колебаний в контуре вторичных обмоток 6 трансформатора и конденсаторов 7 на кривую напряжения

и,.

В следующем иолупериоде напряжения сети отпирается дополнительный тиристор 12, затем отпирается тиристор 3 и устанавливается период выпрямления полного иаирял ения вторичной обмотки по тиристорам 2 и 3. В конце рассматриваемого полупериода осуществляется принудительное запирание тиристора 2 с одновременным отниранием дополнительного тиристора 11, а затем - отпирание тиристора 1 с одновременным принудительиьш запиранием доиолиительного тиристора II, в результате чего ток нагрузки выводится из вторичной обмотки трансформатора и начинает протекать ио тиристорам 1 и 3 моста.

Принудительное запирание тнристоров 1,

IIи 2 обеспечивается работой узла принудительной коммутации и происходит следующим образом.

Перед отпиранием дополнительного тиристора И коммутирующий конденсатор 8 заряжен напря кением, имеющим полярность, показанную на фиг. 1, и превосходящим мгновенное значение иаиряжения половины вторичиой обмотки 6 трансформатора. 1 ок нагрузки протекает по тиристору 1, вторично: : обмотке 6 и тиристору 4. При отпирапин дополиительного тири ;0ра 11 в

контуре, состоящем из тиристора i одной из ceKi;,a; вторичной обмотки 6, конденсатора 8 и дополиительного тиристора 11, де11стБуст суммарное напряжение, сиособствующсс запиранию тиристора 1 и отпиранию

дополнительного тиристора 11. Поэтому ток нагрузки (t2) мгновение коммутирует из тиристора 1 в дополнительный тиристор 1 и коммутирующий конденсатор 8. По мере разряда коммутирующего конденсатора 8

током нагрузки наирял екпе иа коммутирующем конденсаторе 8 ( у.мспьщается, однако на плече моста, состоящего из тиристора 1, сохрапяется обрапюе напряжение в течение времени, достаточного для

восстановления запирающихся свойств тиристоров. Дальнейшее протекание тока нагрузки через коммутирующий конденсатор 8 приводит к из.меиеиию полярности напряжения иа нем и к момеиту окончання периода

/4 это наиряжение достигает своего исходного значения, но с обратной полярностью. В момент окончания нериода t подается отпирающий импульс на тиристор 2. Тогда в контуре, образованном тиристором 2, одпой из секций вторичной обмотки 6, коммутирующим конденсатором 8 и дополнительным тиристором 11, начнет действовать напряжение, способствующее запиранию донолиительиого тиристора 11 и отпирапию

тиристора 2, и ток нагрузки мгновенно коммутирует пз доиолиительного тиристора 11 в плечо моста с тиристор01М 2.

ОдиоБременно с тиристором 2 отпирается

коммутирующий тиристор 9, и в эле.ментах коммутирующего контура начинается колебательный процесс, прекращающийся в момент достижения током перезаряда (/2) нуля, коммутирующий конденсатор 8 к этому моменту вновь приобретает нолярность, показанную на фиг. 1; величина напряжения заряда становится равной (за вычетом потерь в цепи перезаряда) своему исходному значению в начале колебательного ироцесса. Коммутирующий узел становится таким образом готовым к следующему циклу работы (в конце следующего полупериода иапряжения сети), когда ток нагрузки иереводится из илеча моста с тиристором 2 в

цепь с дополнительным тиристором 9, а затем из этой цепи в плечо моста с тиристором 1. Период собствепных колебаний в перезарядном коитуре выбирается из условия падежного запирапия дополнительных тиристоров 11 и 12.

Из рассмотрения-работы коммутирующего узла вытекает основная его характерная особенность: так как амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе (f/2) пропорциональна току нагрузки, то время действия обратного напряжения на тиристоры 1 и 2 плеч моста при принудительном их запирании постоянно при любых нагрузках. Время приложения обратного напряжения к дополнительным тиристорам 11 и 12 также постоянно во всех режимах, так как определяется собственным временем перезарядного контура. Ограничением нагрузочной способности рассмотренного коммутирующего узла является амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе. Поэтому емкость коммутирующего конденсатора целесообразно выбирать так, чтобы при максимально возможном токе нагрузки амплитуда напряжения заряда не превосходила амплитудного значения напряжения вторичной обмотки трансформатора.

Другой важной особенностью преобразователя с коммутирующим узлом рассмотренного типа является отсутствие временных задержек между подачей управляющего импульса и коммутацией тока из запираемого плеча в плечо, принимающее на себя ток нагрузки. Тем самым обеспечивается стабильность формы потребляемого из сети тока в широком диапазоне нагрузок. То обстоятельство обеспечивает возможность управления тиристорами преобразователя при помощи узких импульсов (щирина которых зависит лищь от собственного времени включения тиристоров), что упрощает схему устройств управления преобразователем.

Формула изобретения

Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из

двух секций, щунтированных конденсаторами, соединена с тяговыми электрическими машинами через выпрямительный тиристор.ный .мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного

тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристора, соединенного анодом со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и узел принудительной коммутации, выполненный на коммутирующем конденсаторе, коммутирующем тиристоре и дросселе, отличающееся тем, что, с целью упрощения преобразователя, узел принудительной коммутации соединен одним выводом с катодом первого

дополнительного тиристора, а другим - с анодом второго дополнительного тиристора, при этом коммутирующий конденсатор подключен параллельно цепи из последовательно включенных коммутирующего тиристора и дросселя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка № 2494571/27-11, 08.07.1977, кл. в 60L 7/16, по которой принято рещение о выдаче авторского свидетельства.

П

I 15 ..4-I

12

Я

Фиг.1