Реверсивный преобразователь с искусственной коммутацией Советский патент 1982 года по МПК H02M7/145 H02M5/27 

(5) РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИСКТсетвЕЦНОЙ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в реверсивных преобразователях напряжения и частоты, в частности в преобразователях постоян ного тока с двухкратным включением вентилей. , В большинстве современных схем вентильных преобразователей переменного тока в постоянный используется естественная коммутация вентилей, что приводит к увеличению потреб:ления реактивной мощности при регулировании средневыпрямленного напряжения. Вместе с тем, уже разработаны преобразователи с искусственной ком тацией, генерирующие реактивную мощность в питающую сеть, и преобразователи с комбинированной коммут цией, работающие без потребления реактивной мощности во всем диапазон регулирования Выпрямленного напряже ния.

КОММУТАЦИЕЙ Известны преобразователи с искусственной коммутацией и двухкратным включением вентилей, позволяющие регулировать или величину потребляемой (генерируемой) реактивной мoщ ности при заданной величине выпрямленного напряжения, или выпрямленное напряжение без потребления реактивной мощности из питающей сети til . По схемному решению преобразователь с двухкратным включением вентилей подобен известному вентильному преобразователю частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией и может быть выполнен на его основе. Работая в режиме преобразователя постоянного тока с двухкратным включением вентилей, указанные преобразователи или не обеспечивают получения выходного напряжения равным нулю 12Д, или не обеспечивают работы реверсивного преобразователя при совместном согласованном управлении группами вентилей ГЗЗ . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ре версивный преобразователь частоты с искусственной коммутацией вентилей СЧ Недостатками известного преобразо вателя при работе его в режиме преобразователя постоянного тока с двух кратным включением вентилей являются сравнительная сложность блока коммутации, невозможность получения выходного напряжения равным нулю, увеличенные потери в конденсаторах из-за необходимости перезаряда их в межкоимутационный период с целью подготовки к проведению очередной коммутации, а также наличие паузы реверсе выходного напряжения. Цель изобретения - упрощение преобразователя, увеличение диапазона регулирования выходного напряжения, уменьшение потерь и повышение динамических свойств преобразователя Поставленная цель достигается тем, что в реверсивном преобразовате ле с искусственной коммутацией, содержащем встречно-параллельно вклю ченные силовые тиристорные мосты, узел искусственной коммутации, включающий вспомогательный диодный мост входом подключенный ко входным выводам преобразователя и выходом соединенный с диагональю постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, а также две цепочки из пос ледовательно соединенных коммутирующих конденсаторов и дроссГелей, приче один конец каждой цепочки подключен к одному из выходных выводов перемен ного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, другие концы упомянутых цепочек подключены к разным выходным выводам преобразователя. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие основные процессы в схеме преобразователя; на фиг. 3 временные диаграммы управляющих импульсов тиристоров преобразователя. Цифровой индекс в буквенных обоз начениях последовательностей управляющих импульсов Ц: соответствует номеру тиристора в схеме на фи г. 1 . Преобразователь содержит т)ехфаэ ный управляемый реверсивный мост из встречно-параллельно включенных тиристоров 1-12, вспомогательный диодный мост 13. вход которого сое95 динен со входом преобразователя, а выход подключен к диагонали постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров й-17. Диагональ переменного тока этого моста образована последовательно соединенными коммутирующими конденсаторами 18 и 19 и дросселями 20 и 21, подключенными к нагрузке 22. Работа преобразователя поясняется диаграммами выпрямленного напряжения на его выходе U , полученного в результате сложения выходных напряжений Ujj и , , составляющих его последовательно соединенные нулевые схемы, и диаграммами напряжения на одном из коммутирующих конденсаторов - U,g и тока нагрузки - Uj,j (фиг. 2). Форма выходного тока зависит от вида нагрузки преобразователя: при активной нагрузке ток повторяет форму выпрямленного напряжения, при индуктивной - имеет непрерывный или прерывистый характер, в зависимости от соотношения активного и индуктивного сопротивлений нагрузки, при нагрузке на противо-ЭДС ток может быть и знакопеременным. Реверсивный преобразователь работает при совместном согласованном управлении, т.е. в межкоммутационный период управляющие импульсы подаются одновременно на оба встречнопараллельно соединенных тиристора проводящей фазы. Включение и выключение тиристоров происходит дважды за период напряжения питающей сети. Углы включения изменяются симметрично относительно напряжения соответствующей фазы в пределах от О до - при включении и от - до -гвыключении в положительный полупериод сетевого напряжения, в отрицательный полупериод включение вентилей Т-. 7осуществляется в интервале - -т- выключение в интервале Т 5 3 Т Углы включения, вентилей отсчитываются от точки естественной коммутации при выпрямительном режиме работы. Общая продолжительность включенного состояния вентилей постоянна и равна для трехфазной мостовой схемы. Алгоритм управления преобразователем поясняется фиг. 3, где изображена фазировка импульсов управления силовыми 1 - 12 и коммутирующими тиристорами. Рассмотрим более подробно работу преобразователя. Выходное напряжение формируется путем цик/.ического подключения нагрузки на равные промежутки времени к линейным напряжениям питающей сет Если,например, направление тока в нагрузке 22 совпадает с указанным на фиг. 1, ток нагрузки ijj проходи по тиристорам 10 и 1, а импульсы управления поданы также на тиристоры 3 и 12, .то полярность напряжения коммутирующих конденсаторов совпада ет с указанной на фиг. 1 без скобок В момент времени t., происходит коммутация тока нагрузки с тиристора 10 на тиристор 2. Для осуществления коммутации управляющий импульс подается на коммутирующий тиристор 17и снимается с тиристора 10. Одно временно включается тот тиристор вступающей в работу фазы, проводяще направление которого прйтивоположно полярности приложенного сетевого напряжения - тиристор 2. Ток нагруз ки под действием напряжения коммути рующего конденсатора 18 переходит из тиристрра 10 в цепь 13-17-20-1822-1. Когда ток в этой цепи превыси величину тока нагрузки, конденсатор 18-начинает перезаряжаться также и по цепи 13-17-20-18-12, т.е. ток в нагрузке 22 остается таким же, как и в межкоммутационный период. Такой режим работы обеспечивается задержкой в снятии импульса управления с тиристора 12 относительно тиристора 10. Время перезаряда конденсатора 18 по указанной цепи определяет время для восстановления запирающих свойств тиристора 10. Когда ток в тиристоре 12 станет равным нулю, ток нагрузки замыкается через тиристоры 1 и 2. В этот момент времени снимается импульс управления с коммутирующего тиристора 17 и подается на тиристор . Выходное нап ряжение преобразователя равно нулю, так как нагрузка 22 зашунтирована включенными тиристорами 1-. При активном характере нагрузки ток в ней также равен нулю, при индуктивном - сохраняет прежнюю величину и направление. При работе преобразователя на противо-ЗДС ток может изменить свое направление, замыкаясь через тиристоры З-. При обратном направлении тока в нагрузке 22 алгоритм управления тиристорами не изменяется. После включений коммутирующего тиристора 17 конденсатор 18 в этом случае сразу начинает разряжаться по цепи 18-1213-17-20, обеспечивая восстановление запирающих свойств тиристора 10, иначе при включении тиристора 4 образуется контур короткого замыкания через 10 и 4. При включении тиристора f ток нагрузки переходит из 12 в . В следующую коммутацию выключаются тиристоры 2, 4 и включаются 6, 8. Сначала управляющий импульс подается на тиристоры 16 и 8, а снимается с тиристора 4. Коммутирующий конденсатор 18 перезаряжается по цепи 18-20l6-13-2-l8j обеспечивая восстановление запирающих свойств тиристором 4. После окончания перезаряда конденсатора 18 выключаются тиристоры 2 и 1б и включается тиристор 6. Нагрузка 22 подключается к линейному напряжению сети. При обратном направлении тока в нагрузке коммутирующий конденсатор 1б вначале перезаряжается по цепи 18-20-16-13-3-22-18, а после превышения током разряда конденсатора величины тока нагрузки и по цепи 18-20-16-13-2-18. Алгоритм управления тиристорами остается без изменений. Таким образом, коммутирующий контур обеспечивает выключение того из встречно-параллельно включенных тиристоров, проводящее направление которого совпадает с полярностью сетевого напряжения в момент коммутации. Импульс управления подается на этот тиристор позже, а снимается раньше, чем на встречно-параллельно включенный тиристор. При коммутации тиристоров 1 , 3, 5,7, 9 и 11 включаются коммутирующие тиристоры 1 или 15. Перезаряд коммутирующего конденсатора 19 и весь процесс коммутации происходит аналогично описанному. Алгоритм работы тиристоров преобразователя для указанного на фиг.1 направления тока следующий: 10, 1 (и,.. ) - 2, 1 (нуль) - 6, 1 (игг) 6,5 (нуль) - 6, 9 () - 10, 9 (нуль) -2,9 (1гг )- 2, 1 (нуль)2, 5 IUji ) - 6, 5 (нуль) - 10, 5 () - 10, 9 (нуль) - 10, 1 (Uij) В скобках показана величина напряжения на нагрузке 22. Как уже отмечалось, алгоритм управления основными и коммутирующими тиристорами постоянен и не зависит ни от направления тока в нагрузке, ни от полярности выходного напряжения, что упрощает систему управления предлагаемым преобразователем по сравнению с известными. В предлагаемой схеме нет необходимости в перезаряде коммутирующих конденсаторов в межкоммутационный период, как в известном, что вдвое уменьшает потер в конденсаторах. Выключение тиристоров нечетной (1,3,5,7,9,11) и четной (2,,б,8,10, 12) групп реверсивного преобразователя происходит независимо друг, от друга,, поэтому предлагаемый преобразователь обеспечивает изменение выхо ного напряжения от максимальной величины того или иного знака до нуля. При выходном напряжении преобразо вателя, равном нулю, коммутации вентилей в обеих группах происходят одновременно. Например, для случая, когда при указанном направлении тока нагрузки .проводят тиристоры 1 и 2, полярности напряжения на коммутирующих конденсаторах указаны на фиг. 1 в скобках. При очередной коммутации ток из тиристора 1 переходит в тиристор 5, а из тиристора 2 в тиристор 6. Для этого одновременно открываются коммутирующие тиристоры 14 и 16. Коммутация тока нагрузки в четной группе на тиристор 6 описана выше. . При коммутации в нечетной группе одновременно с включением коммутирующего тиристора 1 включается тиристор 5 и снимается импульс управле ния с тиристора 1. Ток нагрузки пере ходит в цепь коммутирующего контура 22-19-2.ЫЙ-13-2-22. Когда ток в тиристоре 1 станет равным нулю, перезаряд конденсатора 19 продолжается также и по цепи 19-21-U-13-3-19. Когда ток в тиристоре 3 станет равным нулю, ток нагрузки переходит из коммутирующего контура в тиристор 5, т.е. замыкается через тиристоры 5 и 6 Как в межкоммутационный период, так и во время коммутации нагрузка 22 зашунтирована открытыми тиристорам 1 и 2, затем 3 и 2 и, наконец, 5 и 6, поэтому, если пренебречь падением напряжения на открытых тиристорах. 90 8 напряжение на нагрузке равно нулю. Таким образом, коммутирующий контур со стороны нагрузки шунтируется открытым тиристором, следовательно, коммутационные процессы не влияют на величину напряжения на нагрузке, т.е,учитывая возможность одновременной коммутаций тиристоров обеих групп преобразователя, не влияют на диапазон изменения выходного напряжения, что выгодно отличает предлагаемый преобразователь от известных. Указанные особенности позволяют повысить динамические свойства предлагаемого преобразователя по сравнению с известными, в которых при работе в режиме двухкратного включения необходима подготовка контура коммутации при реверсе выходного напряжения. Формула изобретения Реверсивный преобразователь с искусственной коммутацией, содержащий встречно-параллельно включенные силовые тиристорные мосты, узел искусственной коммутации, включающий вспомогательный диодный мост, входом подключенный ко входным выводам преобразователя и выходом связанный с диагональю постоянного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, а также две цепочки из последовательно соединенных коммутирующих конденсаторов, и дросселей причем один конец каждой цепочки подключен к одному из выходных выводов переменного тока однофазного моста коммутирующих тиристоров, отличающийс я тем, что, с целью упрощения, увеличения диапазона регулирования выходного напряжения, уменьшения потерь и повышения динамических, свойств, другие концы упомянутых цепочек подключены к разным выходным выводам преобразователя.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Голубев Ф.Н. и Латышко В.Д. Энергетические и регулировочные характеристики трехфазных вентильных преобразователей с двухкратным включением вентилей.-Известия ЛЭТИ, вып. 127, Л., 1972, с. 95-107. 2.Авторское свидетельство СССР № 611279, кл. Н 02 М 5/297, 15-06.78. 3.Авторское свидетельство СССР № 60307, кл. Н 02 М 5/297, 23.03.78. Ц. Авторское свидетельство СССР № 584it12, кл. Н 02 Н 5/27, 15.12.77

s/TVfyTV/VAv/;

У / / / / / ./ /

rv V V V/ V V

иг

п

и,.

Уб

и.

I-I t

Hj.

П

Г