Преобразователь п-фазного переменного напряжения в переменное Советский патент 1982 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в устройствах промьшшенной электроники для решения задач стабилизации, регулирования, симметрирования и коммут ции переменных токов и напряжений. Известны трехфазные устройства для регулирования и коммутации переменных токов, содержащие схему уп равления, силовые вентильные ключи переменного тока, через которые нагрузка подключается к сети питания, диодный выпрямительный мост, выходн зажимы которого замкнуты шунтирующим тиристором, а входные подключены к выходу регулятора, и коммутирующую цепочку, состоящую из последовательно соединенных коммутирующи дросселя и конденсатора, которая че рез распределительные диоды подключается к сип оным тиристорам и 2 Недостатком указанных устройств является протекание импульса тока коммутации одновременно по всем трем распределительным диодам, что при водит к завышению установленной мощности элементов коммутирующей цепочки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь л-фазного переменного напряжения в переменное, содержащий Т1 силовы ключей из встречно-параллельно соединенных диода и тиристора, каждый из которых включен последовательно между входным и выходным выводами соответствующей фазы, -П.-фаэньй шунтирукщий ключ, выполненный в виде Т1 Фазного выпрямительного моста, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводahffl, а выводы постоянного тока зашунтированы тиристором, -п распределительных вентилей, аноды которых соединены между собой, а катоды каждого из которых соединены с катрдом тиристора силового ключа соответствующей фазы. узел коммутации, содержащий цепочку из последовательно соединенных дросселя и конденсатора, включенную между общей точкой анодов распределительных вентилей и анодной группой выпрямительного моста, зарядный тири тор, анод которого соединен с катодной группой выпрямительного моста, а катод - с анодной группой распредели тельных вентилей, и блок управления 2. Для принудительной коммутации силовых тиристоров, входяи их в состав диодно-тиристорных ключей, в таком регулят-рре путем подачи импульсов управления включаются коммутирукщий и шунтирующий тиристоры. При этом бл годаря демпфирукщему действию индук- тивностей сети сначала, в течение вр мани t|, одновременно по всем трем распределительным диодам и трем силовым диодам, входящим в состав диод но-тнристорных ключей, и цепи, включающей выпрямит ел ьнь1й мост, шунтирующий тиристор, коммутируюшЕую цепочку и коммутирующий тиристор, проходит импульс тока коммутации, вызванный .разрядом коммутирующего конденсатора В результате этого осуществляется выключение силовых тиристоров. Протекание импульса тока коммутации по трем параллельным ветвям является недостатком устройства, так как это приводит к необходимости завьш ения установленной мощности элементов ком мутирующей цепочки, чтобы добиться требуемой амплитуды тока комм тации в каждой из ветвей. При снижении Ьк комгчгутации ниже коммутируемого тока импульс тока коммутации проходит уже через один из распределительных диодов и цепь, -включающуго питаюп{ую сеть силовые, диоды, входящие в состав диодно-тиристорных ключей и выпрямительного моста, и шунтирующий его тиристор, в результате этого проис.ходит послекоммутационный заряд конденсатора. Для коммутации тиристора, шунтирукяцего диодный выпрямительный мост, включаются тиристоры силовых диодно-тиристорных ключей и зарядный тиристор. При этом благодаря дем фирующему действию индуктивностей сети сначала в теченье времени tj , импульс коммутации проходит по всем диодам выпрямительного моста, осуществляя выключение шунтирукщего тиристора, затем через выпрямительный диодный мост происходит заряд комму994 тируюцего конденсатора. Во время каждой из указанных коммутаций за счет протекания импульса тока коммутации по всем трем распределительным диодам имеет место кратковременное короткое замыкание питающей сети. Это вызывает потребление от нее импульсов тока, амплитуда которых определяется фазным напряжением и ограничивается индуктивностью сети, что снижает коэффициент мощности и качество энергии, потребляемой устройством от источника. За счет энергии, накапливаемой при этом в индуктивностях сети, в коммутирующем конденсаторе происходит накопление излишней энергии, что приводит к завышению его установленной мощности и перенапряжениям на элементах устройства. Цель изобретения - снижение установленной мощности элементов цепи коммутации - коммутирукщих конденсатора и дросселя, т,е, уменьшение их массогабаритных докйзателей, уменьшение степени влияния устройства на питалощую сеть и повьшение за счет этого его коэффициента мощности и уменьшение габаритов и веса входного фильтра, снижение потерь в вентилях цепей коммута1дии, т.е. повышение КПД и надежности. Указанная цель достигается тем, что в устройстве в качестве распределительных вентштей применены тиристоры, управлякдцие электроды которых соединены с блоком управления через введенный блок логики, управляющий вход которого подключен к выходам введенных п датчиков тока, каждый из которых включен в цепи тиристора силового ключа соответствующей фазы. В результате этого для гашения силовых тиристоров одновременно включаются не все распределительные вентили, а лишь те из них, которые связаны с горящими силовыми тиристорами. Это, с одной Стороны, приводит к сокращению шсла параллельных ветвей, по которым одновременно протекает импульс тока коммутации, и как следствие, к уменьшению требуемого для коммутации заряда и снижению установленной мощности элементов коммутирующей цепочки. С другой стороны, за счет того, что в горящем состоянии находятся, чередуясь, один или два си5ловых тиристора, количество кратковременных коротких замыканий питающей сети за цикл работы уменьшается, а амплитуда потребляемых при этом от сети импульсов тока снижается в rS раза, В результате умень шается степень влияния устройства на питающую сеть и повыщается коэффициент мощности устройства, а также снижаются перенапряжения на его элементах яэ-за меньшей накачки эне гии в комму тиру юсц1й конденсатор и повьщ1ается надежность устройства. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 -, эпюры импульсов, действующих на выходах блока управления (U и U), датчиков тока (U.J, и 1, и Ug) и блока логики (Ug), при этом три последовательности импульсов Ug, формируемых на выходе блока логики, на эпюрах помечены цифрами в скобках, указыванадими номера распределительных тиристоров, на которые они поступают J на фиг. 3 - эпюры напряжений питающей сети (Uj) и нагрузки (Uj(). Устройство содержит силовую цепь, включающую демпфирующие дроссели 1, силовые ключи, которые составлены из встречно-параллельно соединенных диодов 2-4 и тиристоров 5-7 и включены последовательно между входными и выходными выводами, к которым подключается питания и нагрузка соответственно, ди одный выпрямительный мост 8 и тиристор 9, которые формируют трехфазны шунтирующий ключ, узел коммутации, включающий распределительные тиристоры 10-12, зарядный тиристор 13, цепочку, состоящую из последователь но соединенных дросселя 14 и сатора 15, и цепь управления, включаняцую блок 16 управления, блок 17 логики, снабженный двумя входами, а также датчики 18-20 тока, включенные в цепи тиристоров 5-7. YcTpofiCTBO работает следующим об разом. Тиристоры 5-7 включаются одновр менно. При их включении нагрузка ок зывается подключенной к сети питания. Одновременно включается зарядный тиристор 13. При этом включении происходит заряд конденсатора 15 через диодный мост 8 с полярностью показанной на фиг. 1 без скобок. Дпя выключения силовых тиристоров 96 к ним в обратном направлении через распределительные тиристоры 10-12 прикладывается запиракщее напряженче. Одновременно с этим цепь нагрузки шунтируется через выпрямительный мост 8 и тиристор 9, Тирис/ор 9 включается одновременно с распределительными тиристорами. Включение тиристоров 5-7, так же как и тиристора 9 происходит периодически, через разные отрезки времени, определяе1 1е частотой коммутации. При этом момент включения силовых тиристоров сдвинут относительно момента включения щунтиругацего тиристора на регулируемый отрезок времени.. Действие датчиков 18-20 тока обеспечивает избирательную коммутацию силовых тиристоров, т.е. поступление импульса коммутаций лишь на те тиристоры, которые находятся в горящем состоянии. Так как в трехфазной системе в одном направлении могут протекать токи лишь в одном или двух проводах, то в устройстве в любой момент времени оказываются включенными лишь тиристоры одного или двух силовых ключей. В соответствии с этим с помощью датчиков 18-20 тока и блока 17 логики обеспечивается разрещение на включение одного или двух нужных распределительных тиристоров, как это показано на фиг. 2. При выключении тиристоров силовых ключей их принудительная коммутация происходит за счет протекания импульса тока коммутации через включаемые распределительные тиристоры, соответствующие им диоды 2-4, мост 8, тиристор 9 и цепочку из дросселя 14 и конденсатора 15, предварительно эаряженного до полярности, указанной без скобок на фиг, 1. Процесс коммутации длится время tn, , соответствующее времени выключения тиристора, по истечение которого происходит поел екоммутационный заряд конденсатора 15 до полярности, указанной в скобках на фиг. , по цепи, включающей один из распределительных тиристоров 10- 12, питающую сеть, демпфирующие дроссели I, проводящие диоды силовых ключей, диоды выпрямительного моста 8 и тиристор 9. После окончания этого процесса участвующие в работе распределительные тиристоры выключаются.

При включении зарядного тиристора 13 осуществляется принудительная коммутация тиристора 9. Это происходит за счет протекания импульса тока коммутации через все диоды выпрямительного моста 8 одновременно, зарядный тиристор 13 и цепочку из дросселя 14 и конденса гора 15, предварительно заряженноРо . до полярности, указанной в скобках на фиг. 1, Этот процесс также длится -время t по истечение которого продолжается заряд конденсатора 15 до полярности, указанной без скобок на/фиг. 1.

Очередность включения тиристоров поясняется эпюрами импульсов управления тиристоров, которые приведены на фиг. 2,

При включении силовых ключей нагрузка подключается к питающей сети, а при их выключении она отключается от сети и шунтируется через трехфазный шунтирующий ключ. В результате таких переключений, происходящих периодически, с частотой комутации, а также путем регулирования относительной, длительности включенного состояния силовых ключей производится регулирование переменных напряжений на выходе устройства На фиг. 3 показаны эпюры напряжения питающей сети (Uj,) и напряжения на нагрузке (U), поясняющие способ регулирования, реализуемый в регуляторе.

Использование изобретения позволяет снизить массогабаритные показатели элементов коммутирующей цепочки в 1,3 раза, одновремеино повысить КПД устройства на 5-7% за счет снижения потерь в вентилях цепи коммутации, а также улучшить коэффициент мощности устройства на 6-10% и снизить требования к входным фильтрам и повысить надежность за счет снижения напряжения на конденсаторе узла коммутации.

Формула изобретения Преобразователь п-фазного переменного напряжения в переменное, содержащий 71 силовых ключей из встречно-параллельно соединенных диода и тиристора, каждый из которых включе I последовательно между входным и выхным выводами соответствующей фазы, п-фазньп шунтирующий ключ, выполнен ный в виде 71-фазного вьтрямительного моста, выводы переменного тока которого соединены с выходными выводами, а выводы постоянного тока зшунтированы тиристором, 1 распределительных вертилей, аноды которых соединены между собой, а катоды каждого из которых соединены с катодом тиристора силового ключа соответствующей фазы, узел коммута101И, содержаний цепочку из последовательно соединенных дросселя и конденратора, включенную между общей точкой анодов распределительных вентилей и анодной группой выпрямительного моста, зарядный тиристор, анод которого соединен с катодной группой выпрямительного моста, а катод с анодной группой распределительных вентилей, и блок управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения весогабаритных показателей повьш1ения КПД и надежности преобразователяJв качестве распределительных вентилей применены тиристоры и введены блок логики и т датчиков тока, при этом управляющие электроды тиристоров связаны с блоком управления через блок логики, управляющий вход которого соединен с выходами датчиков тока, вход каждого из которых включен в цепь тиристора силового ключа соответствующей фазы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 419863, кп. G 05 F 1/16, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 393736, кл. G 05 F 5/00, 197.

дШИгин )f

U/9J

Щ

и.

из

и,

iis.

Я

П П

iic U,

о П П П П

П П П П П П

t

д -t

П П -t

Фиг. 2

7

Фиг.}