Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1982 года по МПК H02M7/155 H02P5/06 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электроприводах постоянного тока; а также в устройствах для возб|уждения электрических машин.

Известны управляемые выпрямители с искусственной коммутацией, содержашие силовой тиристорный мост и узел искусственной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами с принудительной коммутацией, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов 1.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий силовой тиристорный мост, устройство искусственной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами с конденсаторной коммутацией, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов, вольтодобавочный трансформатор, вторичные обмотки которого включены между входными выводами силового и вспомогательного мостов, а первичные обMOTjCH подключены к входным выводам силового моста 2.

Основной недостаток известного устройства заключается в том, что введение вольтодобавочного трансформатора с достаточно малой индуктивностью рассеяння, необходимой, как это будет показано ниже, для эффективного запирания тиристоров силового моста, существенно ухудшает массогабаритные характеристики устройства. Это особенно сказывается в преобразователях, работающих с большими кратковременными перегрузка-ми по току, как например, в электроприводах постоянного тока, где перегрузки двухкратной и более величины.

Действительно, номинальная мощность 15 вольтодобавочного трансформатора определяется напряжением вольтодобавки, обеспечивающим коммутацию тока из тиристорного моста в цепь диодного, и действующим значением тока вторичной обмотки

SH U2H-I2H (1)

Так как для нормальной коммутации тока из.силового моста в цепь вспомогательного моста величина вторичного напряжения вольтодобавочного трансформатора лежит в пределах В, а действующее значение тока во много раз меньше тока нагрузки, вследствие кратковременности его протекания через вторичную обмотку вольтодобавочного трансформатора, мощность вольтодобавочного трансформатора мала в отлнчие от величины индуктивности рассеяния вольтодобавочного трансформатора, которая определяется как (2) иЗн где l/K -индуктивная составляющая напряжения трансформатора. Это приводит к увеличению емкости конденсатора, включенного на выходе выпрямителя. Величина угла коммутации тока из силового моста во вспомогательный мост при допущении, что на интервале коммутации ток нагрузки и напряжение вторичной обмотки вольтодобавочного трансформатора не меняются, определяется по формуле V ГКРМf,, У г-77 -н -ком где I цом величина коммутируемого тока иком величина напряжения вольтодобавочного трансформатора в момент коммутации. Как следует из описания работы преобразователя, процесс коммутации тока из силового тиристора в диод вспомогательного моста должен закончиться до окончания интервала разряда конденсатора, включенного на выходе вспомогательного моста. Используя формулу (3), можно показать, что в выпрямителях средней и больщой мощности при токах IKOM 21н и реальных параметрах Укё , UZH . угол коммутации тока из тиристорного моста во вспомогательный мост больще 60 - 70 эл. град. Это не удовлетворяет нормальным условиям работы преобразователя и не обеспечивает цели введения вольтодобавочного трансформатора, а именно, повышению жесткости нагрузочных характеристик. Кроме того, выключение силовых тиристоров происходит не напряжением вольтодобавочного трансформатора, а определяется параметрами LC-контура тиристорных ключей, что не позволяет использовать силовые тиристоры с . большим временем выключения и ведет к ухудшению стоимостных характеристик выпрямителя. Устранения этих недостатков в преобразователях, работающих с большими кратковременными перегрузками по выпрямленному току, можно добиться снижением индуктивности рассеяния вольтодобавочного трансформатора, что неизбежно ведет к увеличению его мощности. Однако и в этом случае положительных результатов можно достичь лищь тогда, когда мощность вольтодобавочного трансформатора становится соизмеримой с типовой мош ностьк) согласующего трансформатора. Поэтому такое устройство, обладая рядом преимуществ перед другими известными, будет иметь плохие массогабаритные показатели. , Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем силовой тиристорный мост, подключенный к входным выводам через согласующий трансформатор, узел искусственной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами, включенными между одноименными выводами силового и вспомогательного мостов, согласующий трансформатор выполнен с дополнительными обмотками, каждая из которых включена между соответствующими входными выводами силового и вспомогательного мостов На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Преобразователь содержит силовой мост 1, подключенный входными выводами к обмоткам 2 согласующего трансформатора 3, а выходными выводами - к нагрузке 4. К обмоткам 5 согласующего трансформатора 3 подключен вспомогательный мост 6, на выходе которого включен конденсатор 7. Между выходами силового 1 и вспомогательного моста б включены ключи 8 и 9, которые имеют коммутирующий конденсатор 10, дроссель И и два тиристора 12 и 13, зашунтированные обратными диодами 14 и 15. На фиг. 2 обозначено: 16 - ток и напряжение конденсатора Ш; 17 - ток и напряжение конденсатора 7; 18 - ток тиристора фазы А силового моста 1; 19 - ток диода фазы А вспомогательного моста 6; 20 - ток включаемой фазы. Преобразователь работает следующим образом. Перед началом работы устройства подаются импульсы управления на тиристоры 12 ключей 8 и 9, а на тиристоры моста 1 импульсы не подаются, тогда конденсатор 7 заряжается до напряжения больщего, чем амплитуда линейного напряжения вторичных обмоток согласующего трансформатора, а конденсаторы 10 ключей 8 и 9 заряжаются до половины этого напряжения, знаки полярности конденсаторов показаны на фиг. 1 в скобках. Оба ключа работают синхронно, поэтому ниже рассматривается лишь работа ключа 8. Пусть ток нагрузки Id протекает через силовой тиристор фазы А в катодной группе моста 1 и тиристор фазы С в анодной группе. В момент времени to (фиг. 2) для коммутации тока из фазы А в фазу В включают тиристор 13, и конденсатор 10 начинает перезаряжаться по контуру: конденсатор 10, тиристор 13, диод 14, дроссель 11, конденсатор 10. Через открытые тиристоры 13 ключей 8 и 9 к нагрузке 4 прикладывается напряжение конденсатора 7, большее, чем амплитуда линейного напряжения. Под действием напряжения конденсатора 7 ток из фазы Л начинает переходить в цепь конденсатора 7, разряжая его, а одновременно ток из тиристора фазы А силового моста 1 под действием напряжения обмотки 5 трансформатора 3, включенной встречно вторичной обмотке 2, начинает переходить в цепь диода вспомогательного моста б, синфазного с проводящим силовым тиристором. На интервале to - ti (фиг. 2) ток из основного моста 1 переходит во вспомогательный мост 6, тиристор моста 1 в фазе а в момент t( включается и начинает восстанавливать свои свойства под действием напряжения обмотки 5 трансформатоpa 3. В момент времени 12 конденсатор 10 полностью перезарядится и напряжение на его обкладках изменит знак. На интервале 2 -U через тиристор 13 протекает ток I, равный сумме двух токов: убывающего тока фазы А и возрастающего тока конденсатора 7. В момент времени tj включается тиристор 12 и начинается колебательный перезаряд конденсатора 10. К моменту t4 ток тиристора 13 спадает до нуля и на интервале , весь ток нагрузки идет через конденсатор 7 и диод 15, и тиристор 1-3 восстанавливает свои свойства под действием напряжения на диоде 15. В момент t ток перезаряда становится меньше Toka нагрузки, и диод 15 запирается. К моменту t; на тиристор фазы В должен быть подан импульс управления. Поскольку в момент ty диод 15 заперт, ток нагрузки под действием ЭДС самоиндукции не прервется, а будет идти по двум путям: через конденсатор 10, завершая его перезаряд, и через фазы С и 5, к которым через вспомогательный мост 6 подключен конденсатор 7. С момента if ток нагрузки пойдет по двум цепям: через конденсатор 7, постепенно убывая, и через фазы трансформатора, постепенно возрастая. Когда ток в фазах В и С становится равным току нагрузки, ток конденсатора 7 спадает до нуля и коммутация заканчивается. Таким образом, ввиду малой индуктивности рассеяния обмоток 5 трансформатора 3 интервал to-t во много раз меньше интервала to - if, и поэтому процесс перевода тока из силового моста 1 во вспомогательный мост 6 не влияет на процессы коммутации тока в фазах преобразователя. Включение дополнительной обмотки согласующего трансформатора выгодно отличает предлагаемый преобразователь с искусственной коммутацией от прототипа, так как это позволяет отказаться от вольтодобавочного трансформатора и исключить влияние процессов, связанных с выключением тиристоров основного моста на процессы коммутации тока в фазах преобразователя. В результате этого улучшены массогабаритные показатели преобразователя на 20-30%. как за счет исключения вольтодобавочного трансформатора, так и за счет снижения величины емкости конденсатора, включенного на выходе вспомогательного моста. Формула изобретения Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой тиристорный мост, подключенный к входным выводам через согласующий трансформатор, узел искусственной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами, включенными между одноименными выводами и силового и вспомогательного мостов, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, согласующий трансформатор выполнен с дополнительными обмотками, каждая из которых включена между соответствующими входными выводами силового и вспомогательного мостов. Источники информации, принятые в5 внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 443448, кл. Н 02 М 7/155, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 519832, кл. Н 02 М 7/155, 1973.

ABC

фигЛ

U.i

фиг.2