CS261758B1 - Zapojeni atfMačo proudu a vlntni komutací - Google Patents

Abstract

Řeší se nové zapojeni silových obvodů střídače proudu s vlastní komutací, určeného pro napájení třífázových asynchronních motorů. Zapojení střídače proudu obsahuje napájecí zdroj proudu, tvořený třívinutovým transformátorem (4°) a řízeným usměrňovačem (1°), prvním a druhým tyristorovým můstkem (2°), (3®) střídače a komutačními obvody. Paralelně k střídavým vývodům prvního a druhého tyristorového můstku střídače C°, 3°) je zapojen diodový usměrňovač (6°) k jehož stejnosměrným vývodům je zapojen jednak přeé první a druhou oddělovací diodu (55, 56) první dobíječi kondensátor 59 a jednak přes třetí oddělovací diodu (62) akumulační kondensátor (61). Paralelně k prvnímu dobíjecímu kondenzátoru 69) je zapojen dobíječi zdroj (7°) stejnosměrného napětí a paralelně k akumulačnímu kondenzátoru 61) je při první a druhou vyhlazovací tlumivku (64), (69 zapojen zpětný invertor 6°) střídače. Vlastni komutační kondenzátor 65) zapojený v sérii s omezovači indukčností 66), má první pól spojený se společným uzlem katody a anody první a druhé překmitové diody (75, 79, jejichž opačné elektrody jsou přes první a druhou překmitovou indukčnost (77, 78) a přes čtvrtou a pátou oddělovací diodu (71, 72) spojeny s výstupními stejnosměrnými svorkami diodového usměrňovače (63) Druhý pol omezovači indukčností 66) komutačního kondenzátoru (89 je spojen s anodou a katodou komutačních tyristorů 63, 84), jejichž opačné elektrody jsou spojený s čtvrtou a pátou oddělovací diodou (71, 72).

Description

Vynález se týká zapojení střídače proudu s vlastní komutaci, který je určen zejména pro napájení třífázových asynchronních motorů.

Střídače proudu s vlastní komutací se často používají pro pohony střídavých motorů. Mají proti střidačům napětí některé zřetelné výhody - zejména možnost změny toku výkonu měničem bez komplikace v zapojení silových obvodů. Střídače proudu s vlastní komutací se užívají bud s dvoustupňovou nebo třístupňovou komutací. Třístupňová komutace nabízí za cenu větší složitosti zapojení maximální nezávislosti dějů v měniči a motoru, což má velký technický i výrobně ekonomický význam.

Dosud známá zapojeni střídačů proudu se stávajícími komutačními obvody však mají nespolehlivou komutaci při dynamicky náročných pohonech, zejména při těžkých rozbězích motorů.

Zároveň jsou v těchto zapojeních kladeny vysoké nároky na napětové dimenzování hladních tyristorů, popř. je snížena jejich bezpečnostní napětová reserva. Některé poruchové stavy elektroniky stávajících měničů vedou pak k napětovému ohrožení tyristorů /nakmitávání/ a dále vedou ke kontaktnímu vybavení ochran /pojistek, jističů/.

Uvedené nevýhody řeší zapojení střídače proudu s vlastní komutací podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že stejnosměrné svorky řízeného usměrňovače jsou spojeny se stejnosměrnými svorkami prvního a druhého tyristorového můstku střídače přes první a druhou vyhlazovací indukčnost. Oba můstky jsou paralelně spojeny přes první až šestý střídačový dělicí reaktor, s paralelně zapojeným prvním až šestým dělicím odporem. Dále svorky střídavé strany prvního a druhého tyristorového můstku střídače jsou spojeny se svorkami střídavé strany diodového usměrňovače, jehož stejnosměrná svorka anodové skupiny je spojena s katodou první oddělovací diody. K ní je paralelně zapojen první odpor a její katoda je spojena s prvním pólem prvního dobíjecího kondenzátorů, paralelně spojeného s prvním vybíjecím odporem a dobíječím zdrojem stejnosměrného napětí. Druhý pól prvního dobíjecího kondenzátorů je spojen s katodou druhé oddělovací diody, paralelně spojené s druhým odporem. Její anoda je spojena jednak se stejnosměrnou svorkou katodové skupiny diodového usměrňovače a jednak s prvním pólem akumulačního kondenzátorů, který je zároveň přes první vyhlazovací tlumivku spojen se stejnosměrnou svorkou anodové skupiny zpětného invertoru střídače. Druhý pól akumulačního kondenzátorů je jednak spojen přes třetí oddělovací diodu se stejnosměrnou svorkou anodové skupiny diodového usměrňovače a jednak přes druhou vyhlazovací tlumivku se stejnosměrnou svorkou katodové skupiny zpětného invertoru střídače, jehož svorky střídavé strany jsou spojeny s transformátorem zpětného invertoru. Stejnosměrná svorka anodové skupiny diodového usměrňovače je spojena s katodou čtvrté oddělovací diody, jejíž anoda je spojena přes první překmitovou indukčnost s anodou první překmitové diody·, jejíž katoda je spojena s prvním pólem komutačního kondenzátorů. Druhý pól komutačního kondenzátorů je přes omezovači indukčnost spojen s anodou třetího komutačního tyristorů, jehož katoda je spojena s anodou čtvrté oddělovací diody. Do série s první překmitovou diodou je zapojena druhá překmitová dioda, jejíž katoda je přes druhou překmitovou indukčnost spojena s katodou páté oddělovací diody, jejíž anoda je spojena se stejnosměrnou svorkou katodové skupiny diodového usměrňovače. Katoda páté oddělovací diody je spojena s anodou čtvrtého komutačního tyristorů, jehož katoda je spojena s anodou třetího komutačního tyristorů. Paralelně k stejnbsměrným svorkám prvního a druhého tyristorového můstku střídače jsou jednak zapojeny svými katodami první dvě omezovači diody, jejichž anody jsou spojeny s katodou prvního dobíjecího tyristorů, jehož anoda je spojena s anodou první překmitové diody a jednak svými anodami dvě druhé omezovači diody. Jejich katody jsou spojeny s prvním pólem paralelní kombinace druhého dobíjecího kondenzátorů a druhého vybíjecího odporu. Druhý pól je spojen s anodou druhého dobíjecího tyristorů, jehož katoda je spojena se společným uzlem katody a anody prvního komutačního tyristorů a druhého komutačního tyristorů, jejichž anoda a katoda jsou spojeny se stejnosměrnými svorkami prvního a druhého tyristorového můstku střídače. Paralelně k nim je zapojen ochranný tyristor, zapojený katodou na stejnosměrnou svorku napětí tyristorovýoh můstků.

Zapojení střidače proudu s vlastní komutací podle vynálezu vykazuje velmi spolehlivý komutační děj i při dynamicky náročných pohonech s velmi těžkým rozběhem, kdy je do asynchronního motoru při rozběhu vnucován vysoký proud /až po proudové omezení měniče/ a požaduje se samozřejmě spolehlivá komutace tyristorů.

Zapojení umožňuje nasazení vysokoparametrových tyristorů s vysokými dynamickými vlastnostmi. Tyto tyristory mají mj. i povolenou vysokou strmost proudu di/dt. Děje při komutaci jsou tak rychlé, že měnič se v určitých směrech chová jako obvod s rozloženými parametry a proto je nutno tyto aspekty brát v úvahu v obvodovém řešení i při konstrukci měniče.

Zapojení dle vynálezu v maximální míře řeší pomocné obvody měniče tak, aby nestandardní stavy měniče /například havarijní stav měniče vyvolaný selháním elektroniky/ nevedly k destrukci tyristorů, popř. ostatních polovodičových součástek. I za cenu obvodové komplikace měniče je dosaženo toho, že naprostá většina havarijních stavů vede na uzavření proudového zdroje do zkratu a odstavení měniče. To má značný význam pro průmyslovou využitelnost vynálezu.

Silové obvody měniče dle vynálezu jsou řešeny tak, aby nedocházelo k podstatným nerovnováhám při rozdělování napětí mezi jednotlivými uzly zapojení a zemí /kostrou měniče/. To má příznivý dopad na namáhání izolací elektrických strojů, na vznik rušivých napětí a tím i na funkci měniče.

Vynález umožňuje řešit střídač proudu pro vyšší výkony s možností paralelního chodu tyristorů. Obvodově řeší optimalizaci komutačního děje při dvou tyristorech paralelně, kdy je nutno užití paralelní: rozdělovači reaktory, na druhé straně je nutno chránit tyristory proti komutačním přepětím sumární diodovou ochranou.

Příklad zapojení střidače proudu s vlasní komutací podle vynálezu je na přiloženém výkresu, kde je schéma obvodu v třífázovém provedení tak, jak je nejužlvanější pro napájení třífázových asynchronních motorů. S popisem obvodu bude zároveň popsána funkce zapojení.

Napájecí zdroj proudu pro střídač je tvořen řízeným usměrňovačem 2°, obsahujícím dva tyristorové můstky s tyristory JL až 12, které jsou z výkonových důvodů spojeny paralelně přes dělicí reaktory 13 až 18. vývody střídavé strany můstků jsou připojeny k napájecí síti nebo k napájecímu třívinutovému transformátoru, potom jsou střídavé svorky 4.1, 4.2,

4.3 napájecího bloku 2° svorkami sekundárního vinutí transformátoru. Proud je vyhlazován první a druhou vyhlazovací indukčností 19, 20, které jsou symetricky zapojeny mezi stejnosměrné svorky 1.1, 2.4 a 3.4 a 1.2, 2.5 a 3.5 řízeného usměrňovače 2° ^a prvního a druhého tyristorového můstku střidače 2° a 3°. První tyristorový můstek 2_° střidače je tvořen tyristory 21 až 26 a druhý tyristorový můstek 2° střidače je tvořen tyristory 27 až 32.

Oba můstky střidače jsou paralelně spojeny přes první až šestý střídačový dělicí reaktor 34, 36, 38, 40, 42, 44 s paralelně zapojeným prvním až šestým dělicím odporem 32, 35,

37, 39, 41, 43 pro vysokofrekvenční zkrat na těchto střldačových dělicích reaktorech.

Blok 2° zátěže je připojen svými vstupními svorkami 5.1, 5.2, 5.3 ke svorkám 2.1, 2.2,

2.3 a 3.1, 3.2, 3.3 střídavé strany prvního a druhého tyristorového můstku 2° ^a 2° střidače a zároveň se svorkami střídavé strany 6.1, 6.2, 6.3 diodového usměrňovače 2°, tvořeného diodami 45 až 50. Stejnosměrná svorka 6.4 anodové skupiny diodového usměrňovače 2° 3^e spojena s katodou první oddělovací diody 22, k níž je paralelně zapojen první odpor 22 a jejíž katoda je spojena s prvním pólem prvního dobíjecího kondenzátoru 59, který zajištuje dobíjení komutačního kondenzátoru 85 a tvoří přepětovou ochranu tyristorů prvního a druhého tyristorového můstku 2° a 2° střidače. K prvnímu dobíjecímu kondenzátoru 59 je paralelně zapojen první vybíjecí odpor 60 a dobíječi zdroj 2° stejnosměrného napětí, který může

I být tvořen například transformátorem a diodovým usměrňovačem a zajištuje nabití prvního dobíjecího kondenzátoru 59 na dostatečné napětí před spuštěním střidače. Druhý pól prvního dobíjecího kondenzátoru 59 je spojen s katodou druhé oddělovací diody 22» paralelně spojené s druhým odporem 22· Anoda druhé oddělovací diody 56 je spojena jednak se stejnosměrnou svorkou 6.5 katodóvé skupiny diodového suměrňovače 2° ^a jednak s prvním pólem akumulačního kondenzátoru 61, který akumuluje energii s indukčností bloku 2° zátěže při komutaci a je nabíjen přes diody diodového usměrňovače 6°. Rovnováha na akumulačním kondenzátoru 61 /jeho správné vybíjení/ je zajištěna odváděním energie pře zpětný invertor 8° střídače, tvořený tyristory 65 až 70, který je připojen svými stejnosměrnými svorkami 8.1 a 8.2 k akumulačnímu kondenzátoru 61 přes asymetricky zapojenou druhou a první vyhlazovací tlumivku 63 a 64. Střídavá strana zpětného invertoru f)° střídače je spojena s výstupy 9.1, 9.2,

9.3 sekundárního vinutí transformátoru 2° zpětného invertoru, které může být tvořeno druhým sekundárním vinutím napájecího třívinuEového transformátoru. Mezi stejnosměrnou svorku

6.4 anodově skupiny diodového usměrňovače 2° a druhou vyhlazovací tlumivku 63 je zapojena třetí oddělovací dioda 62, jejíž katoda je spojena katodou čtvrté oddělovací diody 71, spojené anodou přes první překmitovou indukčnost 77 s anodou první překmitové diody 75, jejíž katoda je spojena s prvním pólem komutačního kondenzátoru 85, jehož druhý pól je přes omezovači indukčnost 86 spojen s anodou třetího komutačního tyristoru 83, jehož katoda je spojena s anodou čtvrté oddělovací .diody 71. Do série s první překmitovou diodou 75 je zapojena druhá překmitová dioda 76, jejíž katoda je přes druhou překmitovou indukčnost spojena s katodou páté oddělovací diody 72, jejíž anoda je spojena se stejnosměrnou svorkou

6.5 katodové skupiny diodového usměrňovače 6.° a katoda páté oddělovací diody 72 je spojena s anodou čtvrtého komutačního tyristoru 84, jehož katoda je spojena s anodou třetího komutačního tyristoru 83. Paralelně k stejnosměrným svorkám 2.4, 3.4 a 2,5, 3.5 prvního a druhého tyristorového můstku 2° ^a 2° střídače jsou jednak zapojeny svými katodami první dvě omezovači diody 51 a 53, jejichž anody jsou spojeny s katodou prvního dobíjecího tyristoru 79, jehož anoda je spojena s anodou první překmitové diody 75 a jednak svými anodami druhé dvě omezovači diody 52 a 54, jejichž katody jsou spojeny s prvním pólem paralelní kombinace druhého dobíjecího kondenzátoru 73 a druhého vybíjecího odporu 74, jejíž druhý pól je spojen s anodou druhého dobíjecího tyristoru 80, jehož katoda je spojena se společným uzlem katody a anody prvního a druhého komutačního tyristoru 81 a 82, jejichž anoda a katoda jsou spojeny se stejnosměrnými svorkami 2.4, 3.4 a 2.5, 3.5 prvního a druhého tyristorového můstku 2° a 3° střídače a paralelně k nim je zapojen ochranný tyristor 87.

Vlastni komutace střídače proudu je prováděna komutačním kondenzátorem 85, který má v sérii zapojenou omezovači indukčnost £6, omezující strmost nárůstu proudu při vypínáni tyristorů. Komutační kondensátor 85 je společný pro zhasínáni jak katodových, tak i anodových skupin prvního a druhého tyristorového můstku 2° a 3° střídače. Při zhasínání anodových skupin je komutační vypínací proudový puls veden přes třetí a první komutační tyristor 83 a 81 přes čtvrtou oddělovací diodu 71 a přes anodovou skupinu diodového usměrňovače 6°. Včasné a spolehlivé přepólování komutačního kondenzátoru 85 v obou polaritách a ve všech provozních stavech střídače je dosaženo první a druhou překmitovou diodou 75, 76 a první a druhou překmitovou indukčností 77, 78. Pro spolehlivou komutaci ve všech provozních stavech /například při těžkém rozběhu motorů/ je jedna polarita komutačního kondenzátoru 85 dobíjena z prvního dobíjecího kondenzátoru 59, který je stabilizován dobíječím zdrojem 2° stejnosměrného napětí. Dobíjení se děje jen v jedné polaritě sepnutím prvního a druhého dobíjecího tyristoru 79 a 80 a třetího komutačního tyristoru 83. Komutační kondensátor 85 se dobije přes omezovači indukčnost 86 a první překmitovou indukčnost 77.

V sérii s dobíječím obvodem je spojen dobíječi kondenzátor 73 s druhým vybíjecím odporem 74. Má za úkol odstraňovat možné havarijní stavy při špatném spínání tyristorů a dále způsobuje ztrátu dobíječi schopnosti při vyšších frekvencích střídače, kdy již není dobíjení nutné.

Komutační přepětové špičky na hlavních tyristorech prvního a druhého tyristorového můstku 2°, 3° střídače jsou odstraňovány ochranou plovoucího typu s využitím diod diodového usměrňovače 6°, prvního dobíjecího kondenzátoru 59 a první a čtvrté omezovači diody 21 a 54. Předpětí na anodové skupině prvního a druhého tyristorového můstku 2° ^a 2° střídače je omezeno katodovou skupinou diodového usměrňovače 2° druhou oddělovací diodou 56, prvním dobíjeclm kondenzátorem 59 a první omezovači diodou 51. Předpětí katodové skupiny je analogicky omezeno čtvrtou omezovači diodou 54, prvním dobijecim kondenzátorem 59, první oddělovadí diodou 55 a anodovou skupinou diodového usměrňovače 6°. První a druhý odpor 57, 58 zapojený paralelně k první a druhé oddělovací diodě 55, 56 umožňuje počáteční nabití akumulačního kondenzátoru 61, které je nutné pro spolehlivou komutaci při těžkých rozbězích motorů.

Druhá a třetí omezovači dioda 53 a 52 omezuje napětí na komutačním kondenzátoru 85 zejména v některých havarijních stavech /například nesepnutí hlavního tyristoru v prvním a druhém tyristorovém můstku 2° a 2° střídače/, tím, že svedou proud z první a druhé vyhlazovací indukčností 19, 20 do prvního dobíjecího kondenzátoru 59. Přepětovou ochranou je i ochranný tyristor 87, který při podobných havarijních stavech, kdy už nestačí omezovači schopnost prvního dobíjecího kondenzátoru 59 při překročení napětí ve stejnosměrném meziobvodu /na stejnosměrných svorkách 2.4, 2.5/, sepne a zkratuje řízený usměrňovač 1°. Tento tyristor má tedy ochrannou přepětovou funkci nezávislou na elektronických obvodech střídače.

První a druhá vyhlazovací indukčnost lj), 20 řízeného usměrňovače 1^° i první a druhá vyhlazovací tlumivka 64, 63 zpětného invertoru 8° střídače jsou v příslušných obvodech zapojeny symetricky, tzn. jak v katodových, tak i v anodových skupinách tyristorů. Toto zapojení má vliv na symetrizaci potenciálu obvodu střídače proti kostře skříně a zlepšuje napětové namáhání vinutí zátěžného motoru na střidači.

Je zřejmé, že až na nesymetrický způsob dobíjení komutačního kondenzátoru 85 (obvody druhého dobíjecího kondenzátoru 73, druhého vybíjecího odporu 74, druhého dobíjecího tyristoru 80 a prvního dobíjecího tyristoru 79), které je ve střidači pouze pomocným obvodem, je zapojeni střídače (viz chéma na obr.) symetrické podle vodorovné osy a rozděluje celý střídač na horní a spodní polovinu.

Nedílnou součástí úspěšné realizace vynálezu je respektování zásad elektromagnetické kompatibility. Při konstrukci měniče dle vynálezu je nutno brát v úvahu vzájemné ovlivňování silových obvodů, parazitní induktivní a kapacitní vazby, vlastní indukčností vodičů atd.

Za předpokladu respektování těchto zásad je zapojení dle vynálezu určeno pro náročné pohony střídavých motorů s vysokou dynamikou, přesností a velkým frekvenčním rozsahem.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení střídače proudu s vlastni komutací obsahující napájecí zdroj proudu, tvořený přívinutovým transformátorema řízeným usměrňovačem, dvěma tyristorovými můstky střídače s komutačními obvody, vyznačené tím, že stejnosměrné svorky /1.1 a 1.2/ řízeného usměrňovače /1°/ jsou spojeny se stejnosměrnými svorkami /2.4, 3.4 a 2.5, 3.5/ prvního a druhého tyristorového můstku /2° a 3°/ střídače přes první a druhou vyhlazovací indukčnost /19 a 20/, přičemž oba můstky jsou paralelně spojeny přes první až šestý střídačový dělicí reaktor /34, 36, 38, 40, 42, 44/ s paralelně zapojeným prvním až šestým dělicím odporem /33, 35,

   37, 39, 41, 43/ a dále svorky /2.1, 2.2, 2.3 nebo 3.1, 3.2, 3.3/ Střídavé strany prvního a druhého tyristorového můstku /2° a 3°/ střídače jsou spojeny se svorkami střídavé strany /6.1, 6.2, 6.3/ diodového usměrňovače /6°/, jehož stejnosměrná svorka /6.4/ anodové skupiny je spojena s katodou první oddělovací diody /55/, k níž je paralelně zapojen první odpor /57/ a jejíž katoda je spojena s prvním pólem prvního dobíjecího kondenzátoru /59/, paralelně spojeného s prvním vybíjecím odporem /60/ a dobíječím zdrojem /7°/ stejnosměrného napětí a druhý pól prvního dobíjecího kondenzátoru /59/ je spojen s katodou druhé oddělovací diody /56/, paralelně spojené s druhým odporem /58/, .jejíž anoda je spojena jednak se stejnosměrnou svorkou /65/ katodové skupiny diodového usměrňovače /6°/ a jednak s prvním pólem akumulačního kondenzátoru /61/, který je zároveň přes první vyhlazovací tlumivku /64/ spojen se stejnosměrnou svorkou /8.2/ anodové skupiny zpětného invertoru /8°/ střídače a druhý pól akumulačního kon-íenzátoru /61/ je jednak spojen přes třetí oddělovací diodu /62/ se stejnosměrnou svorkou /6.4/ anodové skupiny diodového usměrňovače /6°/ a jednak přes druhou vyhlazovací tlumivku /63/ se stejnosměrnou svorkou /8.1/ katodové skupiny zpětného invertoru ltt°l střídače, jehož svorky /9.1, 9.2, 9.3/ střídavé strany jsou spojeny s transformátorem /9°/ zpětného invertoru a dále stejnosměrná svorka /6.4/ anodové skupiny diodového usměrňovače /6°/ je spojena s katodou čtvrté oddělovací diody /71/, jejíž anoda je spojena přes první překmitovou indukčnost /77/ s anodou první překmitové diody 1151, jejíž katoda je spojena s prvním pólem komutačního kondensátoru /85/, jehož druhý pól je přes omezovači indukčnost /86/ spojen s anodou třetího komutačního tyristoru /83/, jehož katoda je spojena s anodou čtvrté oddělovací diody 111.1 a do série s první překmitovou diodou /75/ je zapojena druhá překmitová dioda /76/, jejíž katoda je přes druhou překmitovou indukčnost /78/ spojena s katodou páté oddělovací diody /72/, jejíž anoda je spojena se stejnosměrnou svorkou /6.5/ katodové skupiny diodového usměrňovače /6°/ a katoda páté oddělovací diody /72/ je spojena s anodou čtvrtého komutačního tyristoru /84/, jehož katoda je spojena s anodou třetího komutačního tyristoru /83/ a dále paralelně k stejnosměrným svorkám /2.4, 3.4 a 2.5, 3.5/ prvního a druhého tyristorového můstku /2° a 2°/ střídače jsou jednak zapojeny svými katodami první dvě omezovači diody /51 a 53/, jejichž anody jsou spojeny s katodou prvního dobíjecího tyristoru /79/, jehož anoda je spojena s anodou první překmitové diody /75/ a jednak svými anodami druhé dvě omezovači diody /52/ a /54/, jejichž katody jsou spojeny s prvním pólem paralelní kombinace druhého dobíjecího kondensátoru /73/ a druhého vybíjecího odporu /74/, jejíž druhý pól je spojen s anodou druhého dobíjecího tyristoru /80/, jehož katoda je spojena se společným uzlem katody a anody prvního a druhého komutačního tyristoru /81/ a /82/, jejichž anoda a katoda jsou spojeny se stejnosměrnými svorkami /2.4, 3.4 a 2.5, 3.5/ prvního a druhého tyristorového můstku /2° a 3°/ střídače a paralelně k nim je zapojen ochranný tyristor /87/, zapojený katodou na stejnosměrnou svorku /2.5/ nebo /3.5/ prvního a druhého tyristorového můstku /2° a 3°/.

   1 výkres