Przedmiotem wynalazku jest tyrystorowy prze¬ rywnik pradu starego, wielofazowy, którego po¬ szczególne fazy pracuja niezaleznie jaiko modu¬ latory z przesunieciem fazowym równyni 2i7 ra- dian6w podzielonych przez liczbe faz polaczonych' równolegle, stosowany do regulacji mocy pobie¬ ranej przez odbiorniki lub oddawanej przez zró¬ dla energii pradu stalego, zwlaszcza trakcyjne silniki elektryczne zasilane ze zródla energii pradu stalego.Znane sa tyrystorowe wielofazowe przerywniki pradu stalego, których poszczególne fazy pracuja jako modulatory szerokosci impulsów. Wymaga¬ ja one jednak stosowania skomplikowanych u- kladów sterowania i dodaitkonyych tyrystorów ko¬ mutacyjnych, zwiekszajacych ciezar i koszt prze¬ rywnika. Taki przerywnik jest opisany, na przy¬ klad w „Przegladzie Elektrotechnicznym", R. L III Z. 1.1/1977, Znane sa równiez tyrystorowe przerywniki pra¬ du stalego bez tyrystorów komutacyjnych. Sa to jednak tyrystorowe jednofazowe przerywniki pradu stalego, pracujace jako modudaitory cze¬ stotliwosci powtarzania impulsów z jednym ty¬ rystorem lub wieloma polaczonymi równolegle tyrystorami lecz bez przesuniecia fazowego. Ma¬ ja one równolegle do tyrystora przylaczony dwój- nik komutacyjny, zawierajacy dlawik (indukcyj- nosci) i kondensator (pojemnosc) lub transfor- 10 mator pradowy, spelniajacy funkcje autotransfor¬ matora i kondensator. Takie przerywniki sa opi¬ sane, na przyklad w ksiazce J. Lucinskiego „U- klady tyrystorowe", WNT — W-wa 1972.Wada znanych tyrystorowych jednofazowych przerywników pradu stalego, pracujacych jako modulatory czestotliwosci powtarzania imipulsów jest mala wartosc wspólczynnika wypelnienia cia¬ gu impulsów i ograniczony od góry zakres ste¬ rowania. Dlatego przerywniki te nie znalazly szerszego zastosowania.Celem wynalazku jest usuniecie wymienionej wady znanych przerywników pradu stalego, pra- 15 cujacych jako modulatory czestotliwosci powta¬ rzania impulsów, bez tyrystorów komutacyjnych.Wynalazek ma na celu uzyskanie napiecia re¬ gulowanego od wartosci zero do wartosci równej napiecia zródla energii pradu stalego, pomniej- 20 szonego tylko o spadek napiecia na tyrystorach i diodach rozdzielajaco-odcinajacych; zwiekszenie wartosci wspólczynnika wypelnienia ciagu imipul¬ sów do wartosci równej w przyblizeniu jedno¬ sci, zmniejszenie wartosci pojemnosci kondensa- 23 torów komutacyjnych, zmniejszenie zawartosci harmonicznych pradu odbiornika energii elektry¬ cznej, stanowiacego najczesciej trakcyjny silnik elektryczny prajdu stalego; zmniejszenie tetnien momentu obrotowego na wale silnika pradu sta- 30 lego podczas rozruchu regulacji predkosci obro- 113 027na ózf lowej i hamowania, poprawienie pewnosci dzia¬ lania, niezawodnosci. Geil iten zostal (zrealizowany przez wykonanie tyrystorowego przerywnika pra¬ du stalego z co najmniej dwoma jednakowymi fazami pracujacymi jako modulatory, zawieraja-\ cego tyrystory, diody, dlawiki i kondensatory, w którym to przerywniku kazda z faz pracu¬ jaca jako modulator czestotliwosci powtarzania impulsów stanowi trójnik wspólnie laczacy ka¬ tode tyrystora, anode diody rozdzielajacOHodcina-- jacej i dlawik trójnika komutacyjnego.Trójnik komutacyjny stanowi z kolei wspól¬ ne polaczenie dlawika komutacyjnego, konden¬ satora i anody diody komutacyjnej. Anody ty¬ rystorów i kondensatory polaczone sa z dodat¬ nim biegunem zródla energii pradu stalego, zas katody diod komutacyjnych poprzez rezystor po¬ mocniczy i stycznik pomocniczy polaczone sa z ujemnym biegunem zródla energii pradu stale¬ go. Do ujemnego bieguna ^zródla energii pradu stalego dolaczona jest równiez anoda diody roz¬ ladowujacej, z która szeregowo polaczona jest druga dioda rozladowujaca, dolaczona katoda do katod diod rozdzielajaco-odcinajacych. Ponadto do wspólnego punktu diod rozladowujacych dolaczo¬ na jest anoda dioda 'pomocnicza, której kaitoda polaczona jest z katodami diod komutacyjnych.Do anody diody rozladowujacej polaczonej z ujemnym biegunem zródla pradu stalego poprzez stycznik glówny dolaczony jest jednym z zacis¬ ków odbiornik energii elektrycznej, którego dru¬ gi zacisk polaczony jest z katoda drugiej diody rozladowujacej. Ponadlto do punktu wspólnego stycznika glównego i odbiornika energii elektry¬ cznej przylaczona jeslt anoda dioda rekupera- cyjna, polaczona katoda z dodatadim biegunem zródla energii pradu stalego. Do wspólnego punk¬ tu diod rozladowujacych podlaczone jest wspól¬ ne uzwojenie twonnika i uzwojenia wcdbucbzenia silnika szeregowego pradu stalego^ stanowiacego ' odbiornik energii elektrycznej.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku przedstawiajacym schemat ideowy przerywnika.Tyrystorowy przerywnik pradu stalego Ch za¬ wiera liczbe m-(faz jednakowych, autonomicznych faz pracujacych jako modulatory czestotliwotsci po¬ wtarzania impuftsów z przesunieciem fazowym równym 2/7 radianów podzielonych przez liczbe m-faz. Kazda z faz i—m stanowi trójnik, wspól¬ nie laczacy tyrystor Th1 — Thm, anode diody roz- dMtóajaco-odcinajajcej Di — An i dlawik komu¬ tacyjny Lj — Lm trójnika komutacyjnego. Z ko¬ lei trójnik komutacyjny stanowi wspólne polacze¬ nie dlawika komutacyjnego Li — Lm, kondensa¬ tora Ci — Cm i anod diody komutacyjnej di — dm.Anody tyrystorów Thi — Thm i kondensatory Ci — €m polaczone sa z dodatnim biegunem zródla e- nergii pradu stalego BA, natomiast katody diod komutacyjnych di — dm poprraez rezystor pomoc¬ niczy Bo i stycznik pomocniczy AC polaczone sa z ujemnym biegunem zródla energii pradu stale¬ go BA.Do ujemnego bieguna zródla energii pradu sta- 10 15 20 30 35 40 55 60 lego BA dolaczona jest równiez anoda diody roz¬ ladowujacej Da, z która szeregowo polaczona jest druga dioda rozladowujaca Df, dolaczona katoda do katod diod roizcl^ieilajaco-ockinajacych Di — Dm. Ponadito do wspólnego punlktu diod rozlado¬ wujacych D«, Dt dolaczona jest anoda dioda po¬ mocnicza db, której katoda polaczona jest z kato¬ dami diod komutacyjnych di — dm.Do anody diody rozladowujacej Da poprzez stycz¬ nik glówny MC dolaczony jest jednym z zacisków silnik szeregowy pradu stalego M, którego drugi zacisk polaczony jest z katoda diody rozladowu¬ jacej Df. Do katody diody rozladowujacej Da i a- nody diody rozladowujacej Df przylaczone jest wspólne polaczenie uzwojenia twomika AB i u- zwojenia wzbudizania EF silnika szerejgowego pra¬ du stalego. Równolegle do uzwojenia wzbudzenia EF sdibnika szeregowego pradu stalego M wlaczony jest dodatkowy rezystor pomocniczy Rg.Pomiedzy katody diod rozdmiedajaco-odjcinajacych Di — Dm, a anody tyrystorów Thi — Thm wla¬ czony jest stycznik bocznikujacy SC.¦Rozpatrujac dzialanie tyrystorowego przerywni¬ ka pradu stalego Ch, wedlug wynalazku przed¬ stawionego w przekladowym rozwiazaniu na ry¬ sunku, podczais rozruchu silnika pradu stalego M, przyjeto, ze dla rozruchu wyzwala sie tyrystory Thi — Thm poprzez podanie impulsów steruja¬ cych na ich elektrody sterujace awane bramka¬ mi. Przy tym w obwodzie silnika pradu stalego M zaczyna plynac szyflbko narastajacy prad. Jedno¬ czesnie na kondensatorach komutacyjnych Ci — Cm, na których ustalila sie biegunowosc pokaza¬ na na rysunku nad kondensatorem ostatniej fazy Cm, rozpoczyna sie przeladowanie oscylacyjne.Prad przeladowania oscylacyjnego jest wiekszy od pradu przeplywajacego przez tyrystory Thi — Thm do chwili wylaczenia, co zapewnia sie dobo¬ rem pojemnosci kondensoitorów Ci — Cm.Podczas przeladowania oscylacyjnego ma miejsce zmiana biegunowosci na tyrystorach Thi — Thm, co prowadzi do przejscia w stan nieprzewodzenia.Prad wyjiseiowy przerywnika i0 przestaje plynac lecz prad w obwodzie silnika pradru stalego M ply¬ nie dalej, dzieki nagromadzonej w jego uzwoje¬ niach energii elektromagnetycznej, przeplywajac przez diody Da i Df. W ten. sposób, w okiresie nde- przewodzenia tyrystorów Th^ — Thm ma miej¬ sce stopniowe malenie pradu silnika .pradu stalego M. Jednoczesnjie odbywa sie przeladowanie kon¬ densatorów Ci — Cm i ustala sie na nich biegu¬ nowosc pokazana na rysunku pod kondensatorem ostatniej fazy Cm.Znowu wyzwala sie tyrystory Thi — Thm i pro¬ ces powtarza sie.Wyzwalanie i .blokowanie tyrystorów Thi — Thm uzyskuje sie automatycznie przy osiagnieciu przez prad wartosci chwilowych,, maksyjmadnej ima* i mi- nimatlnej imin, zadawanych sterownikiem przeryw¬ nika. W stanie quasi — ustalonym silnika pradu stalego M proces przelaczenia ma charakter sta- bilny i przebieg pradu sklada sie z powtarzajacych odcinków narastania i malenia pradu. iW okresie nieprzewodzenia tyrystorów Th^ -?Wlm kondensatory Ct — Cm laduja sie speriodycz- iiie w okreslonej kolejnosci z przesunieciem fazo¬ wym równymi stosunkowi 277 do liczby rai rów- nolegUe polaczonych faiz, do wartosci napiecia zró¬ dla energii pradu stalego BA, zas w chwili wy- f zwolenia tyrystorów Thi — Thm, kondensatory Ci — Cm rozladowuja sie oscylacyjnie równiez z przesunieciem 277, do liczby m równolegle po¬ laczonych faz, poprzez tyrystory Thi — Thm oraz dlawiki Lj — LmZ rdzeniem .ferrytowym, W chwili zalaczenia tyrystorów Thi — Thm na¬ piecie naladowanych poprzednio kondensatorów Ci — Cm o wartosciach równych prawie wartosci napiecia zródla energii pradu stalego BA, zostaja doprowadzone do dlawików Lx — Lm z przesunie¬ ciem fazowym równym stosunkowi 277 do liczby m faz polacaonych równolegle starajac sie nasycic rdaenie ferrytowe w kierunku, który przyjmuje sie uroownóe jako ujemny, przy czym slrumtaiie ma- gnetyczne smianiaiia sie od wairtosci poczatkowej $a do koncowej #¦. Do chwili osiagniecia nasyce¬ nia ujemnego, napiecie to mozna pnzygac w pray- hlizeniu jako stale co do wartosci* Po czacie nasy¬ cenia rozpoczyna sie okres przeladowania rezo¬ nansowego kondensaltorów Ci — Cm.Napiecia kondensatorów Ci — Cm zmieniaja kierunek na przeciwny z przesunieciem fazowym równym stosunkowi 277 do liczby m równolegle polaczonych faz, zas dlawiki Li — Lm wychodza ze stanu nasycenia ujemnego i po pewnym cza¬ sie zostaja nasycone w kierunku dodatnim. Proces oscylacyjny przerwany przez wyjscie dlawików Li —• Lm ze stanu nasycenia ujemnego moze byc teraz przez pewien sikonczony czas kontynuowany.Prady kondensatorów Ci — Cm plyna w tyry¬ storach Thi — Thm, z przesunieciem fazowym równym stosunkowi 277, do liczby m równolegle polaczonych faz, przeciwnie do pradu silnika pra¬ du stalego M i po przekroczeniu jednej mntej wartosci sredniej staja sie pradami wstecznymi powodujac wylaczenie tyrystorów Thi — Tllm.Procesy te .powtarzaja sie okresowo w takt impul¬ sów wyzwalajacych tyrystory Thi — Thm z prze¬ sunieciem fazowym równym stosunkowi 277 do liczby m równolegle polaczonych faz i dlatego silnik pradu stalego M jest zasilany ciagiem im¬ pulsów, których czestotliwosc powitarzania równa sie iloczynowi liczby faz m i czestotliwosci f impulsów wyzwalajacych tyrystory Thi — Thm.Ich szerokosc zalezy glównie od napiecia zródla energii pradu stalego BA, pojemnosci kondensato¬ rów Ci — Cm, liczby zwojów oraz przekroju rdze¬ nia ferryitowego dlawików Li — Lm. Przy danej konstrukcji dlawików Li — Lm i stalej czestotli¬ wosci f wyzwalania tyrystorów Thi — Tnm, war* tosc srednia napiecia na zaciskach silnika pradu stalego M zmienia sie liniowo z czestotliwoscia i wyzwalania tyrystorów Thi — Thm. Taik wiec w tyrystorowym przerywniku pradu stalego Ch we¬ dlug wynalazku stosuje sie modulacje czesitotliwo- sci powtarzania impulsów.W stanie hamowania elektrycznego stycznik glówny MC jest wylaczony i przelacznik bieguno¬ wosci AR jest przelaczony w drugie polozenie. , Podczas przewodzenia tyrystorów Thi — ^nm maszyna pradu stalego M samowzbudza sie w sta¬ nie zwarcia, przy czym prad przeplywa pnzez ty¬ rystory Thi — Thm, diody Di — Dm i diode Db.Gdy prad osiagnie wartosc maksymalna imax ty¬ rystory Thi — Thm przestaja przewodzic i obwód hamowania zostaje przerwany. Jednak prad w ob¬ wodzie maszyny pradu sitalego M utozyimuje sie, dzieki energii elektromagnetycznej nagromadzonej w jej uzwojeniach. Przy tym przeplywa on przez diody Da i Df, uzwojenie wzbudzenie EF i uzwoje¬ nie twornika AB maszyny pradu sitalego M i za¬ myka sie prizez zródlo energii pradu sitalego BA umozliwiajac podladowanie baterii akumulatoro¬ wej.Nastepnie znowu zaczynaja przewodzic tyrystory Thi — Thm i diody Di — Dm i proces powtarza sie. Dioda Da sluzy do bocznikowania uzwojenia wzbudzenia EF maszyny pradu stalego M i sta¬ bilizacji tym samym stanu • hamowania, gdy sila elektromotoryczna rotacji maszyny prajdu stale¬ go M przewyzsza napiecie zródla energii pradu stalego BA i z kolei mozliwe jest dalsze saimo- wizbuidzenie maszyny pradu stalego- M przez zró¬ dlo energii pradu stalego BA. W stanie hamowa¬ nia prad maszyny pradu sitalego M ma ten sam ksztalt co i w stanie napedzania.W tyrystorowym przerywniku pradu stalego Ch, dowolna liczba m — jednakowych polaczonych równolegle autonomicznych faz o jednakowych czestotliwosciach f wyzwalania tyrystorów Thi — Thra i przesunieciu fazowym równym stosunkowi 277 do liczby m równolegle polaczonych faz pra¬ cuje na jeden silnik pradu stalego M.Prad wyjsciowy przerywnika i0 plynacy do ob¬ ciazenia jest suma pradów poszczególnych faz, których wlaczanie i wylaczanie odbywa sie w o- kreslonej kolejnosci z przesunieciem fazowym rów¬ nym stosunkowi 277 do liczby m równolegle po¬ laczonych faz. Amplituda tetnien pradu wyjscio¬ wego jest mniejisza, a czestotliwosc tetnien — m — razy wieksza od odpowiednich wielkosci pradów skladowych przerywnika pradu stalego Ch. Kiszjtalt ¦ krzywej pradu wejsciowego id jest zblizony do impulsów prostokatnych, których czestotliwosc po¬ wtarzania równa sie iloczynowi liczby faz m i czestotliwosci f impulsów wyzwalajacych tyryjsito- xy, a amplituda jednej m-itej od wartosci sredniej __ pradu wyjsciowego, 50 W pradzie 'wejsciowym id wystapia tylko sklado¬ we hairmoniczne o liczbie porzadkowej równej kazdej wdiedokrotnosci liczby iaz m. Dla tych liczb porzadkowych skladowe harmoniczne nie wyste- 55 puja. Tak wiec, ze zwiekszeniem liczby faz m przerywnika pradu stalego Ch, "wedlug wynalazku, zwieksza sie zawartosc harmonicznych w pradzie wejsciowym id, a w rezultacie i jego wartosc sku¬ teczna. 60 Istnienie trójników komutacyjnych, zawieraja¬ cych dlawiki komutacyjne Li — Lm, kondensato¬ ry komutacyjne Ci — Cm i diody komutacyjne di — dm, zapewnia tyrystorowemu przerywnikowi pradu stalego, wedlug wynalazku, prostote przy «5 zachowaniu zalet przerywników ze sztuczna ko-iiSóW r mulacja, takich jak mala energia nagromadzona w obwodzie komutacji i dobre charakterystyki dy¬ namiczne. Diody komutacyjne &± — dm umozli¬ wiaja dodatkowe doladowanie kondensatorów Ci — Cm do napiecia równego napieciu zródla energii pradu stalego BA. Jest to korzystne zwlaszcza w poczatkowym okresie hamowania elektrycznego silnika pradu stalego M, gdy jego sila elektro¬ motoryczna jest zbyt mala dla prawidlowej komu¬ tacji. \ Natomiast dzidki zastosowaniu diody pomocni¬ czej db, rezystora pomocniczego Ro i stycznika pomocniczego AC jest mozliwe dodatkowe krótko¬ trwale dowizbudzenie (poidmagnesowanie) uzwoje¬ nia wzbudzenie EF silnika pradu stalego M w poczatkowym okresie hamowania elektrycznego.Dzieki temu, nastepuje szybkie samowzbudzenie sie maszyny pradu stalego M podczas hamowania odzyskowego, gdy zaczyna ona pracowac jako pradnica dostarczajaca energie do zródla energii pradu stalego BA. Stycznik glówny MC podczas hamowania jest wylaczony.Zastosowanie diod rozdzielajaco-odcinajacych Di — Dm ma na celu nie tylko rozdzielenie pra¬ dów poszczególnych faz przerywnika, lecz takze zapobiega rozladowaniu kondensatorów komuta¬ cyjnych Ci — Cm po ustaleniu sie na nich wiel¬ kosci napiecia o wymaganej (do komutacji pradu) wartosci i znaku. Ponadto, zastosowanie diod Di — Dm zapewnia nie tylko stabilna prace odbiornika energii elektrycznej, stanowiacego najczesciej sil¬ nik pradu stalego M w stanach ustalonych i przy niskich czestotliwosciach, lecz takze umozliwia nie¬ zalezny rozruch, przy .znacznie zmniejszonej war¬ tosci pojemnosci kondensatorów komutacyjnych Cj — Cm. * Przy pelnym wysterowaniu tyrystorowy prze¬ rywnik pradu stalego Ch jest zwierany za pomoca stycznika bocznikujacego SC eliminujac w ten spo¬ sób spadek napiecia na tyrystorach Thi — Thm i diodach Pi -- Dm.Przelacznik biegunowosci AR sluzy do zmiany kierunku wirowania silnika pradu stalego M i jego przejscie ze stanu napedzania do stanu ha¬ mowania, po uprzednim wylaczeniu stycznika glównego MC.Tyrystorowy przerywnik pradu stalego, wedlug wynalazku, wyróznia sie wysoka sprawnoscia i niezawodnoscia, gdyz nawet przy uszkodzeniu jed¬ nej lub kilku autonomicznych faz, pozostale pra¬ cuja dalej. Na przyklad jego zastosowanie do roz¬ ruchu, regulacji predkosci jazdy i hamowania po¬ jazdu z napedem elektrycznym, prawie calkowicie wyeliminuje straty rozruchowie i regulacyjne oral umozliwi hamowanie z odzyskiem energii.Zastrzezenia patentowe 5 1. Tyrystorowy przerywnik pradu stalego stoso¬ wany do regulacji mocy pobieranej lub oddawa¬ nej przez odbiorniki energii elektrycznej, zwlasz¬ cza trakcyjne silniki elektryczne zasilane ze zró- n° dla energii pradu stalego, z co najmniej dwoma jednakowymi fazami, pracujacymi jako modula¬ tory, zawierajacy tyrystory, diody, dlawiki i kon¬ densatory, znamienny tym, ze kazda z faz (1 — m) pracujaca jako modulator czestotliwosci powtarza- 15 nia impulsów stanowi trójnik wspólnie laczacy 'katode tyrystora (Thi — Thm), anode diody.roz- dzLelajaco-odcinajacej (Dj — Dm) i dlawik komu¬ tacyjny (Li — Lm) trójnika komutacyjnego, który to trójnik komutacyjny stanowi z kolei wspólne 20 polaczenie dlawika komutacyjnego (Li — Lm), kondensatora (Ci — Cm) i anody diody komuta¬ cyjnej (di — dm), przy czym anody tyrystorów (Thi — Thm) i kondensatory (Ci — Cm) polaczone sa z dodatnim biegunem zródla energii pradu sta- fi5 lego (BA), zas katody diod komutacyjnych (di — dm) poprzez rezystor pomocniczy (Ro) i stycznik pomocniczy (AC) polaczone sa z ujemnym biegu¬ nem, zródla energii pradu stalego (BA), do którego to bieguna dolaczona jest anoda diody rozladowu- 30 jacej (Ba), z która szeregowo polaczona jest dru¬ ga dioda rozladowujaca (Df), dolaczona katoda do katod diod rozdzielajaco-odcinajacyoh (Di — Dm), a ponadto do wspólnego punktu diod rozladowu¬ jacych (Da, Df) dolaczona jest anoda dioda pomoc- 35 ruicza (db), której katoda polaczona jest z katoda¬ mi diod komutacyjnych (di — dm), zas do anody diody rozladowujacej (Da) polaczonej z ujemnym biegunem zródla energii pradu stalego (BA) po¬ przez stycznik glówny (MC) dolaczony jest jed- 40 nym z zacisków odbiornik energii elektrycznej, którego drugi zacisk polaczony jest z katoda dru¬ giej diody rozladowujacej (Df), natomiast do punk¬ tu wspólnego stycznika glównego (MC) i odbiorni¬ ka energii elektrycznej przylaczona jest anoda dio- 45 da rekuperacyjna (Db), która to dioda rekupera- cyjma (Db) polaczona jest katoda z dodatnim bie¬ gunem zródla energii pradu stalego (BA). 2. Tyrystorowy przerywnik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do wspólnego punktu diod 50 rozladowujacych (Da, Df) podlaczone jest wspólne polaczenie uzwojenia twornika (AB) i uzwojenia wzbudzenia (EF) silnika szeregowego pradu sta¬ lego (M), stanowiacego odbiornik energii elek¬ trycznej.113 027 Sa sc^. i*\ <,l © ^ 'il © i.l ^+- BA Co © AlftS Dj$ A»$ L, C. * t* r Iac] &- 1 L-4e -*4- H3- _D^ __ i PL