RU2407137C2

RU2407137C2 - Compensation converter

Info

Publication number: RU2407137C2
Application number: RU2009102197/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Зайцев (RU); Александр Иванович Зайцев; Николай Козьмич Тихонов (RU); Николай Козьмич Тихонов; Юрий Васильевич Смирнов (RU); Юрий Васильевич Смирнов
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2010-12-20
Also published as: RU2009102197A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: basic circuit of converter comprises controlled power converter, uncontrolled rectifier with filter capacity on DC terminals, switching valves and separating diodes. Armatures of filter capacity are connected in parallel to load through switching valves. Controlled power converter is connected to load via separating diodes.

EFFECT: limitation of switching overvoltages on valves and transfer of excess energy produced by capacitor in process of switching, into load circuit, reduced mass and dimension properties and increased efficiency of compensation converter.

1 dwg

Description

Изобретение относится к мостовым компенсационным преобразователям переменного тока в постоянный ток с большим диапазоном регулирования, работающим с искусственной коммутацией силовых вентилей в анодной и катодной группах, которые могут быть использованы в электроприводах постоянного и переменного тока, в устройствах возбуждения электрических машин, в технологических установках с применением постоянного тока.The invention relates to bridge compensation AC to DC converters with a large control range, operating with artificial switching power valves in the anode and cathode groups, which can be used in DC and AC drives, in excitation devices of electrical machines, in technological installations using direct current.

Известен компенсационный преобразователь, содержащий управляемый выпрямитель и неуправляемый выпрямитель, коммутирующий вентиль, диод и конденсатор с обкладками, при этом с целью повышения технико-экономических показателей коммутирующий блок выполнен в виде однофазного моста, в двух промежуточных плечах которого включены полностью управляемые электрические вентили, выполненные в виде тиристоров с индивидуальными узлами принудительной коммутации, а в двух других - неуправляемые электрические вентили, причем к зажимам переменного тока моста подключен емкостный фильтр, состоящий из нескольких секций конденсаторов, соединенных с помощью разделительных диодов, причем при зарядке эти секции включены последовательно, а при разрядке - параллельно (описание изобретения SU 492986, опубл. БИ №43, 1975 г.).Known compensation converter containing a controlled rectifier and an uncontrolled rectifier, a switching valve, a diode and a capacitor with plates, while in order to improve technical and economic indicators, the switching unit is made in the form of a single-phase bridge, in two intermediate arms of which are fully controlled electric valves made in in the form of thyristors with individual nodes of forced switching, and in the other two - uncontrolled electrical valves, and to terminals of variable t Single bridge connected capacitive filter consisting of several sections capacitors connected via dividing diodes, wherein when charging these sections are connected in series, and during discharge - parallel (BI №43, 1975 DESCRIPTION SU 492 986, publ g.).

Недостатком данного устройства является наличие группы вентилей зарядки фильтра, что увеличивает массогабаритные показатели.The disadvantage of this device is the presence of a group of valves for charging the filter, which increases the overall dimensions.

Известен компенсационный преобразователь, содержащий управляемый и неуправляемый мостовые выпрямители, конденсаторы фильтра, подключенные к зажимам постоянного тока неуправляемого выпрямителя, коммутирующий LC-контур, связанный через тиристоры, шунтированные встречно включенными диодами с конденсаторами фильтра, при этом с целью уменьшения перенапряжения на элементах схемы последовательно с LC-контуром подключена цепочка из последовательно соединенных диода и дросселя, шунтированная встречно включенным тиристором, управляющий электрод которого соединен с катодом этого диода (описание изобретения SU 478399, опубл. БИ №27, 1975 г.).Known compensation converter comprising controlled and uncontrolled bridge rectifiers, filter capacitors connected to DC terminals of an uncontrolled rectifier, an LC switching circuit connected through thyristors, shunted by counter-connected diodes with filter capacitors, while in order to reduce overvoltage on the circuit elements in series with LC circuit connected a chain of series-connected diode and inductor, shunted by an on-board thyristor, controlling an electric the cathode of which is connected to the cathode of this diode (description of the invention SU 478399, publ. BI No. 27, 1975).

Недостатком данного преобразователя является сложность, наличие большого числа элементов, в том числе и индуктивных.The disadvantage of this converter is the complexity, the presence of a large number of elements, including inductive ones.

Задача изобретения - упрощение конструкции компенсационного преобразователя, способного генерировать реактивную мощность емкостного характера, противоположную по знаку реактивной мощности индуктивого характера, передаваемой по линиям электропередачи.The objective of the invention is to simplify the design of a compensation converter capable of generating reactive power of a capacitive nature, opposite in sign of the reactive power of an inductive nature transmitted through power lines.

Технический результат - ограничение коммутационных перенапряжений на вентилях и передача избыточной энергия, получаемой конденсатором в процессе коммутации, в цепь нагрузки, а также уменьшение массогабаритных показателей и повышение быстродействия компенсационного преобразователя.The technical result is the limitation of switching overvoltages on the valves and the transfer of excess energy received by the capacitor during the switching process to the load circuit, as well as reducing the overall dimensions and increasing the speed of the compensation converter.

Технический результат достигается тем, что в компенсационном преобразователе, включающем управляемый силовой преобразователь, неуправляемый выпрямитель с емкостью фильтра на зажимах постоянного тока, коммутирующие вентили и разделительные диоды, управляемый силовой преобразователь подключен к нагрузке через разделительные диоды, а обкладки емкости фильтра через коммутирующие вентили присоединены параллельно нагрузке.The technical result is achieved by the fact that in a compensation converter including a controlled power converter, an uncontrolled rectifier with a filter capacitance at DC terminals, switching valves and isolation diodes, a controlled power converter is connected to the load through isolation diodes, and the filter capacitance plates through switching valves are connected in parallel load.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в предложенной схеме компенсационного преобразователя выпрямители с естественной коммутацией заменяются на компенсационные. Это позволяет:The essence of the claimed technical solution lies in the fact that in the proposed scheme of the compensation converter, rectifiers with natural switching are replaced by compensation ones. This allows:

- реализовать энергосберегающую технологию преобразования переменного тока в постоянный ток, уменьшая потери активной энергии за счет разгрузки питающей сети от реактивной мощности индуктивного характера;- implement energy-saving technology for converting alternating current to direct current, reducing the loss of active energy due to the discharge of the supply network from reactive power of an inductive nature;

- улучшить электромагнитную совместимость с питающей сетью;- improve electromagnetic compatibility with the mains;

- получить альтернативный источник реактивной энергии емкостного характера при одновременном выполнении технологических задач.- get an alternative source of reactive energy of a capacitive nature while performing technological tasks.

На чертеже изображена принципиальная схема компенсационного преобразователя.The drawing shows a schematic diagram of a compensation converter.

Схема содержит управляемый силовой преобразователь в виде трехфазного моста на силовых полностью управляемых вентилях 1-6, неуправляемый выпрямитель, представляющий вспомогательный трехфазный неуправляемый мост 7-12, с емкостью фильтра 13 на зажимах постоянного тока, коммутирующие полностью управляемые вентили 16 и 17 и разделительные диоды 14 и 15. Схема содержит минимально возможное число вспомогательных элементов, необходимых для реализации рассматриваемых режимов.The circuit contains a controlled power converter in the form of a three-phase bridge on fully-controlled power valves 1-6, an uncontrolled rectifier, representing an auxiliary three-phase uncontrolled bridge 7-12, with a filter capacity 13 on the DC terminals, switching fully controlled valves 16 and 17 and isolation diodes 14 and 15. The circuit contains the smallest possible number of auxiliary elements necessary for the implementation of the considered modes.

Работает компенсационный преобразователь в режимах, когда заряд конденсатора фильтра под воздействием тока выходящей из работы фазы чередуется с частичным разрядом током включаемой фазы.The compensation converter operates in the modes when the charge of the filter capacitor under the influence of the current of the phase that is going out of work alternates with a partial discharge by the current of the switched phase.

Установившийся режим работы устройства может быть лишь в условиях равенства энергий, отдаваемых и получаемых емкостью фильтра на интервалах повторяемости процессов. Катодная и анодная группы вентилей работают в режиме искусственной коммутации.The steady-state mode of operation of the device can only be in conditions of equality of energies given and received by the filter capacity at the intervals of process repeatability. The cathode and anode groups of valves operate in artificial switching mode.

Для выключения проводящего вентиля в какой-либо группе силового преобразователя 1-6 включаются коммутирующие вентили 16 и 17. Одновременно через включенные вентили 16 и 17 и диоды 14 и 15 емкость фильтра 13 включается параллельно нагрузке 18. Так как напряжение на емкости фильтра 13 больше, чем напряжение на выходе управляемого преобразователя 1-6, последний выключается и нагрузка 18 начинает питаться от емкости фильтра 13.To turn off the conductive valve in any group of power converter 1-6, switching valves 16 and 17 are turned on. At the same time, through the switched on valves 16 and 17 and diodes 14 and 15, the filter capacity 13 is turned on in parallel with the load 18. Since the voltage on the filter capacity 13 is greater, than the voltage at the output of the controlled Converter 1-6, the latter is turned off and the load 18 begins to be powered by the filter capacity 13.

При снижении напряжения на емкости фильтра 13 ток нагрузки переходит на очередной вентиль (при подаче управляющего импульса на него) в коммутируемой в данный момент группе вентилей (катодной или анодной) силового преобразователя. При завершении коммутации силовых вентилей преобразователя коммутирующие вентили 16 и 17 закрываются. К этому моменту подается управляющий импульс на включение очередного вентиля преобразователя 1-6.When the voltage at the filter capacitance 13 decreases, the load current passes to the next valve (when a control pulse is applied to it) in the currently switched group of valves (cathode or anode) of the power converter. When the switching of the power valves of the converter is completed, the switching valves 16 and 17 are closed. At this point, a control pulse is supplied to turn on the next valve of the converter 1-6.

Окончательный переход тока нагрузки в сеть переменного тока происходит под действием разности линейного напряжения между включенными вентилями силового преобразователя 1-6 и напряжением на емкости фильтра 13.The final transition of the load current to the AC network occurs under the influence of the difference in the line voltage between the valves of the power converter 1-6 and the voltage on the filter capacitance 13.

На этом последнем этапе коммутации емкость фильтра 13 за счет запасенной энергии в индуктивности цепи переменного тока получает избыточный заряд, который затем передается в нагрузку на первом этапе следующей коммутации.At this last stage of switching, the filter capacity 13 due to the stored energy in the inductance of the AC circuit receives an excess charge, which is then transferred to the load in the first stage of the next switching.

Максимальная разность между амплитудой линейного напряжения в питающей сети и напряжением на конденсаторе фильтра при прочих равных условиях определяется временем, в течение которого конденсатор может разряжаться на нагрузку, причем с увеличением времени разряда максимальное напряжение на емкости фильтра уменьшается. Таким образом, размер установленной емкости фильтра определяет величину коммутационных перенапряжений.The maximum difference between the amplitude of the line voltage in the supply network and the voltage on the filter capacitor, ceteris paribus, is determined by the time during which the capacitor can be discharged to the load, and with increasing discharge time, the maximum voltage on the filter capacitance decreases. Thus, the size of the installed filter capacity determines the amount of switching overvoltage.

Claims

Compensation converter, including a controlled power converter, an uncontrolled rectifier with a filter capacitance at DC terminals, switching valves and isolation diodes, characterized in that the controlled power converter is connected to the load through isolation diodes, and the filter capacitor plates through the switching valves are connected parallel to the load.