SU1101996A1 - Тиристорный импульсный преобразователь посто нного напр жени - Google Patents

Abstract

ТИРИСТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, включающий коммутирующее устройство. содержащее два насыщгиощихс  токоогр ничивающих реактора с основными обмотками , обмотками сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивани , разделительный диод и коммутирующий тиристор, шунтированный LC-цепью, инверторную схему из двух параллельных цепей, кажда  в виде двух последовательно включенных силовых тиристоров , шунтированных обратными диодами , а также два выходных вывода, причем первый из них образован общей точкой соединени  силовых тиристоров одной из двух указанных парашлельных цепей инверторной схеки, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона регулировани  S выходного напр гжени , второй выходной вывод преобразовател  образован об- Q щей точкой соединени  силовых тирис- - торов второй из двух параллельных це- 1мм пей инверторной схемы.

Description

Изобретение относитс  к преобразо вательной электротехнике, в частност к преобразовател м посто нного напр  жени  в посто нное или переменное с глубоким диапазоном регулировани  вы ходного напр жени , которые подверже ны ударным нагрузкам по току. Эти пр образователи могут отличатьс  конфигурацией инверторной схемы; однофазна  мостова  с подключением нагдуэки в диагональ, полумостова  с подключенйем нагрузки между средними точками источника и фазы моста, трехфазна  мостова  с подключением нагрузок к средним точкам фаз моста и др. Тиристорный импульсный преобразователь может найти применение в системах электропривода, электроснабжени  и электротехнологии, Известен тиристррный импульсный преобразователь, в состав которого вход т два управл емых индуктивных элемента в виде насыщающихс  реакторов , содержа1цих основные обмотки, включенные между источниками питани  и силовыми тиристорами преобразовате л , обмотки сброса избыточной энергии , подключенные через рекуперирующие диоды в обратном направлении к полюсам источников, обмотки подмагни чивани , включенные последовательно с дополнительным фильтровым реакторо в цепи тока подмагничивани . Два коммутирующих тиристора соединены последовательно между собой и соглас но с током нагрузки, подключены раэноименными выводами к общим точкам выводов индуктивных элементов и сило вых тиристоров. Коммутирующий конденсатор подключен между общей точкой соединени  коммутирующих тиристоров и общей точкой соединени  разноименных полюсов последовательно соединен ных Источников Cl. Управление насыщающимис  реактора ми осуществл етс  путем подмагничивани  посто нным током, расчитанным на максимальный ток нагрузки. При ши роком диапазоне регулировани  и с ро тов мощности нагрузки потери энергии в дополнительном L-фи ьтре, сгла живающем пульсации тока подмагничива ни , увеличиваютс . Известен тиристорный импульсный преобразователь, в состав которого вход т два управл емых индуктивных элемента, каждый в виде двух насыщаю щихс  реакторов, содержащих основные Обмотки, включенные между полюсами источника питани  и силовыми тиристо преобразовател , обмотки подмагничивани , включенные последовательно в цепь тока нагруэки, обмотки начального подмагничивани , включенные последовательно с дополнительным фильтровым реактором в цепи тока под магничивани , коммутирующие обмотки, включенные между полюсами дополнитель ных источников и последовательной цепью тирующих тиристоров, направление проводимости которых соглас но с направлением тока источников. Коммутируюш,ий конденсатор подключен между общей точкой соединени  коммути рующих тиристоров и общей точкой соединени  разноименных полюсов последовательно соединенных дополнительных источников f2Т, Энерги , запасаема  в индуктивности нагрузки, используетс  дл  перезар да коммутирующего конденсатора и подмагничивани  насыщающихс  реакторов . Дополнительный фильтровый реактор в цепи тока начального подмагничивани  имеет меньшую мощность потерь . Однако простое включение обмоток подмагничивани  двух насыщающихс  реакторов коммутирующего устройства последовательно с нагрузкой в реверсивном преобразователе посто нного напр жени  невозможно, так как ток нагрузки при реверсе мен ет знак, Поэтому коммутирующее устройство реверсивного преобразовател  содержит два управл емых индуктивных элемента, каждый из которых содерйшт два насыщающихс  реактора с обмотками управлени  в цепи тока нагрузки. Это усложн ет конструкцию управл емого индуктивного элемента. Потери энергии при обратном перемагничивании магнитопроводоБ увеличени из-за отсутстви  обмоток сброса избыточной энергии Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  тиристорный импульсный преобразователь посто нного напр жени , включающий коммутирующее устройство, содержащее два насыщакзи№1хс  токоограничивающих реактора с основными обмотками, обмотксши сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивани f разделительный диод и коммутирующий тиристор, шунтированный LC-цепью, инэерторную схему ИЗ двух параллельных цепей в виде двух последовательно включенных силовых тиристоров, шунтированных обратными диодами, а также два выходных вывода, причем первый из них образован общей точкой соеда1нени  силовкш тиристоров одной из двух указанных парал.дельных цепей инверторной схемы СЗ, Этот преобразователь обратимый, т,е, направление потока энергии в нем может измен ть знак. Если нагрузка содержит противоЭДС , то ток протекает ,как от источника к нагрузке, так и от нагрузки к источнику. Таким образом, если нагрузкой  вл етс   корь двигател  посто нного тока независимого возбуждени , то преобразователь обеспечивает как двигательный режим, так и режим рекуперативного тооможени .

Выходное напр жение преобразовател , возникающее на выходных выводах, образовано суммой падений напр жений на основной обмотке одного из насыЩсхющихс  токоограничивающих реакторов и на силовом тиристоре, шунтированном обратным диодом. Его среднее значение регулируетс  от нул  до напр жени  питани . Напр жение обратной пол рности, приклыдваемое к нагрузке, обусловлено процессом размагничивани  токоограничивающего реактора. Это напр жение не регулируетс  ввиду того, что соотношение витков между обмотками реактора посто нное/ и к обмотке сброса избыточной энергии на указанных интервалах времени прикладываетс  импульс посто нного напр жени  источника питани , трансформирующийс  в нагрузку.

При подключении в качестве нагрузки , например, обмотки возбуждени  дви гател  посто нного тока независимого возбуждени , ток в нагрузке не может изменить знак, так как обмотка возбуждени  не содержит источник противоЭДС , а выходное напр жение другой пол рности нерегулируемое. Поэтому поток энергии знак направлени  Не измен ет, преобразователь нереверсивный . Это ограничивает диапазон регулировани  выходного напр жени  преобразовател . Преобразователь . нельз  примен ть, например, дл  реверсировани  вращени  двигател  посто нного тока.

Цель изобретени  - расширение диапазона регулировани  выходного напр жени  тиристорного импульсного преобразовател  посто нного напр жени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в тиристорном импульсном преобразователе посто нного напр жени , включающем коммутирующее устройство, содержащее два насыщающихс  токоограничивающих реактора с основными обмотками , обмотками сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивани , разделительный диод и коммутирующий тиристор, шyнтиpcfвaнный LC-цепью, инверторную схему из двух параллельных цепей, кажда  в виде двух последовательно включенных силовых тиристоров , шунтированных обратными диодами, а также два выходных вывода , причем первый из них образован общей точкой соединени  силовых тиристоров одной из двух указанных параллельных цепей инверторной схемы, второй выходной вывод преобразовател  образован общей точкой соединени  силовых тиристоров второй из двух параллельных цепей инверторной схемы,

В предлагаемом преобразователе сохран етс  возможность изменени  направлени  выходного тока при неизменном выходном напр жении, т,а, как и известный,  вл етс  обратимым и примен етс  дл  режимов двигательного и рекуперативного торможени  при наличии противоЭДС в нагрузке.

Кроме того, напр жение на выходе коммутирующего устройства прикладываетс  к нагрузке при помощи двух параллельных цепей из двух последовательно включенных тиристоров инверторной схемы, шунтированных обратными диодами, Выходное напр жение на вы0 ходных выводах предлагаемого преобразовател  регулируемое и может измен ть пол рность, т,е, предложенный преобразователь  вл етс  как обратимым , так и реверсивным. Поэтому

5 его диапазон регулировани  расширен, он может примен тьс  дл  питани  как  корной обмотки, так и обмотки возбуждени  двигател  посто нного тока независимого возбуждени .

На фиг, 1 представлена принципи0 альна  схема тиристорного импульсного преобразовател  посто нного напр жени ; на фиг, 2 - временные диаграммы .

Преобразователь содержит источник

5

1питани , управл емый индуктивный элемент, включающий в себ  первый насыщающийс  токоограничивакидий реактор

2с основной 3, подмагничивани  4 обмотками и обмоткой 5сброса избыточ0 ной энергии реактора, второй насыщающийс  токоограничивающий реактор б с основной 7, подмагничивани  8 обмотками и обмоткой 9 сброса избыточной энергии реактора, рекуперирующий ди5 од 10, коммутирующее звено 11, состо щее из коммутирующих тиристоров 12,

13 коммутирующего конденсатора 14 и коммутирующего реактора 15 без стали , мостовую схему соединени  силовых тиристоров 16-19 с обратными дио0 дами 20-23, нагрузку 24 с активной 25 и индуктивной 26 составл ющими,

К положительному полюсу источника 1 питани  подключено начало обмотки

3реактора 2, конец обмотки 3 соеди5 нен с концом обмотки 7 реактора б,

а начало обмотки 7 подключено к общей точке соединени  анодов тиристоров 12, 16 и 17 и катодов диодов 20 и 21, К катоду тиристора 12 под0 ключены анод тиристора 1,3 и первый вывод конденсатора 14, второй вывод конденсатора 14 подключен к первому выводу реактора 15, а второй вывод реактора 15 совместно с катодами ти5 ристоров 13, 18, 19 и анодами 10, 22, 23 подключен к отрицательному полюсу источника 1. Катод диода 10 подключен к концу обмотки 9 реактора 6, начали обмотки 9 подсоединено к началу обмотки 5 реактора 2,

0 а конец обмотки 5 подключен к положительному полюсу источника 1, К 66щей точке соединени  катодов тиристора 16 и диода 22, анодов тиристора 18 и диода 20 подключен конец

5 Обмотки 8 реактора б,начало обмотки 8 соединено с концом обмотки 4 реак тора 2, а начало обмотки 4 через ин дуктивную 26 и активную 25 составл ю щие нагрузки 24 подключено к общей точке соединени  катодов тиристора 17, диода 23 и анодов тиристора 19, диода 21. Преобразователь работает следующим образом. При подаче напр жени  питани  U на схему преобразовател  система управлени  управл ющий импульс на тиристор 12. Коммутируюгций конден catop 14 зар жаетс  от источника 1 пи±ани  током, протекающим в контуре источник 1 питани  - обмотка 3 - обмотка 7 - тиристор 12 - конденсатор 14 - реактор 15 - источник 1. Через половину периода колебаний в элементах 14 и 15 ток в этом контуре измен ет знак, и тиристор 12 выключает с . В зависимости от требуемого напра лени  тока в нагрузке 24 управл ющие импульсы подаютс  дгьпее на тиристоры 16, 19 или 17, 18, С включением, например, тиристоров 16, 19 ток от источника 1.питани  {фиг. 2а) протекает в контуре источник 1 питани  обмотки 3, 7 - тиристор 16 - обмотки 8, 4 - нагрузка 24 - тиристор 19 источник 1 питани . Длительность про текани  этого тока задаетс  системой управлени  преобразователем. Исходные рабочие точки реакторов 2 и 6 устанавливаютс  током нагрузки 24, прЬтекгиощим по обмоткам 8 и 4, в поло ение О на веберамперных харак теристикгис (фиг. 3, 4) . В интервале tj-t (фиг. 2 д, е) ампервитки обмоток 3 и 4 направлены встречно, ампервитки обмоток 7 и 8 направлены согласно и рабочие точки реакторов 2 и 6 перемещаютс  в положение i (фиг. 3, 4). Ток в нагрузке 24 коммутируетс  следующим образом. С включением в момент t (фи1г.2б) тиристора 13 конденсатор 14 перезар жаетс  в контуре конденсатор 14 тиристор 13 - реактор 15 - конденсатор 14 (фиг. 2в). Через половину периода колебаний в элементах 14 и 15 ток в этом контуре измен ет знак, и тиристор 13 выключаетс . В. момент tj (фиг. 2г) , определ е- мый системой управлени , включаетс  тиристор 12 и начингиотс  два процесса . С одной стороны, токи от конденсатора 14, протка  в контурах 1415-22-16-12-14 и 14-15-19-21-12-14, снижают ток нагрузки 24 в тиристоpax 16 и 19 до нул . С другой Стороны , ток от источника 1, протека  через обмотки 3, 7, а далее по цеп м 16-22-1 и 21-19-1, действует согласно с током нагрузки 24 в тиристорах 16 и 19 и увеличиваетс  до значени  Д i (фиг. 2а) . Чтобыограничить приращение тока от источника Л i и потери энергии в элементах коммутирующего звена 11, суммарное изменение индукции в реакторе 2 не должно превышать удвоенного значени  индукции насыщени  В. В интервале (фиг. 2 д, 4) рабочие точки реакторов 2 и 6 перемещаИнтервал ютс  в положение (фиг. 2г) протекани  в контурах реактор 15 - диоды 22 и 20 тиристор 12 - конденсатор 14 - реактор 15 и реактор 15 - диоды 23 и 21 тиристор 12 - конденсатор 14 - реак тор 15 токов от конденсатора 14, превь исцощих токи в тиристорах 16 и 19, должен быть не меньше времени выключени  to при ограниченном обратном напр жении на указанных тиристорах. С момента времени tg (фиг, 2 в,г) ток нагрузки 24 за счет ЭДС самоиндукции протекает в контуре нагрузка 24 - диод 21 - тиристор 12 - конденсатор 14 - реактор 15 - диод 22 обмотки 8, 4 - нагрузка 24 и зар жает конденсатор 14 до напр жени , превышающего напр жение источника 1. Когда в контуре источник 1 питани  обмотки 3, 7 - тиристор 12 - конденсатор 14 - реактор 15 - источник 1 питани  выполн етс  условие U , U + U Wj/Wy, где W , Wg - число витков обобмоток 3 и 5, напр жени , действуюидае на обмотках 3 и 7, а также 5 и 9, измен ют знак. В контуре источник 1 питани  - диод 10 - обмотка 9 обмотка 5 - источник 1 питани  к диоду 10 приложено пр мое напр жение U jj Uj+Uj - и ,и начинает протекать ток рекуперации (фиг. 2ж). Энерги , направленна  в магнитопроводах реакторов 2 и 6 в интервале t,-tg (фиг. 2а) , передаетс  в источник 1. С задержкой времени t „в от момента tj включаетс  один из тиристоров 16 и 19 и ток нагрузки 24 нарастает в контуре нагрузка 24 диод 21 - тиристор 16 - обмотки 8, 4нагрузка 24 либо в контуре нагрузка 24 - тиристор 19 - диод 22 - обмотки 8,4 - нагрузка 24. При этом ток в тиристоре 12, протекающий в контуре нагрузка 24 - диод 21 - тиристор 12 - конденсатор 14 - реактор 15 диод 22 - обмотки 8, 4 - нагрузка 24, спадает в момент t, измен ет знак и тиристор 12 выключаетс . Ампервитки подмагничивани  реактора 12 выбраны КЗ услови  i 24W4 124 э и рабочие точки реакторов 2 и 6 в интервале ty-tg перемещаютс  к положению О. В момент tg (фиг.2ж) магнитопроволзы реактора 2, 6 размагничиваютс . Напр жение на обмотках 3 и 7 (фиГ; 2 Д, е), а также на обмоткак 5 и 9 падает до нул  и диод 10 запираетс  напр жением источника 1.

В последующий момент to, определ емый системой управлени , включаетс  один из тиристоров 19 и 16, а диод 21 или 22 запираетс  напр жением источника 1. Ток нагрузки 24 начинает протекать в контуре источник 1 питани  -. обмотки 3, 7 - тиристор 16 - обмотки 8, 4 - нагрузка 24 - тиристор 19 - источник 1 питани  и процессы в схеме повтор ютс Напр жение на выходе коммутирующего устройства представлено на фиг. 2и.

Дл  ускорени  спада тока в нагруке 24 при реверсе тиристор 16 или 19 в момент t tj + tng (фиг. 2г) повторно не включаетс .После отпирани  рекуперирующего диода 10 ток в тиристоре 12 спадает, а ток в контуре нагрузка 24 - диод 21 - обмотки 7, 3 - источник 1 питани  диод 22 - обмотки 8, 4 - нагрузка 24 нарастает. Энерги , накопленна  в нагрузке , передаетс  в источник I.

Дл  изменени  направлени  тока в нагрузке 24 включаютс  тиристоры 17 и 18, и процессы в преобразователе протекают аналогично. Исходные положени  рабочих точек реакторов 2 и 6 переход т на противоположные насыщен0 ные участки веберамперных характеристик . Приращение тока от источника Д1 ограничивает реактор 6, рабоча  точка которого перемещаетс  на ненасыщенный участок характеристики.

5

Таким образом, не только выходной ток преобразовател , но и его выходное напр жение измен ют пол рность . При этом напр жение регулируетс  от нул  до напр жени  источника питани .

0

Claims (1)

1. ТИРИСТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, включающий коммутирующее устройство, содержащее два насыщающихся токоогр, ничивающих реактора с основными обмотками, обмотками сброса избыточной энергии и обмотками подмагничивания, разделительный диод и коммутирующий тиристор, шунтированный LC—цепью, инверторную схему из двух параллельных цепей, каждая в виде двух последовательно включенных силовых тиристоров, шунтированных обратными диодами, а также два выходных вывода, причем первый из них образован общей точкой соединения силовых тиристоров одной из двух указанных параллельных цепей инверторной схемл, отличающийся тем, что, с целью _с расширения диапазона регулирования SB выходного напряжения, второй выходной вывод преобразователя образован общей точкой соединения силовых тиристоров второй из двух параллельных цепей инверторной схемы.

   SU .,.1101996