SU1241381A1 - Тиристорный преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электротехники и используетс  во вторичных источниках питани  с широким диапазоном .изменени  коэффициента мощности. Цель изобретени  - уменьшение установленной мощности оборудовани . Преобразователь содержит тиристорный коммутатор 2, вьтол- ненный по трехфазной мостовой схеме, силовой трансформатор 3, сглаживающий реактор 1, параллельный конденсатор 5, компенсатор реактивной мощности 4, последовательные конденсаторы 6 и две системы импульсно-фазового управлени  (СИФУ) 8 и 11. Введение датчика тока (ДТ) 9, дополнительного компенсатора (дк) 10 совместно с компенсирующими кон сгнсатораI (Л

Description

ми 12 и СИФУ 1I обеспечивает регулирование потребл емой реактивной мощности путем изменени  угла открыти  тиристоров. При любых величинах и коэффициенте мощности нагрузки, измен емых в заданном диапазоне, коэффициент мощности по основной гармонике в цепи, где установлен ДТ 9,.

i

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитани  различного рода нагрузок с широким диапазоном изменени  коэффици- ента мощности.

Известен параллельно-последовательный инвертор, содержащий однофазный вентильный коммутатор с реактором на входе. К выходу коммутато ра через .последовательный конденсатор подключена нагрузка. Параллельные конденсаторы подключены к выходу коммутатора и (или) к нагрузке, за счет чего инвертор имеет довольно жесткую естественную внешнюю характеристику в некотором диапазоне изменени  нагрузки ij .

Однако, стабилизаци  выходного на- пр жени  не обеспечиваетс  во всем заданном диапазоне иаменени  нагрузки и входного напр жени  посто нного тока.

Известен параллельно-последова- тельный инвертор, содержащий однофазный вентильный коммутатор с реактором на входе, разделительный трансформатор и параллельно-последовательные конденсаторы. Между коммута- .тором и последовательным конденсатором включен тиристорно-реакторный компенсатор реактивной мощности,сос- .то щий из реактора, последовательно роследним включены встречно-парал- иельные венткл.и, изменением угла отпирани  которых обеспечиваетс  стабилизаци  выходного напр жени  инвертора во всем заданном диапазоне изменени  нагрузки и входного напр жени  izj.

Однако эти однофазные инверторы характеризуютс  недостаточно хорошей

241381

остаетс  неизменным. Введение ДК 10 приводит к уменьшению диапазона изменени  инвертировани  напр жени , что позвол ет использовать тиристоры более низкого класса и существенно уменьшить установленную мощность трансформатора . 1 ил.

5

0

5 Q

5

f

формой кривой выходного напр жени  и ее зависимостью от характера нагрузки .

Известен параллельно-последовательный инвертор, трехфазна  схема которого обеспечивает лучшую форму кривой выходного напр жени . Схема содержит тиристорный трехфазньш мостовой коммутатор с реактором на входе , параллельные и последовательные конденсаторы, включенные между коммутатором и нагрузкой, и трехфазный тиристорно-реакторный компенсатор реактивной мощности, подключенньй к выводам последовательных конденсаторов, обращенным к коммутато.ру J .

Недостатком данного инвертора  вл етс  больша  установленна  мощность оборудовани  при широком диапазоне изменени  коэффициента мощности нагрузки . Так, при пр мом пуске асинхронных двигателей, составл ющих ч.асть нагрузки, даже если их суммарньш пусковой ток не превыгпает номинального тока инвертора или тока его допустимой перегрузки, вследствие очень низкого коэффициента мощности нагрузки в этом режиме (обычно 0,2-0,3) напр жение на выходе тиристорного тора должно быть сравнительно низким при неизменных напр жени х на входе и выходе инвертора. Этому напр жению на выходе коммутатора при максимальном напр жении на входе инвертора должен:соответствовать минимально

допустимый угол, представл емый дл  восстановлени  запирающих свойств тиристоров коммутатора, т.е. по этому режиму определ етс  необходимое значение емкости конденсаторов. По

окончании переходного процесса пуска двигателей коэффициент мощности

нагрузки увеличиваетс  до величины О,7-0,9,.вследствие чего при стабильном выходном.напр жении инвертора должно значительно увеличитьс  напр жение на выходе тиристорного коммутатора а при наличии разделительного трансформатора - и на трансформаторе ) . Изменение в широких пределах напр жени  на- выходе тиристорного коммутатора при стабилизации выходного напр жени  инвертора в результате изменени  коэффициента мощности в длительных или кратковременных режимах приводит к значительному увеличению установленной мощности конденсаторов , компенсатора и трансформатора (при его наличии) и, следовательно , к увеличению массы, габаритов и стоимости инвертора.

Цель изобретени  - уменьшение установленной мощности оборудовани  преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в тиристорном преобразователе 3, содержащем коммутатор с реактором на входе и с параллельными и последовательными конденсаторами на выходе, а также подключенный параллельно этому выходу тиристорно-реак- торный компенсатор реактивной мощности и две системы импульсно-фазового управлени  (СИФУ) тиристорами коммутатора и тиристорами указанного компенсатора , охваченные .отрицательной обратной св зью по напр жению, между обкладками последовательных конденсаторов и вькодными выводами преобразовател  включен введенный датчик тока, а к выходным вьюодам преобразовател  подключен дополнительный тиристорно-реакторньй компенсатор реактивной мощности с дополнительными параллельными компенсирз тощими конденсаторами и с дополнительной системой импульсно-фазового управлени  тиристорами этого компенсатора, причем в качестве измерительного органа канала отрицательной обратной св зи этой СИФУ установлен фазовый детектор,один вход которого св зан с выходом указанного датчика тока, а другой - с выходными выводами преобразовател .

На чертеже изображена принципиальна  схема предлагаемого преобразовател .

Преобразователь содержит сглаживающий реактор 1, тиристорный коммутатор 2, трансформатор 3, тиристорнореакторный компенсатор 4 реактивной мощности, параллельные конденсаторы 5, последовательные конденсаторы 6, параллельные конденсаторы 7, устрой- ство 8 автоматического управлени 

тиристорами коммутатора 2 и компенсатора 4, представл ющее собой две системы импульсно-фазового управлени  . fСИФУ, охваченные отрицательной об- ратной св зью по напр жению, датчик

9тока, дополнительный конде гсатор

10реактивной мощности, устройство 11 автоматического управлени  тиристорами дополнительного компенсатора 10,

также выполненное в виде СИФУ, дополнительные компенсирующие конденсаторы 1 2.

Сглаживающий реактор 1 соединен

последовательно по цепи посто нного тока с тиристорным коммутатором 2, выполненным по трехфазной мостовой схеме, выходные выводы которого соединены с первичной обмоткой силового

трансформатора 3. К вторичной обмотке силового трансформатора 3 присоединены трехфазна  группа парал-пель- ньгх конденсаторов 5, соединенна  в параллель с компенсатором 4 реактивной мощности, и трехфазна  группа последовательных конденсаторов 6. Компенсатор 4 реактивной мощности выполнен , например, в виде трехфазного тиристорно-реакторного компенсирующего устройства, соединенного в треугольник , в котором в каждой фазе реактор соединен последовательно с парой встречно-параллельных тиристоров . Ток через реактор и потребл ема  компенсатором реактивна  мощность

регулируютс  путем изменени  угла открыти  встречно-параллельных тиристоров .

К другим выводам последовательных конденсаторов 6 присоединена втора 

трехфазна  группа параллельных конденсаторов 7 и датчик 9 тока, к другим силовым выводам которого присоединены трехфазна  группа параллельных конденсаторов 12, дополнительныйтрехфазный тиристорно-реакторный компенсатор 10. Компенсатор 10 выполнен аналогично компенсатору 4. Датчик 9 тока своим слаботочным выходом соединен с одним из входов устройства 11

автоматического управлени  (СИФУ) которое другим входом соединено также с выходными выводами преобразова- тел . Выход СИФУ 11 соединен с уп

5, 1

равл ющими электродами тиристоров дополнительного компенсатора 10.

Устройство 8 автоматического управлени  (СИФУ) соединено по входу с выходными выводами преобразовател  дл  измерени  его выходного напр жени , а его выход соединен с управл ющими электродами тиристоров коммутатора 2 и компенсатора 4.

Датчик 9 тока представл ет собой, например, три обычных трансформатора тока, нагруженных на балластные резисторы, дл  получени  сигнала напр жени , по величине и фазе соответствующего току в силовой цепи, в ко- торой включен датчик 9 тока.

СИФУ 8 содержит например, следующие последовательно соединенные узлы: измерительньй орган напр жени  , выдел ющий сигнал отклонени  выходного, напр жени  преобразовател  от эталонной величины с помощью известной схе- .мы моста с одним или несколькими последовательно соединенными стабилитронами в одном из 4-х плеч моста и резисторами в трех других плечах моста , усилительный узел н а одном или не-i скольких интегральных операционн41Х усилител х, с помощью которых сигнал отклонени  напр жени  усиливаетс  и формируютс  его функций, например интегральна  функци , обычные узлы фа- зосмещени  и формировани  отпирающих импульсов, которые обеспечивают формирование импульсов, подаваемых К тирис торам коммутатора 2 и компенсатора 4, и их сдвиг по фазе в функции сигнала управлени , поступающего от усилительного узла.

СИФУ 11, например, содержит следующие узлы: узел фазового детектора или датчика коэффициента мощности, в который подаютс  сигн.алы тока от датчика 9 и напр жение .от выходных выводов преобразовател , выходной сигнал этого узла, пропорциональньш синусоидальной функции угла сдвига фаз между напр жением на выходе пре- образовател  и током в цепи, в кото- рой установлен датчик 9, подаетс  на усилительный узел и затем на СИФУ, включающее в себ  узлы фазосмещени  и формировани  отпирающих импульсов, импульсы от СИФУ подаютс  к тиристо- рам дополнительного компенсатора 10. Узлы усилени , фазосмещени  и формировани  отпирающих импульсов устройства

0

5

1

0 5

5

0

° 5 5

3816

11 аналогичны соответствующим узлам СИФУ 8.

Принцип действи  преобразовател  состоит в следующем.

Посто нный ток, протекающий через сглаживающий реактор 1, преобразуетс  в переменный ток с помощью тирис- торното коммутатора 2, коммутаци  тиристоров которого осуществл етс  за счет энергии групп конденсаторов 5-7, 12. Конденсаторы выбираютс  такой величины, чтобы при любой нагрузке в т.ч. при наибольшей возможной перегрузке по активной и реактивной мощности нагрузки, угол опережени  током напр жени  на выходных выводах коммутатора был не меньше величины , необходимой дл  восстановлени  запирающих свойств его тиристоров при коммутации при любом входном напр жении и стабилизации напр жени  на выходе преобразовател .

Баланс активной и реактивной мощности в преобразователе тока, необходимый дл  его нормальной работы при различных нагрузках, входных напр жени х и стабилизации выходного напр жени  обеспечиваетс  с помощью компенсатора А, дополнительного компенсатора 10, СИФУ 8 и И и датчика 9 тока. Так, например, при уменьшении нагрузки ниже максимальной заданной перегрузки дополнительный компенсатор 10 с помощью датчика 9 тока и СИФУ 11 увеличивает открытие тиристоров и соответственно увеличивает потребление реактивной мощности так, чтобы в силовой цепи, где установлен датчик 9, компенсировалось снижение потреблени  от преобразовател  реактивной мощности и поддерживалс  неизменный коэффициент мощности (в частном случае он может иметь уставку 1,0 или 0,9 или другую величин-у . Таким образом, дополнительный компенсатор 10 совместно с параллельными компенсирующими конденсаторами I2 при помощи датчика 9 тока и СИФУ 11 обеспечивает такое регулирование потребл емой им реактивной мощности (путем изменени  угла открыти  его тиристоров),чтобы при любых величине и коэффициенте мощности нагрузки, измен емых в заданном диапазоне (включа  кратковременные режимы, например пуска двигателей , коэффициент мощности по основной гармонике в цепи, где установлен

71241

датчика 9 тока, оставалс  неизменным .

Компенсатор 4 реактивной мощности с помощью СИФУ 8 осуще .твл ет регулирование потребл емой реактивной 5 мощности так, чтобы при любом входном напр жении, измен ющемс  в заданном диапазоне, любой величине нагрузки, измен ющейс  в заданном диапазоне с учетом того, что в 10 цепи, в которой установлен датчик 9 тока, стабилизируетс  коэффициент мощности с помощью дополнительного компенсатора 10, датчика 9 и СИФУ 11, обеспечиваетс  требуемый баланс ак- 15 тивной и реактивной мощности, при котором обеспечиваютс  требуемый опережающий угол сдвига.между током и напр жением на выходе коммутатора 2 и стабилизаци  напр жени  на выходе 20 преобразовател , т.е. регулирование реактивной мощности компенсатором 4 с помощью СИФУ 8 производитс  в направлении стабилизации выходного напр жени  преобразовател . . 25

Дл  гальванической разв зки сетей посто нного и переменного тока и согласовани  уровней напр жени  на входе и выходе преобразовател  и на конденсаторах в его состав может вво- 30 дитьс  трансформатор 3, который включают между коммутатором 2. и последо- . вательньми конденсаторами 6, хот  дл  тех же целей он может включатьс  в выходной цепи преобразовател . 35

В отдельных случа х в зависимости от задаваемых уровней напр жени  на входе и выходе преобразовател , коэффициента трансформаций трансформатора , диапазона изменени  нагруз- 40 ки одна из групп параллельных конденсаторов 5 -или 7 может отсутствовать в схеме, что не измен ет принцип ее работы и основные свойства.

Последовательные конденсаторы 6, 45 как и в других схемах параллельно- последовательных инверторов, обеспечивают устойчивую коммутацию тиристоров коммутатора 2 при внешних ко- ротких замыкани х в цеп х нагрузки, 50 а также при перегрузке, за счет того, что Увеличивающийс  в этих ситуаци х ток через конденсаторы 6 увеличивает реактивную емкостную мощность в преобразователе, -необходимую дл  55 получени  требуемого опережающего угла сдвига между током и напр женим на выходе коммутатора 2 , чем и

818

обеспечиваетс  коммутаци  его тиристоров . Тем самым обеспечиваетс  устойчива  работа преобразовател  при внешних к.з. и перегрузках , что во многих случа х  вл - етс  одним из важных требований, предъ вл емых к преобразователю, пи- тающему группу потребителей.

Конденсаторы 4 и 10 реактивной мощности на чертеже выполнены в виде трехфазного тиристорно-реакторного устройства по схеме с встречно-параллельными тиристорами в каждой фазе, последовательно соединенными с реактором , однако дл  указанных целей они МО гут быть вьтолнены и по другим схемам или в виде других свойств, позвол ющих регулировать потребление им реактивной мощности.

В предлагаемом преобразователе включением дополнительного компенса- то)а 1:0 реактивной мощности с соответствующим датчиком 9 тока достигаетс  эффект существенного уменьшени  .суммарной установленной мощности конденсаторов , компенсаторов и трансформатора и соответственно массы, габаритов и стоимости преобразова- тел  в тех случа х, когда нагрузка имеет измен ющийс  в широких пределах коэффициент мощности. Это следует из приведенных формул н числового примера.

Сравнительную оценку схем преоб- Ьазователей рассматриваемого класса провод т по установленной мощности конденсаторного оборудовани , счита , что пропорционально ей нзмен етс  установленна  мощность компенсаторного оборудовани .

Суммарна  установленна  мощность конденсаторов параллельно-последовательного инвертора с одним конпенса- торомj отнесенна  к номинальной мощности нагрузки, определ етс  приведенными в PJ выражени ми

т + Uiuq..I.-i-I

Q .. 2 5лг«

2коиАj П TifS

н MOM

4i

HHOM

(О

I

ном

J

-номинальный ток нагрузки, отнесенный к току внешнего короткого замыкани ;

-напр жение питани  инвер- . тора;

Q

доп - минимально допустимый угол выключени  тиристоров коммутатора;

(, - максимальный угол сдвига между напр жением и током нагрузки.

При установке дополнительного компенсатора суммарна  установленна  мощность конденсаторов определ етс  выражением (О, в котором , и величиной sinCf j,, выражанщей в относительных единицах величину установленной мощности параллельных компенсирующих конденсаторов 12, т.е.

.,,5.

10

2

y jjajc1 I

. „,н.,„„нн ив I

15

Q - 11° -Ц и н„СОЗ ло П.

Хч-мV 1TJ

I -Jl-I

Нцом Ниом

Дл  получени  положительного эффекта от использовани  дополнительного компенсатора вьгражение (2) должно быть меньйе (1).

После преобразовани  получим

;«

Штачс

I

25

.« УifiiiLI..

--- 1 т |71т . costp oKc HOM N нно« о

Самый крайний дл  выполнени  неравенства случай соответствует мини- .муму правой части, т,е. когда

(

Ud,HH

правой части, который всегда меньше

1, имеет максимум, санный 0,5. Тогда

1, ,-, а знаменатель

- ма к

7со8С д,с1кс 2 .

Из последнего вьфажени  видно, что неравенство выполн етс  уже при |соStf jj j 0,7 . Покажем, каков выигрыш в реальном случае.

Примем 1 0,4 (кратность тока внешнего к.з. равна 2,5).

Уй.ма.кС

и(1«ци

0,4.

1,6; созрд 0,9, coscf

Тогда установленна  мощность конденсаторов без дополнительного компенсатора

КОНА

l llfinJlLl

0,4-0,916

124138110

Установленна  мощность конденсаторов при наггичии дополнительного компенсатора

0,16+1,6

Q

0,4fO,

Claims (1)

1. Таким образом, установленна  мощность конденсаторов уменьшаетс  почти в 3 раза. Так как компенсаторы выбираютс  по условию полной компенсации реактивной мощности конденсаторов , пропорционально уменьшаетс  установленна  мощность компенсаторов. Введение дополнительного конденсатора приводит также к уменьшению диапазона изменени  инвертировани  напр - /иакс жени , чхо позвол ет использовать .ти- (2) ристоры более низкого класса и существенно уменьшить установленную мощность трансформатора. Формула изобретени. 

   Тиристорный преобразователь, содержащий KOMNryTaTop с реактором на входе и с параллельными и последовательными конденсаторами на выходе, а также подключенный параллельно этому выходу тиристорно-реакторный компенсатор реактивной мощности и две системы импул ьсно-фазового управлени  (СИФУ) тиристорами коммутатора и тиристорами: указанного конденсатора , охваченные отрицательной обратной св зью по напр жению, о т- личающийс  тем, что, с це- 35 лью уменьшени  установленной мощности оборудовани  при широком диапазоне изменени  коэффициента мощности нагрузки, между обкладками последовательных конденсаторов и выходными выводами преобразовател  включен введенный датчик тока,а к .выходным выводам преобразовател  подключен до- пол нительньй тиристорно-реакторный компенсаторреактивной мощности с дополнительными параллельными компенси- руюпщми конденсаторами и с дополнительной системой импульсно-фазового управлени  тиристорами этого компенсатора , причем в качестве измерительного органа канала отрицательной обратной св зи этой СИФУ установлен фа- зовьш детектор, один вход которого св зан с выходом указанного датчика 9,8. тока, а. другой - с выходными вывода- Ji5 ми преобразовател .

   30

   40

   45

   50

   ВНИИПИ Заказ 3608/51 Тираж 63Г

   Произв.-полигр. пр-тие г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   .,,5.

   щность конденсаторо лнительного компенПодписное