SU1444926A1 - Система электропитани технологических установок - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области преобразовательной техники и предназначено дл  использовани  в качестве источника однопол рных силовых импульсов тока с дозированной энергией. Цель изобретени  - увеличение выходной мощности путем обеспечени  одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменени  нагрузки, вплоть до короткого замыкани , и повышение надежности. Система питани  включает многоконтурный тиристорно-кондеисатор}гый преобразователь , в KOTOpbrfi между выходами его контуров и нагрузкой вютючено индуктивно-диодное устройство, включающее п-обмоточный дроссель 41 с обмотками 40,44,47 и диодами 48-53. Индуктивно-диодное устройство обеспечивает устойчивую работу контуров преобразовател . Уменьшение жесткости выходной характеристики дл  уменьшени  амплитудного значени  тока в импульсе достигаетс  последовательным соединением источников питани  системы, один из которых не имеет накопительного конденсатора. За счет использовани  резисторов 19-21 и обеспечени  управлени  бесконтактным выключателем от величины падени  напр жени  на резисторах 19-21 достигаетс  защита тиристоров систе -{ы питани  . 1 3.п. ф-лы, 3 ил. а €

Description

Аа

нЗ}--

Изобретение относитс  к области преобразователей электротехники и предназначено дл  использовани  в качестве источ1шка однопол р1 ых силовых с дозированной энергией импульсов тока.

Цель изобретени  - увеличение выходной моищости путем обеспечени  одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменени  нагрузок, вплоть до короткого замыкани , и повьшение надежности .

На фиг.1 представлена электрическа  схема системы электропитани  технологических установок; на фиг.2 и 3 диаграммы напр жений.

Система состоит из блока питани  и тиристорно-ко1щенсаторных преобразовательных контуров с индуктивно- диодным согласующим устройством.

Выводы А, в, с дл  под1слюче1ш  .трехфазногб питающего напр жени  сети через бесконтактный тиристорно- диодный выключатель 1 - 6 соединены с первичными обмотками трехфазного сшювого трансформатора 7 и через блок 8 фильтров с первичными обмот- ками трехфазного силового трансформатора 9. Вторичные обмотки транформатора 7 подюночены на вход шестифаз ного тиристорного выпр мител  10. К выходу выпр мител  10 подключен фильтрующе-накопительный конденсатор П. К отрицательному выводу выпр мител  10 подключен нагрузочный балластный резистор 12. Отрицательные обкладки накогштельных конденсаторов 13 - 15 через разделительные тиристоры б - 18 и последовательно соединенные с ними токолграннчкваю- щие балластные резисторы 19 - 21 подключены к отрицательной обкладке конденсатора 11 и минусовому вьтоду тиристорного выпр мител  10. Вторичные обмотки трансформатора 9 подсоедин ютс  к входу шестифазного диодного выпр мител  22. Положителыагй вывод тиристорного выпр мител  10 соединен с отрицательным вьтодом диодного выпр мител  22 и положительными обкладками накопительных конденсаторов 13 - 15. Положительный выход выпр мител  22 подключен к другому выводу нагрузочного балластного резистора 12. Тиристорно-конденсатор- ные преобразователыше контуры сос0

s

0

5

0

5

0

5

0

5

то т из четырех последовательно-параллельно соединенных тиристоров 23- 26, 27-30, 31-34 и представл ют собой три выпр мительных однофазных моста дл  переменного тока. К входам тиристорных мостов к местам последовательно соединенных тиристоров 23 и 26, 27 с 30, 31 с 34 с одной стороны и тиристоров 25 с 24, 29 с 28, 33 с 32 с другой стороны подключены коммутационные конденсаторы 35 - 37.

Катоды тиристоров 23 и 25 подключены к отрицательной обкладке накопительного ко зденсатора 13. Катоды тиристоров 27 и 29 подключены к отри- цателвной обкладке накопительного конденсатора 14. Катоды тиристоров 33 и 31 подключены к отрицательной обкладке накопительного конденсатора 15.

Выходы тиристорно-конденсаторных преобразовательных контуров, т.е. аноды тиристоров 26 и 24, подключены к аноду обратного диода 38, ilarpy- зочному резистору 39 и началу обмотки . 40 индуктивности с дроссел  41; анодами тиристоров 30 и 28 подключены к обратному диоду 42, нагрузочно- r; резистору 43 и началу обмотки 44 Я55ДУКТИВНОСТИ 41 . Аноды тиристоров 32 и 34 подключены к обратному диоду 45, нагрузочному резистору 46 и началу обмотки 47 индуктивности 41. Конец обмотки 40 индуктивности 41 соединен с анодом диода 48 и катодом разделительного диода 49. Конец обмотки 44 индуктивности 41 соединен с анодом диода 50 и катодом разделительного диода 5I. Конец обмотки 47 индуктивности 41 соединен с анодом диода 52 и катодом разделительного диода 53. Аноды разделительных диодов 49,51 и 53 соединен вместе и  вл ютс  отрицательным выводом системы электропитани , подключенного к нагрузке 54. Катоды диодов 48,50 и 52, другой вывод нагрузочных резисторов 39,43 и 46 и положительньй вывод напр жени  диодного выпр мител  22 . соединены вместе. Данное соединение  вл етс  положительным выводом системы электропитани  н подключаетс  к нагрузке 54.

Система электр тгитани  работает следуюпдам образом.

Принцип работы системы электропитани  основан на одновременном перезар де коммутационных конденсаторов 35-37 диагонально расположенными тиристорами 23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,34,33 преобразовательных контуров через нагрузку 54, на которой вьщел ютс  силовые импульсы. Частота следовани  (по влени ) сило- вых импульсов на нагрузке 54 в два раза выше частоты открыти  диагонально расположенных тиристоров в преобразовательных контурах.

Энерги  W, выдел ема  на нагрузке 54 силовыми единичными импульсами,

равна W 2(U,g+E „) ZC,5. б. 37 и не зависит от параметров нагрузки, где - напр жение на накопительных конденсаторах 13 - 15, питаемых от тиристорного выпр мител  10; Е, ЭДС на выходе диодного выпр мител  22; 2ГС,у , -JJ - сумма емкостей на копительньк конденсаторов 35 - 37.

Форма силового импульса на нагруз ке 54 имеет крутой передний фронт с амплитудой, равной удвоенному напр жению источника питани  2 U,

2 (и

10

Е„),

пит

и убывает по времени по экспонате до нул .

Длительность силового импульса зависит от величины сопротивлени  нагрузки 54, т.е. от времени перезар дки коммутационных конденсаторов 35 - 37.

Источником питани  преобразовав тельных контуров  вл ютс  подзар жаемые от блока питани  накопительные

30

35

Импульс тока, проход щий через обмотку 40 индуктивности 4I, наводит ЭДС на обмотках 44 и 47, пропорциональную величине амплитудного значени  тока через обмотку 40, Отрицательный потенциал наводимой ЭДС равен f (IА) на началах обмоток 44 и 47. На резисторах 43 и 46 с обмоток 44 и 47 через диоды 50 и 52 в тот же момент времени t по вл етс  импульс напр жени  с амплитудой, пропорциональной величине амплитуды тока через обмотку 40, но меньше амплитуды напр жени  на резисторе 39. Импульсы напр жени  с крутым передним фронтом

конденсаторы 13 - 15,и последователь- до резисторах 43 и 46 уменьшают разно соединенный с ними шестифазный диодный выпр митель 22, питаемый от вторичных обмоток трансформатора 9. Напр жение на накопительных конденсаторах 13 - 15 Bbmie в 2-4 раза вы- ходного напр жени  в ыпр миттел  22. При поочередной подаче импульсов управлени  с блока 55 управлени  на диагонально расположенные тиристоры 23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,33, 34 преобразовательных мостов обкладки коммутационных конденсаторов 35 - 37 поочередно подключаютс  ими к накопительным конденсаторам 13 - 15 или нагрузке 54 через обмотки 40,44 47, намотанные на замкнутом (тороидальном ) магнитопроводе из феррита индуктивности 41, и разделительные силовые диоды 49,51 и 53. Тиристоры

5

0

5

0

5

в преобразователь}Ш1е контуры можно составить без подбора по времени включени .

Индуктивно-диодное согласующее устройство работает следующим образом .

С блока 55 управлени  на диагонально расположенные тиристоры 23,24, 27,28,31 и 32 в преобразователышх контурах подаютс  одновременно импульсы управлени . Например, тиристоры 23 и 24 с меньшим временем включени  открываютс  первыми в момент времени t . Через резистор 39 (необходимый дл  работы преобразовател  на холостом ходу), обмотку 40 индук-г- тивности 41, разделительный Силовой диод 49 и нагрузку 54 начинает протекать разр дный ток зар женного коммутационного конденсатора 35. На резисторе 39 и нагрузке 54 по вл етс  крутой передний фронт силового импульса.

Импульс тока, проход щий через обмотку 40 индуктивности 4I, наводит ЭДС на обмотках 44 и 47, пропорциональную величине амплитудного значени  тока через обмотку 40, Отрицательный потенциал наводимой ЭДС равен f (IА) на началах обмоток 44 и 47. На резисторах 43 и 46 с обмоток 44 и 47 через диоды 50 и 52 в тот же момент времени t по вл етс  импульс напр жени  с амплитудой, пропорциональной величине амплитуды тока через обмотку 40, но меньше амплитуды напр жени  на резисторе 39. Импульсы напр жени  с крутым передним фронтом

ность потенциалов между анодами и катодами тиристоров этих контуров. Тиристоры подзапираютс . Это значительно уменьшает веро тность открыти  тиристоров в мостах, на которые не поданы импульсы управлени  и срыва работы преобразовательных контуров от быстро мен ющихс  потенциалов, на них, а особенно при максимальных значени х тока в нагрузке 54. Б момент времени t с задержкой (ад крываютс  тиристоры 27,28,31 и 32 с большим временем включени  относительно тиристоров 23 и 24 и через резисторы 43 и 46 начинает протекать разр дный ток коммута1у1онных конденсаторов 36 и 37, хот  и на резисторах 43 и 46 еще присутствует индуктивный импульс от обмотки 40, но он

не уменьшает до нул  разность потенциалов мелоду анодами н катодаг-ш открывающихс  тиристоров:

f (1А)2и„„, ,

где 1д - амплитудное значение тока.

Амплитуда напр жени  силового импульса также не вли ет на открытие этих тиристоров из-за наличи  разделительных диодов 51 и 53. С момента открыти  тиристоров 27,28,31 и 32 и начала протекани  через них и резисторы 43 и 46 тока основной разр дный ток конденсаторов 36 и 37 идет через обмотки 44 и 47 индуктивности 41, разделительные диоды 51 и 53 и нагрузку 54. На нагрузке 54 суммируютс  разр дные токи коммутирующих конденсаторов 35 - 37. Обратные диоды 38, 42 и 45 служат дл  ограничени  напр жений на элементах схемы, подавлени  полож11тельных выбросов на выходе преобразовательных контуров из-за нали чи  индуктивной составл ющей коммутационных конденсаторов и уменьшени  потерь в преобразователе.

Импульсы тока, проход щие через обмогки 44 и 47, навод т на обмотке 40 индуктивности 41 кратковременную противоЭДС протекающем через нее разр дноьг току конденсатора 35,

На это малое врем  уменьшаетс  ток, протекаю1ций через обмотку 40 индуктивности 41. Введение индуктивно-диодного согласующего устройства в многократньш преобразователь обеспечивает самостабилизацию одновременно работающих на общую нагрузку 54 преобразовательных тиристорно-конден- саторных контуров.

По мера разр да коммутационных конденсаторов 37 напр жение на них и разр дный ток уменьшаютс  до нул  в момент времени t (фиг.2) и времени ty (фиг.З). Но ток в цепи не прекращаетс , так как эти разр женнью конденсаторы 35 - 37 автоматически оказываютс  подклю- .ченными к источнику питани  и через нагрузку 54 зар жаютс  по экспоненте до величины напр жени  источника питани  и пит н° другой пол рности.

В момент времени t (фиг.2) и времени tg (фиг.З) зар дный ток конденсаторов становитс  меньше тока удержани  тирй,сторов 23,24,27,28,31 и 32 в открытом состо нии. Тиристоры закры

4449266

ваютс . Силовой импульс на нагрузке 54 сформирован.

Основна  опасность срыва работы преобразовательных контуров системы питани  по вл етс  при малом сопротивлении нагрузки, т.е. при больших и максималькых амплитудных значени х величины тока в импульсе. Дл  ограни10 чени  амплитудного значени  тока и уменьшени .веро тности срыва работы одного из преобразовательных контуров источник питани  представл ет собой последовательное соединение двух

15 источников напр жени , один из которых со стороны нагрузки не-имеет фильтрующе-накопительного конденсатора - это силовой трансформатор 9 и шестифазный диодный выпр митель 22«20 Введение бесконденсаторного источника напр жени  в блок питани  системы увеличивает внутреннее сопротивление CHCTeivJbi питани  и имеет активно- индуктивный характер за с -шт вторич25 ных обмоток трансформатора 9.

На стабильность работы системы электропитани  дл  получени - мощных силовых импульсов в процессе переза30 р да коммутационных конденсаторов, особенно на режимах предкороткого замыкани  н короткого в нагрузке 54, vi ограничени  амплитуд:1ого значени  тока вли ет наличие в цепи полного (активно-индуктивного) внутреннего сопротивлени  источника питани  без фильтрующе-накопительного конденсатора . Емкостно-нндуктивный фильтр 8 включен в первичную обмотку трансфор4Q матора 9 дл  исключени  проникнове- ни  в трехфазную питающую сеть коротких импульсов, возникающих во вторичной обмотке трансформатора 9 при работе преобразовател , С нагрузки 54

g (выходы д,е) импульсное напр жение подаетс  в блок 55 управлени  тиристорами преобразовательных контуров. Это напр жение  вл етс  обратной св зью дл .задержки генератора им35

пульсов управлени  тиристорами преобразовательных контуров. Задающий генератор выдает очередной импульс управлени  на диагонально-расположенные тиристоры в мостах только после полного перезар да коммутационных конденсаторов от предыдущего импульса управлени ..

Обратна  св зь вли ет на работу задающего генератора, частоту следо

вани  управл югцих импульсов только при работе преобразовател  на холос том ходу или небольшой величине соп ротивлени  нагрузки 54 (при подходе электрода к обрабатываемой детали) посто нной составл ющей на нагрузке 54.

Работа блока питани  дл  данной системы состоит в следующем.

Трехфазное напр жение питани  через бесконтактньй тиристорно-диодный выключатель 1 - 6 подаетс  на первич ные обмотки трехфазного трансформатора 7 и через индуктивно-емкостный фильтр 8 на первичные обмотки трансформатора 9. Напр жение с вторичных обмоток трансформатора 7 подаетс  на тиристорный управл емый шестифазный выпр митель 10, к выходу которого подключен фильтрующе-накопительный конденсатор 11. Напр жение с вторичной обмотки трансформатора 9 подаетс  на шестифазный диодный выпр ми - тель 22. Выпр мители 10 и 22 соедине ны последовательно, их обща  точка соединена с положительной обкладкой накопительных конденсаторов 13 -15. Балластный резистор 12 необходим дл  разр да конденсатора 11, при установлении необходимого выходного напр жени  блока питани  преобразовател .

В блок 56 управлени  тиристорным выпр мителем введена обратна  св зь (точка Q и 9) дл  стабилизации выходного напр жени  блока питани . Через балластные резисторы 19 - 21 и тиристоры 16 - 18 разв зывающие по питанию контура производитс  подзар дка накопительных конденсаторов от фильтрующе-накопительного конденсато ра 11 и тиристорного выпр мител  10.

Работа устройства защиты тиристоров в контурах от пробо  по току в случае срыва работы контуров преобразовател  состоит в следующем.

Балластные резисторы 19 - 21 ограничивают ток короткого замыкани  в случае срыва работы в одном из конту ров преобразовател , например, одновременное открытие последовательно соединенных тиристоров в мосте, например 23 и 26, и подключени  напр жени  блока питани  в нагрузку (межэлектродный промежуток).

В этом случае на резисторе 19 резко увеличиваетс  падение напр жени  - выводы а и S и в блоке 57 - управлени  защиты тиристоров преоб1444926

разовател , срабатывает пороговое устройство, отключающее питание первичных обмоток трансформатора 7 и 9 от питающей сети бесконтактным тирис- торно-диодным выключателем 1 - 6.

Управление энергией в импульсе на нагрузке 54 в зависимости от обрабатываемой площади и технологических требований на качество обработки производитс  плавно - изменением выходного напр жени  системы питаш5  или количеством одновременно работающих ее контуров, т.е. величхйой емкости коммутационных конденсаторов. Включение и отключение контуров в работу производитс  тиристораш 6 - 18 от блока 56 управлени .

Claims (1)

1. Система электропитани  технологических установок, содержаща  п тй- ристорных преобразователей, трансформатор , первична  обмотка которого через бескоитактньй выключатель соединена с выводами дл  подключени  трехфазной сети, а его вторична  обмотка подключена к входу выпр мител , к выходу которого через токоразделитель- ные тиристоры подключены емкостный фильтр и входна  цепь каждого из п тиристорных преобразователей, а также выходные выводы дл  подключени  цепи нагрузки, первый из которых соединен с анодным выходом выпр мител , отличающа с  тем, что, с целью увеличени  выходной мощности путем обеспечени  одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменени  нагрузки, вплоть до короткого замыкани , и по- вьш1ени  надежности, введены дополнительный выпр митель, выходами подключенный между указанными фильтром и первым выходным выводом, дополнительный трансформатор, первична  обмотку которого пофазно соединена с первичной обмоткой основного трансформатора , а.его вторична  обмотка подключена к входу дополнительного выпр мител , а также п-обмоточный дроссель, кажда  из обмоток которого одним выводом соединена с выходом соответст- вукщего преобразовател , а другим - к общей точке двух дополнительно введенных и последовательно соединенных диодов, подключенных параллельно выходным выводам, причем к второму вы30

35

40

45

50

55

хоДному выводу диод подключен в провод щем дл  тока нагрузки направлении

2, Система, по п.1, о т л ича ю- D а   с   тем, что дополнительно

- Фае. г

введены п цепочек, кажда  из которых включена параллельно одной из обмоток дроссел  и состоит из последовательно включенных второго дополнительного диода и резистора.

Сзад

Фив.З