SU1575279A1 - Тиристорный инвертор напр жени с искусственной коммутацией - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано в т говых приводах электровозов переменного тока с асинхронными двигател ми. Цель изобретени  улучшение энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку или в источник посто нного напр жени . Устройство содержит тиристоры 3-20, образующие трехфазные мосты. Узел 29 принудительной коммутации подключен к источнику питани  25. Устройство позвол ет исключить накопление избыточной энергии в конденсаторах узла 29, обеспечива  более высокие энергетические показатели. 4 ил.

Description

сл 1 сд ю

vj

со

с. ю

jco4goji

/

Дот| oji

66

,КЗ-20

KW-4 К51-59

Фиг.1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано та т говых приводах электровозов переменного тока с асинхронным двигателемо

Цель изобретени  - улучшение энергетических показателей путем канали- избыточной энергии коммутации в нагрузку или в источник посто нного напр жени 

На фиг,1 приведена принципиальна  схема предлагаемого устройства; на фиг„2 - диаграмма импульсов управлени , по сн юща  работу-устройства, а также кривые импульсов тока и напр жени  на коммутирующих конденсаторах; на фиг.З - функциональна  схема одного из возможных вариантов блока управлени  тиристорами; на фиг.4 - диаграмма импульсов.по сн юща  работу блока управлени  о

Тиристорный инвертор напр жени  с искусственной коммутацией содержит основные шины источника 1 питани , . инвертор 2, состо щий из тиристоров 3-20, причем тиристоры 3,4,9,10,15 и 16 объединены в главный тиристорный мост, тиристоры 7,10,13,16,19 и 20 объединены в обратный тиристорный мост Выводы переменного тока тирис- торных мостов объединены и подсоединены к выводам трехфазной нагрузки 21 (фаза А-22, фаза В-23, фаза С-24), мосты главных и обратных тиристоров объединены по выводам посто нного тока и подсоединены к основнымшинам питани  источника 1„ В состав тиристорного инвертора вход т однофазный тиристорный мост 25 с фильтровым конденсатором 26 на выходе, входом через клеммы 27 и 28 подключенный к питающей сети, узел 29 принудительной коммутации (УПК), подключенный выводами 30- 37 к соответствующим основным шинам питани  источника 1, к выводам однофазного тиристорного моста 25 и к выводам посто нного тока распределительного 5, 6, 11, 12, 17 и 18 тиристорного моста

Узел 29 принудительной коммутации содержит разв зывающие диоды 38 и 39, подсоединенные к выводам 32 и 35,две пары 40, 41 и 42, 43 согласно последо вательно включенных коммутирующих тиристоров , подсоединенных общими точками соединени  анодов и катодов к соответствующий выводам разв зывающих диодов 38 и 39, два зар дных тиристо

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ра 44, 45, подсоединенных одними анодом и катодом к выводам 32, 35 и другими анодом и катодом к общим точкам соединени  пар согласно последовательно включенных коммутирующих тиристоров , две коммутирующие LC-цепи 46, 47 и 48, 49, включенные последовательно через разделительный диод 50, подключенные одними выводами к общим точкам пар коммутирующих тиристоров, два двух операционных тиристора 51 и 52 сброса, подсоединенных одними выводами к общим точкам соединени  конденсаторов и реакторов LC-цепей и другими выводами к основным шинам питани  источника I, два зар дных тиристора 53 и 54 подсоединенных к выводам 32 и 35 и к другим выводам коммутирующих LC-цепей, коммутирующий трансформатор , состо щий из обмоток 55-57 подсоединенных одними выводами двух первичных обмоток 55 и 56 к выводам посто нного тока моста распределительных тиристоров и разделительному диоду 50, два диода 58 и 59 св зи, соедин ющие выводы коммутирующих тиристоров с основными шинами питани , два разр дных 60 и 61 и четыре обратных 62-65 диода, подсоединенных к общим точкам соединени  анодов и катодов коммутирующих тиристоров 40-43, к другим выводам первичных обмоток коммутирующего трансформатора и к выводам его вторичной обмотки,

В состав тиристорного инвертора напр жени  с искусственной коммутацией входит блок 66 управлени  тиристорами , включающий в себ  узлы Ь7 - 820

Блок управлени  (фиг03) содержит регул тор 67 частоты, на вход которого подаетс  сигнал задани  Ц, распределитель 68 импульсов управлени , соединенный входами с выходами регул тора частоты, выходами через усилительно-разв зывающие элементы 69 с управл ющими входами распределительных тиристоров 5, 6, 11, 12, 17 и 18, через логический элемент ИЛИ 70 с управл ющими входами коммутирующих тиристоров 40 и 43, включающих первые по очередности перезар да LC- цепи, через одновибратор 71, формирующий задержку (2/3), и усилительно-разв зывающий элемент 74 с управл ющими входами коммутирующих тиристоров 42 и 43, включающих вторые по очередности перезар да LC-цепи, через однонибратор 72, формирующий задержку 2tT, и усилительно-разв зывающие элементы 75 и 77 с управл ющими входами зар дных тиристоров 44, 45, 53 и 54 через одновибраторы 73, формирующие задержку 7/bC и усилительно-разв зывающие элементы 76 с управл ющими входами тиристоров 7У управлени , соединенных последова тельно с оптоэлектронными парами 80„ Выходы оптоэлектронных пар подсоедин ютс  к одному из входов логических элементов ИЛИ 81. Вторые входы логических элементов подсоедин ютс  через усилительно-разв зывающие элементы 78 с выходами одновибраторов 72. Выходы логических элементов ИЛИ соедин ютс  через усилительно-разв зывающие элементы 82 с управл ющими входами двухоперационных тиристоров 51 и 52,

Согласно диаграмме импульсов управлени  (фиг„2) тиристорный инвертор напр жени  с искусственной коммутацией работает следующим образом

Предположим, что на интервале времени t0

tf включены главные тиристоры инвертора 3, 9 и 16 и ток нагрузки замыкаетс  по цеп м +1,3,22,24, 16,-1; +1,9,23,24,16,-. При этом конденсаторы LC-цепей узла принудительной коммутации зар жены пол рностью напр жени  с плюсом на правой обкладке. В момент времени t, выключают тиристор Зи Дл  этого включают тиристоры 5 и 40 и конденсатор .46 перезар жав с  по цепи: 46,47,50,30,5, 3,31,58,40,46, вытесн   колебательным перезар дом ток из тиристора 30 В момент времени t| ток перезар да конденсатора 46 становитс  равен току нагрузки, вследствие чего тиристор 3 выключаетс , и избыточный ток конденсатора 46 замыкаетс  по контуру 46, 47,50,55,60,40. При этом напр жение первичной обмотки коммутирующего трансформатора (55) прикладываетс  к выключаемому тиристору 3 на врем  восстановлени  его вентильных свойств: плюс 55 прикладываетс  по цепи тиристора 6 к катоду тиристора 3, минус 55 через диоды 60 и 58 к аноду -тиристора 3„ При этом ток нагрузки замыкаетс  по цепи: плюс источника питани  1,58,40,46,47,50,30,5,22,24,16 минус источника 1 питани 0

В момент времени t со сдвигом, равным 2/3 полупериода колебательного

0

контура, образованного LC-цеп ми 4Ь, 47, 48, 49, включаетс  тиристор 42, и ток нагрузки переводитс  из LC-це- пи 46, 47 в LC-цепь 48, 49 плюс 1,58

42,48,49,30,65,22,24,16 минус 1. Избыточный ток перезар да конденсатора 48 замыкаетс  по цепи: 48, 49, 55, 60, 42, 48, вследствие чего при перезар де конденсатора 48 к тиристору 3 прикладываетс  падение напр жени  обмотки 55 коммутирующего трансформатора„ В момент времени t3 конденсатор первой по очередности LC-цепи (4b,47J заr канчивает перезар д и тиристор 40 восстанавливает вентильные свойства по цепи: 46,40,60,55,50,47,46.

В момент времени t4 избыточный ток перезар да конденсатора 48 достигает

0 по величине тока нагрузки, вследствие чего ток в обмотке 55 коммутирующего трансформатора прекращаетс . При этом

на интервале

«ч если напр жение

0

на конденсаторе 48 ниже, чем напр же- 25 ние источника 1 питани , идет дозар д конденсатора 48 током нагрузки. В момент ts когда напр жение на конденсаторе превышает напр жение на выходе моста 25 на величину напр жени , не- JQ обходимую дл  восстановлени  вентильных свойств коммутирующих тиристоров , включаетс  тиристор 52 и избыточна  энерги , запасенна  в коммутирующем реакторе током нагрузки, канализируетс  в нагрузку по цегш:49, 5 5,22,24,16,36,52,49. При этом напр жение на конденсаторе 48 ограничиваетс  на уровне, незначительно превышающим напр жение конденсатора 26 (см кривую U (jj фиг о 2) с.

Таким образом, избыточна  энерги  коммутации, запасенна  в реакторе, канализируетс  не в фильтровой конденсатор источника питани , а в нагрузку 21. При этом возможна также канализаци  избыточной энергии коммутации не в нагрузку, а в источник 1 питани . Дл  этого одновременно с тиристором сброса включают обратный тиристор 7, и избыточна  энерги , запасенна  в реакторе, передаетс  в источник 1 питани  по контуру 49,30, 5,7,1,36,52,49

Таким образом, подключение двух- операционных тиристоров сброса позвол ет канализировать избыточную энергию коммутации в нагрузку 21 или в источник 10

5

0

5

Согласно диаграмме управлени  (см0 фиг.2) в момент включени  двухопера- ционного тиристора сброса подаетс  импульс управлени  на обратный тиристор 8 и по мере спада тока нагрузки в реакторе 49 реактивна  энерги , запасенна  в фазе 225 замыкаетс  по цепи: 22,24,16,8,220

В момент времени tfe ток в реакторе 49 падает до нул  и процесс выключени  тиристора заканчиваетс  В момент времени t включают зар дные тиристоры 44 и 54 и производ т дозар д конденсатора 46 по цепи: 26,32,44,46, 47,50,54,35,26 Одновременно с до- зар дом подают импульс управлени  на управл ющий переход тиристора 52 и восстанавливают его по цепи управлени  Согласно диаграмме управлени  одновременно с импульсом управлени  на обратный тиристор подают импульс управлени  на очередной главный тиристор 4, При этом по окончании спада тока в обратном тиристоре 8 ток в фазе 22 мен ет знак и замыкаетс  по цепи: 1,9,23,22,4,1. На этом процесс выключени  тиристора 3 заканчиваетс . Поскольку напр жение на конденсаторе 48 выше по окончании коммутации , чем напр жение источника 1 питани , то цепь, состо ща  из вентилей 42, 58,5 выключаетс  по контуру +48, 42,58,1,8,5,30,49,48. При этом дл  восстановлени  вентильных свойств тиристоров сброса отсутствует необходимое обратное напр жение, вследствие чего в момент времени t7 на двух- операционный тиристор 52 сброса дополнительно подают импульс управлени  и выключают его по цепи управлени . При включении двухоперационных тиристоров сброса перезар д конденсаторов 46 и 48 прекращаетс , а включение тиристоров возможно при достижении на конденсаторах 46 и 48 напр жени  источника 1 питани „ Тогда начинаетс  процесс выключени  коммутирующих тиристоров (например 42), ЭДС реакторов мен ет знак (минус на катоде тиристора 52) и создаютс  услови  дл  включени  двухоперационных тиристоров сбросао Поэтому, если источник питани  на входе инвертора напр жени  регулируемый и напр жение на входе инвертора мало, то двухопера ционные тиристоры сброса могут включатьс  прежде, чем напр жение на коммутирующих конденсаторах достигнет

0

напр жени  источника питани , а это приводит к снижению коммутирующей способности УПК при очередной коммутации и к необходимости дозар жать

коммутирующие конденсаторы цепью с регулируемым затуханием. Поэтому формирователь сигналов управлени  построен таким образом, что импульсы управлени  на двухоперационные тиристоры сброса подаютс  при достижении на конденсаторе 48 напр жени  источника При этом, за врем  включени  тиристора 52 (примерно равно 3 Ч 5 мкс) конденсатор 48 зар дитс  до напр жени , превышающего U 2t на величину Up, равную 40-100 В, необходимую дл  восстановлени  вентильных свойств распределительных и коммутирующих тиристоров о

Процесс выключени  тиристоров катодной группы инвертора напр жени  рассмотрим на примере выключени  тиристора 16. Дл  выключени  тиристора

5 16 в момент времени t, включают (см0 фиг.2) коммутирующий тиристор 43 и распределительный тиристор 18„ При этом ток нагрузки из тиристора 16 вытесн етс  колебательным перезар дом

Q тока конденсатора 48 по контуру:48, 43,59,16,18,50,49,48, В момент спада тока в тиристоре 16 до нул  избыточный ток перезар да конденсатора 48 замыкаетс  по контуру: 48,43,61,56, 50,49,48, создава  на обмотке коммутирующего трансформатора 56 необходимое дл  восстановлени  вентильных свойств тиристоров 16 обратное напр жение , прикладываемое по цепи:

0 плюс 56 через Ь1,59, к катоду 16, минус 56 через 18 к аноду 16„ В момент включаютс  тиристор 41 и конденсатор 46 разр жаетс  по цепи: 46, 41,,47,46. В момент времени t

5 избыточный ток перезар да 46 становитс  равен току нагрузки, вследствие чего ток в обмотке 5Ь коммутирующего трансформатора прекращаетс  и конденсатор 46 перезар жаетс  током нагрузки по контуру: плюс 1,9,23,24, 18,47,46,41,59 минус . В момент t n, когда напр жение на конденсаторе достигает напр жени  источника питани  УПК, включаетс  двухоперационный тиристор 51 сброса,, При этом энерги , запасенна  током нагрузки в реакторе 47, при включении тиристора 51 передаетс  в нагрузку по цепи: 47,51,9,23, 24, 18, 47. При включении дополнитель5

0

но обратного тиристора 19 энергии, запасенна  в реакторе, может передаватьс  в источник питани  по контуру 47,51,1,20,18,47 В момент времени t ток в реакторе 47 и в конденсаторе 46 спадает до нул , и процесс коммутации заканчиваетс ,, В момент времени t f4 включают зар дные ти- ристоры 53 и 45 и осуществл ют доза- р д первого по очередности перезар да конденсатора 48 по цепи: 26,53, 50,49,48,45,26. В момент времени t,5 (см,) процесс дозар да заканчиваетс . Из описани  работы устройств следует, что избыточна  энерги , запасенна  током нагрузки в реакторе, передаетс  без промежуточных преобразований в нагрузку 25 или источники 3 и таким образом улучшаютс  энергетические показатели предлагаемого устройства.

Блок управлени  тиристорами согласно диаграмме (см0фиг04) работает следующим образом

С выхода регул тора 67 частоты на входы распределител  импульсов 68 управлени  поступают положительные и отрицательные, нормированные и сдвинутые во времени импульсы управлени  +ил, +и6, -шс, -ил, -ив, -ис,

равные по Длительности полупериоду выходной частоты устройства

По задним фронтам этих импульсов распределитель 68 формирует импульсы поступающие на элемент 69 „ С выхода элемента 69 импульсы управлени  поступают на распределительные тиристоры 6, 11, 17 анодной и на тиристоры 6, 12, 18 катодной группы, с выхода элемента 70 - на коммутирующий тиристор 40 первой LC-цепио Одновиб- ратор 71 формирует импульс, равный по длительности интервалу времени ta - t3„ По заднему фронту импульса элементы 71 и 74 формируют импульс, поступающий на коммутирующий тиристор 42 второй по очередности перезар да LC-цепио

Одновибратор 73 формирует импульс по длительности, равный 5С/6 (где YLC - собственный период колебательного контура, образованный LC-цеп ми 46,47 или 48,49) ,поступающий на элементы 76 и выдающий импульс управлени  на тиристор 79 управлени . Пока напр жение на конденсаторе 48 ниже,чем напр жение на конденсаторе 26 (см.фиг.1), тиристор 79 заперт , вследствие чего не включаетс  двухоперационный тиристор 51 сброса, В момент времени, когда напр жение . на конденсаторе 48 сравн етс  с напр жением конденсатора 26, начинаетс  процесс включени  тиристора 42 и включени  тиристора 79. При включении тиристора 79 сигнал с оптоэлектронной пары 80 подаетс  на элемент ИЛИ 81 и с выхода элемента 82 импульс управлени  подаетс  на двухоперационный тиристор 52 сброса. Таким образом, независимо от тока на5 грузки импульсы управлени  на двух- операционные тиристоры сброса подаютс  в момент достижени  на конденсаторе 48 напр жени , превышающего напр жение конденсатора 26. С интервалом

0 времени, равным по длительности t1-t7 или 2Ј, одновибратор 72 подает импульсы управлени  на усилительные разв зывающие элементы 75,77,78, которые включают зар дные тиристоры 44,

3 54, в результате чего осуществл етс  дозар д первой LC-цепио Кроме того, элемент 78 выдает импульс управлени  на элемент ИЛИ 81 и элемент 82 подает отрицательный импульс управлени 

0 на тиристор 52 и восстанавливает его вентильные свойства по цепи уп- равлениЯа

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Тиристорный инвертор напр жени  с искусственной коммутацией, содержащий главные, обратные и распределительные тиристорные мосты, объедикен0 нь е соответственно по выводам пере- менного, причем мосты главных и обратных тиристоров объединены по выводам посто нного тока и подсоединены к ос- новньгм шинам питани , однофазный ти5 ристорный мост с фильтровым конденсатором на выходе, входом подключенный к питающей сети, две пары согласно последовательно включенных коммутирующих тиристоров, подсоединенных общиQ ми точками соединени  анодов и катодов к выходным шинам однофазного тиристорного моста через встречно включенные разв зывающие диоды, два разр дных и четыре обратных диода, подсоединенных своими соответствующими выводами к упом нутым выше общим точкам соединени  анодов и като- . дов коммутирующих тиристоров, две последовательно включенные через

   111

   делительный диод коммутирующие LC-це- пи, состо щие из последовательно сое- ииненных коммутирующих конденсаторов и реакторов, подключенные своими выводами к соответствующим точкам соединени  коммутирующих тиристоров каждой пары, две пары встречно последовательно включенных анодами и катодами зар дных тиристоров, подсоединен- ных общими точками соединени  анодов и катодов к выходным шинам однофазного тиристорного моста, а другими анодами и катодами - к соответствующим выводам LC-цепей, коммутирующий трансформатор, подсоединенный своими соответствующими выводами двух первиных и вторичной обмоток к выводам посто нного тока моста распределительных тиристоров, к выводам разр дных и возвратных диодов, а также к разделительному диоду, двух тиристоров управлени , подсоединенных одними соответствующими выводами к общим точкам соединени  пар коммутирующих конденсаторов и реакторов, два диода св зи, соедин ющие общие точки соединени  анодов и катодов коммутирующих тиристоров и основные шины питани , блок управлени  тиристорами, содержащий регул тор частоты, формирующий согласно заданию последовательности пр моугольных положительных U и отрицательных U . нормированных и сдвинутых во времени импульсов , где j - фазный индекс, распределитель импульсов управлени , содиненный входами с выходами регул тора частоты, формирующий по передним фронтам импульсов 1Ь и U: выходные ипульсы , определ емые следующими выражени ми:

   1

   F,-F.

   1 F4

   UA

   ЧГ.

   Fa

   ,

   u

   c«

   L3

   F,

   ю

   U

   б

   F „,-Ur

   Г2

   С

   по задним фронтам импульсов 1Ь и U: выходные импульсы, определ емые следующими выражени ми:

   F

   Н

   U

   6

   If

   и

   It

   и°

   /ч

   . F

   ч

   U

   о

   а также выходные импульсы, определ емые логическими выражени ми:

   12

   U

   , +

   и

   с

   F,.U4 +U e

   +Uf

   и выходные импульсы с задержкой

   at,-2/3C: .F -F Ct-dt,) с задержкой

   dt, , (t-dt7) и F,«-Fte(t-4tt)v

   с задержкой I

   at3 7/6U: Fw«Ff, (t-dta) и F (t-Ats),

   5

   0

   5

   где Ft - F( - логические выражени , определ ющие управление главными тиристорами , F 7 F 1г- обратными, F 15 Ff. - распределительными, F, - коммутирующими тиристорами первой по очередности перезар да LC-цепи, F г1 и коммутирующими тиристорами второй по очередности перезар да LC- цепи, - зар дными тиристорами и F г, F tk - тиристорами управлени , а управл ющие входы соответствующих тиристоров св заны с выходами распределител  импульсов управлени , где - длительность перезар да коммутирующего контура, образованного одной LC-цепью с коммутирующими и разр дными диодами, отличаю0 щ и и с   тем, что, с целью улучшени  энергетических показателей путем канализации избыточной энергии коммутации в нагрузку или в источник посто нного напр жени , он дополнительно снабжен двум  двухоперацион- ными тиристорами сброса, соответствующие выводы которых подсоединены к общим точкам соединени  конденсаторов и реакторов коммутирующих LC-цепей и к основным шинам питани , а в блок управлени  тиристорами дополнительно введены две оптоэлектронные пары, соответствующие входные выводы которых подсоединены к выходам шинам

   5 однофазного тиристорного моста и к другим выводам упом нутых тиристоров управлени , два логических элемента типа ИЛИ, входные выводы которых подсоединены к выходным выводам соот0 ветствующих оптоэлектронных пар и тем выходам распределител  импульсов, которые обеспечивают формирование импульсов управлени , в соответствии с упом нутыми выражени ми и FH..

   5

   0

   Ч/

   w.tr

   fit

   ДА

   -&4 tffl U70 U Л U72 U73

   U74,7W

   и„

   U82

   ФигА