SU1605301A1 - Групповой преобразователь напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к преобразовательной технике. Целью  вл етс  повышение надежности. Устройство содержит два инвертора напр жени  и два источника питани , гальванически разв занные между собой. Положительные зажимы обоих инверторов подключены к одноименным зажимам своих источников питани . Отрицательные зажимы инверторов подключены к одноименным зажимам противоположных источников питани . При этом нагрузка включена между выходными зажимами инверторов. В устройстве устран етс  возможность возникновени  "сквозного" короткого замыкани  в любом из обоих инверторов. 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к области электротехники, а именно к преобразовател м энергии посто нного или переменного тока в энергию переменного тока.

. Целью изобретени   вл етс  повьшение надежности.

На фиг.1 представлена принципиальна  схема группового преобразовател  напр жени  на базе автономных инверторов напр жени  с групповой коммутацией и подзар дом коммутирующих конденсаторов от независимых источников подзар да; на фиг;2 - блок-схема управлени  автономных инверторов группового преобразовател ; на фиг.З - диаграмма управл ющих импульсов главными и коммутирующими тиристорa lи преобразовател , причем нумераци  соответствует номерам тиристоров; на фиг.4 - принципиальна  блок-схема группового преобразовател  напр жени  с трансформаторной нагрузкой; на фиг.5 ---принципиальна  блок-схема шестиосной секции электровоза с индивидуальным электроприводом и асинхронными т говыми двигател ми при пи- тании от высоковольтной сети перемен- ного тока.

Групповой преобразователь напр жени  содержит два инвертора 1 и 2 с главными.тиристорами 3-14, обратными диодами 15-26 и коммутирующими тиристорами 27 - 38. Выходные зажимы соответственно 39-41 и 42-44 обоих инверторов объединены между собой по- фаэно через фазы А,В,С нагрузки. Входные зажимы 45 - 48 каждого из инверторов 1 и 2 подключены к источникам , питани  49 и 50. Кроме того, преобразовательное устройство содержит два LC-фильтра, состо щих из дросселей 51 и 52 и конденсаторов 53 и 54. Оба источника 49 и 50 гальванически раз (Л

01

оо

16

в заны и включают в себ  питающие т,рансформаторы соответственно 55 и 56 с первичной обмоткой 57, 58 и вторичной обмоткой 59, 60, подключенной к зажимам 61 - 64 переменного тока выпр мител  65 и 66.

Между положительным выходным зажимом 67, 68 выпр мител  65, 66 и положительным входным зажимом инвер- тора 1, 2 включен дроссель фильтра 51, 52, который вторым зажимом 45, 47 соединен с одноименным входньш зажимом 45, 47 своего инвертора 1,/2.

Отрицательный зажим 48 первого.ис- точника 49 питани   вл етс  отрицательным выходным зажимом 69 первого выпр мител  65, а отрицательный зажим 46 второго источника 50  вл етс  отрицательным выходным зажимом 70

второго выпр мител  66.

Аноды коммутирующих тиристоров 27, 29, 31 и 33, 35 и 37 объединены в об- DOie точки соответственно 71 и 72,  в- л ющие с , кажда , первым зажимом

своего коммутирующего дроссел  соответственно 73 и 74, Второй зажим 75, 76 дроссел  73, 74 подключен к положительному зажиму источника подзар - 1да коммутирующего конденсатора 77,78, включенного между зажимом 75, 76 . . своего подзар да и положительным зажимом 45,47 инвертора 1,2,

Катоды коммутирующих тиристоров 36, -38, 34 и 30, 32, 28 катодных

групп обоих инверторов объединены в общие точки соответственно 79 и 80,  вл ющиес , кажда , первым зажимом коммутирующего дроссел  соответственно 81 и 82. Второй зажим 83, 84 дроссел  81, 82 подключен к отрицательному зажиму источника подзар да коммутирующего конденсатора 85, 86, включенного между зажимом 83, 84 своего источника подзар да и отрицательным зажимом 46, 48 инвертора 1,2.

Схема управлени  тиристорами инверторов (фиг.2.) включает в себ  четыре логических элемента 2И-НЕ 87 - 90, три логических элемента .1К-триггер с логикой ЗИ на входе 91 - 93, шесть логических элементов НЕ 94 - 99, три элемента сдвоенный одновибратор с повторным запуском 100 - 102} 12

элементов 2И-НЕ 103 -

Элементы 87 - 90 предназначены дл

установки системы управлени  в исходное положение при подаче на нее питани .

14

Элементы 91 -- 93 соединены в схем кольцевого распределител  импульсов, С шести выходов кольцевого распределител  на буферные инвертирующие элементы 94 - 99 поступает последовательность импульсов, сдвинутых на 60 эл.градусов и имеющих длительность 180 эл.градусов. Эти импульсы  вл ютс  сигналами управлени  главными тиристорами инверторов. Из среза каждого из данных импульсов при помощи элементов 100 - 102, имеющих, каждый два независимых канала, формируютс  одноименные сигналы управлени  коммутирующими тиристорами инвертора. Буферные элементы 103 - 114 служат дл  разделени  каналов управлени  двум  мостами преобразовател -.

Преобразователь работает следующим образом.

До -подачи питающего напр жени  на зажимы 45 - 48 инверторов 1 и.2 к jic- точникам подзар да (зажимы 75,45; 76 47; 46, 83 и 48, 84) подключаютс  коммутирующие конденсаторы соответственно 77, 78, 85 и 86, которые зар жаютс  до пол рностей, указанных на фиг.1 и тем самым коммутирующие конденсаторы оказываютс  подготовленными к режиму коммутации.

Далее, при подаче напр жени  на первичные обмотки 57 и 58 питающих трансформаторов 55 и 56 происходит зар д фильтровых конденсаторов 53, 54 от источников 49 и 50 питани  до пол рностей, указанных на фиг,1. И .таким образом, силова  часть преобразовател  оказываетс  подготовленной к работе.

Рассмотрим рабочий- режим предлагаемого преобразовател , когда в работе участвуют фазы А В, С нагрузки (фиг.), а система управлени  (фиг.2) работает по закону 180 -го управлени  со 180°-ной шириной импульса управлени  главными тиристорами инверторов.

В момент tp (фиг.З) подаютс  одновременно очередные сигналы управлени  на главный тиристор 3 инвертора 1 и главный тиристор 6 инвертора 2. При этом к моменту t главные тиристоры 11, 14 и 7, 4 уже открыты. В этом случае создаютс  следующие цепи рабочего тока (фиг.1):

1) зажим 45 источника 49 питани - зажим 45 инвертора 1 - главный тиристор 3 - точка 38 - фаза А нагрузки 51605301

точка 41 инвертора 2 - главный тиристор 6 - зажим 48 инвертора 2 - зажим 48 источника 49 питани ;

2)зажим 47 источника 50 - зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор 11- точка 42 - фаза В нагрузки - точка 39 инвертора 1 - главный тиристор 14 инвертора 1 - зажим 46 инвертора 1 - зажим 46 источника 50 питани ; д

3)зажим 45 источника 49 - зажим 45 инвертора 1 - главный тиристор 7- точка 40 - фаза С нагрузки - точка 43 инвертора 2 - главный тиристор 4 - зажим 48 инвертора 2 - зажим 48 ис- 55 точника 49.

Таким образом, в этот момент времени гальванически св занными между собой оказываютс  фазы А и С нагрузки,

6

После закрыти  главных пфисторов 7 и 4 дальнейшиР перезар д коммутирующих конденсаторов 77 и 86 будет происходить через обратные диода соответственно 19 и 16. После.дующий перезар д указанных конденсаторов 77 и 86 до напр жени  исходной пол рности и исходной величины будет осуществл тьс  через источники подзар да (соответственно зажимы 75, 45 и 48, 84),

В момент t (фиг.З) одновременно со сн тием управл ющих сигналов с главных тиристоров 7 и 4 происходит подача управл ющих сигналов на главные тиристоры 13 и 10, В результате создаетс  друга  цепь рабочего тока через фазу С нагрузки, а именно: зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор

работающие параллельно от одних питаю-20 13 --точка 43 - фаза С нагрузки - за- щих входов 45 и 48. А фаза В нагрузки жим 40 инвертора 1 - главный тиристор не св зана с ними в этот момент времени и питаетс  от входов 47 и 46 преобразовател .

10- за;ким 46 (70) источника 2 питани . Иными словами, фазное напр жение и рабочий ток фазы С мен ют знак на

. .Это, однако, не вли ет на режим работы нагрузки, так как сохран ютс  услови  дл  создани  вращающегос  магнитного пол , ибо фазные обмотки нагрузки (например, двигател ), как обычно, геометрически сдвинуты относительно друг друга на 120-, и ЭДС, созданные в фазах нагрузки, сдвинуты относительно друг друга на 120 эл. град. Форма фазного напр жени  при этом пр моугольна , а по величине действующее значение фазного напр же- ни  равно входному напр жению инвертора .

Таким образом, в рабочий режим нагрузки такое включение параллельно работающих инверторов практически не вносит существенных изменений.

В момент t (фиг.З) подаютс  управл ющие импульсы на ком.мутирующие тиристоры 31 и 28, в результате чего происходит коммутаци  тока с главных тиристоров 7 и 4 в цепь главных тиристоров 13 и 10 (фиг.1).

При этом коммутирующий конденсатор 77 разр жаетс  по цепи: зажим 75 - коммутируюищй дроссель 73 - точка 71- коммутируюид1й тиристор 31 - главный тиристор 7 - зажим 45 конденсатора 77 а коммутирующий конденсатор 86 разр жаетс  по цепи: зажим 48 - .главный тиристор 4 - точка 43 - коммутирующий тиристор 28 - точка 80 - кoм fy-тиpyю- щий дроссель 82 - зажим 84 конденсатора 86.

6

После закрыти  главных пфисторов 7 и 4 дальнейшиР перезар д коммутирующих конденсаторов 77 и 86 будет происходить через обратные диода соответственно 19 и 16. После.дующий перезар д указанных конденсаторов 77 и 86 до напр жени  исходной пол рности и исходной величины будет осуществл тьс  через источники подзар да (соответственно зажимы 75, 45 и 48, 84),

В момент t (фиг.З) одновременно со сн тием управл ющих сигналов с главных тиристоров 7 и 4 происходит подача управл ющих сигналов на главные тиристоры 13 и 10, В результате создаетс  друга  цепь рабочего тока через фазу С нагрузки, а именно: зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор

0 13 --точка 43 - фаза С нагрузки - за- жим 40 инвертора 1 - главный тиристор

10- за;ким 46 (70) источника 2 питани . Иными словами, фазное напр жение и рабочий ток фазы С мен ют знак на

5 противоположный.

В момент t (фиг.З) происходит переключение очередной пары тиристоров

11и 14 (фиг.1) на вновь вводим в работу пару тиристоров 5 и 8,

0- В момент t (фиг.З) происходит коммутаци  тока пары тиристоров 3 и 6 на пару тиристоров 9 и 12,

В момент tjj. (фиг.З) происходит ; коммутаци  главных тиристоров 13 и 1C и главных тиристоров 7 и 4.

В момент 15- (фиг.З) рабочий ток , коммутирует с главных тиристоров 5,8 на главные тиристоры 11 и 14,

В момент tg (фнг,3), соответствующий периоду изменени  выходного напр жени  инверторов, рабочий ток коммутирует с главных тиристоров 9, 12 на главные тиристоры 3 и 6. Далее все процессы повтор ютс  аналогично.

Допустим теперь, что по каким-либо причинам не произошла очередна  коммутаци  тока с главного тиристора 3 на главный тиристор 9, и к моменту открыти  главного тиристора 12 тиркс- тор 3 не восстановил свои запирающие свойства. А коммутаци  рабочего тока с главного тиристора 6 в цепь главного тиристора 12 осуществл  сь по заданному алгоритму.

Тогда создаетс  следующа  цепь аварийного тока, который однако,.не  вл етс  током сквозного короткого замыкани  через главные тиристоры 3 и 12 (фиг.1): верхн   обкладка кон5

0

5

0

5

160

денсатора фильтра 53 - зажим 45 инвертора 1 - главный тиристор 3 - главный тиристор 12 - входной зажим 46 инвертора 1 - выходной зажим 70 выпр мител  66 - выпр митель 66 - выходной его зажим 68 - дроссель фильтра 52 - входной зажим 47 инвертора 2- главный тиристор 13 - точка 43 - фаза С нагрузки - точка 40 инвертора l. главный тиристор 10 - диод 26 - точка 39 - фаза В нагрузки - главный тиристор 8 инвертора 2 - входной зажим 48 инвертора 2 - нижн   обкладка конденсатора 53.

При этом от второго источника 50 питани  ток.течет по двум цеп м:

1)зажим 47 источника 50 - входной зажим 47 инвертора 2 - главный тиристор 13- точка 43 - фаза С нагруз ки - точка 40 инвертора 1 - главный тиристор 10 - зажим 46 источника 50;

2)зажим 47 источника 50 - входной зажим инвертора 2 - главный тиристор 9 - точка 41 - фаза А нагруз- ки - точка 38 инвертора 1 - главный тиристор 12 - зажим 46 источника 50

цит ани ,

Таким образом, видно, что при еры- ве коммутаций с главного тиристора 3 на главньш тиристор 9 не происходит сквозного короткого замыкани  ука- занных тиристоров на источник питани  так как в .цепь аварийного тока об за- тельно вовлекаетс  нагрузка. И, кро ме того, в этом режиме не происходит подпитка места аварийного режима со стороны противоположного источника питани . Токи, протекающие через тк- ристор первого инвертора 1 от второго инвертора 2 при незакрывшемс  главном тиристоре 3, проход т по тем же контурам, что и в случае нормальной коммутации главного тиристора 3, ми- ну  последний.

Иными словами, со стороны неповрежденного инвертора 2 подпитка цепи через напр мую открытые главные тиристоры 3 и 12 не производитс , а режим работы инвертора 1 при этом не  вл етс  режимом сквозного, короткого замыкани , так как из .сказанного выше видно, что цепь аварийного тока включает в себ  фазы нагрузки. Через главный тиристор 12 при этом проходит рабочий ток со стороны инвертора 2 и аномальный ток собственно инвертора 1, результирующее значение которых не

8

 вл етс  аварийным дл  главного тиристора 12..

А система контрол  и защиты инверторов может быть при этом отстроена таким образом, что врем  ее срабатывани  не будет  вл тьс  критичным по отношению ко времени протекани  аномального тока.

Аналогичный режим возникает и в случае удачной коммутации рабочего тока с главного тиристора 3 на главный тиристор 9, но на весьма малый промежуток времени, определ емый временем восстановлени  запирающих свойств главного тиристора 3, так как моменты подачи управл ющих сигналов на коммутирующий тиристор 27 и на главный тиристор 12 (фиг.З) совпадают . По, как было уже рассмотрено, этот режим, тем более в столь короткий промежуток времени, не приведет к повреждению главного тиристора 12,

Сказанное позвол ет упростить схему управлени  инверторов 1 и 2, не предусматрива  в ней цепей задержки подачи управл ющих импульсов на коммутирующие и следующие за ними по алгоритму управлени  главные тиристоры .

Преобразователь может найти широкое применение как в преобразовател х общепромьЩ1ленного назначени , например с трансформаторной нагрузкой (фиг.4), так и в высоковольтном т говом электроприводе с асинхронными т говыми двигател ми (фиг. 5 и 6).

Б частности, на фиг,5 показан вариант использовани  предложенного технического решени  6-осной секции электровоза с индивидуальным приводом движущих осей и асинхронными т говыми двигател ми. Здесь в качестве нагрузки 115а, 115в, 115с каждой па- ры инверторов 1а, 2а (1в, 2в и 1с, 2с) используютс  т говые двигатели, соответствующие фазы обмоток статоров -которых соединены а рамках своей нагрузки последовательно между собой. Ротор каждого из.указанных двигателей приводит во вращение свою ось, . , т.е. колесную пару секции электровоза . Питающие трансформаторы 55 и 56 - подключен:, каждый, к своему высоковольтному .выпр мителю П6, 117, ВХО-. ды каждого из которых , в свою оче.- редь,подключены непосредственно к контактной сети.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Групповой преобразователь напр жений , содержащий два т-фазных инвертора напр жени , соединенных выходными зажимами с тп-фазной цепью нагрузки и подключенных каждый через LC-фильтр своего звена посто нного тока к выводам источников питани , причем с положительными выводами последних сое- динены через соответствующие дроссели упом нутых LC-фильтров положительные зажимы соответствуюпщх инверторов, отличающийс  тем, что, с

   целью повышени  надежности, отрицательный зажим каждого инвертор подключен к отрицательному выводу другого источника питани , конденсатор фильтра каждого инвертора включен между положительным зажимом последнего и отрицательным выводом одноименного источника питани , причем источники питани  гальванически разв заны, а кажда  фаза цепи нагрузки включена между выходнь ми зажимами одноименных фаз обоих инверторов.

   I | J

   If

   |т«

   О

   3 27

   6 30

   3 33

   12 36

   5 23

   8 32

   11 35

   ;«

   38

   7 31

   ft

   28

   13 J7

   W J«

   АИН1

   Фиг.ЗАИН2

   - нВ(бн8,12н

   55

   65с fyBB 6В 66с 45с iffc.

   (6нВ.

   шт

   U8c 45с,

   .° .

   Фиг. 5