SU1739450A1 - Тиристорный регул тор напр жени - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : регул тор содержит два силовых тиристора 1 и 2, коммутирующий конденсатор 6, два разр дных тиристора 7 и 8, два разр дных тиристора 9 и 10, блок управлени , выполненный на трансформаторе 11, переменном резисторе 12, формировател х 13 и 14 управл ющих импульсов, конденсаторе 15, дросселе 16, выпр мител х 17 и 18 2 ил.

Description

г

i 2

о

J

S

7 г г ±:

± А /

9

(Л

С

vj

CJ

ю

4 |СЛ

ю

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно, к преобразовательной технике , и может быть использовано в системах импульсно-фазового управлени  (СИФУ)ти- ристорными регул торами напр жени .

Известны устройства дл  управлени  полупроводниковыми приборами статического преобразовател , состо щие из фа- зосдвигающего моста (ФСМ), в диагональ которого включены ключевые схемы. ФСМ представл ет собой одну из разновидностей фазосдвигающих устройств, используемых в СИФУ, а ключевые схемы  вл ютс  формировател ми импульсов (ФИ), включающими тиристоры силовой цепи статического преобразовател  1 и 2.

Известно также устройство дл  регулировани  переменного напр жени  под нагрузкой , где тиристоры силовой цепи управл ютс  от СИФУ, котора  осуществл ет как их включение, так и выключение 3.

Устройство дл  управлени  полупроводниковыми приборами статического преобразовател  содержит ФСМ и две ключевые схемы, состо щие из транзистора и накопительного конденсатора кажда , включенные через разделительные диоды в диагональ ФСМ, причем накопительные конденсаторы подключены между базой транзистора одной ключевой схемы и коллектором транзистора другой ключевой схемы, и два дополнительных диода, катод каждого из которых подключен к базе одного из транзисторов, и выходной элемент, выполненный в виде трехобмоточного импульсного трансформатора , первична  обмотка которого включена между анодами дополнительных диодов, которые , кроме того, подключены к эмиттерам транзисторов 1.

Устройство дл  управлени  полупроводниковыми приборами статического преобразовател  состоит из сетевого резонансного фильтра, содержащего дроссель и конденсатор, фазосдвигающего моста , образованного вторичной обмоткой входного трансформатора, емкостным и переменным активным сопротивлением плеч, к диагонал м которого подключен формирователь управл ющих импульсов, снабженное двум  однофазными мостовыми схемами выпр млени  и индуктивным сопротивлением , подключенным к одному выводу вторичной обмотки входного трансформатора, к которой подключено емкостное сопротивление, причем индуктивное и емкостное сопротивлени  через однофазные мостовые схемы выпр млени  соответственно подключены к другому выводу вторичной обмотки входного трансформатора , а между положительными

выводами указанных схем выпр млени , соединенных между собой и их отрицательными выводами включено переменное активное сопротивление 2.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту  вл етс  устройство дл  регулировани  переменного напр жени  под нагрузкой, которое содержит регулирующий орган, состо щий из во л ьто добавочного трансформатора, вторична  обмотка которого включена последовательно с нагрузкой, и источник переменного напр жени , два управл емых тиристорных ключа, два диода, каждый из которых включен последовательно с одним из тиристоров ключей, и два коммутирующих

конденсатора, каждый из которых включен параллельно двум тиристорам разных ключей , включенных встречно-последовательно, первична  обмотка вольтодобавочноготрансформатора подключена параллельно вторичной 3.

Недостатками известного регул тора

напр жени   вл ютс  сравнительно низкие КПД и коэффициент мощности (cos p). Низкий КПД (,9) устройства обусловлен нерациональным использованием энергии, запасаемой конденсаторами, -коммутирующими тиристоры его силовой цепи. Несмотр  на однопол рное включение конденсаторов при их разр де, осуществл ющих коммутацию тиристоров силовой цепи , сразу после разр да до нулевого уровн 

происходит их зар д до соответствующей величины обратного напр жени . Только после смены пол рности приложенного к коммутирующему конденсатору переменного напр жени  сети происходит его перезар д до

напр жени , имеющего пол рность и величину , необходимые дл  коммутации тиристоров силовой цепи. Таким образом, практически половина энергии коммутирующего конденсатора расходуетс  непроизводительно, что

приводит к снижению КПД всего устройства на 3-5%.

Кроме того, в процессе регулировани  выходного напр жени  известного устройства при коммутации тиристоров в течение полупериода величина угла включени  и выключени  не  вл етс  фиксированной, т.е. не выполн етс  условие, когда при угле вы- ключени , равном а, угол повторного включени  равен 180° - а . В этом случае сдвиг по фазе первой гармоники тока нагрузки относительно напр жени  сети может быть как опережающим, так и отстающим, что обеспечивает как емкостный, так и индуктивный характер потребл емой регул тором мощности при чисто активной нагрузке. Это обуславливает у устройства в процессе регулировани  снижение cos p .

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние КПД.

В устройство, состо щее из блока управлени , первые выходы которого подключены к управл ющим электродам встречно-параллельно соединенных сило- вых тиристоров, один вывод которых соеди- нен с первой клеммой источника переменного напр жени , а другой вывод через резистор нагрузки - с второй клеммой , коммутирующего конденсатора, пер- вого и второго разр дных тиристоров, управл ющие электроды которых соединены с вторыми выводами блока управлени , введены первый и второй зар дные тиристоры , при этом один вывод коммутирующе- го конденсатора присоединен к точке двух встречно-параллельно соединенных силовых тиристоров и резистора нагрузки, а другой - к точке соединени  двух встречно-параллельно соединенных раз- р дных тиристоров, другие выводы разр дных тиристоров соединены с первой клеммой источника переменного напр жени , а зар дных тиристоров - с его второй клеммой, при этом блок управлени  выпол- нен на входном трансформаторе, переменном резисторе, первом и втором формирователе управл ющих импульсов, конденсаторе, дросселе и первом и втором выпр мител х, причем первична  обмотка входного трансформатора соединена с питающей сетью, а вторична  обмотка крайними выводами соответственно через конденсатор и дроссель подключена к выводам переменного тока первого и второго выпр мителей, выводы посто нного тока которых соответственно соединены и к ним подключен переменный резистор, первый формирователь управл ющих импульсов первым входом соединен с средней точкой вторичной обмотки входного трансформатора , а вторым входом соединен с точкой соединени  дроссел  и второго выпр мител , второй формирователь управл ющих импульсов первым входом соединен со средней точкой вторичной обмотки входного трансформатора, а второй вход соединен с точкой соединени  конденсатора и первого выпр мител , при этом выходы первого формировател   вл ютс  первыми выходами блока управлени , а второй формирователь управл ющих импульсов первыми выходами подключен к управл ющим элек- тродам силовых тиристоров, а вторыми выходами - к зар дным тиристорам первые

выходы при этом  вл ютс  вторыми выходами блока управлени .

На фиг. 1 представлена схема тиристор- ного регул тора напр жени ; на фиг. 2 - кривые падени  напр жений, по сн ющие его работу (а - крива  напр жени  на клеммах источника переменного напр жени ; б- г - кривые падений напр жений на элементах схемы).

Тиристорный регул тор напр жени  (фиг. 1) состоит из блока уравлени , первые выходы которого подключены к управл ющим электродам встречно-параллельно соединенных силовых тиристоров 1 и 2, один вывод которых соединен с первой клеммой 3 источника переменного напр жени , а другой вывод через резистор 4 нагрузки - с второй клеммой 5 коммутирующего конденсатора 6, первого 7 и второго 8 разр дных тиристоров, управл ющие электроды которых соединены с вторыми выходами блока управлени , зар дных тиристоров 9 и 10, при этом один вывод коммутирующего конденсатора 6 присоединен к точке двух встречно-параллельно соединенных силовых тиристоров 1 и 2 и резистора 4 нагрузки, а другой - к точке соединени  двух встречно- параллельно соединенных зар дных тиристоров 9 и 10 и двух встречно-параллельно соединенных разр дных тиристоров 7 и 8, другие выводы разр дных тиристоров 7 и 8 соединены с первой клеммой 3 источника переменного напр жени , а зар дных тиристоров 9 и 10 - с его второй клеммой 5, при этом блок управлени  выполнен на входном трансформаторе 11, переменном резисторе 12, первом 13 и втором 14 формировател х управл ющих импульсов, конденсаторе 15, доосселе 16, первом 17 и втором 18 выпр мител х, причем первична  обмотка входного трансформатора 11 соединена с питающей сетью, а вторична  обмотка крайними выводами соответственно через конденсатор 15 и дроссель 16 подключена к выводам переменного тока первого 17 и второго 18 выпр мителей, выводы посто нного тока которых соответственно соединены и к ним подключен резистор 12, первый формирователь 13управл ющих импульсов первым входом соединен со средней точкой вторичной обмотки входного трансформатора 11, а вторым входом - с точкой соединени  дроссел  16 и второго выпр мител  18, второй формирователь 14 управл ющих импульсов первым входом соединен со средней точкой вторичной обмотки входного трансформатора 11, а второй вход соединен с точкой соединени  конденсатора 15 и первого выпр мител  17, при этом выходы первого формировател  13  вл ютс  первыми выходами блока управлени , а второй формирователь 14 управл ющих импульсов первыми выходами подключен к управл ющим электродам силовых тиристоров 1 и 2, а вторыми выходами - к зар дным тиристорам 9 и 10, первые выходы при этом  вл ютс  вторыми выходми блока управлени .

Регул тор напр жени  работает следующим образом.

В полупериод, когда + напр жени  приложен к клемме 3, а - - к клемме 5, с формировател  14 импульсов на управл ющие электроды тиристоров 1 и 9 подаютс  управл ющие импульсы, обеспечивающие их включение. Импульсы подаютс  со сдвигом по фазе относительно напр жени  на клеммах 3 и 5, определ емым углом управлени  а (фиг. 2а, б).

Величина угла управлени  тиристорами 1, 2 и 7-10 задаетс  величиной сопротивлени  резистора 12. Изменение величины сопротивлени  резистора 12 от нул  до максимального значени  обеспечивает сдвиг по фазе напр жени  на входе форми- ровател  14 импульсов от нул  до величины, практически равной 90°, а на входе формировател  13 импульсов - от 180° до величины также практически равной 90°.

Формирователи 13 и 14 импульсов пре- образуют синусоидальное напр жение на их входе в короткие импульсы с крутым фронтом. Формирование импульсов происходит в момент времени, когда синусоидальное напр жение на входе мен ет знак, т.е. переходит из положительного значени  в отрицательное и из отрицательного значени  в положительное. Следовательно, за период формируютс  два импульса, сдвинутые один относительно другого на 180°. Дл  получени  одновременно двух импульсов устанавливаютс  две дополнительные вторичные обмотки выходного импульсного трансформатора.

Таким образом, если на выходе второго формировател  14 импульсов управл ющие импульсы имеют сдвиг по фазе, равный а, то на выходе первого формировател  13 импульсов сдвиг по фазе управл ющих импульсов равен 180° -а (фиг. 2а б, в).

При включении тиристора 1 начинает протекать ток нагрузки по цепи: клемма 3, тиристор 1, резистор нагрузки 4, клемма 5 (фиг. 2д). При включении тиристора 9 проте- каетток зар да коммутирующего конденсатора 6 по цепи: клемма 3, конденсатор 6, тиристор 9, клемма 5. Конденсатор 6 зар жаетс  практически мгновенно (фиг. 2г), ток

тиристора 9 становитс  равным нулю и он выключаетс .

В момент, соответствующий углу управлени  180° - а , с формировател  13 импульсов на управл ющий электрод тиристора 7 подаетс  импульс, обеспечивающий , его включение (фиг. 2в). Начинаетс  разр д коммутирующего конденсатора б по цепи: положительна  обкладка конденсатора 6, встречно включенный тиристор 1, тиристор 7, отрицательна  обкладка конденсатора 6. Ток в тиристоре 1 уменьшаетс  до нул  и тиристор выключаетс . Ток через резистор 4 нагрузки и падение напр жени  на нем станов тс  равными нулю (фиг. 2г, д). Таким образом, угол управлени  180°- а , при котором включаетс  тиристор

7, вл етс  углом, при котором выключаетс  тиристор 1.

В полупериод, когда + напр жени  приложен к клемме 5, а - - к клемме 3, с формировател  14 импульсов на управл ющие электроды тиристоров 2 и 10 подаютс  управл ющие импульсы, обеспечивающие их включение. Импульсы имеют сдвиг по фазе относительно напр жени  на клеммах

3и 5, определ емый углом управлени  а (фиг. 2а, б).

При включении тиристора 2 начинает протекать ток нагрузки по цепи: клемма 5, резистор 4 нагрузки, тиристор 2, клемма 3 (фиг. 2д). При включении тиристора 10 протекает ток зар да коммутирующего конденсатора 6 по цепи: клемма 5, тиристор 10, конденсатор 6, тиристор 2, клемма 3. Конденсатор 6 зар жаетс  практически мгновенно , ток тиристора 10 становитс  равным нулю и он выключаетс  (фиг. 2г).

В момент времени, соответствующий углу управлени  180°- а , с формировател  13 импульсов на управл ющий элемент тиристора 8 подаетс  импульс, обеспечивающий его включение (фиг. 2в). Начинаетс  разр д конденсатора 6 по цепи: положительна  обкладка конденсатора 6, тиристор

8,встречно включенный тиристор 2, отрицательна  обкладка конденсатора 6. Ток в тиристоре 2 при этом спадает до нул  и тиристор выключаетс . Ток через резистор

4нагрузки и падение напр жени  на нем станов тс  равными нулю (фиг. 2г, д). Таким образом, угол управлени  180° - а , при котором включаетс  тиристор 8,  вл етс  углом, при котором выключаетс  тиристор 2. Далее процессы в схеме регул тора повтор ютс .

При изменении величины сопротивлени  переменного резистора 12 от нул  до максимального значени  происходит изменение угла включени  силовых тиристоров 1 и 2 от нул  до величины, практически равной 90°, а их угла выключени  - от 180° до величины, также практически равной 90°. Вследствие этого величина действующего (среднего) напр жени  на резисторе 4 нагрузки измен етс  от номинального значени  до величины, практически равной нулю (фиг. 2а, б, в, д).

Таким образом, использование изобретени  позвол ет вдвое сократить затраты энергии на искусственную коммутацию тиристоров и, следовательно, на 3-5% повысить КПД регул тора и cos рдо 1 в процессе регулировани  величины выходного напр жени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Тиристорный регул тор напр жени , состо щий из блока управлени , первые выходы которого подключены к управл ющим электродам встречно-параллельно соединенных силовых тиристоров, один вывод которых соединен с первой клеммой источника переменного напр жени , а другой вывод через резистор нагрузки - с второй клеммой, коммутирующего конденсатора, первого и второго разр дных тиристоров, управл ющие электроды которых соединены с вторыми выходами блока управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД, в него введены первый и второй зар дные тиристоры, при этом один вывод коммутирующего конденсатора подсоединен к точке соединени  двух встречно-параллельно соединенных силовых тиристоров и резистора нагрузки, а другой - к точке соединени  двух встречно-параллельно соединенных зар дных тиристоров и двух

   встречно-параллельно соединенных разр дных тиристоров, другие выводы разр дных тиристоров соединены с первой клеммой источника переменного напр жени , а зар дных тиристоров - с его второй клеммой, при этом блок управлени  выполнен на входном трансформаторе, переменном резисторе, первом и втором формировател х управл ющих импульсов,

   конденсаторе, дросселе, первом и втором выпр мител х, причем первична  обмотка входного трансформатора соединена с питающей сетью, а вторична  обмотка крайними выводами соответственно через

   конденсатор и дроссель подключена к выводам переменного тока первого и второго выпр мителей, выводы посто нного тока которых соответственно соединены и к ним подключен переменный резистор, первый

   формирователь управл ющих импульсов первым входом соединен со средней точкой вторичной обмотки входного трансформатора , а вторым входом - с точкой соединени  дроссел  и второго выпр мител , второй

   формирователь управл ющих импульсов первым входом соединен со средней точкой вторичной обмотки входного трансформатора , а вторым входом - с точкой соединени  конденсатора и первого выпр мител , при

   этом выходы первого формировател   вл ютс  первыми выходами блока управлени , а второй формирователь управл ющих импульсов первыми выходами подключен к управл ющим электродам силовых

   тиристоров, а вторыми выходами - к зар дным тиристорам, первые выходы при этом  вл ютс  вторыми выходами блока управлени .

   ff S-W. (

   Ј tzzdL

   U

   па

   Ut

   r

   j

   1I

   ujt

   wt

   wt

   UJI

   &vt Z