SU771840A1

SU771840A1 - Ac electric drive

Info

Publication number: SU771840A1
Application number: SU782663625A
Authority: SU
Inventors: Валерий Михайлович Новиков; Алексей Николаевич Коняев; Эрик Хельмутович Тасанг; Георгий Андреевич Пупынин; Валерий Михайлович Коровин; Владимир Иванович Воробьев; Иосиф Антонович Дидоренко
Original assignee: Ворошиловградский машиностроительный институт
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1980-10-15

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока со статическим преобразова телем частоты, обеспечивающим его устойчивую работу независимо от частоты питающего напр жени и режимов работы нагрузки, в частности, йа железнодорожном транспорте дл создани т говой передачи мощности тепловозов переменного тока, а также в электроприводах вспомогательных меха низмов как тепловозов, так и электро возов . Известен электропривод, содержащий преобразователь частоты с непосредственной св зью и искусственной коммутацией, выполненный на встречно включенных блоках главных тиристоров а также коммутирук цие выпр мительные мосты, присоединенные к выходным и входным шинс1М преобразовател с подключением к их входам соответстве но дроссел и узла искусственной ком мутации с цеп ми разр да и перезар да коммутирующего конденсатора 1. Недостатком такого устройства вл етс сложность исполнени цепей сброса реактивной энергии, а также ухудщение формы выходного напр жени и КПД. Сложность конструкции цепей сброса реактивной энергии заключаетс в том, что тиристоры, установленные в цеп х сброса, к моменту очередного открыти главных тиристоров встречно включенных блоков необходимо принудительно запирать с помощью других дополнительных коммутирующих тиристоров. в противном случае при определенной индуктивной нагрузке и очередном открывании , например, анодного блока (группы) силовых тиристоров, после запирани катодного блока данной фазы , ток будет поступать через этот анодный блок и еще не закрывшиес тиристоры, установленные в цеп х сброса, на фазовую обмотку другой фазы , что недопустимо. Кроме того при запирании блока силовых тиристоров, например,катодного , в какой-либо фазе реактивный ток нагрузки замыкаетс сразу по двум другим обмоткам фаз электродвигател , а должен замыкатьс только через обмотку фазы, у которой в данный момент времени открыт анодный блок силовых тиристоров. Это привоит к ухудшению формы кривой выходноо напр жени и КПД преобразовател .The invention relates to electrical engineering and can be used in an adjustable AC drive with a static frequency converter, ensuring its stable operation regardless of the supply voltage frequency and load operating conditions, in particular, railway transport, to create a power transmission of AC locomotives, as well as in electric auxiliaries of both locomotives and electric locomotives. Known electric drive containing a frequency converter with direct communication and artificial switching, performed on counter-connected blocks of main thyristors as well as switching straightening bridges connected to the output and input buses of the converter and connecting to their inputs corresponding to the throttle and node of artificial switching with circuits of discharge and recharge of switching capacitor 1. The disadvantage of such a device is the complexity of the execution of the circuits of reactive energy discharge, as well as degradation shaped output voltage and efficiency. The complexity of the design of reactive energy discharge circuits lies in the fact that the thyristors installed in the discharge circuits, by the time of the next opening of the main thyristors of the counter-activated units, must be forcibly locked using other additional switching thyristors. otherwise, at a certain inductive load and the next opening, for example, of the anode block (group) of power thyristors, after locking the cathode block of this phase, the current will flow through this anode block and not yet closed thyristors installed in the fault circuits to the phase winding another phase that is unacceptable. In addition, when locking the power thyristor unit, for example, the cathode one, in any phase, the reactive load current closes immediately along the two other phase windings of the electric motor, and must be closed only through the phase winding, which currently has an anode thyristor unit open. This leads to a deterioration in the shape of the output voltage curve and the efficiency of the converter.

Наиболее близким по технической ущности к изобретению вл етс часотно-регулируемый электропривод, соержащий трехфазный электродвигатель/ азные обмотки которого выполнены в иде двух параллельных секций, стаический преобразователь частоты с епосредственной св зью и искусственой коммутацией, выполненный в виде встречно-включенных блоков главных тиристоров/ входы которых св заны с трехфазной сетью, а выход каждого блока главных тиристоров соединен с одной из секций фазной обмотки электродвигател , узел искусственной коммутации с цеп ми разр да и перезар да коммутирующего конденсатора указанного узла, соединенного со входами блоков главных тиристоров статического преобразовател через неуправл емый выпр мительный мост,распределительные тиристоры 2.The closest to the technical disadvantage of the invention is a frequency-controlled electric drive, containing a three-phase electric motor / azn windings of which are made in the idea of two parallel sections, a static frequency converter with direct connection and artificial switching, made in the form of counter-connected main thyristor blocks / inputs which are connected to a three-phase network, and the output of each main thyristor block is connected to one of the sections of the phase winding of an electric motor, an artificial switching node The discharge and recharging of the switching capacitor of the specified node, connected to the inputs of the main thyristors of the static converter via an uncontrolled rectifier bridge, distribution thyristors 2.

Недостатком такого электропривода вл етс сложность исполнени цепей сброса реактивной энергии, ухудшение формы кривой выходного напр жени , а также заниженный диапазон выходных частот и КПД.The disadvantage of such an electric drive is the complexity of the execution of reactive energy discharge circuits, the deterioration of the shape of the output voltage curve, and the underestimated range of output frequencies and efficiency.

Сложность исполнени цепей сброса реактивной энергии заключаетс в установке дополнительно трех диодов реактивного тока. Кроме того, в процессе разр да реактивной энергии с одной секции фазной обмотки на другую секцию этой обмотки при отключении одного из встречно-включенных блоков тиристоров и подключении другого в ней возникают значительные броски тока и напр жени , привод щие к ухудшению формы кривой выходного напр жени , а незначительный сброс реактивной энергии во врем выключенного состо ни главных тиристоров встречно-включенного блока понижает частотные свойства преобразовател .The complexity of the execution of reactive energy discharge circuits lies in the installation of an additional three reactive current diodes. In addition, during the discharge of reactive energy from one section of the phase winding to another section of this winding, when one of the anti-on thyristor blocks is turned off and when the other is connected, significant current surges and voltages arise in it, resulting in a deterioration of the output voltage waveform and a slight release of reactive energy during the off state of the main thyristors of the on-off unit reduces the frequency properties of the converter.

Ограничение верхнего диапазона частот объ сн етс тем, что перезар д коммутирующего конденсатора коммутационного узла осуществл етс током нагрузки (через обмотку двигател ) и,например, при малых нагрузках конденсатор вообще может не успеть перезар дитьс и его напр жение будет недостаточно к очередной коммутации. Кроме того, перезар д конденсатора через сеть понижает КПД коммутационного узла и, следовательно , преобразовател .The limitation of the upper frequency range is explained by the fact that the recharging of the switching capacitor of the switching node is carried out by the load current (through the motor winding) and, for example, at low loads the capacitor may not be able to recharge at all and its voltage will not be enough for the next switching. In addition, recharging a capacitor through the network reduces the efficiency of the switching node and, therefore, the converter.

Целью насто щего изобретени вл етс упрощение конструкции электропривода и повышение КПД.The purpose of this invention is to simplify the design of the drive and increase efficiency.

Поставленна цель достигаетс тем, что распределительные тиристоры соединены по схеме выпр мительного моста , аноды и катоды распределительных тиристоров подключены к точкам соединени анодов и к точкам соединени The goal is achieved by the fact that the distribution thyristors are connected according to a rectifying bridge, the anodes and cathodes of the distribution thyristors are connected to the connection points of the anodes and to the connection points

катодов главных тиристоров, а общие точки соединени анодов и катодов распределительных тиристоров замкнуты дополнительно введенным дросселем, средн точка .которого подключена к коммутирующему конденсатору узла искусственной коммутации статического преобразовател частоты.cathodes of the main thyristors, and common points of connection of the anodes and cathodes of the distribution thyristors are closed by the additionally introduced choke, the middle point of which is connected to the switching capacitor of the artificial switching node of the static frequency converter.

Кроме того, узел искусственной коммутации снабжен дополнительными разр дными анодными и катодными группами вентилей с последовательно включенными с ними тиристорами, причем аноды и катоды этих групп подключены соответственно к точкам соединени катодов и анодов главных тиристоров встречно-вк юченных блоков и к , однопол рным выводам секций фазных обмоток электродвигател , а обща точка соединени катодной дополнительной группы вентилей через тиристор , включенный в провод щем направлении , и обща точка анодной группы вентилей через тиристор, включенный в непровод щем направлении, подсоединены соответственно к общим точкам соединени катодов и анодов неуправл емого выпр мительного моста.In addition, the artificial switching unit is equipped with additional discharge anodic and cathodic valve groups with thyristors connected in series with them, and the anodes and cathodes of these groups are connected respectively to the junction points of the cathodes and anodes of the main thyristors of the opposite blocks and to the unipolar outputs of the sections the phase windings of the motor, and the common point of connection of the cathode additional valve group through the thyristor, connected in the conductive direction, and the common point of the anode group of valves The thyristor connected in the non-conducting direction is connected respectively to the common points of connection of the cathodes and anodes of the uncontrolled rectifying bridge.

На фиг. 1 изображена принципиаЛЬна схема электропривода со статическим преобразователем с непосредственной св зью и искусственной коммутацией; на фиг. 2 - диаграмма распределени управл ющих импульсов на тиристорах преобразовател ; на фиг.З графики напр жени и тока в секци х фазной обмотки электродвигател .FIG. 1 shows a schematic diagram of an electric drive with a static converter with direct connection and artificial switching; in fig. 2 is a diagram of the distribution of control pulses on the thyristors of the converter; Fig. 3 are graphs of voltage and current in the sections of the phase winding of an electric motor.

Электроприво содержит электродвигатель , к каждой фазе выходной обмотки 1, 2, 3 которого подключены встречно-включенные блоки 4-9 на управл емых вентил х (фиг. 1). Кажда фаза выходной обмотки электродвигател выполнена в виде двух параллельно соединенных секций 10, 11, причем фазы включены звездой. Однопол рные выводы каждой секции 10, 11 выходной обмотки подсоединены к анодам и катодам тиристоров встречно-включенных блоков 4, 5, другие однопол рные выводы каждой секции указанной обмотки замкнуты дроссел ми 12, 13, средние точки которых соединены между собой.Electrically contains an electric motor, to each phase of the output winding 1, 2, 3 of which the counter-enabled units 4-9 are connected on controlled valves (Fig. 1). Each phase of the output winding of the electric motor is made in the form of two parallel-connected sections 10, 11, with the phases being switched on by a star. The unipolar terminals of each section 10, 11 of the output winding are connected to the anodes and cathodes of the thyristors of the on-connected units 4, 5, the other unipolar conclusions of each section of the specified winding are closed by drossel 12, 13, the midpoints of which are interconnected.

Общий узел 14 искусственной коммутации состоит из тиристоров 15-18 узла подзар да коммутирующего конденсатора 19 через дроссель 20, подзар ,да, диодов 21-24, служащих дл отвода избыточной энергии, накопленнойA common artificial switching node 14 consists of thyristors 15-18 of a charge node of a switching capacitor 19 through a choke 20, a blow, yes, diodes 21-24, serving to drain the excess energy accumulated

.в коммутирующем конденсаторе 19,коммутирующих тиристоров 25, 26 и дроссел 27. Подзар д коммутирующего конденсатора 19 осуществл етс от вспомогательного источника.. in switching capacitor 19, switching thyristors 25, 26 and throttles 27. The dosing of switching capacitor 19 is carried out from an auxiliary source.

Подключаетс узел 14 искусственной коммутации к тиристорам встречновключенных блоков 4-9 с помощью неуправл емого выпр мительного мостаAn artificial switching node 14 is connected to the thyristors of oncoming blocks 4–9 using an uncontrolled rectifying bridge.

28 И К распределительному выпр мительному мосту 29 через дроссель 3028 AND TO Distribution rectifier bridge 29 through choke 30

Цепь форсированного разр да и перезар да коммутирующего конденсатора состоит из катодной 31 и анодной 32 групп вентилей, включенных последовательно с тиристорами 33, 34.The forced discharge and recharge circuit of the switching capacitor consists of a cathode 31 and an anodic 32 valve groups connected in series with the thyristors 33, 34.

Электропривод работает следукидим образом.The drive works in the following way.

При включении главных тиристоров какого-либо встречно-включенного блока реактивный ток нагрузки, вызванный ЭДС самоиндукции данной секции фазной обмотки, протека в прежнем направлении, замыкаетс через распределительный выпр мительный мост 29 и дроссель 30 только на секцию той фазы, у которой в данный момент времени открыт питающий ее силовой взаимообратный блок тиристоров. Тем самым обеспечиваетс непрерывность реактивного тока нагрузки через распределительный выпр мительный мост, а энерги , накопленна в магнитном поле отключаемой секции фазной обмотки , полезно рассеиваетс на работающую в данный момент секцию другой фазы. Сбрасывание реактивной, энергии через дроссель 30. уменьшает броски тока и напр жени в момент отключени секций.When the main thyristors of any counter-switched on unit are switched on, the reactive load current caused by the self-induction EMF of this phase winding section, flowed in the same direction, is closed through the distribution rectifier bridge 29 and the choke 30 only to the section of that phase The power reciprocating thyristor unit that feeds it is open. This ensures the continuity of the reactive load current through the distribution rectifying bridge, and the energy stored in the magnetic field of the disconnected section of the phase winding is advantageously dissipated into the currently operating section of another phase. Dropping reactive energy through choke 30. Reduces inrush current and voltage at the time the sections are turned off.

Особенность работы узла искусственной коммутации заключаетс в том, что после подачи управл ющих импульсов на определенные коммутирующие 25, 26 и распределительные тиристоры выпр мительного моста 29 спуст врем задержки utj tg К , где tg - врем деионизации тиристоров силового блока,К „„г,- коэффициент за .5НИThe peculiarity of the artificial switching unit operation is that after supplying control pulses to certain switching 25, 26 and distribution thyristors of the rectifying bridge 29 after the delay time utj tg K, where tg is the deionization time of the thyristors of the power block, К „г, - coefficient for .5НИ

паса, подаютс управл ющие импульсы на дополнительные тиристоры 33 или 34, вызыва форсированный разр д и перезар д коммутирук цего конденсатора по дополнительным контурам,мину нагрузку, при которых коммутационные процессы не завис т от величины и характера нагрузки преобразовател . При этом уменьшаетс врем разр да и перезар да коммутирующего конденсатора через нагрузку и сеть, что позвол ет расширить диапазон выходных частот и повысить КПД статического преобразовател частоты с искусственной коммутацией.pass, control pulses are applied to additional thyristors 33 or 34, causing a forced discharge and reloading of the commutator capacitor along additional circuits, min load, at which switching processes do not depend on the size and nature of the load on the converter. In this case, the time of discharge and reloading of the switching capacitor through the load and the network is reduced, which makes it possible to expand the range of output frequencies and increase the efficiency of the static frequency converter with artificial switching.

Рабочий процесс преобразовател частоты при заданном периоде выходной частоты и определенном угле регулировани JL фазосдвигающего устройства регул тора напр жени в секци х одной из фаз (например .1) электродвигател протекает следук цим образом (фиг. 2).The workflow of the frequency converter at a given period of the output frequency and a certain angle JL of the phase-shifting device of the voltage regulator in sections of one of the phases (for example, .1) of an electric motor proceeds in the following way (Fig. 2).

Пусть в момент времени -., (фиг. 3) подаютс управл ющие импульсы на тиристоры блоков 4, 7, 8 и ток нагрузки 1 дпроходит от одной из фаз через секцию 10 фазной обмотки 1 и секцию 11 фазной обмотки 2 к другой фазе.Let at the moment of time -. (Fig. 3) control pulses are applied to the thyristors of blocks 4, 7, 8 and load current 1 from a phase through section 10 of phase winding 1 and section 11 of phase winding 2 to another phase.

С момента t до момента t, открыты тиристоры двух анодных блоков 7, 9 и блока 4, и ток нагрузки и напр жение возрастают. В оставшеес врем полупериода вьлходной частоты открыты тиристоры блоков 4, 6, 9, и напр жение и ток L Qнагрузки в секции фазы 1 уменьшаютс . Перед гашением главных тиристоров катодного блока 4 в момент времени i: за 30° электрических до момента коммутации tg главных тирисO т.оров блока 4 открываютс подзар дг ные тиристоры 15, 18 и происходит подзар д коммутирующего конденсатора 19 с пол рностью, указанной на фиг. 1. В момент времени t прекращаетс подача управл кицих импульсов на главные тиристор л блока 4 и спуст 15° электрических в момент -t подаютс узкие импульсы управлени на коммутирукнцие тиристоры 25 и 35-40 From the moment t to the moment t, the thyristors of the two anode blocks 7, 9 and block 4 are open, and the load current and voltage increase. During the remaining half-period of the current frequency, the thyristors of blocks 4, 6, 9 are open, and the voltage and current L Q of the load in the phase 1 section decrease. Before the main thyristors of the cathode block 4 are quenched at time i: 30 ° electrical before switching on the main thyristor t.or block 4, recharge thyristors 15, 18 are opened and the switching capacitor 19 is charged with the polarity shown in FIG. 1. At the moment of time t, the supply of control pulses to the main thyristors of block 4 stops and after 15 ° electric at the instant of time -t, narrow control pulses are sent to switch the thyristors 25 and 35-40

0 распределительного выпр мительного моста 29. Коммутирующий конденсатор 19 разр жаетс через провод щий в данный момент времени тиристор блока 4 во встречном направлении по цепи: конденсатор 19, дроссель 30, тирис5 . тор 35,тиристор блока 4, диод неуправл емого выпр мительного моста 28, тиристор 25, дроссель 27. При этом реэультирук ций ток проводившего в момент времени -tg тиристора блока 4 0 of the distribution rectifying bridge 29. The switching capacitor 19 is discharged through the current-conducting thyristor of the block 4 in the opposite direction along the circuit: capacitor 19, choke 30, and tiris5. torus 35, thyristor of block 4, diode of uncontrolled rectifying bridge 28, thyristor 25, choke 27. At the same time, the current of the thyristor of the block 4 conducting at

0 уменьшаетс до нул , после чего конденсатор перезар жаетс током нагрузки от сети через секции 10, 11 фазных обмоток 1, 3 и открытый в данный момент главный тиристор анодного 0 decreases to zero, after which the capacitor is recharged by the load current from the network through sections 10, 11 of the phase windings 1, 3 and the currently open anode main thyristor

5 блока 9. В процессе перезар да к главному тиристору блока 4 прикладываетс обратное напр жение в течение времени деионизации тиристора, и он запираетс . Приложение к главному 5 block 9. During the recharge process, the main thyristor of block 4 is applied a reverse voltage during the deionization time of the thyristor, and it is locked. Appendix to the main

0 тиристору полного обратного напр жени конденсатора уменьшает врем и улучшает услови восстановлени им запирающих свойств в отличие от схем с шунтированием силового тиристора обратным диодом или тиристором.For a thyristor, the total reverse voltage of a capacitor reduces the time and improves the conditions for the restoration of its locking properties, in contrast to circuits with shunting of a power thyristor by a reverse diode or thyristor.

5five

Спуст врем д-tjc tg,-K д после подачи управл ющих импульсов на коммутирующий 25 и распределительные 35-40 тиристоры в момент времени-t подаютс управл ющие импульсы на тиристор After the time d-tjc tg, -K d after the supply of control pulses to the switching 25 and distribution 35-40 thyristors at the time-t, control pulses are sent to the thyristor

0 33, вызыва ,при этом форсированный разр д и перезар д коммутируюгцего конденсатора по цепи: конденсатор 19, дроссель 30, тиристор 35, диод катодной , группы, тиристоры 33 и 25, комму5 тирующий дроссель 27, конденсатор 19. По мере перезар да конденсатора в момент равенства токов цепи форсированного перезар да и цепи перезар да через нагрузку ток тиристора 33 0 33, causing, in this case, forced discharge and recharge of the commutation capacitor along the circuit: capacitor 19, choke 30, thyristor 35, cathode diode, group, thyristors 33 and 25, commutating choke 27, capacitor 19. As the capacitor recharges at the moment of equality of the currents of the forced recharge circuit and the recharge circuit through the load, the thyristor current 33

0 становитс равн.ым нулю,, и он запираетс . Дальнейший дозар д конденсатора происходит по цепи нагрузки,после чего выключаетс тиристор 25.0 becomes equal to zero, and it is locked. Further capacitor discharging occurs along the load circuit, after which the thyristor 25 is turned off.

Claims

1. Author's certificate of the USSR 269287, cl. H 02 M 5/28, 1969.

2. USSR author's certificate number 653711, cl. H 02 R 7/42, 197.6.

771840

L2 J

2m

//

36

37