SU855893A1 - Тиристорный преобразователь посто нного напр жени дл управлени двигателем посто нного тока - Google Patents

Description

(54) ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

I

Изобретение относитс  к npeoepaaoBaTenbHoff технике и может найти применение при импульсном управлении двигателем посто нного трка на транспорте, в электротехнической и других отрасл х промышленности.

Известно устройство с последовательной комД1утацией , которое содержит источник питани , нагрузку, основной тиристор и вспомогательный тиристор с узлом последовательной коммутации , в который входит токоограничивающий реактор 1.

Однако зто устройство обладает повышенными потер ми энергии в токоограничивающем реакторе, что снижает его КПД.

Известен также узел с последовательной коммутацией , который содержит линейный токоограничивающий реактор с возвратным диодом, основной вентиль, шунтированный обратным диодом, нагрузку, шунтированную обратным диодом, разделительный диод, вспомогательный , тиристор, коммутирующий контур 2.

Однако при протекании тока нагрузки в коммутационном интервале в магнитном поле реактора запасаетс  энерги , котора  возврашаетс  источнику после обесточивани  первишой обмотки. Циркул ци  больимх количеств энергии увеличивает действующее значение напр жени  на обмотках. Потери энергии в меди и стали реактора снижают КПД устройства.

Наиболее близким техническим рещением к предлагаемому изобретению  вл етс  тиристорный преобразователь посто нного напр жени  дл  управлени  двигателем посто нного тока, содержащий два зашуитированных в обратном направлении диодами тиристориых ключа, один из которых включен последовательно между источником питани  и нагрузкой, а второй параллельно нагрузке, цепь последовательной коммутации , два токоограничивающих реактора, рабочие обмотки и обмотки управлени  которых включены между собой последовательно и согласно, рабоча  обмотка первого токоогра ичиваюшего реактЬра включена последовательно между источником питани  и нагрузкой, рабоча  обмотка второго соединена последовательно с тиристорным ключом, шунтирующим нагрузку, обмотки управлени  токоограничиващих реакторов подключены через диод к исочнику питани  3.

При холостом ходе и малых токах нагрузи подмагничивание в токоограничивающих ректорах преобразовател  отсутствует. Напр женость пол , создаваема  током  кор , близка нулю. Рабоча  точка реакторов находитс  в бласти остаточной индукции. Сердечники рабоают в режиме одностороннего намагнипшани . Если приращение индукции в коммутационном интервале больше допустимого, это ведет к рез кому увеличению намагничивающего тока, увеличивает потери энергии в узле коммутации и снижает КПД преобразовател . Дополнительна  токова  нагрузка на узел коммутации может привести к срыву инвертирова1да , что снижает надежность работы преобразовател . Обмотки подмагничивани  включены в сильноточную цепь, что увеличивает потери в обмотках реакторов при протекании тока  кор  двигател ,

Цель изобретени  повышение КПД и надежности работы преобразовател .

Цель достигаетс  тем, что в известном устройстве , содержащем два защунтированных в обратном направлении диодами тиристорных ключа, один из которых включен последовательно между источником питани  и нагрузкой, а второй параллельно нагрузке, цепь последовательной коммутации, два токоограничивающих реактора, рабочие обмотки и обмотки управлеНИН которых вклююны между собой последовательно и согласно. Рабоча  обмотка первого токоогракичивающего реактора включена последовательно между источником питани  и нагрузкой , рабоча  обмотка второго соединена последовательно с тиристорным ключом, шунтирующим нагрузку, обмотки управлени  токоограничивающих реакторов подключены через диод к истошику питани , параллельно даоду, включенному последовательно с обмотками управле1 ш  токоограничивающих реакторов, подключена дополнительна  цепочка, состо ща  из последовательно соединенных тиристора и резистора , причем тиристор включен встречно по отнощению к указанному диоду.

На фиг. 1 приведена схема преобразовател  дл  управлени  двигателем посто нного тока; на фиг. 2 - временные диаграммы токов и напр жений, протекающих в устройстве в режиме разгона двигател .

К положительному полюсу источника питани  преобразовател  подключено начало рабочей обмотки токоограничивающего реактора 1, конец рабочей обмотки 2 которого соединен с началом рабочей обмотки 3 токоограничивающего реактора 4 и с  корем 5 двигател  6 посто нного тока,  вл ющемс  нагрузкой преобразовател , второй вывод  кор  5 через силовой тиристор 7, шунтированный в обратном

направлении разделительным диодом 8, подключен к отрицательному полюсу источника питани . К общей точке  кор  5 и силового тиристора 7 подсоединен анод обратного диода 9, щунтированный в обратном направлении тормозным тиристором 10, а катод диода 9 подключен к концу рабочей обмотки 3 реактора 4 К общей точке соединени  диода 9 и обмотки подсоединен анод разделительного диода 11 узла коммутации 12, а катод диода 11 через коммутирующий тиристор 13 в пр мом направлении , щунтированный соединенными последовательно коммутирующим реактором 14 и коммутирующим конденсатором 15, соединен с отрицательным полюсом источника питани . Конец обмотки 16 реактора 1 подключен к началу обмотки 2, а начало обмотки 16 подключено к концу обмотки 17 реактора 4, начало обмотки 17 соединено с катодом возвратного диода 18, анод которого подключен к отрицательному полюсу источника питани . Параллельно возвратному диоду подключена цепочка, состо ща  из соединенных последовательно вспомогательного тиристора 19 и ограничительного резистора 20. Дл  питани  обмотка 21 возбуждени  независимо от обмотки 5  кор , подключена к тому же источнику.

Преобразователь работает следующим образом .

При подаче напр жени  питани  происходит колебательный зар д конденсатора 15 по цепи 2-3-11-14-15 до напр жени , превышающего напр жение источника питани , после чего диод 11 запираетс . С включением силового тиристора 7 к  корю 5 прикладываетс  напр жение питани  и по цепи 2-5-7 начинает протекать ток. Реактср 1 насыщаетс , чем улучшаютс  услови  включени  тиристора 7. Тиристор 19 включен, и за счет протекани  тока подмагничивани  по цепи 16-17-20-19 рабоча  точка реактора 4 находитс  на отрицательном участке петли гистерезиса. При включении тиристора 13 начинает протекать ток перезарлда конденсатора 15 по цепи 15-14-13, в это же врем  через тиристор 13 протекает ток от источника питани  по цепи 2-3-11-13. Рабоча  точка реактора 4 переходит на ненасыщенный участок петли гистерезиса, зтим ограничиваетс  ток короткого замыкани  источника питани . После перезар да конденсатора 15 его ток начинает протекать встречно току в тиристоре 13 и в момент равенства этих токов тиристор 13 включаетс . Ток ковденсатора 15 продолжает протекать по контуру 15-7-9-11, уменьша  суммарный ток в тиристоре 7 до нул . Ток от источника питани , ограниченный ненасыщенным реактором 4, продолжает протекать в контуре 2, 3-11 и 14-15, ускор   перезар д ковденсатора 15. Избыток гока конденсатора 15 над

током нагрузки, протекавшим в тиристоре 7, замыкаетс  через диод 18 на врем  восстановлени  запирающих свойств тиристора . После выключени  тиристора 7 и дозар да конденсатора 15 ток  кор  5 замыкаетс  в контуре 5-9-3. В момент равенства напр жени  на конденсаторе 15 напр жению источника питани  диод 11 запираетс . Энерги , накопленна  в реакторе 14, передаетс  конденсатору 15. В коммутационном интервале напр жение источника питани  приложено к обмотке 3 ненасыщенного реактора 4. Этот интервал заканчиваетс  тогда , когда за счет ЭДС самоиндукции, возникающей на обмотке 3, в обмотке 17 наводитс  напр же1ше, равное напр жению источника питани . Диод 18 открываетс , тиристор 19 запираетс . На обмотке 3 устанавливаетс  посто нное напр жение обратной пол рности. Происходит размапшчивание магнитных систем реакторов 1 и 4 током, протекающим в контуре 18-17-16. Энерги  поступает в источник питани . С окончанием размагничивани  и протекани  тока в диоде 18 (фиг. 2«, г. д) включаетс  тиристор 19 и устанавливаютс  началы1ые рабочие точки в реакторах 1 и 4.

При регулировании момента включени  тиристора 7 (влево от указанного пунктиром на фиг. 2д) среднее значение напр жени  на  коре 5 двигател  6 увеличиваетс  и возрастает скорость вращени . При коэффициенте заполнени  импульсною напр жени  на нагрузке, близком к единице, силовой тиристор 7 включаетс  ранее оконча1ш  размагничивани  сердечников . Длительность протекани  тока в диоде 18 сокращаетс  (фиг. 2с). Управл ющий импульс выдаетс  на тиристор 19 в момент запирани  диода 18 и ток подмагничивани  протекает до очередного включени  диода 18 (фиг. 2д, е).

Когда среднее напр жение на  коре 5 двигател  6 (фиг. 2&) достигает уровн  напр жени  питани , узел коммутации 12 не включаетс , т.е. управл ющие импульсы на тиристор 13 не поступают. По цепи 2-5-7 протекает посто нный ток, двигатель 6 работает на естественной характеристике. Тиристор 19 включен посточнно , обеспечива  необходимое смещение реактора 4. Ток подмагничивани , протекающий в обмотке 16, создает напр женность пол , стрем щуюс  вывести сердечник реактора 1 из насыщени . Однако при достаточно большом токе  кор  его ампер-витки значительно превышют , ампер-витки подмагничивани , поэтому сердечник реактора 1 остаетс  насыщенным и подмагничивание не оказывает вли ни .

В режиме холостого хода двигател  ток в цепи  кор  5 не протекает и процессы в устройстве протекают сходным образом. В коммутационном интервале к обмоткам 2 и 3 прикладываетс  напр жение питани , тиристор 19 включен и пропускает ток подмагничивани . Рабоча  точка реактора I и 4 при включенном тиристоре 13 выходит на ненасыщенную ветвь. Этим снижаетс  нагрузка на узел коммутации 12. Напр жение на  коре 5 повтор ет напр жение на обмотк« 3, его среднее значен е близко к нулю. После выключени  коммутирующего тиристора 13 происходит зар д конденсатора 15 от источника питани  по цепи 2-3-1114-15 . Так как врем  зар да зависит от тока, то момент окончани  интервала размагничивани  (т.е. интервала протекани  тока в диоде 18) при малых токах нагрузки становитс  переменным . Управл ющий импульс на включение тиристора 19 выдаетс , когда ток в диоде 18 становитс  ниже определенного уровн .

Переход к режиму торможени  двигател  происходит бесконтактным способом. Управл ющие импульсы на силовой тиристор 7 ire поступают , а перевод тс  на тормозной тирнстор 10. Ток обмотки возбуждени  21 при торможении направлени  не измен ет. При включе1ПШ тиристора 10 ток  кор  5 протекает по цепи 5-3-10. Ампер-витки рабочей обмотки 3 превышают ампервитки обмотки 17 подмагничивани . Реактор 4 входит в насыщение и улучшает услови  включени  тиристора 10. В коммутационном интервале процессы в узле коммутации 12 по запиранию тиристора 10 не отличаютс  от рассмотренных. Ненасыщенный реактор 1 ограничивает ток короткого замыкани , протекающий по цепи 2-3-11-13. Этим снижаетс  нагрузка на узел коммутации 12 и потери энергии в ней. С око№(анием коммутационного интервала происходит размагничивание реакторов 4 и L После выключени  тиристора 10 рабочие точки реакторов 4 и 1 возвращаютс  в исходное состо ние, определ емое током подмагннчивани , который протекает по цепи 16-17-20-19. Ток  кор  5 течет в источник питани  по цепн 5-2-8, происходит рекуперативное торможение и возврат энергии двигател  6 в источник питани . Реактор 1 насыщен и не оказывает вли ни  на торможение . При включении тормозного тиристора 10 ток в источнике питани  прерываетс , процессы в устройстве повтор ютс  до полного торможени .

Claims (3)

1. В известной схеме подмагничивание токоограничивающих реакторов осуществл етс  током  кор , протекающим по силовым обмоткам подмагничивани . В предлагаемом устройстве ток подмагничивани  при включенном тиристоре 19 протекает от источника питани  по вторичным обмоткам токоограничивающих 1 сакторов и его величина определ етс  резистором 20. Подмагничивание производитс  дл  обоих сердечников одинаково и его направление не мен етс  при переходе от двигательного к тормозному режиму. Подмагничивание осуществл етс  только при холостом ходе и малых токах Нагрузки. Поскольку эти режимы охватывают лишь небольшую часть рабочего цикла привода, то средние потери мощности в резисторе 20 ма лы. Существенным  вл етс  то, что подмагничивание в данном случае слаботочное. Специальных устройств дл  выключени  тиристора 19 не требуетс , так как при включении возвратного диода 18 цепь тиристора 19 замыкаетс  Накоротко. За счет подмагничивани  токоограЯичивающих реакторов, осуществл емого устройством , ненасыщенные токоограничивающие резисторы существенно уменьшают токовую наГрузку на узел коммутации. Это ведет к снижению потерь энергии, новышению КПД преобразовател  и повышению надежности его работы Формула изобретени  Тиристорный преобразователь посто нного напр жени  дл  управлени  двигателем посто н ного тока, содержащий два зашунтированных в обратном направлении диодами тиристорных ключа, один из которых включен последователь но между источником питани  и нагрузкой, а второй параллельно нагрузке, цепь последовательной коммутации, два токсюграничивающих реактора, рабочие обмотки и обмотки управлени  которых включены между собой последовательно и согласно, рабоча  обмотка первого токоограничивающего реактора включена по следовательно между источником питани  и нагрузкой, рабоча  обмотка второго соединена последовательно с тиристорным ключом, шунтирующим нагрузку, обмотки управлени  токоограничивающих реакторов подключены через диод к источнику питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности, параллельно диоду, включенному последовательно с обмотками, управлени  токоограничивающих реакторов, подключена дополнительна  цепочка, состо ща  из соединенных последовательно тиристора и ограничительного резистора, причем тиристор включен встречно по отношению к указанному диоду. Источники информа1ши, прин тые во внимание при экспертизе 1. Электротехника, 1968, № 10, с. 42, рис 1в.
2. 2.Патент ФРГ N 2424369, кл. Н 02 М 7/155, 1974.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 692045, кл. Н 02 Р 5/06. 1977.