CS206866B1 - Zapojení měniče s vlastní komutací - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení měniče s vlastní komutací, jehož výstupní svorky jsou připojeny ke dvěma napájecím stejnosměrným svorkám vždy dvěma hlavními tyristory.

; Při aplikaci měničů s vlastní komutací vzniká problém většího počtu aktivních i pasivních součástek než u měničů s vnější komutací. Tento problém narůstá zvláště u reversačních zapojení stejnosměrných pulsních měničů a zejména u střídačů. Pro aplikace těchto měničů na trakčních vozidlech je otázka omezení aktivních a především pasivních součástek otázkou základní důležitosti.

Dosud známá zapojení střídačů nešetří v dostatečné míře zejména pasivní součástky. U proudových střídačů buď roste váha komutačních kondenzátorů pro zachycení i jalové energie nebo přibývá . navíc další měnič s kapacitní zátěží, odkud se jalová energie odvádí buď ztrátově do odporů nebo; užitečně do zdrojů pomocí dalšího řízeného měni- J če, tedy zapojení značně náročné na rozměry, cenu a váhu. U napěťových střídačů známých zapojení je ! snaha omezit rozměry a váhu komutačních kon denzátorů užitím skupinové komutace. I zde však : vznikají problémy. Při skupinové komutaci jednot-¹ ; livých fází je třeba oddělit můstek hlavních tyristoi rů od můstku zpětných diod, přes které se tu j převádí i proud komutačního obvodu. U dosud : užívaných zapojení je to provedeno indukčnostmi, zapojenými do jednotlivých fází střídače. Jejich rozměry a váha jsou značné, neboť musí být ; dimensovány na fázový i komutační proud. Navíc | : půsbbí jalové úbytky ve fázových napětích a vedou ! ke vzniku okruhových proudů. Z toho důvodu ; nelze jejich indukčnost volit optimálně z hlediska | i komutačního obvodu, tím narůstá velikost komu- j tační kapacity a vypínácí schopnost měniče- je ! omezena.

Všechny tyto problémy řeší zapojení měniče s Slastní komutací podle vyhálezu, jehož podstata . spočívá v tom, že zpětné diody měniče jsou ke i í d^ěma napájecím stejnosměrným svorkám připo-;

; je^iy póly opačné polarity než hlavní tyristory [ ’ a zbývající pól každé zpětné diody je přes alespoň j ; jeden komutační tyristor připojen na alespoň;

• jednu výstupní svorku měniče. Na společné uzly j i zpětných diod a komutačních tyristorů jsou komu- ( i tačními svorkami připojeny komutační obvody, , jejichž alespoň jedna napájecí svorka je připojena j > alespoň k jedné napájecí stejnosměrné svorce ‘ měniče.

i Výhodné je zapojení, ve kterém je alespoň jeden komutační obvod připojen komutační svorkou přes alespoň jeden oddělovací tyristor k alespoň ('jednomu společnému uzlu zpětné diody a komutačního tyristorů. i

Zapojení měniče s vlastní komutací podle vyná- i lezu zachcrvává výhody napěťového střídače včetně možnosti šířkové impulsní modulace, odstraňuje však indukčnosti ve fázích a redukuje počet pasivních součástek užitím skupinové komutace. U některých variant zapojení dle vynálezu je možno zredukovat i počet aktivních součástek měniče. ^f Na přiložených výkresech j sou znázorněny různé varianty měniče s vlastní komutací podle vynálezu. Na obr. 1 je příklad zapojení jedné fáze obvodu měniče se dvěma komutačními obvody, na obr. 2 je jiný příklad zapojení jedné fáze měniče, kde je užito jednoho komutačního obvodu a oddělovacích tyristorů.

Na obr. 3 a 4 jsou příklady zapojení trojfázových můstkových střídačů se skupinovou komutací. Příklad zapojení střídače s rozdělenými fázemi, vhodného pro větší výkony ukazuje obr. 5. Na obr.

je zapojení podle vynálezu použito v příkladu čtyřkvadrantového stejnosměrného reversačního pulsního měniče.

Základní funkce zapojení měniče s vlastní komutací podle vynálezu bude popsána podle obr. 1.:

Hlavní tyristory 1, 1' se sériově řazenými ochrannými indukčnostmi 2, 2' tvoří jednu fázi měniče, například střídače. Zpětné diody 3,3' jsou zapojeny na napájecí stejnosměrné svorky 4, opačnou polaritou než hlavní tyristory 1, 1'.Zbývající póly zpětných diod 3, 3' jsou připojeny na výstupní svorku 6 přes komutační tyristory 7,7'. I Dva komutační obvody 8, 8', sloužící k vypínání hlavních tyristorů 1,1' jsou připojeny mezi napájecí stejnosměrné svorky 4, 5 a společné uzly 9, 9' zpětných diod 3,3' a komutačních tyristorů 7,7'.

Vede-li např. první hlavní tyristor 1 proud I z kladné napájecí stejnosměrné svorky 4 přes první ochrannou indukčnost 2 do výstupní svorky 6 je možno ho vypnout prvním komutačním obvodem 8, na jehož komutační svorce 10 je proti jeho napájecí svorce 11 kladný potenciál, sepnutím prvního komutačního tyristorů 7. Výbojem z prv- i ního komutačního obvodu 8 se potlačí proud j prvního hlavního tyristorů 1 a převede se do ! prvního komutačního obvodu 8 cestou: kladná napájecí stejnosměrná svorka 4, první komutační obvod 8, první komutační tyristor 7, výstupní í svorka 6. Kladný potenciál na komutační svorce 10 prvního komutačního obvodu 8 vytváří ochrannou dobu pro vypnutý první hlavní tyristor 1. Po přebití prvního komutačního obvodu 8 proudem zátěže na kladnou polaritu jeho napájecí svorky 11 a zápornou polaritu komutační svorky 10, dojde při rovnosti tohoto napětí s napětím na napájecích stejnosměrných svorkách 4, 5 k sepnutí první zpětné diody 3 a jalový proud zátěže se pak převádí ze záporné napájecí stejnosměrné svorky 5 přes první zpětnou diodu 3, první komutační tyristor do výstupní svorky 6.

Pak je možno sepnout znovu první hlavní tyristor 1, při šířkově impulsní modulaci, obvodem: kladná napájecí stejnosměrná svorka 4, první hlavní tyristor 1, první ochranná indukčnost 2, první komutační tyristor 7, první-zpětná dioda 3, záporná napájecí ₍ stejnosměrná svorka 5. Jalový proud se v první! zpětné diodě 3 a prvním komutačním tyristorů ! 7 přeruší a pokračuje vedení činného prouduJ z kladné napájecí stejnosměrné svorky 4 do výstupní svorky 6. Celý děj je možno opakovat a tím, pulsně řídit proud tekoucí do výstupní svorky 6.

Pro opačnou polaritu proudu slouží druhý hlavní tyristor 1' s druhou ochrannou indukčnosti 2', druhým komutačním obvodem 8', druhým komutačním tyristorem 7' a druhou zpětnou diodou 3'. Reverzace směru výstupního proudu probíhá takto: první hlavní tyristor 1 byl vypnut prvním; komutačním tyristorem 7, takže jalový proud do výstupní svorky 6 protéká ze záporné napájecí stejnosměrné svorky 5 první zpětnou diodou 3 a prvním komutačním tyristorem 7. Druhý hlavní tyristor 1' je po uplynutí nutné ochranné doby i uveden trvalým zapínacim impulsem do vodivého i stavu, takže sepne okamžitě po zániku jalového proudu v první zpětné diodě 3 a v prvním komutačním tyristorů 7.

Přínos popsaného zapojení proti známým řešei ním je v tom, že se při přebíjení prvního komutač-; ního obvodu 8 neuplatní jeho shuntování druhou ; zpětnou diodou 3', která je oddělena vždy alespoň: i jedním nevodivým komutačním tyristorem

- v tomto případě 7'. Indukčnosti pro přebíjení' komutačních obvodů jsou optimálně řešeny přímo v nich a nemusí být řazeny do fází měniče, jak je tomu u známých zapojení.

Obr. 2 znázorňuje zapojení měniče s vlastní komutací podle vynálezu, ve kterém je na rozdíl od obr. 1 užito společného komutačního obvodu 8 pro i vypínání obou polarit výstupního proudu. Navíc jsou zde použity oddělovací tyristory 12,12' pro střídavé vypínání horní a dolní větve měniče. Oddělovací tyristory 12, 12' jsou zapojeny mezi i uzly 9, 9' zpětných diod 3, 3' a komutačních ! tyristorů 7,7' a komutační svorku 10 komutačního | obvodu 8. Různé úsporné možnosti, které přináší i zapojení podle vynálezu pro konkrétní měniče ukazují další obrázky.

Na obr. 3 je znázorněn trojfázový můstkový střídač s jedním komutačním obvodem 8, vhodný zejména pro obdélníkové řízení, bez impulsní regulace výstupního napětí. í

Aby byly znázorněny odpovídající vztahy mezi: obr. 1 a obr.*3, byly označeny v obr. 3 fáze R, S, T a prvky v nich značeny shodně s fází na obr. 1. Toto zapojení obsahuje pouze dvě zpětné diody 3, 3'. Jalové proudy jednotlivých fází zátěže převádějí s nimi v sérii řazené komutační tyristory 7, 7' — pro každou fázi dva, které též naopak blokují nežádoucí shuntování komutačního obvodu 8 při přebíjení. Například pro výstupní svorku 6 ve fázi R platí: činný proud z kladné napájecí stejnosměrné svorky 4 přes první hlavní tyristor 1 a první ochrannou indukčnost 2 je vypnut při polaritě a na komutačním kondenzátoru 80 sepnutím vypínacích tyristorů 81 a 83 a prvního komutačního tyristorů 7 ve fázi R. Nežádoucímu shuntování komutáčního obvodu 8 druhou zpětnou diodou 3'J brání nevodivý druhý komutační tyristor 7' opět ve Ί fázi R. Po přerušení proudu prvního hlavního I tyristoru 1 se přebíjí komutační kondenzátor 80 ) ¹ jednak přes vypínací tyristory 81, 83 a první ί : komutační tyristor 7 zátěžným proudem do výstup- i ní svorky 6, fáze R, a též kmitavým obvodem, tvořeným překmitovou indukčností 85 a překmito- ί vou diodou 86. Po přebití komutačního kondenzá- > tom 80 na hodnotu napětí napájecích stejnosměr- | ných svorek 4, 5 v polaritě β Sepne první zpětná ; dioda 3 a vede jalový proud do výstupní svorky 6, | fáze R, ze záporné napájecí stejnosměrné svorky ξ 5 přes první komutační tyristor 7. Vypínací tyristo- ; ty 81; 83 rozepnou. Při opačné polaritě proudu ; téže fáze spíná druhý hlavní tyristor 1' a je vypínán při polaritě β komutačního obvodu 8 vypínacími i tyristory 82, 84 a druhým komutačním tyristorem ! 7'. První komutační tyristor 7 nyní blokuje nežádoucí shuntování komutačního obvodu 8 první j zpětnou diodou 3. Opačný směr jalového proudu přebírá druhá zpětná dioda 3' spplu s druhým komutačním tyristorem 7'.

Výhodou je kromě odstranění kmitavých indukčností z fází měniče, ochranné indukčností 2,2' mají malou hodnotu, ještě úspora počtu zpětných diod.

I Obr. 4 ukazuje zapojení trojfázového můstkového střídače, které je vhodné pro šířkové impulzní řízení výstupního napětí. Při šířkově impulzní modulaci napětí se vyskytuje potřeba vypínat hlavní tyristorý 1 dvou fází například RaS v době, jedy třetí fáze T vede do výstupní svorky 6 jalový proud přes první zpětnou diodu 3 a první komutační tyristor 7. Aby tento jalový proud nebyl vypíná-, cím impulsem ovlivňován jsou užity oddělovací tyristory 12,12'. ' ' _J (' |206866

Ve zvoleném příkladu při vypínání prvních hlavních tyristorů 1 ve fázi R a S sepnou například vypínací tyristory 81, 83 v prvním komutačním obvodu 8, dále první oddělovací tyristory 12 odpovídající fázím R a S a první komutační tyristory 7 opět ve fázích RaS, zatímco první oddělovací tyristor ve fázi T odděluje první komutační tyristor 7 i první zpětnou diodu 3 ve fázi T, jež vedou jalový proud, od prvního komutačního obvodu 8.

Na obr. 5 je nakreslen příklad střídače velkého výkonu, jehož každá oddělená fáze je napájena ; jednofázovým můstkovým zapojením, tvořeným čtyřmi hlavními tyristory: 1,1 v horních a 1', Γ v dolních větvích, dále čtyřmi komutačními tyristory 7, 7', 7, 7' a dvěma zpětnými diodami 3,3'. Oddělovací tyristory 12,12' jsou pro každou fázi užity rovněž dva. Tímto zapojením je možno dosáhnout bez paralelního zapojení hlavních tyristorů a při stejně dimensovaných komutačních obvodech dvojnásobního výkonu ve srovnání s příkladem obr. 4. Aktivních i pasivních prvků je přitom mnohem méně než dvojnásobek.

Využití zapojení podle vynálezu pro čtyřkvad-; rantový stejnosměrný reversační pulsní měnič uka-! zuje obr. 6. Pro jeden směr jízdy slouží dvojice hlavních tyristorů — například první a třetí 1 a 1',! dvojice komutačních tyristorů rovněž první a třetí 7 a 7'. Pro opačný směr jízdy slouží druhý a čtvrtý hlavní tyristor 1' a 1 a druhý a čtvrtý komutační tyristor 7' a 7. Dvojice zpětných diod 3,3' slouží pro oba směry jízdy. '

Hlavní výhodou zapojení měniče s vlastní komutací podle vynálezu je odstranění indukčností z fází měniče. Další výhody spočívají v úspoře aktivních a pasivních součástek.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT

   VYNÁLEZU

   I 1: Zapojení měniče, s vlastní komutací, jehož !

   Výstupní svorky jsou připojeny ke dvěma napájecím Stejnosměrným svorkám vždy dvěma hlavními ‘ tyristory, vyznačené tím, že zpětné diody (3, 3') měniče jsou ke dvěma napájecím stejnosměrným ; svorkám (4, 5) připojeny póly opačné polarity než I hlavní tyristory (1,1') a zbývající pól každé zpětné ; diody (3, 3') je přes alespoň jeden komutační [ tyristor (7,7') připojen na alespoň jednu výstupní 5 Svorku (6) měniče, přičemž na společné uzly (9,9’) zpětných diod (3, 3') a komutačních tyristorů (7,

   Γ7'j jsou komutačními svorkami (10,10') připojeny \ komutační obvody (8, 8'), jejichž alespoň jedna napájecí svorka (11, 11') je připojena alespoň k jedné napájecí stejnosměrné svorce (4, 5) měniče.
2. 2. Zapojení měniče s vlastní komutací podle bodu 1, vyznačené tím, že alespoň jeden komutační obvod (8) je komutační svorkou (10) připojen přes alespoň jeden oddělovací tyristor (12, 12') k alespoň jednomu společnému uzlu (9,9') zpětné diody (3, 3') a komutačního tyristoru (7, 7').