SU1179499A1 - Однофазный реверсивный преобразователь с искусственной коммутацией - Google Patents

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано .для улучшения энергетических и динамических показателей двухкомплектных реверсивных однофазных преобра- 5 зователей с нулевым выводом, получающих широкое применение в электроприводе малой и средней мощности.

Цель изобретения - упрощение преобразователя. 10

На фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя с двумя разделительными диодами; на фиг. 2 и 3 - преобразователь с одним разделительным диодом; на фиг. 4 - ди- 15 аграммы электромагнитных процессов в преобразователе; на фиг. 5 - . временные диаграммы выходного напряжения (а) и тока (б) преобразователя, диаграммы состояния вентилей (г) ₂0

прй отработке управляющего сигнала (в), которые иллюстрируют работу преобразователя в режиме многократного переключения тиристоров на периоде сети. 25

На чертежах обозначено и_к, ί_κ напряжение и ток к-го элемента схемы; и_у, и_ср- управляющее и опорное напряжения в системе импульсно-фазо- <. вого управления тиристорами; - ₃θ

управляющее напряжение’к-го тиристора.

Устройство (фиг. 1) содержит силовые тиристоры 1-4, образующие встречно-параллельно включенные пары: на тиристорах 1 и 3 и тиристорах 2 и 4.

Указанные пары тиристоров одними выводами подключены к вторичной обмотке трансформатора 5, выполненной со средним выводом, образующим первый выходной вывод, а свободные выводы пар тиристоров 1—4 объединены, образуя второй выходной вывод для подключения нагрузки 6.

Преобразователь содержит также 45 узел искусственной коммутации, включающий в себя однофазный мост на коммутирующих диодах 7-10, диагональ переменного тока которого подключена к вторичной обмотке трансформатора 5,50 а в диагональ постоянного тока включены последовательно соединенные коммутирующий конденсатор 11 и дроссель 12, зашунтированные в проводящем направлении моста коммутирующим тирис- 55 тором 13, а также разделительный диод 14, соединенный анодом с катодом коммутирующего тиристора, к аноду

которого катодом подключен разделительный диод 15, причем другие разноименные выводы разделительных диодов объединены и подключены к второму выходному выводу.

При таком построении узел искусственной коммутации может служить для поочередного проведения искусственной коммутации в обеих вентильных группах реверсивного преобразователя. Это может быть необходимо для управления преобразователем по способу многократного включения тиристоров на периоде, сети или, например, при использовании данного устройства в качестве непосредственного преобразователя частоты.

Работу устройства рассмотрим вначале при однократном включении тиристоров. Достоинством реверсивных преобразователей с искусственной коммутацией является возможность реализации совместного согласованного управления вентильными группами без уравнительных токов. Для этого необходимо, чтобы одна, например, катодная группа тиристоров, работала с опережающими углами управления -ίϊΎοί_κ<Ο при искусственной коммутации, а другая, например, анодная группа, работала с отстающими углами управления с естественной

коммутацией. При условии // = οί кривые мгновенных напряжений на выходах вентильных групп будут идентичными, и необходимость в уравнительных дросселях отпадает. Полагаем также, что катодная группа работает в выпрямительном режиме с углами управления, по модулю не превышающими /к\/<90 эл. град., а анодная группа управлением подготовлена к инверторному режиму, работая с углами, большими с€о,>90 эл. град. Так как с искусственной коммутацией в этом случае должна работать лишь одна вентильная группа, преобразователь может быть выполнен без диода 15 в более простом варианте (фиг. 2). Для иллюстрации процессов '6 преобразователе в режиме однократного включения тиристоров служат временные диаграммы напряжений и токов (фиг.4).

При подключении преобразователя

к питающей сети конденсатор с помощью коммутирующих диодов будет заряжен с полярностью, указанной на

схеме без скобок. Ввиду наличия в

4

3 1 1 7(

контуре заряда индуктивных элементов начальное напряжение на конденсаторе устанавливается на уровне, превышающем амплитуду напряжения на вторичной обмотке трансформатора₅ и поэтому диоды 7-10 оказываются запертыми. Пусть ток нагрузки протекает по цепи, содержащей левую полуобмотку, тиристор 2 и нагрузку 6.

В начале коммутации управляющие им- ί пульсы подаются одновременно на очередной силовой тиристор 4, коммутирующий тиристор 13, а также в соответствии с правилом совместного согласованного управления на тирис- ί тор 3 инверторной группы. При этом происходит вспомогательный колебательный перезаряд конденсатора по цепи, содержащей тиристор 13 и дроссель 12. После окончания вспомо- 2 гательного перезаряда полярность напряжения на конденсаторе будет показана в скобках. Последующий за этим обратный рабочий перезаряд происходит по двум параллельным конту- 2 рам, один из которых содержит дроссель 12, диоды 7 и 8, а другой дроссель 12, диод 14, встречновключенный тиристор 2 и диод 8. В момент времени, когда составляющая 3

тока обратного перезаряда сравнивается с прямым током нагрузки в тиристоре 2, последний выключается.

После выключения к тиристору 2 в течение примерно полупериода собст- $ венных колебаний коммутирующего узла прикладывается обратное напряжение, выделяющееся на диодах 7 и 8.

На этом промежутке времени также восстанавливает запирающую способность коммутирующий тиристор 13. После выключения тиристора 2 ток левой полуобмотки трансформатора начинает уменьшаться, протекая по цепи, содержащей диод 8, конденсатор 11, . 4

дроссель 12, диод 14 и нагрузку 6.

При этом конденсатор будет дозаряжаться, имея вновь полярность напряжения, указанную на’ схеме без скобок. Под воздействием напряжения на кон-' 51 денсаторе ток нагрузки начинает переходить в цепь очередного силового тиристора 4. Коммутация завершается, когда весь ток переходит в правую . полуобмотку трансформатора с тирис- 5: тором 4, и диоды 7-10 оказываются вновь запертыми. Коммутация тока из тиристора 4 в тиристор происходит

аналогично. В инверторном режиме ком мутация тока б тиристорах 1 и 3 происходит естественно по обычным правилам.

г Преобразователь работает аналогичным образом, если искусственная коммутация осуществляется в анодной группе, а катодная группа тиристоров работает с естественной коммута3, дней. В этом случае упрощенный вариант преобразователя без диода 14 имеет вид, показанный на фиг. 3.

Искусственную коммутацию в данном устройстве рассмотрим на примере пе5 ревода тока нагрузки из тиристора 1 в тиристор 3. После подачи управляющих импульсов на тиристоры 3, 13 и 4 происходит вспомогательный перезаряд конденсатора по цепи тиристора 13

3 и дросселя 12. Обратный рабочий перезаряд также происходит по двум параллельным контурам, один из которых содержит дроссель 12, диоды 7 и 8, а другой - дроссель 12, диод 7,

? встречновключенный тиристор 1 и диод 15. После включения тиристоры 1 и 13 также имеют возможность восстановить запирающую способность под воздействием обратного напряжения,

} выделяющегося на диодах 7 и .8. При этом ток левой полуобмотки трансформатора вынужден замыкаться по цепи, содержащей нагрузку 6, диод 15, конденсатор 11, дроссель 12, диод 7,

. уменьшаясь и дозаряжая конденсатор. При этом ток правой полуобмотки начинает возрастать, втекая в очередной силовой тиристор 3. Коммутация также завершится, когда диоды 7-10

, под воздействием напряжения на конденсаторе окажутся запертыми.

Очевидно, что основные свойства и характеристики обоих рассмотренных вариантов преобразователя одинаковы,

^: и предпочтение тому или другому может быть дано лишь в конкретных условиях практического применения. В обоих вариантах преобразователь потребляет ток из питающей сети с опережающим

ι относительно напряжения фазовым сдвигом, благодаря чему он может быть отнесен к категории компенсационных выпрямителей. Известно, что компенсационные выпрямители работают с опере^; жаыщим коэффициентом сдвига и поэто—

му способны генерировать реактивную

мощность в сеть, причем в том же

объеме, в каком обычные выпрямители

5

1179499

6

ее потребляют. Однако функциональные возможности более сложного варианта устройства (фиг. 1) не ограничиваются указанной областью применения. Наличие узла искусственной коммутации (фиг. 1) позволяет управлять преобразователем при многократном включении тиристоров на периоде сети и тем самым существенно расширить его частотную полосу пропускания. Такую возможность иллюстрируют диаграммы (фиг. 5). Протекание коммутаций в вентильных группах данного преобразователя происходит ана.логично и поэтому не рассматривается. При многократном включении управление вентильными комплектами также целесообразно производить по совместному согласованному способу, устраняющему возможность появления уравнительного тока в статических и динамических режимах. Для этого, как следует из диаграмм состояния вентилей (фиг. 5 и 3), управляющие импульсы подаются одновременно на оба противофазных тиристора, подключенных к одной полуобмотке трансформатора.

На этих диаграммах участки проводящего состояния вентилей зачернены. Полагается, что управление тиристорами ведется в соответствии с известным вертикальным принципом, при этом моменты переключений тиристоров находятся в точках пересечения управляющего иу и опорного и_оп напряжений (фиг. 5 6). Кроме того, для улучшения формы выходного напряжения, осуществляются-дополнительные коммутации в моменты перехода сетевого напряжения через О,

'н, 2((, ... Управляющие импульсы для коммутирующего тиристора и формируются при условно положительном токе нагрузки (βΐβη ί₆=1) на возрастающих участках опорных напряжений, а при отрицательном токе нагрузки (з1§п г_Б=-1) - на убывающих участках опорных напряжений. Из диаграммы видно, что на интервале О - ν_ζ при положительных значениях напряжения управления и тока нагрузки работают поочередно тиристоры 1 и 3, при этом включения тиристора 3 в данном случае происходят с искусственной коммутацией, а включения тиристора 1 - с естественной коммутацией. На этом интервале преобразователь большую часть времени работает в выпрямительном режиме. На интервале У₂-24( в работе поочередно находятся тиристоры 2 и 4. На участке К-У₂ в связи с убыванием управляющего сигнала и последующей сменой, его знака преобразователь большую часть времени работает в инверторном режиме Аналогично протекают процессы при отрицательных значениях управляющего напряжения и тока нагрузки. Из представленных диаграмм следует, что при многократном включении тиристоров преобразователь имеет большее быстродействие, так как приобретает способность отрабатывать управляющие воз действия с частотой, превышающей частоту питающей сети. Уровень начального напряжения на обкладках коммуI

тирующего конденсатора в данном устройстве не зависит от угла управления тиристорами и тока нагрузки, в связи с чем регулировочные свойства преобразователей с независимой колебательной коммутацией не уступают свойствам обычных преобразователей с естественной коммутацией.

1179499

1179499

«ч?*·

ί и***·

сь.

( ^пматама

«&

ί"4

<м

.мягячг.цд^

<$м» с\1

X?'"· Хр

^_4±^|ΐζν*νΛ^ >

7 Т

1179499

О

1179499

Фиг. 5

Claims (1)

1. ОДНОФАЗНЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ, содержащий однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена со средним выводом, образующим первый выходной вывод, а каждый из свободных .выводов обмотки подключен к паре силовых тиристоров, а также узел искусственной коммутации, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, первичная обмотка трансформатора образует входные выводы, указанные пары силовых тиристоров включены встречно-параллельно, свободными объединенными выводами образуя второй выходной вывод, а узел искусственной коммутации выполнен в виде коммутирующих диодов, образующих однофазный мост, диагональ переменного тока которого подключена к свободным выводам вторичной обмотки, а в диагональ постоянного тока включены коммутирующий конденсатор и дроссель, зашунтированные в проводящем направлении моста коммутирующим ти•ристором, при этом диагональ постоянного тока моста подключена с помощью одного или двух дополнительно введенных обратных разделительных диодов к второму выходному выводу одним· или двумя выводами постоянного тока.

   М

   &

   СО

   СО

   ί 1179499 2