Мостовой статический преобразователь

253914 Союз Советских Социалистических Республикиоритет Комитет по делам зобретений и открыти при Совете Министров СССРОпубликовано 07.Х,1969. Бюллетень М 31Дата опубликования описания 3.111.970 Авторь изобре Е. Г. Бобр рдена Тру ститута ж цнельсон и отделение Всесоюзногоно-исследовательского итранспор У 3 аявитель ового Красноголез нодорожного ьско наунаме СТАТИЧЕСКИ Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СТО Известны мостовые статические преобразователи, замкнутые накоротко на обмотку сглаживающего дросселя с узлом искусственной коммутации, содержащим коммутирующий конденсатор, включенный между нулевым 5 проводом трехфазной питающей сети и средней точкой цепи, состоящей из двух последовательно включенных коммутирующих тиристоров и подключенной к зажимам цепи постоянного тока. Они не могут быть исполь зованы в качестве компенсаторов реактивной мощности из-за невозможности его запуска, так как для обеспечения перезаряда коммутирующеи емкости коммутационным током за счет запаса энергии в сглаживающем дроссе ле необходимо прежде чем начать процесс искусственной коммутации, обеспечить достаточное накопление этой энергии.Предлагаемый статический преобразователь может быть использован в качестве компенса тора реактивной мощности и запуск его может быть осуществлен за счет того, что он снабжен пусковым тиристором, включенным между общей точкой конденсатора и средней точкой цепи, состоящей из двух последова тельно включенных коммутирующих тиристоров и фазой трехфазной питающей сети, На один из тиристоров моста подается укороченный по сравнению с другими управляющий Импульс, а на пусковой тиристор Открываю- ЗО щии импульс подается в интервале между укороченным импульсом ц очередным импульсом, подаваемым на тиристоры моста.При использовании указанного преобразователя в качестве ком пенсатора реактивной мощности для сети с изолированной цейтралью коммутирующий конденсатор выполнен расщепленным ца трц равные части, соединенные в звезду и присоединенные к трем фазам питающей сети, а нулевая точка звсзды подключена к пусковому тцрцстору.На фиг, 1,а дана схема мостового статцчсского преобразователя, используемого в качестве комценсатора реактивной мощности. состоящего из выпрямителя, выполненного при помощи всцтцлей 1, 2, 3, 4, 5 и 6, соединенных по мостовой схеме, сглаживающего дросселя 8, ца который замкнут накоротко выпрямитель, узла искусственной коммутации, выполненного прц помощи конденсатора 9, вентилей 10 и 11, пускового вентиля 12 и пусковой цндуктцвцостц 7, которая практически не устанавливается, а вместо цее используется индуктивность рассеяния питающего трансформатора, если коммутцрующцй конденсатор присоединен к его пулевой точке, цлц индуктивность рассеяния обмотки электродвигателя, если конденсатор 9 прц индивидуальной компенсации присоединен к нулевой точке обмоток электродвигателя.55 60 65 3На фиг 1,б дана та же схема прсооразова.теля, в которой применены три коммутирующие емкости 9, соединенные в звезду.На фиг. 2 даны диаграммы напряжений, тока и управляющих импульсов.На управляющие электроды основных тиристоров выпрямителя подаются управляющиеимпульсы, начальная фаза которых сдвинутана угол, приблизительно равный 90 эл. град.в сторону опережения по сравнению с фазойуправляющих импульсов при работе выпря.мителя с углом регулирования, равным нулю.Известно, что выпрямитель, замкнутый накоротко, в том случае, когда включеше вентилей происходит с опережением на угол, примерно равный 90 эл. град, работает как компенсатор реактивной мощности.На фиг. 2 даны диаграммы линейных напряжений и токов с указанием номеров проводяцих в данный момент вентилей. Напряжение,которое оказывается приложенным к сглакивающему дросселю В, заштриховано. Это напряжецие имеет шестифазную частоту поотношеншо к частоте сети, а действующеезначение его первой гармонцки в и раз меньше действующего значения линейного напряжения, поэтому величина дросселя получается небольшой,Как видно из линейных диаграмм, в момент, предшествующий коммутации вентцля,напрякение ца его аноде отрицательцо и равно половине амплитуды линейного напряжения, поэтому коммутирующая емкость 9 должна быть заряжена к этому моменту до величины несколько большей, чем половина амплитуды линейного напряжения, причем с такой полярностью, чтобы обеспечить нормальное зажигание коммутирующего вентиля.Для пуска преооразователя используютсяпусковой вентиль 12 и система отпирающихимпульсов разной длительности.Схема работает следующим образом. Прцвключении преобразователя в сеть переменного тока на его зажимах появляется напряжение. В момент времени, когда линейноенапряжение положительно, имеется Возмокность зажигания двух вентилей, которые одновременно в это время открыты. Пусть, например, в момент времени 1, зажглись вентилии 4, когда напряжение У, пройдя через нуль, стало положительным, и через управляющие электроды только этих вентилейв данный момент протекают отпирающие импульсы тока, Вентилии 4 будут гореть домомента 1, когда более положительным становится напряжение С, На вентили 1, , 4,5 и б подаются отпирающие импульсы прямоугольной формы длительностью, примерно,120 эл, град, в то время как на вентиль 2 подается укороченный отпирающий импульс,Поэтому в моменты времени ( (з, ( когдасоответственно линейные напряжения УУи У,становятся более положительнымиодно по отношению к другому, зажигание вентилей 5, б и 1 происходит так же, как и при 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 4работе обычного выпрямителя с углом регулирования, равным нулю.В момент времени 1,- напрякение Установится более положительным, чем С/ и мог бы зажечься вентиль 2, но управляющий импульс у вентиля 2 укорочен и к тому моменту уже снят, поэтому вентиль 2 зажечься не может.В момент времени (, напряжение Установится более положительным, чем Уи на вентиль 3 подается отпирающий импульс, но вентиль 8 также не может зажечься., так как не горит вентиль 2, и ток не может изменить направление в фазах В и С. Кривая выпрямленного напряжения в процессе пуска имеет форму, изображенную на фиг, 2 а более толстой линией.В результате в процессе пуска выпрямитель оказывается в режиме короткого замыкания с углом регулирования, равным нулю, что обеспечивает нарастание величины постоянного тока, текущего через дроссель 8, и накопление в нем необходимого запаса энергии для нормальной работы схемы. Кривая нарастания тока в дросселе показана ца фиг. 2,г.В момент времени 1,.;, как видно на фиг, 2,в, на которой изображены управляющие импульсы всех вентилей, на управляющий электрод пускового вентиля 12 подается короткий отпирающий импульс, в результате чего происходит быстрый заряд конденсатора 9 от фазы А с полярностью, указанной ца фиг. 1. Конденсатор 9 заряжается до напряжения более высокого, чем фазовое, за счет цндуктивности 7.Коммутируюдций вентиль 10 в момент 1, зажечься не может, поскольку заряженный конденсатор 9 создает на его аноде отрицательный потенциал.В момент времени 1, зажигаются вентилии 4, а вентили 1 и 6 гаснут, так как напрякецие Установится более положительным,(аСледует заметить, что при отсутствии укорочения управляющего импульса на вентиле 2 статический компенсатор не мог бы выйти из режима короткого замыкания с помо. щью только пускового вентиля 12.Таким образом, к моменту времени 17 в схеме мостового статического компенсатора реактивной мощности заканчивается пусковой процесс и переходит в нормальное состояние генерирования реактивной мощности. Рассмотрим это состояние. Вентилии 4 теперь уже горят только до момента времени 1 в которой зажигается коммутируощий вентиль 11 и гасит вентиль . Ток, текущий через сглаживающий дроссель, течет теперь через вентиль 11, коммутирующую емкость 9, фазу А и вентиль 4. Коммутирующая емкость перезаряжается до напрякения больше фазово. го, и отпираемый в этот момент вентиль 5 зажигается, несмотря на то, что напряжение С, отрицательно.5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 Вентили 4 и 5 горят до момента ,. Зажигается второй коммутирующий вентиль 10, гасит вентиль 4 и обеспечивает псрезаряд коммутирующей емкости снова на прежнюю полярность, в результате чего становится возможным зажигание вентиля 6. Этот процесс непрерывно повторяется и статический компецсатор автоматически вводится в режим генерирования реактивной мощности,Если теперь сравнить кривые фазовых напряжений с кривыми первых гармоник тока. то оказывается, что ток опережает напряжение на угол, близкий к 90 эл. град. Величина тока легко регулируется изменением фазы управляющих импульсов Кривые токов, текущих через вентили, в режиме генерирования реактивной мощности изображены на фиг. 2,6.Исполненис мостового статического преобразователя, используемого в качестве компенсатора реактивной мощности по схем с фиг. 1,б, имеет следующие особенности.Коммутирующая емкость 9, присоединенная к общей точке коммутирующих вентилей 10 и 11, расщепляется на гри равные части, соединецныс в звезду, ц присоединяются к трем фазам питающей сети или трансформатора независимо от наличия вывода сго нулевой точки. Это позволяет осуществить схему мостового преобразователя и при соединении обмоток питающего трансформатора в треугольникк.В схеме преобразователя с расщепленной коммутирующей емкостью при зажигании одного из коммутирующих вентилей 10 или 11 происходит мгновенное гашение соответствующего рабочего вентиля, так как в контуре коммутации нет индуктивности за исключением индуктивности соединительных проводов. Для ограничения обратного тока в контур коммутации можно поставить небольшую индуктивность, В результате увеличивается время, предоставляемое ца восстацоввается время, предоставляемое на восстановление управляемости вентилей, что позволяет емкости.При этом коммутация токов в фазах пцтающего трансформатора происходит постепенно независимо от коммутации вентилей, что снижает величину э.д.с. самоицдукцип и импульсов перенапряжений в анодных цепях. Условия работы вентилей также облегчаются, так как уменьшаются скачки напряжения.В процессе коммутации все емкости 9 заряжаются одновременно, причем ток через каждую из них стремится к одной трети тока коммутации таким образом, что оци оказываются включенными в процессе коммутации параллельно, поэтому их суммарная емкость примерно соответствует емкости конденсатора 9 в схеме фиг. 1,а. Потенциал нулевой точки трех емкостей 9 в промежутках между коммутациями по отношению к нулевой точке питающей сети имеет или положительное значепце цли отрицательное, в зависимости от того, какой цз коммутирующих вентилей 10 илц 11 был перед этим включен. Велгнггггга этого потенциала больше фазового напряжения за счет ццдуктивцостц 7. В рсзультате схема 1,б работает принципиально так же, как ц схема 1,а, с учетом указанных особенностей.Наряду с этим конденсаторы 9, будучи постоянно присоединены к сстц вд вцскоммутаццонный период, сами по седе повышают коэффициент мощности, чего цст в схеме 1,а.К достоинствам предлагаемого статического преобразователя следует отнести тагжс возможность присоединения его непосредственно к сети без силового трансформатора.Узел искусственной коммутации, состоящий цз двух вентилей, к общей точке которых присоединена емкость, расщепленная ца трц равные части и подключенная к трем фазам трансформатора, целесообразно применять не только в компецсаторе реактивной мощности, цо и в мостовом зависимом ццверторе, ведомом сетью.Предлагаемый мостовой статический преобразователь может быть применен на понижающих ц повышающих подстанциях всех потребителей электрической энергии, а также для компснсациц реактивной мощности отдельных пдтреоцтслей. Предмет изобретения1. Мостовой статический преобразователь на тцристорах, замкнутый накоротко на обмотку сглаживающего дросселя с узлом искусственной коммутации. содержащий коммутирующий конденсатор, два последовательно включенных коммутирующих тцрцстора, подключенных к зажимам цепи постоянного тока, от,гичающийся тем, что, с целью использования указанного преобразователя в качестве ком пенсатора реактивной мощности и осуществления его запуска, оц снабжен пусковым тир цстором, включенным между общей точкой конденсатора ц средней точкой цепи, состоящей цз двух послсдовательггд включенных коммутирующих тцрцсторов ц фазой трехфазной питающей сети, причем ца один пз тцрцсторов моста подастся укороченный по сравнению с другими управляющий импульс, а на пусковой тцрцстор открываюгццйимпульс подастся в интервале между укороченным импульсом и очередным импульсом. подаваемым ца тирцсторы моста.2. Преобразователь по п. 1. от,тчаюгггггггся тем, что, с целью использования указанного преобразователя в качестве компсцсатора реактивной мощности для сстц с изолированной цейтралью, коммутирующий конденсатор выполнен расщепленным на три равные части, соединенные в звезду и присоединенные к трем фазам питающей сети, а нулевая точка звезды подключена к пусковому типистору.аказ 3876 Тираж 480 Поди нсно ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров ССС Москва )К, Раушская наб., д. 4 п 5ннографня, пр Сапунов