Выпрямитель с искусственной коммутацией

111 519832 Союз Советских Социалистических Республик61) Дополнительное 22) Заявлено 18,07,7 вид-ву 51) Ч Кч 2 Н 02 М 7/15 1) 1943874 0 рисоелинением заявкиГосударственнын комитет Совета Министров СССР(2 оритет Щ 4у агазинни азинни изобретения 1) Заявитель орьковский политехнический институт им. А. А. Жданова) ВЫПРЯМИТЕЛЬ С ИСКУССТВЕН НОЙ КОММУТАЦИ ЕЙ Известны управляемые выпрямители с искусственной коммутацией тиристоров 11, 2, содержащие силовой тиристорный мост и узел принудительной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами с конденсаторной коммутацией, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов. Однако эти схемы могут работать в ограниченном диапазоне нагрузок, так как внешние их характеристики существенно искажаются в области малых токов.Недостаток этот объясняется тем, что в межкоммутационном интервале необходим дозаряд коммутирующего конденсатора отвнешнего источника, что и приводит к увеличению напряжения на нагрузке в области малых токов и делает непригодным использование таких выпрямителей для широко регулируемого электропривода. Кроме того, для заряда или дозаряда конденсатора в динамических режимах работы выпрямителей требуется сравнительно мощный источник э. д. с.Описываемый выпрямитель отличается от известных тем, что между входными зажимами указанных силового и вспомогательного мостов включены вторичные обмотки вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены ко входным зажимам силового моста. Это обеспечивает жесткость внешней (илинагрузочной) характеристики и позволяет несколько улучшить технические показатели за счет уменьшения мощности вспомогательного источника дозаряда.На фиг, 1 представлена схема выпрямителя;на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу выпрямителя.Выпрямитель содержит силовой мост 1, 10 подключенный входными зажимами к питающей сети, а выходными - к нагрузке 2. К входным зажимам силового моста подключены первичные обмотки вольтодобавочного трансформатора 3, а его вторичные обмотки 15 включены между входами силового моста ивспомогательного моста 4, На выход моста 4 включен конденсатор 5, Между выходами силового и вспомогательного мостов включены ключи 6 и 7, схемы которых идентичны, Для 20 первоначального заряда конденсаторов и запуска преобразователя служит маломощный вспомогательный источник 8.Перед началом работы выпрямителя конденсатор 5 заряжен от источника 8 до напря жения, несколько большего, чем амплитудалинейного напряжения питающей сети. От этого же источника заряжены конденсаторы С, ключей 6 и 7 через нагрузку и высокоомные сопротивления, шунтирующие тиристоры 30 Т. (на схеме эти сопротивления не показаны).При этом конденсатор С. ключа 6 заряжена конденсатор обкладке, Оба поэтому ниже ключа 6. 5 0(12) 55 б 0 б 5 3плюсом на правой обкладке,ключа 7 - плюсом на левойключа работают синхронно,рассматривается лишь работа Допустим, что ток нагрузки 1 д протекает через силовой тиристор в анодной группе моста и фазу С и силовой тиристор в катодной групме моста и фазу А (на фиг. 1 показано сплошными стрелками), Пусть в момент 1 ю (фиг.2) необходимо скоммутировать ток в фазу В (пунктирная стрелка). Включается тиристор Т, и конденсатор С начинает перезаряжаться по контуру +, С Т й 1.Н Сн. Через отпертые тиристоры Т ключей 6 и 7 к нагрузке оказывается приложенным напряжение конденсатора 5, большее, чем амплитуда линейного напряжения. Тем не менее ток в фазе А сразу исчезнуть не может, так как в питающей сети всегда есть индуктивность (реакторы при бестрансформаторном преобразователе или индуктивность рассеяния обмоток трансформатора), Под действием э.д. с. самоиндукции и э.д. с. сети ток продолжает протекать по фазе А в течение некоторого времени, но не через силовой тиристор этой фазы, а через диод моста 4 и тиристор Т, так как параллельно силовому тиристору кроме диода включено небольшое напряжение фазы вольтодобавочного трансформатора 3, причем это напряжение в диапазоне углов - 150 эл. град.а(30 эл, град, в трехфазных схемах и - 180 эл. град. (а 0 эл. град. в однофазных схемах направлено плюсом к катоду запираемого силового тиристора. Таким образом, практически во всем рабочем диапазоне опережающих углов включения преобразователя (т. е. при искусственной коммутации вольтдобавочный трансформатор обеспечивает мгновенный переход тока в цепь моста 4, который будет отперт, пока не израсходуется электромагнитная энергия, накопленная в индуктивностях 1,з в предкоммутационный период. В интервале 1 ю - 1, (фиг. 2, а) черезтиристор Т протекает сумма двух токов: перезаряда С и тока нагрузки. К моменту 1, Св полностью перезарядится и напряжение на его обкладках изменит знак (активные потери не учитываются). Тиристор Т продолжает быть отпертым, так как через него идет ток 1 а, равный сумме двух токов: убывающего тока фазы А (в фазе С процесс идентичен) и возрастающего тока конденсатора 5.В момент 1 когда ток фазы А близок к нулю, а ток конденсатора 5 почти достиг тока нагрузки 1 д включается Т и происходит колебательный перезаряд С, в ходе которого ток в Т спадает до нуля (момент 14) и в течение времени 1 в тиристор Т запирается (1 в) времени восстановления). В интервале 14 - 1 ю весь ток нагрузки идет через конденсатор 5 и смещенный диод .О,. В момент 1 ю токперезаряда Сстановится меньше тока нагрузки, Р запирается. В это же время подаетсяотпи 15 20 25 30 35 40 4рающий импульс на силовой тиристор фазы В в катодной группе (импульс на силовом тиристоре фазы С анодной группы имеется при широких управляющих импульсах либо передается повторно через 60 эл. град. при узких управляющих импульсах). Поскольку в момент 1 ю диод Й заперт, ток нагрузки под действием э.д.с, самоиндукции не прервется, а будет идти по двум ветвям: через С, завершая его перезаряд, и через фазы С и В, к которым через мост 4 подключен конденсатор 5. Напряжение на Сввиду его малой емкости по сравнению с конденсатором 5 быстро возрастает, ток в цепи Св к моменту 1, становится равным нулю (ось этого тока смещена относительно оси 1 на фиг. 2,а). Ток в В и С не может мгновенно нарасти из-за индуктивности 1,в, поэтому с момента 1, ток нагрузки идет по двум ветвям: через конденсатор 5, постепенно убывая, и через фазы сети, постепенно возрастая, Когда ток в фазах В и С станет равным току нагрузки, ток через конденсатор 5 спадет до нуля, коммутация закончится. Если пренебречь активными потерями и считать Ьа1.в(Ьа - индуктивность нагрузки), что в электроприводе средней и большой мощности всегда выполняется, то очевидно, что энергия, израсходованная конденсатором 5 на первом этапе 1 ю - 1 ь будет возвращена обратно на втором этапе и напряжение конденсатора 5 восстановится.Впереходных режимах ток нагрузки может быстро изменяться от нуля до максимального значения. При этом в известных схемах конденсатор 5 может не успеть зарядиться в межкоммутационный интервал времени (этот интервал в динамике также изменяется) до напряжения больше амплитуды линейного. Тогда неизбежен срыв коммутации. Чтобы его избежать в известных схемах, необходимо увеличивать мощность источника 8 до величины:Р 1 ха + 1-1 хт) 14 пзх (1) У - амплитуда линейного напряжения;ЛК, - добавочные несколько вольт, необходимые для обеспечения коммутации силовых тиристоров. В предлагаемой схеме тот же эффект достигается с помощью вольтодобавочного трансформатора, мощность которого:111, (11, + У) 1,.В этом случае источник 8 нужен лишь для запуска схемы, его мощность ничтожно мала (доли ватта) и определяется лишь токами утечки С, и конденсатора 5,Следует отметить, что ключи 6 и 7 выполнены по типовой схеме 1,С-коммутации (см., например, книгу Забродина Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров, Энергия, М. 1974, рис, 1 - 5,б). Воз5можен и другой вариант схемы ключей, однако в целях обеспечения жестких нагрузочных характеристик преобразователя необходимо, чтобы работа ключей не отражалась на величине выпрямленного напряжения нагрузки. В принятых схемах ключей это обеспечивается перезарядом С. по замкнутому каналу через обратные диоды 0 и В, т. е. напряжение, создаваемое ключами во внешней цепи, практически равно нулю.Дополнительным достоинством предлагаемого выпрямителя является возможность значительного уменьшения габаритов ключей; Т и Т могут выбираться с малым временем восстановления, что позволит уменьшить С, и 1, в то время как силовые тиристоры могут быть с любым временем восстановления, Их запирание обеспечивается однополярным конденсатором 5, работающим в режиме частичного заряд-разряда (см. фиг. 2,б).Предлагаемая схема выпрямителя с искусственной коммутацией выгодно отличается от известных жесткими нагрузочными характеристиками и малой мощностью вспомогательного источника,Формула изобретенияВыпрямитель с искусственной коммутацией,содержащий силовой тиристорный мост и узел д принудительной коммутации в виде вспомогательного диодного моста с конденсатором на выходе и двумя тиристорными ключами, включенными между одноименными полюсами силового и вспомогательного мостов, о т л и ч а ю щи й ся тем, что, с целью повышения жесткости нагрузочных характеристик и улучшения технических показателей, между входными зажимами указанных силового и вспомогательного мостов включены вторичные обмотки 15 вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого подключены ко входным зажимам силового моста.Источники информации, принятые во внима нис при экспертизе:1. Ю. М. Божии, Г. С, Мыцык; О возможностях применения компенсационных выпрямителей, Труды МЭИ, вып, 147, 1972, стр. 49 - 53.25 12. Авт. св. М 319999 Н 02 М 7/12.519832 Услт буг, Я Составитель Г. МыцыкТехред Е, Подурушина Короектор Е. Рожкова Редактор В. Левятов Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 2051/13 Изд.1564 Тираж 882 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5