Вентильный преобразователь, ведомый сетью

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 1005252(23) Приоритет Н 02 М 7/505 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 15.03.83(72) Авторыизобретения Г.Г.Магазинник и В.Л.Мельников Горьковский ордена Трудового Красного Знамениполитехнический институт им. А.А.Жданова(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ Изобретение относится к ведомым сетью переменного тока вентильным преобразователям, работающим в выпрямительном и инверторном режимах попеременнс, либо только в инвертор-, ном режиме, и может, в частности, быть использовано для реверсивного вентильного электропривода постоянного тока с питанием от двухкомплектного тиристорного преобразователя с раздельным управлением или однокомплектного преобразователя с переключателем в цепи якоря, а также в инверторах, работающих в системе передачи постоянного тока и других ведомых сетью инверторах, например инверторах в системе асин" хрониого вентильного каскада.Известны реверсивные вентильные электроприводы как с раздельным управлением двухкомплектньм вентильным преобразователем, так и с переключателем в цепи якоря. Эти электро- приводы содержат реверсивный тиристорный выпрямитель, выполненный обычно по мостовой схеме с раздель" ным управлением мостами, либо нереверсивный выпрямитель, содержащий один Мост и переключатель (реверсор) в цепи выпрямленного напряжения. При большой мощности привода применяется последовательное или параллельное соединение мостовВ качестве нагрузки выпрямителей используется в основном двигатель постоянного тока независимого возбуждения 11.Существенным недостатком этихприводов является плохое использование преобразователя по напряжению, ограничиваемое в большинствеслучаев условиями безопасного инвертирования, Обычно по условиямбезопасного инвертирования угол опережения включения инвертора долженбыть не менее м 30 эл.град. Вмощных вецтильных электроприводахугол запаздывания о(, включения выпря 2 О мителя практически равен углу опе"режения включения инвертора (а(д, щ= м ). Следовательно, использование й)зеобраэователя по напряжениюиз условий безопасного инвертирова-ния составляет0 соус(,ме с р 0,866,догде 0 - максимальное выпрямленное30напряжение преобразователя при с лии и 065 Таким образом, использование понапряжению известных реверсивныхвентильных преобразователей в среднем не превосходит 86-87. Использование преобразователя по напряжению можно увеличить, уменьшив уголвключения инвертора ц, но приэтом посадки напряжения в питающейсети могут сопровождаться опроки"дываниями инвертора и, как следствие, аварийными отключениямипреобразователя..Известны преобразователи, в .которых угол 5 делается переменным,зависящим от тока нагрузки (.23.Это позволяет уменьшитьЬмин прималом токе инвертирования, но не повышает использование преобразователятак как о-цц определяется углом ,необходимым для безопасного инвертирования рабочего тока в случае посадки напряжения сети.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсявентильный преобразователь, в кото-,ром для уменьшения угла) н применена искусственная коммутация,содержащий однофазный мостовой преобразователь на тиристорах, нагрузку (якорь двигателя постоянного тока) и устройство искусственной коммутации в составе конденсатора, коммутирующих тиристоров, дросселя ) 3 .Применение искусственной коммутации позволило уменьшить навеличину угла восстановления вентилей. В случае применения тиристоровэто составляет примерно 5 эл.град.Следовательно, использование преобразователя по напряжению увеличивается незначительно. Недостатком приведенной схемы является также то,что устройство искусственной коммутации работает каждый полупериод(с частотой сети) независимо от величины инвертируемого тока и наличияпосадки напряжения в питающей сети.Это приводит к увеличению потерьи габаритов коммутирующего контура.Кроме того, эта схема пригодна прак"тически только для однофаэных преобразователей, так как для многофазных,например трехфазных, мостовых ее реализация затруднительна (требуетсянесколько индивидуальных коммутирующих контуров),Целью изобретения является увеличение использования преобразователяпо напряжению, а также повышениенадежности при инвертировании иуменьшение габаритов коммутирующегоустройства,Поставленная цель достигается тем,что к зажимам постоянного тока вентильного преобразователя подключендиодный однофазный мост, в диагональ постоянного тока которого вклю чен тиристорный ключ с ЬС-коммутацией, причем к выключающему входуключа через элемент задержки и дифференцирующий конденсатор присоединен инверсный выход логического элемента ИЛИ, прямой выход которогосоединен с включающим входом ключа, а входы логического элемента ИЛИприсоединены к выходам двухвходовыхлогических элементов И,число которых 10 равно пульсности вентильного преобразователя и входы которых присоединены кдатчикам тока соответствующих силовыхвентилей вентильного преобразователя, а также к выходам генераторов им пульсов, входы которых включены налинейные напряжения соответствующихсиловых вентилей вентильного-преобразователя.Логическая часть предлагаемойсхемы фиксирует нарушение коммутацииинвертора, а полностью управляемыйключ, запускаемый логической схемой,шунтирует инвертор и нагрузку, токкоторой на время коммутации замыкает ся через ключ. В течение одной илинескольких коммутаций нормальнаяработа инвертора восстанавливается.Схема позволяет уменьшить уголинвертированияр , т.е. увеличить использование преобразователяпо напряжению. Одновременно увеличивается надежность преобразователя при работе в инверторном режиме, так как фопрокидываниеф инвертора ликвидируется беэ отключения преОбразователя от сети и беэ иэизменения тока нагрузки, т.е. безнарушения работы всей установки,как это имеет место в известныхпреобразователях.40 поскольку устройство искусственной коммутации (ключ) запускаетсялогической схемой только при наруше.нии коммутации, т.е. только в предаварийной ситуации, частота работы 45 ключа очень мала, что определяетмалые потери в коммутирующем ЬС-кон- туре и позволяет уменьшить его габариты по сравнению с габаритами.известных коммутирующих контуров, ра ботающих с частотой питающей сети. На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства для реверсивного преобразователя,Схема содержит реверсивный мостовой трехфазный преобразователь (возможна и любая другая схема выпрямления) в составе двух мостов 1 и 2,якорь двигателя 3 постоянного токав качестве нагрузки преобразователя,60 устройство принудительной коммутации в виде последовательно соединенных дросселя 4, коммутирующего конденсатора 5, коммутирующего тиристора б и шунтирующего ЬС-контур перезарядного тиристора 7. Параллельно.конденсатору 5 подключен источник 8 подзаряда. Устройство принудительной коммутации, представляющее собой обычный тиристорный ключ с ЬС-коммутацией, включено в диагональ постоянного тока диодного моста в составе четырех диодов 9-12. Диагональ переменного тока этого моста присоединена Параллельно нагрузке преобразователя.Логическая часть схемы содержит датчики тока 13 в каждой фазе преобразователя, выполненные в виде трансформаторов тока и однофазных диодных выпрямителей с нулевым выводом. Шесть выходов датчиков тока присоединены. к входЬм логических элементов 14, являющихся элемента" ,ми И, число которых равно пульсности схемы преобразователя, т.ев рассматриваемом случае шести. К другим входам элементов 14 подключены выходы шести генераторов импульсов 15, каждый из которых включен на соответствующее линейное напряжение. Выходы элементов 14 соединены со входами шестивходового элемента ИЛИ 16, имеющего два выхода - прямой и инверсный. Прямой выход элемента ИЛИ 16 соединен с управляющим входом коммутирующего тиристора б, а инверсный выход через элементвременной задержки 17 и дифференцирующий конденсатор 18 подключенк управляющему входу перезарядного тиристора 7Схема работает следующим образом.Генераторы импульсов 15, включенные на соответствующее линейное напряжение сети переменного тока преобразуют это напряжение в после" довательность импульсов, возникающих в моменты перехода линейного напряжения сети через нуль и следующих с .частотой питающей сети. Передние фронты этих импульсов совпадают во времени с точкой пересечения отрицательных полуволн фазных напряжений преобразователя, т.е. с точкой, соответствующей Ъ = О.В выпрямительном режиме работы преобразователя ток Фазы В выбранной группы вентилей (например, анодной группы преобразователя 1) не совпадает во времени с импульсами генератора импульсов, контролирующего эту Фазу.В инверторном режиме при нормальной работе инвертора ток в любой работающей фазе должен исчезнуть раньше, чем линейное напряжение в коммутируемом контуре сменит полярностьСледовательно, и в инверторном режиме (при нормальной работе) совпадение во времени сигнала с датчика тока 13 и с генератора импульсов 15 невозможно, поэтому элементы И (14) имеют на выходе логическийнуль, элемент 16 также имеет нуль насвоем прямом выходе и тиристор б выключен, Диагональ моста 9, 10, 11,12 разорвана. Конденсатор 5 заряженот маломощного источника, 8 с плюсомна нижней обкладке.Если по каким-либо причинам, на-.пример вследствие снижения напряженияв сети переменного тока, произойдетнарушение коммутации инвертора, т.е,ток в работающей фазе не успеетупасть до нуля к моменту переходалинейного напряжения через нуль(=0), произойдет совпадение двух15 сигналов на входе соответствующегоэлемента И.В результате совпадения сигналовна двух входах элемента И появляется напряжение на его выходе и напря 20 жение на выходе элемента ИЛИ 16, От"пирается тиристор б и происходитрезонансный перезаряд конденсатора 5по цепи: нижняя обкладка - тиристор б - диоды 11, 9 и 12 г 10 - дрос 25.сель 4 - верхняя обкладка. Ток перезаряда изменяется по гармоническому закону и в течение времени, покаэтот ток больше тока нагрузки Х, двигатель 3 закорочен. Ток двигателя в30 этом интервале поддерживается практически неизменным благодаря ЭДС самоиндукции якорной цепи и замыкаетсяпо цепи: плюс якоря - диоды 9, 1.0,11 и 12 - минус якоря. В это же вре 35 мя ток в фазах сети, питающей преобразователь, спадает до нуля и соответствующий элемент И (14) выклю"чаетсяВыключается элемент ИЛИ (16)и на его инверсном выходе появля 40 ется логическая единица. Этот сигнал поступает на вход временной за"держки 17 и с задержкой М на выходе элемента 17 появляется напряжение, которое дифференцируется вузкий импульс.и попадает на управляющий вход тиристора 7.К этому времени тиристор 6 ужезаперт и начинается резонансныйперезаряд конденсатора 5 по цепи:верхняя обкладка - дроссель 4 - ти"ристор 7 - нижняя обкладка. Напряжение на конденсаторе снова устанавливается плюсом на нижней обкладке.Блок искусственной коммутации подготовлен к очередному циклу, Заме"тим, что после того, как конденсатор 5 переэарядился плюсом наверхней обкладке и его напряжение стало больше линейного напряжения очередных по порядку работы 60 Фаз преобразователя, ток под действием ЭДС самоиндукции двигателя появляется в указанных. Фазах (в нашем случае в Фазе С), а в конденсаторе 5 снижается до нуля. Если в 65 следующую коммутацию ток фазы В перейдет в фазу С до момента В =О, сигналы на входахсоответствующего элемента И (14) не совпадут и тиристор б не включится.При повторном нарушении коммутации блок принудительной коммутации снова срабатывает и его циклическая работаповторяется до тех пор, пока коммутация не восстановится.Учитывая, что в процессе инвертирования идет быстрое торможение двигателя 3 и, соответственно, снижение его ЭДС, можно показать, что даже при значительной внезапной посадке напряжения.в сети (например, на 10, что предельно допустимо по ГОСТ) коммутация иивертора восстановится за несколько циклов, Таким образом, предлагаемое устройство работает кратковременно, что определяет незначительные тепловые потери в его элементах (индуктивности, конденсаторе, тиристорах). В случае неревер сивного преобразователя (например, передача постоянным током) однофаз" ный диодный мост не нужен, а ключподключается непосредственно к нагрузке, т.е. схема несколько упрощается. Предлагаемое устройство может работать с любым типовым нереверсивным преобразователем или реверсивным с раздельным управлением. Единственным дополнительным требовани.ем к системе импульсно-фазового управления при этом является требование к ширине (длительности) отпирающих импульсов: она должна быть больше времени коммутации при= О. В системах с широкими отпирающими импульсами в виде пачки узких импульсов это требование с запасом выполняется. В системах с узким отпирающим импульсом необходим повтор" ный импульс на тиристор вступающей в работу фазы. Указанный повторный импульс может быть подан с выхода элемента И на тиристор очередной фазы. Формула изобретенияВентильный преобразователь, ведомый сетью, содержащий выпрямительноинверторный агрегат, нагрузку, преимущественно в виде реверсивногодвигателя постоянного тока, и устройство искусственной коммутации ввиде, например, тириаторного ключа10с ЬС-коммутацией, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью увеличения преобразователя по напряже нию, повышения его надежности приинвертировании и уменьшения габаритов устройства искусственной комму 15 тации, к зажимам постоянного токавентильного преобразователя подключен диодный однофазный мост, в диагональ постоянного тока которого включен упомянутый ключ, причем к выключающему входу ключа через элемент задержки и дифференцирующийконденсатор присоединен инверсныйвыход логического элемента ИЛИ,прямой выход которого соединен свключающим входом ключа, а входылогического элемента ИЛЙ присоединены к выходам двухвходовых логических элементов И, число которыхравно пульсности вентильного преобразователя.и входы которых присоединены к датчикам тока соответствующих силовых вентилей вентильногопреобразователя, а также к выходамгенераторов импульсов, входы кото 35рых включены на линейные напряжения соответствующих силовых вентилей вентильного преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Аптер Э.М. и др. Мощные управляемые выпрямители для электроприводовпостоянного тока. М., Энергия,1975, рис. 1-3, 1-6, 72,2. Солодухо Я.Ю. и др. Тиристорныеэлектроприводы с реверсорами. М.,45 Энергия, 1977, рис. 13 а.3. Вестник ВНИИ железнодорожноготранспорта, 1969, Р 1, с.5-9 (прототип).акаэ сное 4/5 лиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектн 21/74 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Мос раж 685рственногзобретениа, Ж,Под омитета ССС открытий ушская наб.,