Выпрямительно-инверторный преобразователь

(19) (11) А 3(51) Н 02 М 9/О ЗОБРЕТЕ ОПИ ИДЕТЕЛЬСТВ КО КА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Ю.А.Карпов, В.Д.Тулупов, Ю.И.Ковалев, Л.М.Трахтман и В.С.Стародумов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергети-, ческий институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 954270, кл. В 60 Ь 9/12, 1982.2. Авторское свидетельство СССР Ф 852660, кл. В 60 Ь 9/12, 1981, (54) (57) ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫЙ. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, шунтированных конденсаторами, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристора, узел принудительной коммута ции, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим - со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующему конденсатору, о т л и " ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыпения коэффициента мощности путем осуществления принудительной ком- З мутации всех плеч тиристорного моста и обоих дополнительных тиристоров, анод второго дополнительного тиристора соединен с катодом первого дополнительного тиристора.Изобретение относится к силовои тиристорной преобразовательной технике и предназначено, в основном, для использования на железнодорожном подвижном составе в качестве 5 главного преобразователя переменного тока в постоянный ( в режиме тягии обратно 1 в режиме рекуперативного торможения ).Известен выпрямительно-инвертор 1 О ный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого разделена на две сек" ции, управляемый мост, два плеча с принудительной коммутацией, на выход которого подключены тяговые двигатели, причем к выходным зажимам подключена цепочка управляемых вентилей, средняя точка которых соединена со средней точкой трансформатора и связана через блок принудительной коммутации с одним из зажимов цепи тяговых двигателей, параллельно каждой иэ вторичных полуобмоток трансформатора включен отдельный конден 25 сатор 1 1 3Недостатком устройства является наличие трех отдельных узлов принудительной коммутации.Наиболее близким к предлагаемому ЗО по технической сущности: является выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнеиа иэ двух секций, шунтированных конденсаторами, и соединена с вы,водами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнитель ного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристо- ра, узел принудительной коммутации, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенного одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим - со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последовательно включенных тиристора и дросселя5 О подключенных параллельно коммутирующему конденсатору 2 1.Недостатком известного устройства является отсутствие принудительной коммутации двух тиристорных плеч и второго дополнительного тиристора55 1 ля надежной работы которых моменты их переключений ограничиваются некоторыми предельными значениями, что 1 снижает коэффициент мощности преобразователя.Цель изобретения - повышение коэффициента мощности преобразователя путем осуществления принудительной коммутации всех плеч тиристорного моста и обоих дополнительных тиристоров.Для достижения указанной цели в выпрямительно-инверторном преобразователе, содержащем силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена иэ двух секций, шунтиро-. ванных конденсаторами, и соединена с выводами для подключения нагрузки через выпрямительный тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристора, узел принудительной коммутации, выполненный в виде коммутирующего конденсатора, соединенно. го одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, и цепь из последова. тельно включенных тиристора и дросселя, подключенных параллельно коммутирующему конденсатору, анод второго дополнительного тиристора соединен с катодом первого дополнительного тиристора.На фиг. 1 изображена принципиальная схема преобразователя; на фиг,2 временные диаграммы рабочего процесса 1 в режиме тяги ).Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит выпрямительный тиристорный мост, состоящий из тиристоров 1-4,через который нагрузка ( тяговые электрические машины ) 5 подключена к вторичной секционирован ной обмотке 6 силового трансформатора, параллельно каждой секции которой включены конденсаторы 7. Коммутирующий узел, состоящий из коммутирующего конденсатора 8, а также тиристора 9 и дросселя 1 О,подключен, одним выводом к общей точке дополни" тельных тиристоров 11 и 2, а вторым - к средней точке вторичной обмотки трансформатора 6.Работа преобразователя и узла принудительной коммутации в режиме тяги поясняется диаграммами на фиг.2,Кривая Б представляет собой кривую на вторичной обмотке 6 силового трансформатора, а кривая ь. - ал 091292гебраическую сумму токов в секциях вторичной обмотки 6 силового трансформатора (эта сумма равна приведенному. току первичной обмотки трансформатора, т.е. току в контактной сети). 5Интервал времени 1 соответствует паузе, когда ток нагрузки не протекает по обмоткам трансформатора, а замыкается по плечам выпрямительного моста с тиристорамии 3. Этот интервал заканчивается подачей управляющего импульса на дополнительный тиристор 12, при этом тиристор 3 принудительно запирается.Колебательный процесс за время 15приводит к возрастанию тока до величины тока нагрузки. В этот момент следующим импульсом отпирается тиристор 4, а дополнительный тиристор 2 запирается суммой напря жения конденсатора 8 и одной секции трансформатора. Колебательный процесс прекращается и начинается период выпрямления 1,через плечи моста с тиристорами 1 и 4 и вторичную об= 25 мотку 6 трансформатора ),Процесс коммутации интервал времени) сопровождается наложением полупериода собственных колебаний входного контура на кривую вторич- ЗО ного напряжения П. Изменением фазы подачи первого импульса регулируется среднее значение выпрямленного напряжения на тя говых машинах. Период времени выпрямления С заканчивается принуди 3тельным запиранием тиристорас одновременным отпиранием дополнительного тиристора 11. Колебательный процесс за время с 4 приводит к снижению тока , до относительно небольшой величины принужденного тока конденсаторов 7. В этот момент отпирается тиристор 2, а тиристор 11 принудитель 45 но запирается, и ток нагрузки переводится в цепь, образованную тирис-.торами 2 и 4. Колебательный процесс в период коммутации С также сопро 4вождается наложением полупериода собственных колебаний в контуре вторич иых обмоток 6 трансформатора и конденсаторов 7 иа кривую напряжения 01В следующем полупериоде наQряжения сети отпирается дополнительный тиристор 12, затем отпирается тирис 55 тор 3 и устанавливается период выпрямления полного напряжения вторичной обмотки по тиристорам 2 и 3В конце рассматриваемого полупериодаосуществляется эапирание тиристора2 с одновременным отпиранием дополнительного тиристора 11, а затем отпирание тиристора 1 с одновременнымзапиранием тиристора 11, в результате чего ток нагрузки выводится извторичной обмотки трансформатора ипротекает по тиристорами 3 моста.Процесс принудительной коммутациитиристоров происходит следующимобразомПеред отпиранием дополнительноготиристора 12 коммутирующий конденсатор 8 заряжен напряжением, имеющим полярность, показанную на фиг.1.Ток нагрузки протекает по тиристорам1 и 3. При отпирании тиристора 12 вконтуре, состоящем из тиристора 3,одной секции вторичной обмотки 6трансформатора, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 12, действует суммарное напряжение ( одного знака), способствующее загиранию тиристора 3 и отпиранию тиристора 12.Ток нагрузки ( ) мгновенно коммуНтирует из тиристора 3 в дополнительный тиристор 12 и коммутирующий кон.денсатор 8. По мере разряда коммутирующего конденсатора 8 токомнагрузки напряжение на конденсаторе8 (Б ) уменьшается, однако на тиристоре 3 сохраняется достаточно большое обратное напряжение,Так как ток нагрузки (д ) являетНся пульсирующим и период коммутациипроисходит всегда при значении нблизком к минимальному, а С - к макУсимальному значению тока нагрузки,то при одинаковом времени обоих коммутаций конденсатор 8 заряжаетсябольше с полярностью, показанной наофиг.1, вплоть до срыва принудительной коммутации. Для симметрирования,напряжения на конденсаторе 8 в моментвремениотпирается тиристор 9 иконденсатор 8 разряжается как токомнагрузки, так и током 1. колебательного контура, состоящего из конденсатора 8, тиристора 9 и дросселя 10.Колебательный процесс прекращаетсяв момент достижения токомнулево-.2го значения . Полярность напряжения на конденсаторе 8 изменяется напротивоположную и к моменту окончания периода й 2 длстигает своегоисходного значения. Если величинапульсаций тока нагрузки в процессеработы преобразователя меняется, томомент отпирания тиристора 9 должен регулироваться так, чтобы подцерживать напряжение на конденсаторе 9 симметричным.В момент окончания периодапо2 дается отпирающий импульс на тиристор 4, и в контуре из тиристора 4, одной из секций вторичной обмотки 6 трансформатора, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 12 начинает действовать напряжение, способствующее запиранию дополнительного тиристора 2 и отпиранию тиристора 4. Ток нагрузки мгновенно коммутирует из дополнительного тиристора 12 в тиристор 4.Рассмотрим принудительное запирание тиристоров 1, 11 и 2. Перед отпиранием дополнительного тиристора 11 коммутирующий конденсатор 8 заряжен напряжением, имеющим полярность, обратную показанной на фиг.1, и превосходящим мгновенное значение напряжения половины вторичной обмотки 6 трансформатора, Ток нагруз" ки протекает по тиристору 1, вторичной обмотке 6 трансформатора и тиристору 4. При отпирании дополнитель-. нога тиристора 11 в контуре, состоя" щем из тиристора 1, одной из секций 30 Вторичной обмотки 6, конденсатора 8 и дополнительного тиристора 11, дей-, ствует суммарное напряжение, спо собствующее запиранию тиристора 1 и отпиранию дополнительного тиристора 11, поэтому ток нагрузки мгновенно коммутирует из тиристора 1 в тиристор 11 и коммутирукший конденсатор 8. По мере разряда конденсатора 8 током нагрузки напряжение на нем 012 ) уменьшается, однако на тиристоре 1 сохраняется обратное напряжение в течение времени, достаточного для восстановления запирающих свойств тиристора. Дальнейшее, протекание тока нагрузки через кон денсатор 8 приводит к изменению по лярности напряжения на нем и к моменту окончания периода С+ это напряжение достигает своего исходного значения, но с полярностью, как показано на иг.1. В момент окончания периода 1 подается отпирающий импульс на тиристор 2, Тогда в контуре, образованном тиристором 2, одной из секций вторичной обмотки 6, коммутирующим конденсатором 8 и дополнительным тиристором 11 действует напряжение, запирающее тиристор 11 и отпирающее тиристор 2, и ток нагрузки мгновенно коммутирует из дополнительного тиристора 11 в плечо моста с тиристором 2.Ограничением нагрузочной способности рассмотренного коммутирующего узла является амплитуда напряжения на коммутирующем конденсаторе 8, емкость которого следует выбирать такой, чтобы избежать перенапряжений на тиристорах преобразователя при максимальной нагрузке.Технические преимущества предлагаемого преобразователя состоят в том, что увеличивается коэффициент мощности вследствие исключения необходимых при естественной коммутации ограничений предельных,по условиям адежности коммутации, моментов пе" еклочения тиристоров 3 и 4, и дополнительного тиристора 12, улучшаются массогабаритные показатели и потери в дросселе О в связи с тем, что через него происходит не весь, а лишь частичный перезаряд конденсатора 8, определяемый величиной пульсаций тока нагрузки 1 .Зкономический эффект от применения изобретения складывается из экономии энергии за счет уменьшения потерь энергии в устройствах электроснабжения при повьвении коэффициента мощности преобразователя.1091292 оставитель Ю.Спивак ехред М. Кузьма Кор Редакт ор С,Шекма к 6 ог67 Подписно о комитета СССРний и открытий , Раушская наб., д. атент иал ППП Заказ 3096/52 Тираа ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж-З