Устройство для искусственной коммутации тиристоров преобразователя

СОЮЗ СОВЕТСНИХСООИАЛИСТИЧЕСНИ УБЛИК 4 Н 02 М 1/ 02 М 7 НИЯ БРЕ ДЕТЕПЬСТ АВТОРС ский,про- ехнологиого электроп УССТВЕННОЙРЕОБРАЗОВАТЕ(54) УСТРОЙКОММУТАЦИИ ВО ДЛЯ ИИРИСТОРОВ 57) Изобре аэовательн яговым пол ние отно ится к прео а именно к й техни одниковым устрои г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ(71) Научно-исследовательектно-конструкторский и тческий институт комплектнпривода(56) Патент США У 4191994,кл, Н 02 С 7/515, 1977.Авторское свидетельство СССР9 1171935, кл, Н 01 М 7/515, 1 вам подвижного состава. Целью является повышение надежности путем снижения коммутационных напряжений.Устройство содержит коммутирующие тиристоры 2-5, к которым подключены коммутирующие ЬС -цепи 10-13. Обмотки 18,19 коммутирующего тр-ра одключены к зарядным тиристорам 6, 8, разделительному диоду 7 и разрядным диодам 20,21. К точкам соединения конденсаторов и дросселей ЬС-цепей 10-13 подключены дополнительные тиристоры 16, 17. Коммутирующие ЬС- цепи 10-13 включаются со сдвигом во времени, и в каждый полупериод часто ты коммутаций тиристоров выводится избыточная энергия, напряжение на конденсаторе ЬС-цепи ограничивается на уровне напряжения источника питания. 2 ил.3Изобретение относится к силовойпреобразовательной технике, а именнок тяговым полупроводниковым устройствам подвижного состава, и можетбыть использовано для принудительной коммутации тиристоров в преобразователях частоты.Целью изобретения является повышение надежности путем снижения коммутационных перенапряжений.На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства;на фиг.2 - временные диаграммы,поясняющие принцип его работы,Устройство фиг.1 содержит источник 1 питания, к выводам которого подсоединены две пары последовательно соединенных коммутирующихтиристоров 2, 3 и 4, 5, цепочка изпоследовательно соединенных зарядного тиристора 6, разделительногодиода 7 и зарядного тиристора 8, соответствующие выводы тиристорногопреобразователя 9, а также две коммутирующие ЬС-цепи 1 О, 11 и 12, 13,причем первые обкладки конденсаторов11 и 13 подсоединены к общим точкамсоединения коммутирующих тиристоров2, 3 и 4, 5, а первые концы обмотоккоммутирующих дросселей 10 и 12 подсоединены к электродам разделительного диода 7. Устройство содержит также анодную группу распределительныхтиристоров 14, подсоединенную катодами к катодам запираемых тиристоровтиристорного преобразователя 9 ианодами к катоду разделительного диода 7, катодную группу распределительных тиристоров 15, подсоединеннуюанодами к анодам запираемых тиристоров тиристорного преобразователя 9и катодами к аноду разделительногодиода 7, дополнительные тиристоры16 и 17, соединенные каждый между одним выводом источника 1 питания иточкой соединения вторых обкладоккоммутирующих конденсаторов и вторыхконцов обмоток дросселей индуктивностей ЬС-цепей 10, 11 и 12, 13.Кроме того, устройство снабженоцепью замыкания избыточного тока перезаряда ЬС-контуров, содержащую коммутирующий трансформатор, две первичные обмотки 18 и 19 которого подсоединены началом соответственно ккатоду и аноду разделительного диода7 и концами через разрядные диоды 20и 21 с выводами источника питания 1, 17588 2вторичная обмотка 22 которого включе;на в диагональ однофаэного диодного моста 23-26, подсоединенного встреч 51 О15 20 25 30 35 40 45 50 55 но к выводам источника 1 питания, атакже узлом 27 управления соответствующими выходами подсоединенным куправляющим электродам тиристоровустройства искусственной коммутации,На фиг.2 представлены временные диаграммы управляющих сигналов коммутирующими 2 - 5, зарядными 6 и 8и дополнительными 16 и 17 тиристорами, а также временные диаграммы то"ков в коммутирующих реакторах 10и 12 и напряжений на коммутирующихконденсаторах 11 и 13.Устройство работает следующим образом.Пусть в исходном состоянии конденсаторы 11 и 13 были заряжены полярностью,указанной на фиг.1, Для искусственной принудительной комму.тации)тиристора преобразователя 9,подсоединенного катодом к катодусоответствующего распределительноготиристора группы 14, в момент времени С включают укаэанный тиристор группы распределительных,тиристоров 4 и коммутирующий тиристор 2. Поддействием напряжения коммутирующегоконденсатора 11 ток из коммутируемого тиристора преобразователя 9 вытесненяется в коммутирующий контур 10 и 11 по цепи: 9, 2, 11, 1 О, 7, 14, 9. В момент времени ,коммутируемый тиристор запирается, а избыточный колебательный ток перезаряда коммутирующего ЬС-контура 10 и 11 замыкается по цепи; 11, 10, 7, 18, 20, 2, 11. В момент времени Т сосдвигом на 2/3 полупериода колебанийсобственной частоты колебательных ЬС-контуров включается коммутирующий тиристор 4. Ток нагрузки изЬС-контура О и 11 перераспределяется в ЬС-контур 12 и 13 по цепи: 9,4, 13, 12, 14, 9. Избыточный колебательный ток перезаряда коммутирующего ЬС-контура 12 и 13 замыкается по цепи: 13, 12, 8, 20, 4, 13. В момент времениток перезаряда ЬС-контура 10 и 11 снижается до нуля, коммутирующий тиристор 2 и разделительный диод 7 запираются обрат ным напряжением коммутирующего конденсатора по цепи: 1, 2, 4, 13, 12, 7, 1 О, 1.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 13При протекании избыточного тока перезаряда обеих ЬС-цепей по первичной обмотке 18 коммутирующего трансформатора на его вторичной обмотке 22 наводится ЭДС, амплитуда колебаний которой ограничивается на уровне напряжения источника 1 питания, за счет подключения вторичной обмотки 22 к источнику 1 через диоды 23 и 26 по цепи: + 22, 20, 1, 26, -22. Таким образом, на первичной об-. мотке 18 возникает падение напряжения прямоугольной формы, плюсом прикладывающееся через распределительный тиристор 14 группы к катоду, а минусом - через разрядный диод 20 к аноду коммутируемого тиристора преобразователя 9, амплитудой равной напряжению источника 1 питания, деленному на коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора. Обычно коэффициент трансформации выбирается такой, чтобы получить амплитуду импульса обратного напряжения на тиристоре порядка 50-80 В, что обеспечивает паспортное время восстановления запирающих свойств коммутируемого тиристора. В момент времени 4 ток ЬС-контура 12 и 13 становится меньше тока нагрузки 1 разрядный диод 20 запирается. Если предположить, что ток 1 при коммутации остается, постоянным, то на интервале времени й - с напряжение обратного знака на коммутирующем конденсаторе 13 будет возрастать линейно. В момент времени Сб напряжение на конденсаторе 13 начинает превышать напряжение источника 1 питания, включается дополнительный тиристор 17 и соответствующий тиристор преобразователя 9. На интервале времени- Т ток нагрузки переводится из реактора 12 в соответствующий тиристор преобразователя 9. Причем ток реактора 12 перераспределяется по параллельным цепям: 9, 4, 12, 13 и 9, 1, 17, 12, Поскольку емкость источника 1 питания много больше емкости коммутирующего конденсатора, то спадающий ток коммутирующего реактора будет протекать в основном через источник питания, что значительно снижает величину коммутационных перенапряжений на коммутирующем конденсаторе 13.На интервале времени С- Т производится дозаряд конденсатора 11 17588 4 включением коммутирующего тиристара2 и зарядного тиристора 8 (на холостом ходу преобразователя 9 производится дозаряд и конденсатора 13 включением тиристора 4). Если накопленная в источнике питания избыточная энергия коммутации не полностью компенсируется расходом энергии на дозаряд, то следует выводить ее одним из известных способов, например с помощью зависимого интертирования в сеть переменного тока.После окончания дозаряда в момент времени С напряжение на коммутирующем конденсаторе 11 может превьппать напряжение источника питания на 10- 20 Х, что обусловлено колебательным характером процесса дозаряда. Введением активных сопротивлений в цепь зарядных тиристоров достигается увеличение коэффициента затухания колебательного контура дозаряда. В результате указанная величина перенапряжений снижается до 2-3 Е,Во втором полупериоде работы устройства искусственной коммутации производится принудительное запирание соответствующего тиристора преобразователя 9, подсоединенного анодом к аноду соответствующего тиристора группы распределительных тиристоров 15. Процесс протекает аналогично описанному.В момент временивключается со 9 ответствующий тиристор распределительной группы 15 и коммутирующийтиристор 5. В момент времени ,овключается коммутирующий тиристор 3,Ток нагрузки протекает по цепям: 9,15, 6, 12, 13, 5, 9 и 9, 15, 10, 11,3, 9. Избыточный ток перезарядаЬС-контуров замыкается по цепям: 13,5, 21, 19, 7, 12, 13 и 11, 3, 21,9, 10, 11. На интервале времени Сн - С, спада тока нагрузки в реакторе 10 включен дополнительный тиристор 16, а ток замыкается по цепям: 9, 15, 10, 16, 1, 9 и 9, 15, 10, 11, 3, 9, В момент времени с, включаются тиристоры б и 5, производится дозаряд конденсатора 13 по цепи; 1, 6, 12, 13, 5, 1.Таким образом, при работе предлагаемого устройства на интервалах времени- г. и- 1 вывода избыб 9 12точной энергии коммутации из коммутирующих реакторов, как было показано вьппе, происходит повышение напряже 1317588ния на коммутирующих конденсаторах. что позволяет ограничить максимальное напряжение, прикладываемое к тиристорам устройства на уровне напряжения источника питания и, следовательно, повышает надежность работы предлагаемого устройства коммутации.Известно, что величина коммутационных перенапряжений П в устройстве-прототипе (без учета активного сопротивления) определяется из выраженияЬ 11 = р 1где 1 - волновое сопротивление1 С-контура.Волновое сопротивлениесвяза. - но с напряжением Б на коммутирующем конденсаторе и амплитудой 1 коммутирующего импульса тока зависимостьюС учетом этого уравнения (1) можнозаписать в видеотсюда%где .5 Б - относительная величинакоммутационных перенапряжений;К - коэффициент превышенияамплитуды коммутирующего импульса тока над током нагрузки.В устройстве-прототипе коэФициент К выбирают поряцка 1,2 - 1,25, Тогда согласно выражению (2) относительная величина коммутационных напряжений составляет11 = . , =- О,Я-О,83+Из полученного выражения ( 27 следует, что в тех устройствах искусственной коммутации, где стремятся приблизить Аорму коммутирующего импульса тока в прямоугольный, за счет снижения коэффициента К , величина коммутационных перенапряжений достигает наибольших значений.В предлагаемом устройстве величина Ь Ц, перенапряжения на коммутирующем конденсаторе равна величине 11, перенапряжения на емкости источника питаниябП ЬБ , отсюда11илигде СС - емкости соответственно 1 О коммутирующего конденсатора и источника питания. Если принять С = 25 С, то отно 1шение токов равно= 5 и согласгно (1) величина перенапряжений 611будет в 5 раз меньше, чем в устройстве-прототипе.В качестве тиристорного преобразователя 9 (Лиг,1) может приниматься 20любои из широко известных преобразователей: автономный инвертор напряжения, непосредственный преобразователь частоты, преобразователь переменного напряжения в постоянное,Известны также системы управлениятакими преобразователями.В узле 27 управления предлагаемымустройством формируются сигналы управления для коммутирующих и распределительных тиристоров по заднимЬронтам импульсов управления тиристорами преобразователя 9 (длительность такого импульса управления соответствует всей длительности прово,цящего состояния тиристора) с ло-мощью формирователя коротких импуль. -сов.Формула изобретения40Устройство для искусственнойкоммутации тиристоров преобразователя, содержащее. источник питания, к 45выходным выводам которого подключены две пары последовательно соединенных коммутирующих тиристоров ицепочка из последовательно соединенных первого зарядного тиристора, 50разделительного диода и второго зарядного тиристора, а также две коммутирующие 1 С-цепи, одни обкладки кон-денсаторов каждой из которых подключены к точкам соединения соответствующих пар коммутирующих тиристоров, а одни концы обмоток дросселей индуктивностей подключены к соответствующим токам соединения указанныхзарядных тиристоров с разделительным51 Тираж б 60 И Государственного ком делам изобретений и от , Москва, Ж, Раущск П исн итета ССкрытийая наб 4/ Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. ектная диодом, причем последние точки соединения через распределительные тиристоры подключены к выходным выводам устройства, подключенным к тиристорам преобразователя, а такжеблок управления устройством, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повыщения надежности путем снижения коммутирующих перенапряжений,17588 8оно снабжено двумя дополнительнымитиристорами, силовыми электродами,включенными между точками соединения1вторых обкладок и концов обмотокдросселей индуктивностей соответствующих ЬС-цепей и соответствующимивыходными выводами источника питания,а управляющими входами - к соответствующим выходам блока управления.