Преобразователь тока с собственной коммутацией

. СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(59 Н 02 М 5/45 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЙРСф сд-.сХ.ф ",3",; к ц(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА ССОБСТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ, питаемыйисточником тока и содержащий блокаккумуляционного выпрямителя., преобразователя аккумуляционных конден-. саторов, вспомогательный аккумуляционный блок, сглаживающие реакторыи источник подзарядки, о т л и ч аю щ и й с я тем что, блок преобразователя 20 , подключенный входнымиклеммами постоянного тока 2.1, 2.2к выходным клеммам 1.1, 1.2 источника тока 10 через главный отделительный диод 67, соединен выходными клеммами переменного тока 2.3,2.4, 2.5 е одной стороны с нагрузкой и с другой стороны с аккумуляционным выпрямителем 3 , клеммыпостоянного тока которого 3.1, З.Лподключены через отделивельные дио;ды 77, 78 к крайним клеммам 4.1,4.3 блока 4 аккумуляционных конденсаторов, содержащего два конденсатора С 1, С 2, включенных последовательно,причем параллельно укаэанным крайним клеммам 4,1, 4.3 подключен источник подэаряда постоянного тока 5 , а пер"о вая крайняя клемма 4.1 подключена с другой стороны к аноду первого вспомогательного аккумуляционного. тйристора 61, катод которого подклю" чен к катоду четвертого и аноду шестого вспомогательного аккумуляцион,ЯО 1083311 А ного тиристора 64, 66, с другойстороны - к катодам третьего и четвертого ограничительного диодов 95,96, а анод третьего ограничительного диода 95 подключен к катоду главного отделительного диода 67 и анодчетвертого ограничительного диода 96подключен к отрицательной выходнойклемме 1.2 источника тока 10, причем вторая крайняя клемма 4.3 блока 4 аккумуляционных конденсаторовподключена с одной стороны к катодувторого вспомогательного аккумуляционного тиристора 62, анод которого соединен с катодом пятого и ано-,дом третьего вспомогательных аккумуляционных тиристоров 65, 63, с дру- Ягой стороны. - с анодами первого ивторого ограничительных диодов 93,94, где катод первого ограничительного диода 93 соединен с анодом тре-тьего ограничительного диода 95, спервой клеммой 7.1 первого выбросно- Яго реактора 7 , с анодом первогокоммутационного тиристора 21, катодкоторого соединен с одной стороны санодом второго коммутационного тирис- )тора 22, с другой стороны - с второй Я)клеммой 9.2 блока 9 коммутационныхимпульсов и с третьей стороны - че- Мрез второй тиристор подзаряда 42 и ффиндуктивность подзаряда 10 с катодами третьего и четвертого ограничи.тельных диодов 95, 96, катод второго 1 аайкоммутационного тиристора 22 соединен с одной стороны с анодом четвертого ограничительного диода 96 и с,другой стороны через второй сглажи- авающий реактор 80 , второй диод 52выброса, четвертый коммутационныйтиристор 32, третий коммутационндйтиристор 31 и первый диод 51 выбросов - к второй клемме 7.2 первогосглаживающего реактора 7 , причемобщая точка третьего коммутационного тиристора 31 и четвертого коммутационного тиристора 32 соединена1083311 с одной стороны с первой клеммой 9.1блока коммутационных импульсов 9 О ис другой стороны через первый тирис".ор подзаряда 41 - с анодами первого и второго ограничительных диодов93, 94, общая точка четвертого коммутационного тиристора 32 и второгодиода 52 выбросов подключена к аноду второго отделительного диода 78,общая точка первого диода 51 выбросов и третьего коммутациойного тиристора 31 подключена к катоду первогоотделительного диода 77, катод третьего и анод четвертого вспомогательных аккумуляционных тиристоров 63,64соединены друг с другом и со среднейклеммой 4.2 блока 4 О аккумуляционныхконденсаторов, анод пятого вспомогательного аккумуляционного тиристора 65 соединен с анодом главного от"делительного диода 67, катод шестоговспомогательного аккумуляционноготиристора 66 соединен с катодом 1Изобретение является преобразователь тока с собственной коммутацией,используемый для приводов с однимили несколькими асинхронными илисинхронными двигателями, а также и 5других типов нагрузочных полных сопротивлений.Существует целый ряд преобразователей тока, решающих проблемы собственной коммутации преобразователяи аккумуляции энергии в индуктивностях нагрузки (авт. св. СССР 9 700902кл. Н 02 М 7/515, 1976, авт.св.СССРР 748742, кл, Н 02 М 7/515, 1978).Очень прогрессивным и перспективнымспособом у преобразователей токаявляется так называемая трехступенчатая коммутация, где выключение тиристоров преобразователя тока в фазах отделено, Но здесь возникает проблема аккумулированной энергии,20 которую необходимо отводить для достижения равновесия по воэможности без потерь из конденсаторов преобра,зователя. Эта ароблема ведет к другим решениям у преобразователей с25 большой и малой мощностями. Для преобразователей с меньшей и средней мощностями по причинам сложности силовой и регулировочиой .частей такие решения не являются приемлемыми. 30 Наоборот, решения, использующие са;. мый простой способ. отвода аккумуляционной мощности с помощью парал-. лельно включенного сопротивления, означают значительные энергетичес ,кие потери, Дальнейшей проблемой главного отделительного диода 67 и между катодом пятого и анодом шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора 65, 66 включен вспомогательный аккумуляционный блок бф.2. Преобразователь тока по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоО блок аккумуляционнго выпрямителя 3 выполнен на аккумуляционных диодах 71-76 по мостовой схеме.З.Преобразователь тока по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтооблок преобразователя 2 выполнен на главных тиристорах 1-6 по мостовой схеме.4. Преобразователь тока по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что источник тока 1 выполнен в виде трехфазного моста тиристоров 11-16 со сглаживающей индуктивностью, входные клеммы переменного тока которого 1.3, 1.4, 1.5 связаны с питающей сетью. 2у преобразователей тока с двух- и трехступенчатой коммутацией является вопрос аварийных состояний, которые могут возникнуть на нагрузке (короткое замыкание, отключение нагрузки) или прямо в преобразователе (паразитные импульсы на тиристорах, помехи в регуляционной цеПи и т.п.). Некоторые эти помехи носят характер случайных процессов (например, паразитные .импульсы, вызванные переходными процессами в других электричес. ких установках) и в высшей степени желательно, чтобы преобразователь сохранял свою работу без выпадений защит. Вопросы отвода аккумулированной мощности без потерь из конденсатора" постоянного тока у преобразователя с трехступенчатой коммутацией и максимальной устойчивостью к помехам,. особенно на тиристорах, решает преобразователь тока с собственной коммутацией, согласно изобретению так, что блок преобразователя, при" соединенный с помощью входных клемм постоянного тока к выходным клеммам источника тока через главный отдели- тельный диод, соединен выходными клем. мами переменного тока с одной стороны с нагрузкой и с другой стороны с аккумуляционным выпрямителем, клеммы постоянного тока которого подключены через отделительные диоды к крайним клеммам блока аккумуляционных конденсаторов, содержащего два конденсато" .ра, включенных последовательно, при"чем параллельно указанным крайнимклеммам подключен источник подзарядки постоянного тока, а первая крайняяклемма подключена с одной стороны каноду первого вспомогательного акку,муляционного тиристора,катод которогоподключен к катоду четвертого и анодушестого вспомогательного аккумуляционного тиристора,а с другой стороны -ккатодам третьего и четвертого ограничительного диода,а анод третьего ограничительного диода подключен к катодуглавного отделительного диода и анодчетвертого ограничительного диодаподключен к отрицательной выходной1клемме источника тока, причем втораякрайняя клемма блока аккумуляционныхконденсаторов подключена с одной сто"роны к катоду второго вспомогательнОго аккумуляторйого тиристора,анод которого соединен с катодом пятого ианодом третьего аккумуляционных тиристоров,а с другой стороны - с анодамипервого и второго ограничительныхдиодов, гле катод первого ограничи-.тельного диода соединен с анодом.третьего ограничительного диода, спервой клеммой первого выбросногореактора и анодом первого коммутационного тиристора, катод которого соединен с одной стороны с анодом второго коммутационного тиристора, сдругой стороны - с второй клеммойблока коммутационных импульсов, стретьей стороны через второй тирис"тор подзарядки и индуктивность подзарядки - с катодами третьего и четвертого ограничительного диодов,катод второго коммутационного тирис"тора соединен с одной стороны с анодом четвертого ограничительного диода и с другой стороны через второйсглаживающий реактор, второй диодвыбросов, четвертый коммутационныйтиристор, третий коммутационный тиристор и первый, диод выбросов - квторой клемме первого сглаживающегореактора, причем общая точка .третье"го и четвертого коммутационных тиристоров соединена с одной стороныс первой клеммой блока коммутационных импульсов и с другой сторонычерез первый :иристор подзарядас анодами первого и второго огранй-,чительных диодов, общая точка четвертого коммутационнного тиристораи второго диода выбросов соединенас анодом второго отделительногодиода, общая точка первого диодавыбросов и третьего коммутационноготиристора подключена к катоду первого отделительного диода, далее катод третьего и анод четвертого вспомогательного аккумуляционного тиристора соединены друг с другом и соеди.нены со средней клеммой блока аккумуляционных конденсаторов, анод пя того вспомогательного аккумуляционного тиристора соединен с анодом главного отделительного диода, катод шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора соединен с катодом главного отделительного диода и между катодом пятого и анодом шестого вспомогательного аккумуляционного тиристора включен вспомогательный аккумуляционный блок.Предлагаемый преобразователь тока работает с трехступенчатой коммутацией и по сравнению с известными преобразователями его преимуществом является высокая устойчивость к аварийным состояниям, особенно коротким замыканиям и параэитным импульсам.На чертеже изображена схема предлагаемогопреобразователя тока.Преобразователь тока питается отаисточника тока 1 , образуемого управляемым трехфазным тиристорным мостом с тиристорами 11-16 со сглаживающей индуктивностью, входные клеммы. переменного тока которого 1.3, 1.4, 1.5 подключены к трансформатору преобразователя или через отделительные реакторы к питающей сети. Выходные клеммы постоянного тока 1.1, 1.2 источника тока 1 О подключены через главный отделительный диод 67 к входным клеммам 2.1, 2.2 блока преобразователя 2 , соединенного с помощью выходных клемм переменного тока 2.3, 2.4, 2.5 с одной стороны к нагрузке (не показана) и с другой стороны к аккумуляционному выпрямителю 3 . Блок преобразователя 2 образован с помощью мостовой схемы главных тиристоров 1-6. Клеммы постоянного тока 3.1, 3.2 блока аккумуляционного выпрямителя ЗО, образуемого с помощью мостовой схемы аккумуляционных диодов 71-76, присоединены через отделительные диоды 77, 78 к крайним клеммам 4.1, 4.3 блока 4 О аккумуляционных конденсаторов, содержащего два конденденсатора С 1, С 2, включенные последовательно. К.крайним клеммам 4.1, 4.3 параллельно присоединен источник подзарядки постоянного тока 5о причем первая крайняя клемма 4.1 далее подключена с одной стороны к аноду первого вспомогательного акку. муляционного тиристора 61, катод которого подключен к катоду четверТого и.аноду шестого вспомогательного аккумуляционных тиристоров 64,66 и с другой стороны к катодам третьего и четвертого ограничительных диодов 95, 96. Анод третьего ограничительного диода 95 подключен к катоду главного отделительного диода 67 и анод четвертого ограничительного диода 96 подключен к отрицательной выходной клемме 1.2 источника тока 1Вторая крайняя клемма 4,3 блока 4аккумуляционных конденсаторов подключена с одной стороны к катодувторого вспомогательного аккумуляционного тиристора 62,анод которогосоединен с катодом пятого и анодом 5третьего вспомогательных аккумуляционных тиристоров 65, 63, с другойстороны - с анодами первого и второго ограничительных диодов 93, 94.Катод первого ограничительного диода 93 соединен с анодом третьегоограничительного диода 95, с первойклеммой 7.1 первого выбросного реактора 7 О и анодом первого коммутационного тиристора 21, катод которого 15соединен с одной стороны с анодомвторого коммутационного тиристора 22,с другой стороны с второй клеммой9.2 блока 9 О коммутационных импульсов и с третьей: стороны через второй тиристор подзаряда 42 и индуктивность подзаряда 10 (с клеммами 10.1,110.2) - с катодами третьего и четвертого ограничительных диодов 95, 96.Катод второго коммутационного тиристора 22 соединен с одной стороны санодом четвертого ограничительногодиода 96, с другой стороны через второй сглаживающий реактор 8 (с клеммами 8.1, 8.2), второй диод выбросов 30 . 52, четвертый коммутационный тиристор 32, третий коммутационный тиристор 31 и первый диод выбросов 51с второй клеммой 7.2 первого сглажи.вающего реактора 7 О. Общая точка третьего коммутационного тиристора 31 и четвертого коммутационноготиристора 32 соединена с одной стороны с первой клеммой 9.1 блока коммутационных импульсов 9 , с дРугой 40стороны через первый тиристор подзаряда 41 - с анодами йервого и второго огранительных диодов 93, 94, Общая точка четвертого коммутационно-.го тиристора 32 и второго диода вы-:бросов 52 подключена к аноду второгоотделительного диода 87. Общая точкапервого диода выбросов 51 и третьегокоммутационного тиристора 31 подклю" чена к катоду первого отделительного :,диода 77, Катод третьего,и анод чет вертого вспомогательного аккумуляционных тиристоров 63, 64 соединены друг с другоми со средней клеммой4,2 блока 4 О аккумуляционных конденсаторов. Анод пятого вспомогательно - 55 го аккумуляционного тиристора 6 Г соединен с анодом главного отделительного диода 67. Катод шестого вспомогательйого аккумуляционного тиристора 66 соединен с катодом главного 60 отделительного диода 67. Между катодом пятого и анбдом шестого вспомогательного тиристора 65, 66 включен вспомогательный аккумуляционный, блок б (с клеммами 6.1, 6.2). 65 Для объяснения работы предположим, что главный ток преобразователя протекает от клеммы 1.1 источника тока 1 через главный отделительный диод 67 в клемму 2.1 блока преобразователя 2, далее через главный тристор 2 блока 2 - в клеюу2.3 нагрузки, от нагрузки черезклемму 2.4 - -в тиристор 3 блока 2ои через выходную клемму 2,2 блока 2 назад в клемму 1,2 источника тока 1Предположил, что необходимо выполнить коьмутацию тиристора 2 натиристор 4 блока преобразователя 2.В момент коммутации у коммутационного конденсатора блока 9 о комммутационных импульсов полярность плюсна клемме 9.1. Вследствие включениякоммутационных тиристоров 21 и 31ток от тиристора 2 блока преобразователя 2 ф переводится на вспомогательную ветвь, данную следующими:элементами; тиристор 21, блок 9тиристор 31, диод 75 аккумуляционного блока 3 и вновь клемма нагрузки 2.3. Крутизна коммутации на этуветвь определена ограничительнойиндуктивностью блока 9 О. Ток источника тока 1 , протекающий через этувспомогательную ветвь, перезаряжаетконденсатор блока 9 на полярностьплюс на клемме 9.2,и в случае выравнивания отношений напряжения на конденсаторе блока 9 с мгновенным линейным напряжением коммутационныхФаз нагрузки и у следующего тиристо ра блока преобразователя 2 имеется импульс включения, происходит комму.тация тока от этой вспомогательной ветви на дальнейшую вспомогательную ветвь, обозначенную следующими элементами; тиристор 4, блок преобразо вателя 2 О диод 74 аккумуляционного блока 3 , диод 78, конденсаторыАС 1 С 2 блока 4 , диод 77, диод 75 блока Зо и вновь выходная клемма 2.3. В этот момент также происходит собственная коммутация тока между Фазами нагрузки - значит понижение тока в Фазе клеммы 2.3,у которой через диоды 74 и 75 последовательно включены конденсаторы блока 4 во полярности, препятствующей.прохождению тока и одновременно поведению (возрастанию) тока в клемме 2.5, куда ток приводится прямо от источо ника через тиристор 4 блока 2 . Сумма токов в Фазах клеммы 2.3 и.2.5 является константной, потому .что преобразователь питается источником тока отблока 1 . После включения коммутационных тиристоров 31 и 21 одновременно происходит выброс конденсатора блока 9 ф через диод 51 и выбросный реактор блок 7, .что стабилизирует изменение полярностикоммутационного конденсатора блока 9 при малых токах или холостом ходе.С определенным запаздыванием после окончания коммутации включаются тиристоры подзарядки 42 и 41, подзаряжающие напряжение на клемме 9.2 в положительную величину от вспомогательного источника напряжения- блока 5.При каждой коммутации .абсорбируется в аккумуляционных конденсаторах блока 4 определенная энергия от индуктивностей нагрузки данной па раметрами двигателей, или другого типа нагрузки, От конденсатороь С 1оУ С 2 блока 4 необходимо отводить такую мощность, чтобы энергетическое равновесие установилось на техни чески оптимальном напряжении. Без отвода мощности от конденсаторов напряжение бы поднималось и мог бы случиться пробой полупроводников. Вследствие включения пары тиристоров 61, 63 оттачивается от конденсатора 01 блока 4 определенная энергия во вспомогательный аккумуляционный конденсатор блока 6. После определенного времени после тиристоров 61, 63 включаются тиристоры 65 и 66. У конденсатора блока 6полярность плюс на стороне клеммы 62. Происходит коммутация тока в промежуточной цепи постоянного тока от диода 67 путем, обозначенным следующими элементами: тиристор 65, блок 6, тиристор 66 и конденсатор блока бф разряжаются током источника 1 ц на нуль. Энергия конденсатора приводится в источник тока и, зна- З 5 чит, в нагрузку преобразователя. От конденсатора С 2 блока 4 приводится энергия через тиристоры 62 и 64 и вновь отводится через тиристоры 65 и 66 от вспомогательного аккумуля ционного конденсатора блока 6 . Пары тиристоров 61, 63 и 62, 64 периодичес ки чередуются в частоте, выведенной от включения главных и коммутационных тиристоров преобразователя, или в частоте, независимой от частоты преобразователя,и определяется датчиком напряжения на конденсаторах С 1,С 2.Для преобразователя тока являются очень опасными состояния перенапряжения, возникшие возможным перерывом в питании источника тока и следующим перенапряжением на сглаживающей индуктивности блока 1", От перенапряжения защищают преобразователь четыре диода 93, 94, 95, 96. Перенапряжение на стороне постоянного тока преобразователя (на клеммах 2.1, 2.2) ограничивает напряжение на этих диодах на уровне напряжения конденсаторов блока 4 , перенапряжение на тиристорах блока 2 ограничивается этими диодами совместно с диодами аккумуляционного выпрямителя блока 3 . Например, коммутациононое перенапряжение с полярностью плюс на катоде тиристора 5 блока 2 ограничивается на уровне напряжения конденсаторов блока 4 по цепи: катод тиристора 5, клемма 2.2, диод 96, клемма 4.1, клемма 3, диод 77, диод 75, анод тиристора 5.Предлагаемый преобразователь тока работает с трехступенчатой коммутацией и по сравнению с известными преобраздвателями его преимуществом является высокая устойчивость к аварийным состояниям, особенно коротким замыканиям к паразитным импульсам. Например паразитное сопряжение импульсов на коммутационных тиристорах 31, 32 не вызывает благодаря отделительным диодам 77, 78 короткое замыкание на конденсаторах блока 4, но только кратковременное закорачивание двигателя. Сопряжение на тиристорах 21, 22 также не вызывает короткое замыкание источника тока при условии правильной работы дальнейших коммутационных цепей. Однократные.паразистные импульсы на тиристоры 61-65 также не оказывают существенное влияние на работу и не ведут к перегораниям предохранителейПризнано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Чехословацкой Социалистической Республики.3 17 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 1/49 Тираж 667 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушск