Трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное (его варианты)

(19) (Ю 73 А 3 у Н 02 М 5/257 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(71) Белорусский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 393736, кл. Н 05 Р 5/00, 191.2. Авторское свидетельство СССР.Р 917187, кл. Н 02 М 5/25 р 1980.(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ(57) 1. Трехфазный преобразователь .переменного напряжения в переменное,содержащий три ключа, каждый из которых состоит из встречно-параллельнойтиристорный пары, соединяющих выводыдля подключения фаз питающей сети ивыводы для подключения нагрузки, вы"прямительный мост, выводы переменноготока которого соединены с выводамидля подключения нагрузки,а диагональпостоянного тока закорочена шунтирующим тиристором, параллельно которомувключена цепь из последовательно соединенных зарядного тиристора, первогодросселя и конденсатора, коммутирую-.,щий тиристор, присоединенный катодомк общей точке анодов распределительных диодов, катоды которых под"ключены к выводам для подключенияфаз питающей сети, причем анод заряд"ного тиристора подключен к плюсовому. выводу диагонали постоянного тока выпрямительного моста, о т л и ч а ю ;"а ния функциональными возможностей и,пф- вышения надежностр катодная группавыпрамительного тоста гн 1 полнена натиристорах и введены два диода-сброса и второй дроссель, присоединенный одним выводом к аноду коммутирующего тиристора, другим - к общей точке первого дросселя и конденсатора, причем первый и второй диоды сброса шунти" руют соответственно первый и второй дроссели и подключены: первый - анодом к аноду коммутирующего тиристора, второй - катодом к катоду зарядного тиристора. 2. Трехфазный преобразователь пеФ ременного напряжения в переменное, содержащий три пары силовых тиристоров, выпрямительный мост, выводы ( анодной группы переменного тока которого подключены к выводам для подклю- "д чения фаз нагрузки, а диагональ постоянного тока закорочена шунтирую-Фсрвй щим тиристором, параллельно которо,му включена цепь из последовательно соединенных зарядного тиристора, первого дросселя и конденсатора, причем ф анод зарядного тиристора подключен к ф плюсовому выводу диагонали постоянно- СИ го тока выпрямительного моста, ком- ОЪ мутирующий тиристор, присоединенный катодом к общей точке анодов распределительных диодов, катоды которых подключены к выводам для подключения фр фаз питающей сети, причем первый тиристор каждой пары силовых тиристоров подключен анодом к выводу для подсое" динения соответствующей фазы питающей сети, катодом - к выводу для подсоединения нагрузки, второй тиристор упомянутой пары подключен катодом каноду первого тиристора, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных воэможнос"тей и повышения надежности, введенытри дополнительных тиристора, каждыйиэ которых подключен анодом к катодувторого тиристора пары силовых тиристоров соответствующей фазы, а катодом - к выводу для подключения соответствующей фазы нагрузки, причеманоды диодов катодной группы выпрямительного моста включены пофазно с катодами дополнительных тиристоров,введены два диода сброса и второйдроссель, присоединенный одним выводом к аноду коммутирующего тиристора,другим - к общей точке первого дросселя и конденсатора, причем первыйи второй диоды сброса шунтируют соответственно первый и второй дроссели иподключены: первый - анодом к анодукоммутирующего тиристора, второйкатодом к катоду зарядного тиристора.1.Изобретение относится к электротехнике, в частности к тиристорным преобразователям переменного тока для параметрического управления асинхронным двигателем, а также к устройствам регулирования канала мощных ламп, регулирования нагревом промышленных печей сопротивления и т.д.Известны устройства для фазового управления асинхронным двигателем, 10 содержащие встречно-параллельные тиристоры и узлы их принудительной коммутации 1 11.Основными недостатками известных устройств являются или ограниченные 15. функциональные возможности, или большое количество тиристоров, коммутирующих емкостей, или наличие моточных изделий в виде трансформаторов, ухудшающих весогабаритные показатели уст ройств. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае мому результату является трехфазный 25 преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий три ключа, каждый из которых состоит из встречно-параллельной тиристорной пары, соединяющих выводы для подключенияЗО фаз питающей сети и выводы для подключения нагрузки, выпрямительный мост, выводы переменного тока которого соединены с выводами для подключения нагрузки, а диагональ постоянного тока35 закорочена Шунтирующим тиристором, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных зарядного тириетора, первого дросселя и конден 2,сатора, коммутирующий тиристор, присоединенный катодом к общей точкеанодов распределительных диодов, катоды которых подключены к выводамдля подсоединения фаз питающей сети,причем анод зарядного тиристора подключен к плюсовому выводу диагоналипостоянного тока выпрямительного моста 1 2 1.Существенным недостатком прототипаявляется образование цепей замыканияфаэ питающей сети в моменты коммутации. Поэтому к току нагрузки в моменткоммутации начинает прибавляться токкороткого замыкания, а значит емкостькоммутирующего конденсатора для успешной коммутации должна быть существвенно завышена, Эти причины предусматривают подключение схемы рассматриваемого преобразователя через токоограничивающие реакторы. Однако наличиеуказанных реакторов резко ухудшаетдругие показатели устройства. Во-первых, реакторы проводят весь ток нагрузки и их габариты с ростом мощности последней становятся весьма значительными. Во-вторых, реакторы существенно ограничивают функциональные возможности устроцства, а именно допустимую частоту импульсного регулированияиэ-за нарастания времени заряда коммутирующего конденсатора. В-третьих,напряжение на коммутирующем конденсаторе при колебательном процессе заряда может достигнуть значительной величины (примерно двухкратного значения амплитуды линейного напряженияпитающей сети), что может привести квыходу из строя других элементов схе 1089736мы. В то же время отвод избыточнойэнергии от реакторов и коммутирующегодросселя, которая является причинойуказанного недостатка, затруднениз-за расположения последних в цепях 5переменного тока,В предлагаемом устройстве избирательностью коммутации исключена возможность замыкания фаз питающей сети,а значит и необходимость в токоогра Оничивающих реакторах. Поэтому устройство позволяет качественно реализовать различные законы высокочастотнойширотно-импульсной модуляции с цельюулучшения гармонического состава ре- .15гулируемого напряжения, что являетсярасширением функциональных возможностей по сравнению с прототипом. Крометого, коммутирующие дроссели в предлагаемом устройстве включены таким 2 Вобразом, что отвод накопленной энергии от них осуществляется обычнымметодом " диодами сброса, за счетчего напряжение на коммутирующем конденсаторе ограничивается на уровне 25примерно амплитуды линейного напряжения питающей сети, что повышаетнадежность.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение ЗОнадежности.Указанная цель достигается тем,что в трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное,содержащий три ключа, каждый из кото рых состоит из встречно-параллельнойтиристорной пары, соединяющих выводыдля подключения фаз питающей сети ивыводы для подключения нагрузки, выпрямительный мост, выводы переменного 40тока которого соединены с выводамидля подключения нагрузки, а диагональпостоянного тока закорочена шунтирующим тиристором, параллельно которомувключена цепь из последовательно сое диненных зарядного тиристора, первого дросселя и конденсатора, коммутирующий тиристор, присоединенный катодом к общей точке анодов распределительных диодов, катоды которых под ключены к выводам для подключения фазпитающей сети, причем анод зарядноготиристора подключен к плюсовому выводу диагонали постоянного тока вынрямительного моста, катодная группа 55выпрямительного моста выполнена натиристорах и введены два диода сброса и второй дроссель, присоединенный одним выводом к аноду коммутирующеготиристора, другим - к общей точкепервого дросселя и конденсатора, причем первый и второй диоды сбросашунтируют соответственно первый ивторой дроссели и подключены: первый - анодом к аноду коммути"рующего тиристора, второйкатодом к катоду зарядного тиристора,Согласно второму варианту указанная цель может быть достигнута, еслив трехфазный преобразователь переменного напряжения в переменное, содержащий три пары силовых тиристоров,выпрямительный мост, выводы аноднойгруппы переменного тока которогоподключены к выводам для подключенияфаз нагрузки, а диагональ постоянного тока закорочена шунтирующим тиристором, параллельно которому включена цепь из последовательно соединенных зарядного тиристора, первогодросселя и конденсатора, причем анодзарядного тиристора подключен к плюсовому выводу диагонали постоянноготока выпрямительного моста, коммутирующий тиристор,присоединенный катодом кобщей точке анодов распределительныхдиодов, катоды которых подключены квыводам для подсоединения фаз питающей сети, причем первый тиристор каждой пары силовых тиристоров подключенанодом к выводу для подсоединениясоответствующей фазы питающей сети,катодом - к выводу для подсоединения нагрузки, второй тиристор упомянутой пары подключен катодом к анодупервого тиристора, введены три дополнительных тиристора, каждый из которыхподключен анодом к катоду второго тисистора пары силовых тиристоров соответствующей фазы, а катодом - к выводу для подключения соответствующейфазы нагрузки, причем аноды диодовкатодной группы выпрямительного моста включены пофазно к катодами дополнительных тиристоров, введены два диода сброса и второй дроссель, присоединенный одним выводом к аноду коммутирующего тиристора, другим - к общейточке первого дросселя и конденсато-ра, причем первый и второй диоды сброса шунтируют соответственно первый ивторой дрос .ели и подключены: первый -анодом к аноду коммутирующего тиристора, второй - катодом к катоду зарядного тиристора.На фиг,1 изображена схема предлагаемого трехфазного преобразователя; на фиг,2 - вариант его схемы.Предлагаемый преобразователь содержит трехфазную нагрузку 1, Фазы которой через встречно-параллельно включенные тиристорные пары 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7 соединены с фазами питающей сети. Кроме этого, Фазы нагрузки подсоединены к входу трехфазного выпрямительного моста, анодная группа которого выполнена на диодах 8-10, а катодная - на тиристорах 11-13, причем плюсовая шина диагонали постоянного тока указанного мос" та соединена с анодами шунтирующего 14 и зарядного 15 тиристоров, а минусовая - с катодом тиристора 14 и одним из выводов коммутирующего кон 10 15 денсатора 16, Другой вывод указанного 20 конденсатора подключен к общей точке соединения первого 17 и второго 18 коммутирующих дросселей, причем другой вывод первого дросселя 11 соединен с общей точкой соединения катодов 5 первого диода 19 сброса и-зарядноготиристора 15, а аналогичный вывод второго дросселя 18 - с общей точкой со" единения анодов второго диода 20 сброса и коммутирующего тиристора ЗО 21, Другие выводы укаэанных диодов сброса объединены и подключены к общей точке соединения коммутирующих дросселей и конденсатора. При этом катод тиристора 21 соединен с анода" ми распределительных диодов 22-24, чьи катоды включены на Фазы питающей сети.Преобразователь работает следующим образом. 40 В момент времени С 1 подаются иМ- пульсы управления на тиристоры 2-7 е, 11-13 и 15, в результате чего нагрузка подключается к сети, а коммутирующий конденсатор 16 заряжается через45 выпрямительный мост 8-13 с полярйос- . гью, указанной без кружочков (фиг.1). В момент достижения напряжения на конденсаторе величины, примерно рав- ной амплитуде линейного напряжения, откроется диод 20 сброса и энергия, накопленная дросселем 18, рассеивается в цепи сброса. После окончания заряда тиристоры 11-13, 15 закроются, При работе коммутатора на нагрузку .индуктивного характера в момент отключения нагрузки г., ток фазы С по,ложителен, фазы В - отрицателен, а Фазы А может быть либо положительным, либо отрицательным. В первом случае в момент С, подаются импульсы управления на тиристоры 21, 14 и 12, в результате чего образуется следующая цепь разряда конденсатора 16: "+" С - дроссель 17 - тиристор 21 - диод 23 - тиристор 4 - тиристор 12 - тиристор 14 - "-". Отметим, что иэ диодов 22-24 в моменты коммутации открыт тот, у которого на катоде наибольший минус. Когда ток разряда достигнет значения тока нагрузки фазы В, тиристор 4 закроется, а ток нагрузки (фазы В) продолжает течь по цепи. фаза В нагрузки - тиристор 12 - тиристор 14 - конденсатор 16 - дроссель 17 - тиристор 21 - диод 23 - фаза В сети, Спустя время восстановления запирающихся свойств тиристора 4 подаются импульсы управления на остальные тиристоры группы 11-13, в результате чего конденсатор быстро заряжается с полярностью, указанной в кружочках (фиг. 1) по цепи: фазы А сети - тиристор 3 - тиристор 11 - тиристор 14 - конденсатор 16 - дроссель 17 - тиристор 21 - диод 23 - "-" фазы В сети, Вновь, как и в предыдущем случае, напряжение заряда будет равно примерно амплитуде линейного напряжения сети, а энергия, накопленная дросселем 17 рассеется в цепи сброса диода 19, После окончания заряда тиристор 3 закроется, причем тиристор 1 закрылся сразу после подачи импульсов на тиристоры 11, 13 линейным напряжением между Фазами А и С по цепи: Фаза А - тиристор 3 - тиристор 11 " тиристор 14 - диод 10 - тиристор 7 - фаза С, Реактивная энергия нагрузки после закрывания укаэанных вьппе тиристоров замыкается через выпрямительный мост и тиристор 14.Во втором случае, когда ток фазы А отрицателен, в моменте времени г., подаются импульсы управления на тиристоры 11, 12, Ф и 21, в результате чего тиристор 2 фазы выключается естественно линейным напряжением между Фазами А и В по цепи: "+" фазы А - тиристор 2 - тиристор 11 - тиристор 14 - диод 9 - тиристор 4 - "-" фазы В, Тиристор 4 фазы В затем выключится аналогично первому случаю, дальнейшие процессы также повторяются, 1 О 89736Если в момент времени С, вновь необходимо подключить нагрузку к сети, вначале подается импульс управления на тиристор 15, в результате чего конденсатор разряжается по цепи: "+" С 5 (в кружочке) - тиристор 14 - тиристор 15 - дроссель 18, в результате чего тиристор 14 выключается и спустя время его восстановления подаются импульсы управления на тиристоры 2-7 и группу101 11-13, Нагрузка вновь подключается к сети, а конденсатор быстро заряжается от сети. В дальнейшем процессы повторяются, только в, зависимости от соотношения напряжения и токов фаз выключаются (включаются) те или другие тиристоры (диоды).Таким образом, устройство позволяет осуществить избирательную коммута-. цию тиристоров 2, 4, 6 в зависимости от наличия в них тока нагрузки. Причем в моменты коммутации не возникают цепи замыкания фаз питающей сети, а напряжение на коммутирующем конденсаторе ограничено уровнем примерно рав-ным амплитуде линейного напряжения.Согласно второму варианту (фиг.2) работа преобразователя аналогична первому варианту, за исключением отдельных моментов. Так, для подключениянагрузки к сети импульсы управленияподаются на тиристоры 2-7, 25-27, адля отключения от сети - на тиристоры21 и 14. Тиристоры 25-27 выполняютфункцию тиристоров 11-13 первого варианта устройства, но если там для ихвключения необходима информация о направлении тока в фазе, то тиристоры25-27 во втором варианте всегда включены к моменту коммутации, если ток вданной фазе отрицателен (направлен отнагрузки к сети), процессы зарядакоммутирующего конденсатора, выключения тиристора 14 происходят аналогично.Таким образом, во втором варианте устройства осуществляется автоматическая избирательная коммутация тиристоров 2,4,6 при любом направлении тока в фазах, информационные датчики (тока или состояния тиристоров) не требуются, чем повышается надежность работы коммутатора за счет упрощения системы управления тиристорами, при этом сохраняются достоинства, присущие первому варианту устройства.1089736 О/53 Тираж 667 Подпис ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д