Система электропитания технологических установок

(1 о 1 (11) М 9/О 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕНИЯЛЬСТВУ ПИСАН Н АВТОРСКОМ) др. Тиристорноразователи. Энеррис. 1-1 а. кондгоизд ЕХНОЛ к областии предназачестве иловых и ка однополярных тока с дозиров обретения - уве ности путем обе ой параллельной елей в широком источни пульсо нсатора. За счеторов 19-21 иия бесконтактным ннои энергие личение выход спечения одноработы преоб диапазоне изм ль й м ия ины л19-2 ремен азова достиг в пит в сис о короткоадежности 4125269/24-0729.07.8615.12.88. Бюл.Е.С.Белов и Л.Л621,314.5(088.Булатов О.Г. инсаторные преоат, 1982, с. 6(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК(57) Изобретение относитспреобразовательной техникначено для использования ения нагрузки, вплоть амыкания, и повьппение Система питания включает многоконтурный тиристорно-конденсаторный преобразователь, в который между выходамиего контуров и нагрузкой включеноиндуктивно-диодное устройство, включающее и-обмоточный дроссель 41 собмотками 40,44,47 и диодами 48-53.Индуктивно-диодное устройство обеспечивает устойчивую работу контуровпреобразователя, Уменьшение жесткости выходной характеристики для уменьшения амплитудного значения тока вимпульсе достигается последовательным соединением источников питания системы, один из которых не имеет накопительного конд использования резист обеспечения управле выключателем от вели ряжения на резистор ется защита тиристо ния 1 запф ф лыр 3Изобретение относится к области преобразователей электротехники и предназначено для использования в качестве источника однополярых силовых с дозированной энергией импульсов тока,Цель изобретения - увеличение выходной мощности путем обеспечения одновременной параллельной работы пре образователей в широком диапазоне изменения нагрузок, вплоть до короткого замыкания, и повышение надежности.На Фиг.1 представлена электричес кая схема системы электропитания технологических установок; на Фиг.2 и 3 - диаграммы напряжений.Система состоит из блока питания и тиристорно-конденсаторных преобра зовательных контуров с индуктивнодиодным согласующим устройством. Выводы А, В, С для подключепя трехфазногЬ питающего напряжения се ти через бесконтактный тиристорнодиодный выключатель 1 - б соединены с первичными обмотками трехфазного силового трансформатора 7 и через блок 8 Фильтров с первичными обмот-. ками трехфазного силового трансформатора. 9. Вторичные обмотки транфор" матора 7 подключены на вход шестифазного тиристорного выпрямителя 10. К выходу выпрямителя 10 подключен Фильтрующе-накопительный конденсатор 11. К отрицательному выводу выпрямителя 10 подключен нагрузочный балластный резистор 12Отрицательные обкладки накопительных конденсаторов 13 - 15 через разделительные тиристоры 16 - 18 и последовательно соединенные с ними токоограничивающие балластные резисторы 19 - 21 подключены к отрицательной обкладке конденсатора 11 и минусовому выводу тиристорного выпрямителя 10. Вторичные обмотки трансформатора 9 подсоединяются к входу шестифаэного диодного выпрямителя 22. Положительный вывод тиристорного выпрямителя О соединен с отрицательным выводом диод- ного выпрямителя 22 и положительными обкладками накопительных конденсаторов 13 - 15. Положительный выход выпрямителя 22 подключен к другому выводу нагрузочного оалластного резистора 12; Тиристорно-конденсаторные преобразовательные контуры состоят из четырех последовательно-параллельно соединеюых тиристоров 23- 26, 27-30, 31-34 и представляют собой три выпрямительных однофазных моста для переменного тока. К входам тиристорных мостов к местам последовательно соединенных тиристоров 23 и 26, 27 с 30, 31 с 34 с одной стороны и тиристоров 25 с 24, 29 с 28, 33 с 32 с другой стороны подключены коммутационные конденсаторы 35 - 37.Катоды тиристоров 23 и 25 подключены к отрицательной обкладке накопительного конденсатора 13. Катоды тиристоров 27 и 29 подключены к отрицательной обкладке накопительного конденсатора 14. Катоды тиристоров 33 и 31 подключены к отрицательной обкладке накопительного конденсатора 15.Выходы тиристорно-конденсаторных преобразовательных контуров, т.е. аноды тиристоров 26 и 24, подключены к аноду обратного диода 38, загрузочному резистору 39 и началу обмотки 40 индуктивности с дросселя 41; анодами тиристоров 30 и 28 подключены к обратному диоду 42, нагрузочно.г." резистору 43 и началу обмотки 44 индуктивности 41, Аноды тиристоров 32 и 34 подключены к обратному диоду 45, нагруэочному резистору 46 и началу обмотки 47 индуктивности 41, Конец обмотки 40 индуктивности 4 соединен с анодом диода 48 и катодом разделительного диода 49,. Конец обмотки 44 индуктивности 41 соединен с анодом диода 50 и катодом разделительного диода 51. Конец обмотки 47 индуктивности 41 соединен с анодом диода 52 и катодом разделительного диода 53. Аноды разделительных диодов 49,51 и 53 соединены вместе и являются отрицательным выводом ;системы электропитания, подключенного к нагрузке 54, Катоды диодов 48,50 и 52, другой вывод нагрузочных резисторов 39,43 и 46 и положительный вывод напряжения диодного выпрямителя 22 соединены вместе. Данное соединение является положительным выводом системы электропитания и подключается к нагрузке 54.Система электропитания работаетследующим образом.3144Принцип работы системы электропитания основан на одновременном переэаряде коммутационных конденсаторов 35 - 37 диагонально расположенными тиристорами 23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,34,33 преобразовательных контуров через нагрузку 54, на которой выделяются силовые импульсы. Частота следования (появления) силовых импульсов на нагрузке 54 в два раза выше частоты открытия диагонально расположенных тиристоров в преобразовательных контурах.Энергия 11, выделяемая на нагрузке 54 силовыми единичными импульсами, равна Ч = 2 Я,О+Е,) ХСээг и не зависит от параметров нагрузки, где Б - напряжение на накопительных конденсаторах 13 - 15, питаемых от тиристорного выпрямителя 10; Е и ЭДС на выходе диодного выпрямителя 22; 2 С ь - сумма емкостей наз, эь,Згкопительных конденсаторов 35 - 37.Форма силового импульса на нагрузке 54 имеет крутой передний фронт с амплитудой, равной удвоенному напряжению источника питания 2 Бт.= = 2(Б о + Е я ), и убывает по времени по экспонате до нуля. Длительность силового импульсазависит от величины сопротивления йагрузки 54, т.е. от времени перезарядки коммутационных конденсаторов .35 - 37,Источником питания преобразовательных контуров являются подзаряжаемые от блока питания накопительныеконденсаторы 13 - 15 и последовательно соединенный с ними шестифазныйдиодный выпрямитель 22, питаемый отвторичных обмоток трансформатора 9Напряжение на накопительных конденсаторах 13 - 15 вьппе в 2-4 раза выходного напряжения выпрямителя 22.При поочередной подаче импульсов управления с блока 55 управления надиагонально расположенные тиристоры23,24,27,28,31,32 и 25,26,29,30,33,34 преобразовательных мостов обкладки коммутационных конденсаторов 35 -37 поочередно подключаются ими к накопительным конденсаторам 13 - 15или нагрузке 54 через обмотки 40,44,47, намотанные на замкнутом (тороидальном) магнитопроводе из ферритаиндуктивности 41, и разделительныесиловые диоды 49,51 и 53. Тиристоры 49264в преобразовательные контуры можносоставить без подбора по временивключения.5Индуктивно-диодное согласующееустройство работает следуаяпм образом,С блока 55 управления на диагонально расположенные тиристоры 23,24, 27,28,31 и 32 в преобразовательных. контурах подаются одновременно импульсы управления. Например, тиристоры 23 и 24 с меньшим временем включения открываются первыми в момент времени С . Через резистор 39 (необходимый для работы преобразователя на "холостом ходу"), обмотку 40 индук-, тивности 41, разделительный авиловой. диод 49 и нагрузку 54 начинает протекать разрядный ток заряженного коммутационного конденсатора 35. На резисторе 39 и нагрузке 54 появляется крутой передний фронт силового импульса.Импульс тока, проходящий через обмотку 40 индуктивности 4 1, наводит ЭДС на обмотках 44 и 47, пропорциональную величине амплитудного значения тока через обмотку 40, Отрицательный потенциал наводимой ЭДС равен Е (Т ) на началах обмоток 44 и 47. На резисторах 43 и 46 с обмоток 44 и 47 через диоды 50 и 52 в тот же момент временипоявляется импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной величине амплитуды тока через обмотку 40, но меньше амплитуды напряжения на резисторе 39. Импульсы напряжения с крутым передним фронтом на резисторах 43 и 46 уменьшают разность потенциалов между анодами и катодами тиристоров этих контуров. Тиристоры "подзапираются". Это значительно уменьшает вероятность открытия тиристоров в мостах, на которые не поданы импульсы управления и срыва работы преобразовательных контуров от быстро менякщихся потенциалов, на них, а особенно при максимальных значениях тока в нагрузке 54. В момент времени С с задержкой ь,открываются тиристоры 27,28,31 и 32 с большим временем включения относительно тиристоров 23 и 24 и через резисторы 43 и 46 начинает протекать разрядный ток коммутационных конденсаторов 36 и 37, хотя и на резисторах 43 и 46 еще присутствует индуктивный импульс от обмотки 40, но он 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55не уменьшает до нуля разность потенциалов между анодами и катодами открывающихся тиристоров:) питгде 14 - амплитудное значение токаАмплитуда напряжения силового импульса также не влияет на открытиеэтих тиристоров из-за наличия разделительных диодов 51 и 53. С моментаоткрытия тиристоров 27,28,31 и 32 иначала протекания через них и резисторы 43 и 46 тока основной разрядныйток конденсаторов 36 и 37 идет через 15обмотки 44 и 47 индуктивности 4 1,разделительные диоды 51 и 53 и нагрузку 54. На нагрузке 54 суммируютсяразрядные токи коммутирующих конденсаторов 35 - 37. Обратные диоды 38, 2042 и 45 служат для ограничения напряжений на элементах схемы, подавленияположительных выбросов на выходе преобразовательных контуров из-за наличия индуктивной составляющей коммутационных конденсаторов и уменьшенияпотерь в преобразователе,Импульсы тока, проходящие черезобмотки 44 и 4/, наводят на обмотке40 индуктивности 41 кратковременную 80противоЭДС протекаюшему через нееразрядному току конденсатора 35.На это малое время уменьшаетсяток, протекающий через обмотку 4 Оиндуктивности 41. Введение индук"ивно-диодного согласующего устройствав многократньй преобразователь обеспечивает самостабилизацию одновременно работающих на общую нагрузку 54преобразовательных тиристорно-конденсаторных контуров,11 о мере разряда коммутационных конденсаторов 35 - 37 напряжение на них и разрядный токуменьшаются до нуля в момент времени 1: (фиг.2) и времени(фиг.3).Но ток в цеи не прекращается, таккак эти разряженные конденсаторы 35 -37 автоматически оказываются подклю.ченными к источнику питания и через 50нагрузку 54 заряжаются по экспонентедо величинь, напряжения источника питания Б, но другой полярности.Б момент времени 4 (Фиг,2) и времени с (фиг,3) зарядный ток конденсаторов становится меньше тока удержания тиристоров 23,24,27,28,31 и 32 в открытом состоянии. Тиристоры эакрываются. Силовой импульс на нагрузке 54 сформирован.Основная опасность срыва работы преобразовательных контуров системы питания появляется при малом сопротивлении нагрузки, т.е. при больших и максимальных амплитудных значениях величины тока в импульсе. Для ограничения амплитудного значения тока и уменьшения вероятности срыва работы одного иэ преобразовательных контуров источник питания представляет собой последовательное соединение двух источников напряжения, один из которых со стороны нагрузки не имеет фильтрующе-накопительного конденсатора - это силовой трансформатор 9 и шестифазный диодк";й выпрямитель 22,- Введение бесконденсаторного источника напряжения в блок пи;ния системы увеличивает внутреннее сопротивление системы питания и имеет активно индуктивный характер за счет вторичных обмоток трансформатора 9. На стабильность работы системы электропитания для получения мощных сичовь;х импульсов в процессе перезаряда коммутационных конденсаторов, особенно на режимах предкороткого замыкания и короткого в нагрузке 54, и ограничения амплитудного значения тока влияет наличие в цепи полного (активно-индуктивного) внутреннего сопротивления источника питания без Фильтрующе-накопительного конденсатора. Емкостно-индуктивный Фильтр 8 включен в первичную обмотку трансформатора 9 для исключения проникновения в трехфазную питающую сеть коротких импульсов, возникающих во вторичной обмотке трансформатора 9 при работе преобразователя, С нагрузки 54 (выходы д,е) импульсное напряжение подается в блок 55 управления тиристорами преобразовательных контуров. Это напряжение является обратной связью для.задержки генератора импульсов управления тиристорами преобразовательных контуров, Задающий генератор выдает очередной импульс управления на диагонально-расположенные тиристоры в мостах только после полного переэаряда коммутационных конденсаторов от предыдущего импульса управления,.Обратная связь влияет на работу задающего генератора, частоту следо1444926 1 О 15 валия управляющих импульсов толькопри работе преобразователя на ".холостом ходу" или небольшой величине сопротивления нагрузки 54 (при подходе электрода к обрабатываемой детали) постоянной составляющей на нагрузке 54.Работа блока литания для данной системы состоит в следующем.Трехфазное напряжение питания через бесконтактный тиристорно-диодный выключатель 1 - о подается на первичные обмотки трехфазного трансформатора 7 и через индуктивно-емкостный Фильтр 8 на первичные обмотки трансФорматора 9Напряжение с вторичных обмоток трансформатора 7 подается на тиристорный управляемый шестифазныйвыпрямитель 10, к выходу которогоподключен фильтрующе-накопительныйконденсатор 11. Напряжение с вторичной обмотки трансформатора 9 подается на шестифазный диодный выпрямитель 22. Выпрямители 10 и 22 соединены последовательно, их общая точкасоединена с положительной обкладкойнакопительных конденсаторов 13 - 15. Балластный резистор 12 необходим дляслучае срыва работы контуров преобра5055 разряда конденсатора 11, при установ ленин необходимого выходного напряжения блока питания преобразователя.В блок 56 управления тиристорным выпрямителем введена обратная связь (точка а и о ) для стабилизации выходного напряжения блока питания. Через балластные резисторы 19 - 21 и тиристоры 16 - 18 развязывающие по питанию контура производится подзарядка накопительных конденсаторов от 40 фильтрующе-накопительного конденсатора 11 и тиристорного выпрямителя 1 О.Работа устройства защиты тиристоров в контурах от пробоя по току в зователя состоит в следующем. Балластные резисторы 19 - 21 ограничивают ток короткого замыкания вслучае срыва работы в одном из контуров преобразователя, например, одновременное открытие последовательно соединенных тиристоров в мосте, например 23 и 26, и подключения напряжения блока питания в нагрузку (межэлектродный промежуток).В этом случае на резисторе 19 резко увеличивается падение напряжения - выводы а и о и в блоке 57 - управления защиты тиристоров преобразователя, срабатывает пороговое устройство, отключающее питание первичных обмоток трансформатора 7 и 9 от питающей сети бесконтактным тиристорно-диодным выключателем 1 - б.Управление энергией в импульсе на нагрузке 54 в зависимости от обрабатываемой площади и технологических требований на качество обработки производится плавно - изменением выходного напряжения системы питания или количеством одновременно работающих ее контуров, т.е. величиной емкости коммутационных конденсаторов. Включение и отключение контуров в работу производится тиристорами 1 б - 18 от блока 56 управления. Формула изобретения 1, Система электропитания технологических установок, содержащая и тиристорных преобразователей, трансформатор, первичная обмотка которого через бесконтактный выключатель соединена с выводами для подключения трехфазной сети, а его вторичная обмотка подключена к входу выпрямителя, к выходу которого через токоразделительные тиристоры подключены емкостный фильтр и входная цепь каждого из и тиристорных преобразователей, а также выходные выводы для подключения цепи нагрузки, первый из которых соединен с анодным выходом выпрямителя, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения выходной мощности путем обеспечения одновременной параллельной работы преобразователей в широком диапазоне изменения нагрузки, вплоть до короткого замыкания, и повышения надежности, введены дополнительный выпрямитель, выходами подключенный между указанными фильтром и первым выходным выводом, дополнительный трансформатор, первичная обмотка, которого пофазно соединена с первичной обмоткой основного трансформатора, а его вторичная обмотка подключена к входу дополнительного выпрямителя, а также и-обмоточный дроссель, каждая из обмоток которого одним выводом соединена с выходом соответствующего преобразователя, а другим - к общей точке двух дополнительно введенных и последовательно соединенных диодов, подключенных параллельно выходным выводам, причем к второму вы1444926 ходному выводу диод подключен в проводящем для тока нагрузки направленииа2. Система, по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что дополнительно Составитель Ю. Спива Техред Л.Сердюкова орректор Л,Пата Редактор Е.Копч Подписи комитета СССРи открытийская наб д. 4водственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, 1 роектная,Тираж 666 Государственно елам изобретени осква, Ж, Ра Заказ 6514/56 ВНИИПИ по д 113035, введены и цепочек, каждая иэ которыхвключена параллельно одной из обмоток дросселя и состоит из последовательно включенных второго дополнительного диода и резистора.