Выпрямительно-инверторный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ ХРЕСПУБЛИК 924 9) (И) 5 4 Н 02 М 7/55 0 АНИЕ ИЗ ЕН ОРНЫ 1 ПРЕся к области ой техники и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ П 1 НТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательский,проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода(56) Авторское свидетельство СССРМц 515674, кл. Н 02 М 7/155, 1980.ГОКБТЕК 1,1.оясЬЬаге РаЬггецдягошг 1 сЬСег гцг Мейяепт 1 аягцп 8 цпс 1 -яСцгцпя - Е 1 е 1, ВаЬпеп. 1972, 43, У 1,Б 15, В 11 д Зс.Бем Г., Драйман К., Целльнер Ф.Магистральный электровоз с трехфазный тяговым приводом на основе преобразователя тока, - Железные дорогимира, 1984, У 11, с. 9-17.(57) Изобретение относисиловой преобразователь жет быть использовано для питани системы тяговых двигателеи электроподвижного состава переменного тока,Цел ь и зобр ет ения - по выш ение коэффициента мощности преобразователя,Устройство содержит две зоны регулирования напряжения, подсоединенные кдвум вторичным обмоткам 13 и 14трансформатора 1, коммутирующий конденсатор 15, подключенный между дву-мя зонами определенным образом, изарядный узел из двух цепочек, включающих каждая последовательно соединенные зарядный реактор 16 (18) изарядный тиристор 17 (19), подключенный к выводам конденсатора 15.При работе преобразователя в одномиз двух режимов, выпрямительном илиинверторном, осуществляется принудительная коммутация соответствующихтиристоров двух зон. В результатеуменьшается фазовый сдвиг между певой гармониксй сетевого тока и напряжением и соответственно повышаетсякоэффициент мощности преобраэовате"ля, 1 з п, флы, 3 ил.Изобретениг относится к элскт - технике, а именно к силовой пре бразовательной технике, и может быть использовано в системах питания как коллекторных так и бесколлекторных тяговых двигаслей ,лектровозоз переменного тока,Цель изобретения - повышение коэффициента мощности выпрямительноинверторного преобразователя,На фиг.приведена принципиальная схема предпагаемого преобразователя; на фиг, 2 - временные диаграммы напряжений и токов, а также состояний тиристоров для выпрямительного режима работы; на фиг. 3 - то же,для инверторного режима работы преобразователя,Преобраэователь (фиг. 1) содержит однофазный трансформатор, первичная обмоткакоторого подсоединена через токосьемник 2 к сети переменного тока, две цепочки последовательно соединенных тиристоров 3-6 и 7-10, причем аноды тиристоров 3 и 7 и катоды тиристоров 6 и 10 соединены между собой соответственно и подключены к нагрузке преобразователя, содержащей последовательно соединенные сглаживающий реактор 11 и коллекторный тяговый двигатель 12 с независимым возбуждением (обмотка независимого возбуждения не показана), Общие точки соединения тиристоров 3, 4 и 7, 8 подсоединены к выводам одной вторичной обмотки 13 трансформатора, а общие точки соединения тиристоров 5, 6 и 9, 10 подсоединены к другой вторичной обмотке 14 трансформатора, Зыпрямител ьно-инверторный преобразо- ватель содержит также коммутирующий конденсатор 15, здсоединенный к общим точкам соединения тиристоров 4, 5 и 8, 9, зарядный узел, выполненный в виде двух цепочек последовательно соединенных заряд ого реактора 16 (18) и зарядного тиригтора 17 (19), подсоединенных гвоими выводами к выводам коммутируюше го конденсатора5 и к выводам вторичной обмотки 13, и узел 20 управления, соответствующими выводами подсоединенный к тиристорам 3-10, 17 и 9, Узел управления представляет собой известную систему импульсно-фазового управления преобразователями переменного напряжения в постоянное..1 рео 1 азовател ь В вьпрнмительномрежиме райстает следукщим образом.Предол о;ки и, первоначал ьно до момента времени 0 ток нагрузки 1,замыкался в буферном контуре черезпрож дящие тирис торы 3-6. Полярностьнапряжений на вторичных обмотках 13и 14 трансформатора в первом полу О периоде питающего напряжения показана на фиг, 1 стрелками. В моментвремени О включают тиристор 10, врезультате чего на интервале 0,(фиг. 2) осуществляется естественная 15 коммутация нарастания тока в трансформаторе, в процессе которой токнагрузки 1 иэ тиристора 6 переводится в тиристор 10 и вторичную обмотку 14 трансформатора, При этом в 20 кривой напряжения Бвторичной обмотки 14 содержится коммутационныйпровал напряжения, В момент времениокончания процесса естественнойкоммутации ток д, первичной обмоткидостигает величины тока нагрузки 1,деленного на коэффициент трансформа -ции К между первичной обмоткой 1 ивторичной обмоткой 14 трансформаторад= 1, /К, а ток нагрузки 1замыкается по цепи: вторичная обмотка 14,тиристор 10, нагрузка 11, 12, тиристор 3, тиристор 4, тиристор 5, вторичная обмотка 14.В момент времени С включают ти ристор 7. На интервале временипроизводится процесс естественной коммутации нарастания тока вовторичной обмотке 13 анадогично описанному. При этом ток д в момент 40 времени 1 З увеличивается на величинутока нагрузки 1 , деленному на коэффициент трансформации К между первичной обмоткой и вторичной обмоткой 13 трансформатора, а ток нагруз ки 1замыкается по цепи: вторичнаяобмотка 13, тиристор 4, тиристор 5,вторичная обмотка 14, тиристор 10,нагрузка 11, 12, тиристор 7, вторичная обмотка 13.В момент времени Сначинаетсяпроцесс принудительного "гашения"тока трансформатора за счет энергииэлектрического поля, накопленного вкоммутирующем конденсаторе 15. 55 Первоначально конденсатор 15 незаряжен. В момент времени 0 под действием напряжениявторичной обмотки 13 через коммутирукзций конденсатор начинает протекать зарядныйВ слсдующий полупериод питающего напряжения электромагнитные процессы в преобразователе протекают аналогично описанному. Нд интервалах времеццси 1С осуществляют ся процессы е сте ст венной коммутации нарастания тока во вторичных обмотках 14 и 13 соответственноутем включения соответствующих тиристоров преобразователя согласно диаграмме управляющих импульсов (фиг, 2) . Наинтервалах времени , с 1 ц Г цц осуществляются процессы принудитель 55 ток по цепи: вторичная обмотка 13, тиристор 4 конденсатор 15, реактор 18, тиристор 19, вторичная обмотка 13. К моменту времени 4 кондецсатор 15 заряжается до напряжения, превышающего амплитуду напряжения13что обусловлено наличием зарядного реактора 18, Полярность напряжения Б, показана нд фиг. 1 беэ скобок,В момент времени 1 я включают тиристор 8 под действием напряжения С конденсатора 15 ток во вторичной обмотке 13 уменьшается и в момент времени г. достигает нуля. При этом тиристор 4 запирается, ток нагрузки 1замыкается по цепи; вторичная обмотка 14, тиристор 10, нагрузка 11, 12, тиристор 7, тиристор 8, конденсатор 15, тиристор 5 вторичная обмотка 14. В процессе принудительной коммутации напряжение Б, конденсато - ра 15 снижается за счет тока разряда, однако на интервале 1 1 , пока напряжение Ь, превышает гскущее зца - чение питающего напряжения обмотки 13, к запертому тиристору 4 прикладывается обратное напряжение, способствуя восстановлению цспроводящих свойств тиристорз.На интервале времени с ., напряжение Е, на конденсаторе 5 меняет знак. Полярность напряжения П,. показ зцд ца фиг, 1 в скобках, Б момент временинапряжение П начинает превышать текущее значение напряжения Г 1, включается тиристор 9.ИПод действием увеличивающегося нап - ряжения конденсатора 5 ток во вторичной обмотке 14 умецыздется, достигая нулевого значения в момент времениТок нагрузки замыкается в буферный контур и протекает по пепи: нагрузка 11, 12, тиристоры 7-О, нагрузка 11, 12. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ного "гдшеция" тока в обмотках 13ц 14 соответственно.Преобразователь в режиме зависимого инвертирования работает слепуюшим образом,Предположим, первоначально заря -женный конденсатор 15 имеет напряженис, полярность которого показананд фиг.в скобках, а ток нагрузкизамыкается по цепи: нагрузка 11, 12,тиристоры 3-6, В момент времени 0(фцг. 3) включают тиристор 9, начинается процесс принудительной коммутации нарастация тока во вторичнойобмотке 14. Ток в обмотках 14 нарас-дет под действием разности напряжений конденсатора 15 и обмотки 14 поцепи "+" обкладка конденсатора 15,тиристор 9, обмотка 14, тиристор 5,обкладка конденсатора 15, В момент времени С 1 тцристор 5 запирается, ток нагрузки протекает по цепи:цагруэка 11, 12, тиристоры 3, 4, конденсатор 15, тиристор 9, обмотка 14, тирцстор 6, нагрузка 1 1, 12. Под действиемтока 1нагрузки конденсатор 15 герездря.кдстся, Однако цд интервалеТ, С 1пока напряжение конденсатора 15 превышает напряжение Ь, обмотки 14, к тиристору 5 прикладывается обратное напряжение, под действием которого тиристор 5 восстанавливает свои непроводящие свойства. Вмомент времени С, напряжение Бконденсатора превышает текущее напряжение У, через обмотки 13, включает тиристор 8, начинается процесспринудительной коммутации, нзрзстация тока во вторичной обмотке 13трацсформэтора. Ток в обмотке 13 нарастает под действием рдэности напряжений конденсатора 5 ц обмотки 13по цепи: + обкладка конденсатора15, тиристор 4, обмотка 13, тиристор 8, "-" обкладка конденсатора 15.В момент времени г.,з тиристор 4 запирается, ток нагрузки замыкается поцепи: нагрузка 11, 12, тиристор 3,обмотка 13, тиристоры 8, 9, обмотка14, тиристор 6, нагр"зка 11, 12,Тока обмоток 13 и 14 имеют противоположное направление относительно напряжений Б, и Г, этих обмоток,1 Зчто говорит об осуществлении процесса инвертирования, т,е. передачи энергии постоянного тока цепи нагрузки в сеть переменного тока.На интервалах времении С ггпуС г 5 производится естественная коммутациягашения тока соответствующих обмоток 13 и 4 путем включения тиристорон 7 и 10 соответственно. В следукций полупериод питающего напряжения процессы протека.ют согласно диаграммам (фиг. 3) ана.логично описанному. 10Таким образом, при работе преобразователя н выпрямительном режиме осуществляется принудительная коммутация гашения тока а в инверторном режиме - принудительная коммута ция нарастания тока н обеих вторичных обмотках трансформатора, т.е. в обеих зонах регулирования напряжения. Это позволяет уменьшить практически да нуля фазовый сдвиг между первой 20 гармоникой сетевого тока 1, и напряжением Б,. В результате повышается коэффициент мощности выпрямительноиннерторного преобразователя.25Кроме тоговследствие поочередности коммутации н двух зонах регулирования напряжения преобразователя первичный ток 1 имеет двухступенчатую симметричную форму (Фиг. 1 - 3), 30 более приближенную к синусоидальной форме, чем форма первичного тока в известном преобразователе, В результате уменьшаются потери от высших гармонических, что также повышает коэффициент мощности преобразователя.Выбором величины индуктивности зарядного реактора 16 (18) можно регулировать резонансный эффект в колебательном контуре, образованном за рядным реактором и коммутирующим кон. денсатором 15, при приложении к нему переменного напряжения вторичной обмотки 13 трансформатора. В результате конденсатор заряжается до напря жения наперед заданной величины, превышающей величину амплитудного напряжения 11,э что позволяет осуществлять принудительную коммутацию при большх опережающих углам в выпрями- тельном режиме работы (фиг. 2) и при больших отстающих углах в инверторном режиме работы преобразователя (фиг. 3). Таким образом, сохраняется полный компенсирукций эффект принудительной коммутации при глубоком регулировании напряжения преобразователя и повышается его коэффициентмощностиПредлагаемый ныпрямительно-инверторный преобразователь имеет посраннению с известным простую схему,так как не требует дополнительных,коммутирующих управ.яемых элементов -тиристорон. При работе преобразователя только н выпрямительном режиме тиристоры 5 и 9 могут быть заменены на диоды, Указанное обстоятельствоявляется важным, так как к тиристорным плечам 5 и 9 н процессе работы прикладывается в обратном направлении суммарное напряжение конденсатора 15 и обмотки 14, что может потребовать последовательного включения тиристоров в этих плечах. Устанонка диодов, предельный класс по напряжению которых выше, позволяет уменьшить массогабаритные показатели преобразователя,Формул а и з обретения1, Выпрямительно-иннерторный преобразователь содержащий трехобмоточный трансформатор, первичная об-. мотка которого подсоединена к однофазной сети переменного тока, две цепочки попарно нстречно-последовательно соединенных тиристоров, общими точками соединения анодов и общими точками соединения катодов подсоединенные к выходным зажимам преобразователя, другими катодами и анодами подсоединенные каждая к выводам соответствующей вторичной обмотки трансформатора, дне цепочкипопарно согласно-последовательно соединенных тиристорон, анодами и катодами подсоединенные к соответствующим выводам обеих вторичных обмоток трансформатора, коммутирующий конденсатор, зарядный узел, подсоединенный своим одним выводом к одному выводу коммутирующего конденсатора, и узел управления, соответствующими выходными выводами подсоединенный к управляющим электродам соответствующих тиристоров, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения коэффициента мощности преобразователя, выводы коммутирующегоконденсатора подсоединены к общимточкам соединения катодов и анодовдвух цепочек попарно согласно-последовательно соединенных тиристорон,а другой вывод зарядного узла подсоединен к другому выводу коммутирующего конденсатора, 2. Преобразователь по и, 1, о тл и ч а ю щи й с я тем, что зарядный узел выполнен в виде источника переменного напряжения и двух цепочек последовательно соединенных за 492.33рядно о реактора и зарядив.": ги, стор подсоединенных своими соответствующими выводами к соотвЕтствующим выводам источника; еременного напря 5жения.1492433Со ставит ель Т, Добр о вольски с Редактор Н,Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор М. МаксимишинецЗаказ 3890/55 Тираж 646 Подпи сно е ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101