Преобразователь переменного тока в переменный

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0% 1 И) ИЭОБРЕТВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЬЙ, содержащий подключенный через трехфазный трансформатор к клеммам источника переменного тока выпрямитель, образующий клеммы постоянного тока источника, к которым через входной.дроссель. подключен инвертор тока с собственной коммутацией, состоящей:изпо крайней мере одного основного тирис.- торного моста и коммутирующйх цепей, о т л и ч а ю щ и й с я .тем;" что, к положительной клемме 1:. 1. постоянного тока источника 1 подключен катод первого ограничительного диода 93 и анод первого коммутирующего тиристора 21, а к отрицательной клемме 1.2 - анод четвертого ограничительного диода.96 и катод второго коммутирующего тиристора 22, причем между анодом первого и четвертого ограничительных диодов 93 96 подключен вольтоЭо добавочный конденсатор 10 , зашунтированный разрядным резистором 11 и вольтодобавочным источником напряжения 9 , анод первого ограничительоного диода 93 соединен через пятый разделительный диод 91 с анодами за, Н 02 М 5/45; Н 02 М 7515 аноднои группы моста накопительныходиодов 5 , через второй ограничительный диод 94 - с анодом второго коммутирующего тиристора 22 и через первый вольтодобавочный тиристор 41 ио вольтодобавочный дроссель 15 - с анодом третьего 31 и катодом четвертого 32 коммутирующих тиристоров, соединенным через последовательний С -контур с катодом первого 21 и анодом второго 22 коммутирующих .тиристоров, катод четвертого ограничительного диода 96 соединен через шестой разделительный диод 92 с катодами катодной группы моста накопительных диодов бо, через третий ограничительный диод 95 - с катодом первого коммутирующего тиристора 22, а через второй вольтодобавочный тиристор 42 - с ано. дом второго коммутирующего тиристора 22, соединенным через последовательную цепочку из второго сглаживаю-щего дросселя 14-и второго диода выбросов 52 с анодом четвертого коммутирующего тиристора 32 и катодом второго разделительного диода 62, а через последовательную цепочку изо первого сглаживающего дросселя 13 и первого диода выбросов 51 - с катодом третьего кбммутирующего тиристора 31 и анодом первого распределительного диода 61, катод которого соединен с катодом пятого разделительного диода 91 и через последовательно соединенные накопительный конденсатор 8 и третий и четвертыйоразделительные диоды 77,78 с анодом шестого разделительного диода 92,о причем параллельно конденсатору б подключен блок отвода накопленнойоэнергии 7 , а выводы переменного токамоста накопительных диодов Зон 6подключены к выходным выводам 4.1,4.2, 4.3 инвертора. 2. Преобразователь по п.1, о. тл и ч а ю щ и .й с я тем что блоко отвода накопленной энергии 7 выполнен в виде резистора. 11191413, Преобразователь по п,1, о т-л и ч а ю щ и й с я тем, что блоко, отвода накопленной энергии 7 выполнен в виде дополнительного управ-.ляемого выпрямителя, выводы переменного тока которого подключены к дополнительнои вторичнои обмотке трехфазного трансформатора источника питания.Изобретение относится к преобразо.вателям переменного тока в переменный,содержащим подключенный через трехфазныйтрансформатор к клеммам источника переменного тока выпрямитель, 5образующий клеммы постоянного токаисточника, к которым через входнойдроссель подключен инвертор тока ссобственной коммутацией, состоящейиз по крайней мере одного основноготиристорного моста и коммутирующихцепей и предназначено преимущественно для преобразователей большоймощности с параллельным соединениемосновных тиристоров. 5Известны схемы инверторов токас собственной коммутацией, где коммутирующий процесс проходит в двухступенях, так как инверторы имеютдвухступенчатую коммутацию (авторское свидетельство СССР Нф 226008,кл. Н 02 И 7/515, 1965) .Коммутирующие конденсаторы этихинверторов должны, кроме собствен- .ного выключения тиристора, обеспечивать накопление энергии из индуктивности нагрузки, а у асинхронныхдвигателей " энергию магнитногополя рассеяния. Это ведет к значительно большим емкостям этих конденсато- ЗОров и к трудностям в предельных сопротивлениях, например к ограниченномучастотному диапазону.Известны инверторы с трехступенчатой коммутацией, где функции коммутирующих цепей разделяются на собственное выключение тиристора и наыакопление энергии (авторское сви"детельство СССР 9279782, кл.кл. Н 02 И 7/515, 1968). , 40Однако само применение трехступенчатой коммутации не обеспечивает все необходимые инвертору тока, свойства, например способность выдерживать перегрузку, надежную коммутацию. Инвертор с трехступенчатой коммутацией не удобен для высоких мощностей, преимущественно для параллельного соединения основных тиристоров и разделительных реак торов, Это вызвано тем, что при повышении коммутирующих токов понижаются индуктивности в коммутирующих цепях выбросов и нет возможности сравнивать их с индуктивностями разделительных реакторов или с собствен ными индуктивностями подводящих проводов. Ь результате этого известные инверторы неудобны в эксплуата" ции еСущность изобретения заключается в том, что в преобразователе переменного тока в переменный, содержащем подключенный через трехфазный трансформатор к клеммам источника переменного тока выпрямитель, образующий клеммы постоянного тока источника, к которым через входной дроссель подключен инвертор тока с соб- ственной коммутацией, состоящей,из по крайней мере одного основноготиристорного моста и коммутирующих цепей, к положительной клемме постоянного тока источника подключен катод первого ограничительного диода и анод первого коммутирующего тиристора, а к отрицательной клемме- анод четвертого ограничительного диода и катод второго коммутирующего тиристора, причем между анодом первого и четвертого ограничительных диодов подключен вольтодобавочный конденсатор, зашунтированный разрядным резистором и вольтодабавочным источником напряжения, анод первого ограничительного диода соединен черезпятый разделительный диод с анодами анодной группы моста накопительных диодов, через вворой ограничительный диод - с анодом второго коммутирующего тиристора, а через первый вольтодобавочный .тиристор и вольтодобавочный дроссель -с анодом третьего и катодом четвертого коммутирующих тиристоров, соединенным через последовательный .С-контур с катодом первого и анодом второго коммутирующих тиристоров, катод четвертого ограничительного диода соединен через шестой разделительный диод с катодами катодной группы моста накопительных диодов, через третий ограничительный диод с катодо% первого коммутирующего тиристора, а через второй вольтодобавочный тиристор - с анодом второго коммутирующего тиристора, соединенным через последовательную цепочку из второго сглаживающего дросселя и второго диода выбросов с анодом четвертого коммутирующего тиристора и катодом второго разделительного диода, а через последовательную цепочку.из первого сглаживающего дросселя и первого диода - с катодом третьего коммутирующего тиристора и анодом первого разделительного диода, катод которого соединен с катодом пятого разделительного диода и через последовательно соединенные накопительный конденсатор и третий и четвертый разделительные диоды.с анодом шестого разделительного диода, причем параллельно конденсатору подключен блок отвода накопленной энергии, а выводы переменного тока моста накопительных диодов подключены к выходным выводам инвертора.Блок отвода накопленной энергии может быть выполнен в виде резистора.Кроме того, блок отвода накопленной энергии может быть выполнен в виде дополнительного управляемого выпрямителя, выводы переменного тока которого подключены к дополнительной вторичной обмотке трехфазного трансформатора источника питания.На Фиг.1 представлена общая схема предлагаемого преобразователя за исключением части питанияна фиг.26-,пример выполнения части питанияпреобразователя, на фиг.2 б - блокотвода накопленной энергии.Инвертор тока питается от источника тока 1 , образуемого двумя управляемыми тиристорными трехфазнымимостами, параллельно подключеннымичерез распределительные реакторык переменной стороне и сглаживающей индуктивностью к постояяной стоЮроне этих выпрямителей. Переменная сторона питания этих мостов(переменные клеммы 1,3, 1.4, 1,5источника тока 1 ) подключаютсяо5к выходам первой вторичной обмотки трехобмоточного трансфорМаторапитания 16 (фиг.2 а), вторая втооричная обмотка которого подключается в случае необходимости к управляемому выпрямителю блока отводанакопленной энергии 7 . К первойи второй постоянным клеммам 1.1,о1.2 источника тока 1 подключаются параллельно при помощи своих 25постоянных клемм 2.1, 2,2, 3.1,3.2 два главных тиристорных моста2 3 содержащих тиристоры 1-6ф( фи 1 - 6 и разделительные реакторы 2.3, 2,4, 2.5 и 3.3, 3.4, 3.5.К первой выходной клемме 1.1 исоточника тока 1 подключается спомощью своего катода первый ограничительный диод 93 и при помощи своего, анода первый коммутирующий тирисЗ 5 тор 21. К второй выходной клемме1.2 источника тока 1 подключаетсяпри помощи своего анода четвертыйограничительный диод 96 и с помощьюсвоего катода второй коммутирующий 40 тиристор 22. Между анодом первогоограничительного диода 93 и катодомчетвертого ограничительного диода96 включается вольтодобавочныйконденсатор 10 к которому параллель но подключается постоянный вольто 0добавочный источник напряжения 9который может образоваться, например,при помощи последовательной комбинации защитного электрического автома"50та, трансформатора и диодного мостового выпрямителя. Параллельно совольтодобавочным конденсатором 10 подключается также разрядный резистор 11 . Анод первого ограничитель 55ного диода 93 подключается далее с одной стороны через пятый разделительный диод 91 к клемме 5.4 постоян. ной стороны анодного блока накопи1119141тельных Диодов 6 , содержащего диоды71,73 75 н с другой стороны черезвторой отрицательный диод 94 к анодувторого коммутирующего тиристора22 и также через первый вольтодоба" 5вочный тиристоу, 41 и волЪтодобавочный реактор 15 (с клеммами 15.1,15.2) к аноду третьего коммутирующего тиристора 32, подключаемомучерез последовательный С -контур12 о (с клеммами 12 . 1, 12. 2) к катоду первого коммутирующего тиристора22, Катод четвертого отрицательного диода 96 подключается с одной стороны через шестой разделительныйдиод 93 к клемме 6.4 постоянной стороны катодного блока накопительныхо.диодов 6 (содержащего диоды 72,74, 76), с другой стороны через третий ограничительный диод 95 - к ка 20тоду первого коммутирующего тиристора21 и также через второй вольтодобавочный тиристор 42 к аноду второго коммутирующего тиристора 21. Этот анод25подключается с одной стороны черезпоследовательную комбинацию второгоосглаживаемого дросселя 14 (с клеммами 14.1, 14.2) и второго диода выбро.сов 52 к аноду четвертого коммутирующего тиристора 32 и к катоду второгоразделительного диода 62 и с другой, стороны через последовательную комбинацию первого сглаживающего дросселя 13 (с клеммами 13.1, 13.2) и первого диода выбросов 51 к .катоду третьего коммутирующего тиристора 31и аноду первого разделительногодиода 61. Катод первого разделительного диода 6 1 подключается с однойстороны к катоду пятого разделительно 40го диода 91 и с другой стороны черезпоследовательную комбинацию накопительного конденсатора 8 и третийили четвертый разделительные диоды77 и 78 к аноду шестого разделитель"ного диода 92, соединяемогб с анодомвторого разделительново диода 62,Параллельно накопительному конденсаотору 8 подключается блок отводанакопленной энергии 7 , образуемый,.о 50например, с помощью резистора (нафиг, 2 бизображен с клеммами 7.1,7.2),Клеммы переменной стороны 5,1, 5.2,5.3 и 6.1, 6.2, 6.3 анодного и катодного блока накопительных диодов(подключаемым далее к нагрузке 4 инвертора, образуемой, например, асинхронным двигателем) и в случае необходимости к разделительным реак" торам 2.3, 2.4, 2.6 и 3.3, 3.4, 3.5о о главных тиристорных мостов 2 , 3Преобразователь работает следующим образом.оТок от источника 1 к нагрузке о4 идет от первой клеммы 1.1 источника тока 1 к клеммам 21 и 3.1 главных тиристорных мостов 2 , 3о о и через параллельные тиристоры 2.2 разделительные реакторы 2.5 и 3.5 в выходную клемму 4.3 инвертора.о о От нагрузки 4 в источник 1 идет ток через клемму 4,2 инвертора, разделительные реакторы 2.4, 3,4, тиристоры 3.3 и постоянные клеммы 2.2, 3.2 в клемму 1.2 источника тоОка 1 . В момент коммутации необходимо прервать ток в тиристоре .2,2 и включить тиристоры 4.4. Полярность коммутирующего конденсатора в последовательной 1.С -цепочке перед коммутацией является положительной на стороне клеммы 12.1. При включении коммутирующих тиристоров 3 1 и 21 коммутируется ток нагрузки от тиристоров 2.2 в коммутирующий тиристор 21, клемму 12,2, клемму 12. 1, коммутирующий тиристор 31 и Разделительный диод 61, клемму 5.4 диод 75 и клемму 4,3 инвертора, 1Крутизна коммутирующих токов определяется разделительными реакторами в блоках 2 и 3 и коммутирующимо оо реактором вС -цепочке 12 . Одновременно с этим процессом проходит разряд конденсатора в блоке 12 через тиристор 311 диод выбросово 51 и сглаживающий дроьсель 13После выключения тиристоров 2.2 ток нагрузки проходит далее по описанной цепи через коммутирующий конденсатор в нагрузку и перезаряжает этот конденсатор в противоположную полярность, т,е. на клемме 12.2 положительная полярность. После выключения тиристора 2.2, когда на клемме 12.1 напряжение почти то же, что и в начале коммутации, ток течет по цепи: клемма 4.1, диод 74, диод 92, конденсатор блока 10о диод 93, тиристор 21,ЬС -цепочка 12 , тиристор 31, диод 6 1, диод 75, клемма 4.3. Ток по этому пути вызы вается тем, что в момент выключения тиристоров 2.2 напряжение на клеммах4.1, 4.3 имеет такую полярность что на клемме 4.1 имеется положитель, ная величина. Последовательно соединяются, следовательно, источники напряжения цепочки 12 (коммутирующий 5 конденсатор) и напряжение на клеммах 4.1 и 4.3. Эти последовательно включенные Источники вызывают через диоды 74, 92 и 93 такой ток в вольтодобавочный конденсатор 10, что падение напряжения происходит на внутреннем полном сопротивлении нагрузки на клеммах 4.1 и 4.3. Этот пульсирующий ток быстро понижается, потому что напряжение на конденсаторе в С -цепочке 12 падает до нуля и,Онаконец, изменяет полярность. Этот процесс очень важен, поскольку он определяет отрицательное напряжение на выключенных тиристорах 2.2. На пряжение на них не может быть, в результате описанного процесса, больше напряжения на вольтодобавочном конденсаторе 10 . При помощи разрядно- го резистора 11 о на конденсаторе 10 устанавливается равновесие между энергией заряда и разряда конденсатора.Коммутирующий процесс продолжается с помощью перезаряда коммутирую- ЗО щего конденсатора 1 С-цепочки 12 В момент прохождения напряжения через нуль изменяется полярность напряжения выключаемого тиристора 2.2 Таким образом определяется время вы- З 5 ключения этих тиристоров. Иапряжение в коммутирующем конденсаторе изменяет свою полярность на положительную на клемме 12.2. Когда это напряжение достигает такой величины, 40 что увеличивает величину линейного напряжения между клеммами 4.1 и 4.3, включается тиристор 4.4 , и ток)проходит от цепи коммутирующего конденсатора к вновь включенным глав ным тиристорам 4,4 . Момент этой коммутации возможно регулировать с помощью запаздывающего включения тиристоров 4.4, Это важно, когда необходимо изменять напряжение на О коммутирующем конденсаторе в зависимости от тока. Момент включения главных тиристоров (в данном случае . тиристоров 4.4 ) может регулировать, например, датчик напряжения на комму- у тирующем конденсаторе С -цепочки 12 Лосле включения главных тиристоров 4.4 ф происходит коммутация тока между фазами на клеммах 4.1 и 4.3. Ток в фазе на клемме 4.3 спадает, потому что в эту фазу через диоды 74,78, 77,76 последовательно включается накопительный конденсатор 8 так, что он уменьшает своей полярностью ток в "старой" фазе на клемме 4.3, при этом появляется ток в фазе на клемме 4. 1 Дозаряжается только одна полярность (на клемме 12.2 положи" тельная полярность). При помощи тиристоров 42 и 41 (их включением) дозаряжается от источника - вольтодобавочного конденсатора 10 коммуо тирующий конденсатор через вольтоодобавочный реактор 15 . После дозарядки конденсатора тиристоры 4 1,42 саин выключаются. Эта однополярная дозарядка обеспечивает преимущественно пуск инвертора. Дальнейшую дозарядку возможно осуществлять упомянутым запаздыванием главных тиристоров в блоках 2 и 3Описанная коммутация проходит в трех ступенях. Ступени при коммутации между клеммами нагрузки или выходными клеммами инвертора 4.3 и 4.1 следующие: 1 ступень: коммутация от главного тиристора к вспомогательным коммутирующим цепямт.е. от цепи 2:1 и 3.1, 2.2 , 2.5и 3.5 и 4.3 по цепи: 2.1 и 3,1,21, 12,31, 61,75,43.11 ступень; коммутация от цепи 2,1и 3,1,21,12,31,61,75,4.3 по цепивновь включенных главных тиристоров 2.1 и 3,1, 4 и 4 , 2,3 и 3.374,78,8 , 77,76, 4.3.Ш ступень: коммутация между фазамиот цепи 2. 1 и 3. 1,4.4 2.3 3.3, 74, 78,8, 77,75, 4.3 по цепи новой фазы2.1 3.1 и 4.4 2.3 3.3 и 4.1,Кроме этих ступеней коммутациипараллельно проходят следующиепроцессы: ограничение напряженияна тиристоре с помощью диодов 92,93 ои вольтодобавочного конденсатора 10дозарядка полярности клеммы 12.2,на коммутирующем конденсаторе ьСцепочки 12 , .разряд коммутирующегооконденсатора на диод 51 и сглаживающий дроссель 13 . Коммутирующиеперенапряжения ограничиваются натиристорах 2,2 при помощи диодов72,92, 93 и вольтодобаюочного конденсатора 101119141 ь И. Жеребиегеза Состави Техред С Гирннк едактор Л Алексее ректор однисное У 5 ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн 2 ЮЗЗаказ 7470/43 ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Иосква, Ж нного котений. и5, Рауас бб 6тета АЗССРкрытийя наб., д.