Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТизобРетениям и откРытиямПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический , институт комплектного электропривода Новосибирского производственного элек" тротранспортного объединения "Электроагрегат"(56) Авторское свидетельство СССР В 1302406, кл. Н 02 М 7/515, 1985(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано для принудительного выключения тиристоров автономного инвертора напряжения и регулируемого выпрямителя. Цель изобретения - повышение надеж 2ности путем исключения сквозного проключения коммутирующих тиристоров. Устр-во содержит трехфазные мосты главных и обратных тиристоров 2-3. Однофазный тиристорный мост 20-23 выходом подключен через связывающие диоды 31, 32 к трехфазному мосту коммутирующих тиристоров 25-30. 1.С-цепи 33-38 подключены к тиристорам 25-30 и разделительным диодам 39-40. Коммутирующий тр-р 49 выполнен с двумя первичными обмотками 50, 51 и двумя вторичными обмотками 52, 53. Обмотки 63, 64 связи расположены на магнитопроводах коммутирующих реакторов 33, 37 и подключены к формирователю сигналов управления, что позволяет независимо от величины коммутируемого тока нагрузки ограничивать напряжение на коммутирующих конденсаторах на уровне, превышающем входное напряжение. 4 ил.Изобретение относится к областипреобразовательной техники и можетбыть, использовано для принудительного,выключения тиристоров автономногоинвертора напряжения и регулируемого5выпрямителя.Цель изобретения - повьппение надежности путем исключения сквозныхкоротких замыканий по цели коммутирующих тиристоров,На фиг.1 приведена принципиальнаясхема преобразователя;на фиг.2 - диаграммы импульсов управления, поясняющие работу преобразователя, и кривые импульсов тока и напряжения накоммутирующих конденсаторах; нафиг.З " функциональная схема системы управления; на фиг.4 - диаграммаимпульсов, формируемых в системе управления, и кривые напряжения, поступающие с выхода обмоток связи, расположенных на стержнях коммутирующих реакторов, и с выхода дифференцирующего устройства (цифровые обозначенияпри сигналах соответствуют номерамэлементов на фиг,З).Преобразователь содержит силовойузел 1, включающий в себя трехфаз ные мосты главных (четные номера) иобратных (нечетные номера) тиристоров2-13 и распределительных тиристоров14-19, которые объединены между собой выводами переменного тока, образующими выходные выводы преобразователя, а выводами постоянного токаглавных и обратных мостов подсоединены к шинам для подключения источникапитания, Устройство содержит такжеоднофазный тиристорный мост 20-23 сфильтровым конденсатором 24 на выходе, трехфазный мост коммутирующих тиристоров 25-30, выводами постоянноготока через связывающие диоды 31 и 32подключенный к Выходным выводам одно 45фазного тиристорного моста 20-23,трикоммутирующие 1.С-цепи 33-38, выполненные из последовательно соединенных коммутирующих реакторов 33, 35и 37 и конденсаторов 34, 36 и 38.Коммутирующие цепи одними соответствующими выводами подключены к выводампеременного тока трехфазного мостакоммутирующих тиристоров 2-30, а дру-,гиян выводами - к соответствующим вы 55водам двух последовательно вклрченныхразделительных диодов 39 и 40. Шестьзарядных тиристоров 41-46 и два ограничительных тиристора 47 и 48 подсоединены к соответствующим выводам коммутирующих 1.С-цепей и однофазного тиристорного моста 20-23. Коммутирующий трансформатор 49 с двумя первичными обмотками 50 и 51 и с двумя вторичными обмотками 52 и 53 подключен одними соответствующими выводами первичных 50 и 51 и вторичных 52 и 53 обмоток к выводам попарно-встречно соединенных возвратных диодов 54 н 55 и разрядных диодов 56 и 57, которые своими анодами и катодами подсоединены к выводам постоянного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров 25-30. Другие выводы первичных обмоток 50 и 51 присоединены к соответствующим ЬС-цепям и к трехфазному мосту распределительных тиристоров 14-19.Два коммутирующих диода 58 и 59 подсоединены к соответствующим выводам постоянного тока главных (2,4,6, 7,10,12) и коммутирующих (25-30) трехфазных тиристорных мостов, нагрузка 60-62 подсоединена к выводам переменного тока трехфазного моста главных тиристоров, обмотки 63 и 64 связи расположены на магнитопроводах коммутирующих реакторов ЗЗ и 37, система 65 управления подсоединена входными Эиводами к обмоткам связи и выходными выводами к управляющим входам тиристоров 25-30, 41-46, 14-19 47 и 48,Система 65 управления состоит из двухканального регулятора бб частоты, двухканального распределителя 67 импульсов управления, подсоединенного входами в каждом канале управления к выходам двухканального регулятора частоты и выходами к управляющим входам коммутирующих тиристоров 25 и 28. В состав системы 65 входят также одновибраторы 68-71, выходы которых через усилительно-развязывающие элементы 72-76 соединяются с управляющими вхо- дами коммутирующих тиристоров 25-30 и зарядных тнристоров 41-46, а входы - с выходами 67, Выходы одновибраторов 71 соединены с одними входами двухвходовых логических элементов 2 И 77, а входы - с выходами 67. Выходы 77 через усилительно-развязывающие элементы 78 соединены с управляющими входами ограничительных тиристоров 47 и 48. Обмотки 63 и 64 связи соедине" ны в каждом канале управления с дифференцирующими узлами 79, выходы которых через нормирующие усилители-фор15557 5мирователи 80 подключены к другимвходам 77,Работа преобразователя постоянногонапряжения в трехфазное переменноенапряжение заключается в следующем,Предположим, что к моменту времени й включены тиристоры 2, 1 О н 8,ток нагрузки замыкается по цепям:11 Иплюс входного напряжения, элементы 2, 60, 61 и 8, "минус" входногонапряжения, "плюсвходного напряжения, элементы 10,62,.61 и 8, "минус"входного напряжения, а конденсаторы34, Зб и 38 заряжены к моменту времени й с полярностью напряжения,укаэанной на фиг.1 (с "плюсом" на правой обкладке). В момент времени С 1включают коммутирующий тиристор 25 ираспределительный тиристор 14, В реэультате этого конденсатор 34 начинает перезаряжаться по цепи: элементы 34, 39, 40, 14, 2, 58, 25, 33 и34, вытесняя ток нагрузки из тиристора 2. 25)В момент времени й, ток колебательного контура 33 и 34 становитсяравньае току, нагрузки, и тирнстор 2выключается. Ток ЬС-контура 35 и 36,представляющий собой часть коммутирующего импульса тока, превьзпающегокоммутируемый ток нагрузки, замыкается по цепи: элементы 34, 39, 40, 50,56, 25, 33 н 34, создавая на первич,ной обмотке 50 коммутирующего транс 35форматора 49 падение напряжения, "плюс"которого прикладывается через распре-делительный тиристор 14 к катоду запи.раемого тиристора 2, а "минус" черездиоды 15 и 58 - к аноду тиристора 2.При достижении ЭДС вторичной обмотки52 коммутирующего трансформатора величины, превышающей напряжение нафильтровом конденсаторе 24, открывается возвратный диод 57 и ток обмотки 52 замыкается но цепи: элементы52, 56 31, 24, 32, 57 и 52. Такимобразом, на время протекания тока пре.вышения по .первичной обмотке 50 к выключенному тиристору 2 прикладывается обратное напряжение прямоугольнойформы с амплитудой, по величине равной напряжению заряда фильтровогоконденсатора 24, деленной на коэффициент трансформации коммутирующе.го трансформатора, тем самымобеспечивается восстановление .его вентильных свойств, Ток нагрузки выключаемой фазы 60 протекает но цепи:"плюс 1 87 6входного наряжения питания, элементы 58, 25, 33, 34, 39, 40, 14, 60, 61 и Я, "минус" питания., В момент времени 1 включается коммутирующий ти.ристор 26 и ток нагрузки переводится из ЬС-цепи 33 и 34 в ЬС-цепь 35 и 36, В момент времени С ток первой ЬС-цепи 33 и 34 спадает до нуля, а ток превькоения второй ЬС-цепи замыкается по цепи: элементы 36, 40, 50, 56, 26, 35 и 36.В момент времени ,1 включают коммутирующий тиристор 27, и ток нагрузки из ЬС-цепи 35 и 36 переводится в ЬС-цепь 37 и 38. Ток превьппення замыкается по цепи: элементы 38, 50, 56, 27, 37 и 38, В момент времени с (фиг.2) ток превышения становится рав" ным току нагрузки, и диод 56 выключается. Далее, если напряжение конденсатора 38 меньше, чем входное напряжение питания преобразователя 11,1, происходит дозаряд конденсатора током йагрузки на интервале временидо напряжения Б,1 по цепи: "плюс" питания, элементы 58, 27, 37, 38, 14, 60, 61 и 8, "минус" питания.В момент временинапряжение конденсатора 38 становится равным входному напряжению, При этом на обратный тиристор 5 инвертора заранее подан управляющий импульс, вследствие чего происходит коммутация тока из ЬС-цепи в нагрузку. При этом в обычных устройствах конденсатор 38 дозаряжается на интервале времени С й спадающим током нагрузки (крнвые тока и напряжения показаны пунктирной линией) до напряжения, значительно превышающего входное напряжение по цепи: шина питания, элементы 58, 27, 37, 39, 14, 60, 61 и 8, "минус" питания.По мере спадания тока в ЬС-цепи ток в обратном тиристоре 5 к моменту времени 1 нарастает до тока нагрузки, Напряжение на коммутирующем конденсаторе ограничивается на уровне, превышающем входное напряжение АИН, Для включения ограничительных тиристоров 47 и 48 в момент спада тока нагрузки нв сердечниках коммутирующих реакторов первой н третьей по очередности перезаряда ЬС-цепей располагают дополнительные обмотки связи, сигналы с которьм подают в систему управления. Сигналы напряжения, поступающие с обмоток связи, позволя 7 15557ют выделить момент спада тока нагрузки и включать ограничительные тнристоры независимо от величины коммутируемого тока нагрузки. При этом напряжение на коммутирующих конденсаторах всегда ограничивается на уровне,превьипающем входное напряжение АИН, икоммутирующие тиристоры надежно восстанавливают свои вентнльные свойст 10ва,Рассмотрим этот процесс. Предполосжим, что в момент времени й, напряжение на конденсаторе 38 стало равновходному напряжению источника литания. При этом формируется импульс управления на включение тиристора 47,и когда напряжение конденсатора 38становится равным напряжению 24,частьтока нагрузки замыкается по цепи:фплюсф питания, элементы 58, 27, 37,47, 24 321 5551 э 39 ю 40 ь 14 ь 60 ф61 и 8 "минус" питания.Так как емкость конденсатора 24выбирается много больше, чем емкостьконденсатора 38, то напряжение конденсаторов 24 и 38 за счет энергии,запасенной в реакторе спадающим током нагрузки, повышается незначитель"но и, следовательно, напряжение кон"денсатора 38 ограничивается на уровне напряжения конденсатора 24, величина которого поддерживается на за"данном уровне тиристорным стабилизатором 20-23. При этом ток нагрузки60 замыкается по цепи: элементы 60,61, 8, 5.и 60.В момент времени Са ток в конденсаторах 38, 24 спадает и перево"дится полностью в цепь: элементы 60,61, 8, 5 и 60.,Так как напряжениекоммутирующего конденсатора в моментспада тока нагрузки выше напряжения,конденсатора 24, то коммутирующий тиристор 27 восстанавливает свои вентильные свойства по цепи: элементы38, 37, 27, 31, 24, 32, 55, 51, 39,40 и 38, раслределнтельный. тнристор14 выключается по цепи: элементы 38,37, 27 и 58, источник 5, 14 и 38 питания.Таким образом, при включении ограничительных тиристоров 47 и 48 в мо, мент спада тока нагрузки напряжениена коммутирующих конденсаторах при;любой величине тока нагрузки ограни-,55чивается на уровне, незначительно превышающем входное напряжение питанияи напряжение источника питания УПК,87а это позволяет надежно выключить коммутирующие и распределительные тиристоры.В момент времениоткрываютсязарядные тиристоры 41 и 42 и происходит дозаряд коммутирующих конденсаторов 34 и 36 по цепи, элементы 24,41, 33, 34, 39, 40-46, -24, +24, 42,35, 36, 40 46 и 24. Энергия, "закачиваемая спадающим током нагрузки,используется для дозаряда первых двухпо очередности перезаряда ЬС-цепей.Система управления согласно диаграмме импульсов (Фиг.4) работает следующим образом. На вход регулятора 66частоты подается сигнал П 1. заданияпо выходной частоте. На выходах блока66 для каждой фазы преобразователяформируют соответствующие сигналы.Согласно диаграмме (фиг.4) по заднемуфронту этих сигналов распределитель67 импульсов формирует импульсы, поступающие на вход тиристоров 25 и 28и на входы четырех одновибраторов 6871,Одновибраторы формируют импульсы,по длительности равные интерваламвремени С, - й, й, - с , й,С, - й . Ио задним фронтам импульсоводновибраторов 68 - 70 усилители-Формирователи 72 - 76 формируют импульсы управления, поступающие на тиристоры. В момент времени й, включаюткоммутирующий тиристор 27, и начинается процесс перезаряда третьей ЬСцепи, вследствие чего с обмотки 64связи на вход дифференцирующего узла 79 поступает сигнал, соответствующий по форме напряжению коммутирующего реактора (кривая 11 с+ на Фиг,4).Видно, что в момент й, соответствующий спаду тока (фиг.2), в кривой напряжения Я наблюдается нарастаниеЭДС самоиндукции. После дифференциро- .вания сигнала Она выходе 79 получают трн импульса разной лолярностифдва импульса отрнцагельиых и один положительный. С дифференцирующего узла сигнал поступает иа нормирующийусилитель-формирователь, с выходакоторого положительный импульс посту- .пает на вход элемента 2 И 77. Нормирующий усилитель-Формирователь необходим для исключения ложного сигнала .на входе 77 (кривая От, на Фиг.4).).,Импульс четвертого одновибратора71 формируется по длительности равным максимальному интервалу времений- й и определяется минимальным коммутируемым током нагрузки. При совпадении импульсов на входе 77 с выхода 78 снимают сигнал на включение ограничительного тиристора 47. 5 Отметим, что в очередной полупериод коммутации (интервал й и - й, ) первой включается ЬС-цепь 37 и 38,вследствие чего с обмотки связи снимается сигнал управления Б , поступающий1 О на вход 79 в первом канале. Однако импульс с четвертого одновибратора 71 отсутствует, и тиристор 47 не включается. Таким образом, одновибраторы 71 формируют импульсы, раз 15 решающие включение ограничительных тиристоров.формула изобретения20Преобразователь постоянного напряжения в трехфазное переменное,содержащий три трехфазных моСта главных, обратных и распределительных тиристоров, обьединеиных между собой выводами переменного тока, образующими выходные выводы преобразователя, а выводами постоянного тока главных и обратных трехфазных мостов, подсоединенных к шинам для подключения .источника питания, однофазный тиристорный мост с фильтровым конденсато ром на выходе, трехфазный мост коммутирующих тиристоров, подсоединенный выводами постоянного тока через связывающие диоды к выходным выводам однофазного тиристорного моста, три коммутирующие ЬС-цепи, вынолненные из последовательно соединенных коммутирующих реактора и конденсатора, . подключенные одними соответствующими выводами к выводам переменного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров а другими выводами к со ответствующим выводам двух последовательно включенных разделительных диодов, шесть зарядных и два ограничительных тиристора, подсоединенных к соответствующим выводам коммутирующих ЬС-цепей и однофазного тиристорйого50 моста коммутирующий трансформатор, подключенный одними соответствующими выводами первичных и вторичных обмо" ток к выводам попарно-встречно соединенных возвратных и разрядных дио 55 дов, анодами и катодами подсоединенных к выводам постоянного тока трехфазного моста коммутирующих тиристоров, а другими выводами первичных обмоток присоединенный к соответствующим выводам ЬС-цепей и трехфазногомоста распределительных тиристоров,два коммутирующих диода, подсоединенных к соответствующим выводам постоянного тока главных и коммутирую"щих трехфаэных тиристорных мостов,а также систему управления, выполненную в виде последовательно соединенных двухканального регулятора частоты, формирующего в зависимости отзадания последовательность сдвинутыхво времени в каждом канале логическихсигналов управления, и двухканального распределителя импульсов управления, в каждом канале подсоединенного к управляющим входам коммутирующихтиристоров трехфазного моста, которыеобразуют с первой из ЬС-цепей первыйпо очередности перезаряда ЬС-контур,и к входным выводам первого одновибратора, формирующего задержку 2/ЗС,а также к управляющим входам коммутирующих тиристоров, образующих совторой из ЬС-цепей второй по очередности перезаряда ЬС-контур, и к входным выводам второго одновибратора,формирующего задержку 4/ЗС , а также к управляющим входам коммутируюшихтиристоров,образующих с третьей из ЬСцепей третий по очередности перезаряда ЬС-контур, и к входным выводамтретьего одновибратора, формирующегозадержку Зь, а также к управляющимвходам соответствующих зарядных тиристоров и к входным выводам четвертого одновнбратора, формирующего задержку по длительности, превьппающую8/32, где о - длительность полупериода собственной частоты перезарядаупомянутых ЬС-контуров, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повыщения надежности путем исключениясквозных коротких замыканий по цепикоммутирующих тиристоров, он снабженобмотками связи, размещенными на магнитопроводах коммутирующих реакторовпервого и третьего по очередности переэаряда ЬС-контуров, причем в каждый канал упомянутой системы управления дополнительно введены дифференцирующий узел, подсоединенный выводами к соответствующим обмоткамсвязи, нормирующий усилитель-формирователь, подключенный своим входомк выходу дифференцирующего узла, двухвходовой логический элемент совпаде1555787 11 ния 2 И, подсоединенный одним входом к выходу нормирующего усилителя-формирователя, другим входом - к выходу четвертого одновибратора, а выходом,/ й 1 гсвязанный с выводами управления соответствующих ограничительных тиристоров.1555787 ГщФ Составитель Г.Мыцыкктор В,Данко Техред И.Дидык КоРРектоР В. Кабаций изводственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгороагар Заказ 559 ВНИИПИ Го Тираж 496 Подписноерственного комитета ао изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5