Способ управления тиристорным преобразователем -фазного переменного напряжения и устройство для его осуществления

(51)М. Кл. Н 02 Р 13/30 Эвудайатеелай кемвтет ВсВр йф делам яаабеетееЯ н етерыткЯ. 1(088.8) Дата опублнкованпя описания 27.05.82(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ т 1-фАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к силовой про.образовательной технике и может быть использовано в устройствах Ьромышлен ной электроники для решения задач стабиатэации, регулирования, симметрирювания и коммутации пэремевюьа токов инапряжений.Известны способы управления тирнс торным преобразователем т 1 -фаэного переменного напряжения и уст йс а для реализации этих способов 13 и 23,тйОсновными недостатками указанных технических решений являются, с одной , стороны, высокий урсеень помех, генерируемых в сеть узлом искусственной ком 1 мутации, н связанное с этим снижение качества энергии, потребляемой от сети, а с другой стороны - накойление иэлианей еверми в цепях искусственной коммутации,. привоцацее к росту потерь н завмшению напряжений на элементах, и связанное с этим снижение КПЦ устройст- ва и повышение его установленной мощности. 2Наиболее близким к предложенному является способ управлейия тирнсторным преобразователем р-фазного переменного напряжения, согласно которому искусственную коммутацию отключаемой группы тиристоров производят при включении вводимой в работу группы тиристоров, а также устройство, реализующее этот способ, соцержащее И-фаэный трансформатор, средний вывод каждой иэ первичных обмоток которого соединен с соответствующим входным выводом, а каждый из двух крайних выводов подключен к соответствующему выводу переменного тока соответствующего выпрямительного моста, выводы постоянного така каждого из которых защунтираваны тйристорами, аноды и катоды которых соединены коммутирующими цепочками из последовательно,соединенных дросселя и конденсатора, каждая иэ вторичных обмоток трансформатора включена между входным и выходным выводами, и блок управления, каждый иэ вйходов которого соединен с управляю щим электродом соответствующего тиристораВ данном техническом устройстве происходит поочередное включение тиристоров. В момент включения одного из тиристоровначинается коммутация тока в другом тиристоре. Процесс коммутации длится определенное время , В течение этого промежутка времени оба аиоаных выпрямительных моста оказываются одновремен 40 но замкнутыми накоротко (один - включенным тиристором, другой - за счет протекания импульса тока коммутации через все диоды моста оановременно). Это приводит к режиму короткого замыкания си лового трансформатора, в результате чего потребляемый устройством ток от сети резко нарастает, а в инауктивностях рассеяния и коммутирующем дросселе накапливаются излишки энергии. По окончании о процесса коммутации, когда ток импульса коммутации спадает, один из аиоаных мосстов размыкается, а излишек энергии, накопленной в индуктивностях рассеяния и коммутирующем дросселе, поступает в 2 коммутирующие конденсаторы, привоая к росту напряжения на элементах устройства. В результате описанных кратковременйых режимов короткого замыкания трансформатора потребляемый:устройством ток о от сети содержит импульсы с частотой коммутации, сильно снижающие качество энергии на входе.Целью изобретения является уменьшение степени влияния устройства на пита35 юшую сеть и повышение за счет этого коэффициента мощности устройства, а также снижение перенапряжений на его элементах и уменьшение за счет этого их установленной мощности (масса, габариты, стоимость). Достижение цели возможно путем устранения режимов кратковременного короткого замыкания силового трансформатора.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включение вводимой в работу группы тиристоров осуществляют с задержкой времени относительно начала искусственной коммутации отключаемой группы тиристоров, а в устройстве в качестве элементов выпрямительнык мостов применены тиристоры, управляющие электроды которых соединены выходом блока управления через блок задержки, в результате чего выпрямительные мосты, через которые осуществляется замыкание каждой из двух групп выводов первичных обмоток силового трансформатора, становятся управляемыми, включение каждогоиз этих мостов происходит с задержкой навремя К относительно момента включения тиристора, замыкающего этот мост.В результате этого, в процессе коммутации оановременно не возникают состояниякороткого замыкания обоих выпрямительных мостов, а режим кратковременногокороткого замыкания силового трансформатора не имеют место. Наличие блока задержки не оказывает качественного влияния на перезаряд коммутирующих конденсаторов и процессы коммутации тиристоров, замыкающих выходы выпоямительных мостов. Блок зааержки в системе управления тиристорами 1непосредственно влияет на длительностьрежимов короткого замыкания силовоготрансформатора, а выбор тиристоров в качестве элементов выпрямительных мсстовобеспечивает возможность этого влияния.Соответствующий выбор длительности зааержки позволяет устранить режимы короткого замыкания силового трансформатора.На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предложенный способ 1 на фиг. 2 - опоры импульсов управления тиристорами выпрямительных мостов ( О и (3, ) и тиристорами, шунтируюшими эти мосты ( О 1 и 0 ) на фиг. 3 эпюры напряжений питающей сети и нагрузки; на фиг, 4 - схема выполнения устройства вариант 1 на фиг. 5 - го же, вариантт.Устройство состоиФ из И -разного трансформатора 1, двух тцристорных выпрямительных мостов 2,3, двух тиристоров 4,5, двух конденсаторов 6, 7 и двухформирующих цепи коммутации дросселей 8,9 блока управления 10 и блока задержки 11.Устройство (фиг. 1) работает следуюшим образом.Тиристоры 4, 5 включаются поочередно через регулируемые промежутки времени. При этом включение каждого из тиристоров 4, 5 производится периодически, через равные отрезки времени, определяемые частотой коммутации . Тиристоры кажаого из выпрямительных мостов 2, 3 включаются одновременно, но поочередно. Тиристоры выпрямительных мостов 2, 3 работают синхронно с тиристорами 4,5 но со сдвигом на интервал. Когда включены тиристоры выпрями тельного моста 2 и тиристор 4, оказывается замкнутым, левая группа крайних выводов первич5 ОЭО ных обмоток трансформатора 1, а онценсаторы 6, 7 оказываются заряженными в полярности (фиг. 1). При включении тиристора 8 к тиристору 4 приклацывается обратное напряжение от конценсаторов 6, . ю 7 и он выключается. После. выключения тиристора 4 конценсаторы 6, 7 перезаряжаются через тиристоры выпрямительного моста 2, цроссели 8, 9 и тиристор 5. Импульс тока перезаряца поццерживает в отО крытом состоянйи все тиристоры выпрями-, тельного, моста 2. Это цлится в течение промежутка времени 1 . К концу этого промежутка, из-за снижения тока переэаряца коммутирующих конценсаторов, цо 13 опрецеленного уровня, в провоцящем состоянии оказываются лищь цва тиристора выпрямительного моста 2 (оцин в анодной и ошв в катоцной группе). В результате этого левая группа крайних вы- гО воцов первичных обмоток трансформатора 1 размыкается. В этот момент включаются тиристоры выпрямительного моста 3 и оказывается замкнутой правая группа крайних вывоцов первичных обмоты транс 2 ю форматора 1. После перезаряца кащенсаторов 6, 7 они оказываются заряженнымн в полярности, обратной той, которая указана на фиг. 1, и поцготовленными к коммутации тока в тиристоре 5. Комму- ЗО тания тиристора 5 происхоцит аналогично и начинается включением тнристора 4. Таким образом, замыкание кажцой иэ групп крайних вывоцов первичных обмоток трансформатора 1 происхоцит поочерецно, З а оцновременное замыкание обоих групп, . т.е. короткое замыкание силового транс форматора, исключается. Очерецность включения тиристоров поясняется эпюрами импульсов управления, поступающими на управляющие электроцы тиристоров (фиг. 2). В результате периоцического переключения первичных обмоток трансформатора451 на его вторичных обмотках навоцится периоаическн инвертированные напряжения, частота инвертирования которых оп рецеляется частотой коммутации, а промежутки времени, через которые проис 50 хоцит инвертирование, оказываются регулируемыми, Эти напряжения склацываются с напряжениями питающей сещ. На нагрузку поцается сумма напряжения сети и напряжений, цействующих на вторичных обмотках трансформатора. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется путем изменения промежутков времени, через которые происхоцит инвертирование . 870 6напряжений на вторичных обмотках трансформатора, связанное с изменением промежутков времени, через которые пооче рецно включаются тиристоры 4, 8; Глуби- .на регулирования зависит от оЪффициента трансформации трансформатора.Возможно и цругое выпошение усгройства, например по схеме, прецставленной на фиг. 4. Такое устройство эквивален тно прецложенному. В нем выпрями тельные циоцные мосты 2, 3 цополнены тиристорами 12, 13 и 14, 18, которые включаются послецовательно с выхоцами катоцных и аноцных групп выпрямительных,циоцных мостов 2, 3 соответственно. Управля 1 ощие электроцы этих тирнсторов соецинены со схемой управления через блок зацержки. Включение тнристоров 12-15 в известное устройство позволяет включать выпрямительные мосты с опрецеленной зацержкой во времени после включения щунтирующих их тнрнсторов,Устройство (фнг. 4) работает анало-ечно предложенному. Его преимуществом является меньшее количество тиристоров в схеме, что упрощает схему управления Однако большее число вентилей включенных послецовательно, несколько снижает КГД устройства по сравнению с прецложенным.Вариант с хемы усройства,в котором также можно реализовать прецложенный споссб, привецен на фиг. 5. Это устройство соцержит силовую цепь, включающую цемпфирующне цроссели 16 и цнодно-тиристорные ключи 17, включенные послецовательно между вхоцными и выходными вывоцами, к которым поцключается сетьпи-, тания и нагрузка соответственно, циоцный выпрямительный мост 18, выхоц которого защунтирован тирнстором 19, а вхоаы которого соецинены с выхоцными зажимами регулятора, цепь коммутации, включающую распре целительные циоцы 20- 22, коммутирующий тиристор 23, эаряцный тирнстор 24, коммутирующую ценочку, состоящую нэ послецовательно соециненных коммутирующего дросселя 25 н коммутирующего конценсатора 26, блокуправления 27 и блок задержки 28,Пиоцно-тиристорные ключи 17 включаются оцновременно. При этом циоцнотиристорные ключи 17 и тиристор 19, шунтнрующий диоцный мост 18, включаются поочерецно через регулируемые промежутки времеви. Включение циоцно-тиристорных ключей 17, так как и шунтирующего тиристора 19, производится периоцически через равные отрезки времени, опре.ний, происхопящих периодически, с частотой коммутации, а также путем регулирования относительной плительности включе 1.ного состояния пиопно-тиристорных ключей 17, произвоцитса регулирование переменных напряжений на выходе устройства.Использование изобретения позволяет снизить массо-габаритные показатели элементов коммутирующей цепочки в 1,2 1,5 раза, а амплитупы импульсов нвпря жений на вентилях в 1,1-1,3 раза. При этом происходит повышение КПД регулятора за счет снижения уровня энергии, циркулирующей в цепи коммутации, при коммутации оцного и того же тока в силовой цепи. 7 9305 целяемые частотой коммутации . Зарядный тиристор 24 включается синхронно с тиристорами циопно-тиристорных ключей. 17, но с опережением во времени на опрепе-ленный интервал Коммутирующий тирис- ю тор 23 включается оцновременно с шунтируюшим тиристором 19. При включении коммутирующего тиристора 29 осуществляется принуцительная коммутация тиристо ров циопно-тиристорных ключей 17, Это 10 происхопит за счет протекания импульса тока коммутации через тиристор 23 рас препелительные пиоцы 20-22, циопно-тиристорных ключей 17, циоцный мост 18, шунтирующий тиристор 19 и коммутирую-щую цепочку из просселя 25 и конпенсатора 26, прецварительно заряженного цо полярности (указанной без скобок на фиг, 5). Процесс коммутации плится время К, соответствующее времени выключения тиристоров, по истечению которого прополжается перезаряц конценсатора 26 цо полярности (указанной в скобках на фиг. 5), по цепи, включающей оцин из распрецелительных циоцов 20-22, пита юшую сеть, цемпфирующие проссели, силовые диоды циопно-тиристорных ключей 17, циоцы выпрямительного моста 18 и шунтирующий тиристор 19, После окончания перезаряца все силовые тиристоры циоц- З 0 но-тиристорных ключей 17 выключаются.При включении заряпного тиристора 24 осуществляется принупительная коммутация шунтирующего тиристора 23. Это про-" исходит за счет протекания импульса то- З 5 ка коммутации через все циоцы выпрями- тельного моста 18 оцновременно, заряцный тиристор 24 и коммутирующую цепочку из просселя 25 и конденсатора 26, прецварительно заряженного цо полярности 40 (ук азанн ой в скобках н а фи г. 5) . Этот процесс также длится время 1 к, по истечению которого продолжается заряп конденсатора 26 цо полярности (указанной без скобок на фиг. 5). Спустя времязадержки Ь после включения зарядного тиристорно О включаются циоцно-тиристорные ключи, через которые нагрузка попключается к сети питания, а в цепь заряца конпенсаторв 26 через выпрямительный мост - 18 дополнительно попаетсяl энеръ я При включении циопно-тиристорных ключей. 17 нагрузка поцключается к55 питающей сети, а при их отключении она отключается от сети и. шунтируется через пиоцный мост 18 включаюшимся тиристором 19. В результате таких переключеф ормула изобретения 1, Спссоб управления тиристорным преобразователем И -фазного переменного напряжения, по которому искусственную коммутацию отключаемой группы тиристоров произвоцят при включении ввоцимой в работу группы тиристоров, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и уменьщения весогабаритных показателей цепи коммутации, включение вводимой в работу группы тиристоров осуществляют сзацержкой времени относительно начала искусственной коммутации отключаемой группы, тиристоров.2, Способ по п. 1, о т л и ч а. ющ и й с я тем, что запержкв времени выбирается равной времени выключениясиловых тиристоров.3 . Устройство цля осуществленияспособа попп, 1 и 2, соцержащее И-фазный трансформатор, срецний вывоп кажцой из первичных обмоток которого соецинен с соответствующим вхоцным вывоцом, а кажцый из крайних вывопов поц-. ключен к соответствующему вывоцу переменного тока соответствующего выпрямительного моста, вывоцы постоянного тока кажпого из которых зашунтироввны тиристорами, анопы и катоцы которых соединены коммутирующими цепочками из последовательно соециненных просселя и конденсатора, кажцая из вторичных обмоток трансформатора включена межцу входным и выхоцным вывоцами и блок управления, каждый из выхоцов которого соединен с управляющими электроцами соответствующего тиристора, о т л и ч а - ю ш е е с я тем, что введен блок за930570 церкки, выпрямительные мосты выполнены на тиристорах, управепсщие электроды отбрых соединены с вькоцом блока унравленкя через блок задержки.Источники информации,принятые во внимание при жспертизе 10 1. Авторское свицетеа ство СССР Ж 342247, кл. Н 02 Р 3/16, 1971 в 2. Авторское сюдетельство СССР Ю 393736, кл. 006 Р бЮО, 1971. 3. Авторское свицетел.ство СССР М 318137, кл. Н 02 Р 13/Щ 1971./7 ВНИИПИ Заказ 349Тираж 719 Подпис филиал ПП г. Ужгород,у а тент",ектнаи,4