Способ управления трехфазным тиристорным преобразователем переменного напряжения в переменное для работы на нагрузку, соединенную в звезду без нулевого провода или в треугольник

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) 01)За) Н 02 М 5/257; Н 02 Р 13/30 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;: 3 , ЯН АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) М.А.Мирсагатов и Ш.Ш,Шаисламов (71) Специализированное конструкторское бюро "Гидрогеотехника" Производственного объединения "Узбекгидрогеология"(56) 1. Шубенко В.А Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением. "Энергия", 1972, с. 56, рис. 7-18.2. Там же, с. 22, рис. 1-7 .(54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕДЛЯ РАБОТЫ НА НАГРУЗКУ, СОЕДИНЕННУЮВ ЗВЕЗДУ БЕЗ НУЛЕВОГО ПРОВОДА ИЛИ ВТРЕУГОЛЬНИК, силовая часть котороговыполнена на встречно-параллельносоединенных тиристорах, заключающийся в том, что в каждый полупериодсетевого напряжения подают на соответствующий силовой тиристор одинузкий управляющий импульс, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения надежности, через соответствующий тиристор с момента поступления управляющего импульса пропускают импульс дополнительного тока,продолжительность протекания которого выбирают из условия сТ34 2где Т - период напряжения сети;А - время, необходимое для нарастания тока нагрузки дотока удержания тиристора;1 - дополнительное время, величина которого определяется при диапазоне измененияфазового угла нагрузки 2меньшим или равным 60 пооформуле 1 Ы, гдед - угловая частота напряжениясети, а при 060 по форомуле (,б: Л11125Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при управлении силовыми тиристорами, соединенными встречно-параллельно, трехфазного регулятора напря жения.Известны два способа управления трехфазным преобразователем напряжения, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных 10 тиристорах, а нагрузка включена в звезду без нулевого провода: способ управления с применением широких управляющих импульсов и способ управления с применением сдвоенных узких импульсов.Сущность способа управления с применением широких управляющих импульсов заключается в том, что на вход соответствующего силового тиристора 20 трехфазного регулятора подается один импульс, ширина которого не менее бО эл, град. в полупериоде сетевого напряжения, При этом благодаря углу перекрытия у импульсов, сдвинутых 25 один относительно другого на 60 эл. град., возможно одновременное открытие двух силовых тиристоров, включенных в разные Фазы сетевого-напряжения 1 .30Недостатками этого способа управления являются повышение рассеиваемой мощности на управляющем переходе силового тиристора,что является причиной его нагрева и снижения надежности35 тиристора;потребляемой мощности схемы системы Фазового управления, что является, причиной увеличения весогабаритных показателей системы; обратного тока силового тиристора, когда существует отпирающий импульс на входе силового тиристора при обратном напряжении на его аноде.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ управления трехфаз ным тиристорным преобразователем переменного напряжения для работы на нагрузку, соединенную в звезду без нулевого провода или в треугольник, силовая часть которого выполнена на встречна-параллельно соединенных тиристорах, заключающийся в том, что в каждый полупериод сетевого напряжения подают на соответствующий силовой тиристор один узкий управляю щий импульс.Сущность способа управления с применением узких управляющих импульсов 04 1заключается в том, что на вход соответствующего силового тиристора регулятора подаются два узких импульсов в полупериоде сетевого напряжения, сдвинутых один относительно другого на бО эл. град. 2 .Однако выходной трансформатор системы фазового управления выполняетсяс двумя вторичными обмитками, чтоусложняет схему и увеличивает весогабаритные показатели последней, Этообъясняется тем, что одновременнотребуется подавать управляющий импульс на вход двух соответствующихпоследовательно соединенных тиристоров, присоединенных к разным фазамсети. Причем цепи управления этихтиристоров должны быть взаимно изолированы. Следовательно изоляция междувторичными обмотками выходного трансформатора должна быть рассчитана наамплитудное значение линейного напряжения сети,Между входом силовых тиристоров.регулятора и вторичными обмотками выходного трансформатора системы управления включается дополнительный элемент - выравнивающий резистор. Этоувеличивает количество элементов, чтоявляется причиной снижения надежности, кроме того, при этом увеличиваются ненужные, дополнительные потеримощности на выравнивающих резисторах,При реактивном характере нагрузкирегулятора и в процессе изменениязначения фазового угла нагрузки (,который представляет собой сдвигпо Фазе в установившемся режиме между током и напряжением данной цепи,если в ней отсутствуют тиристоры.Необходимо корректировать моментподачи управляющих импульсов в соответствии изменения значения, чтобыне нарушалась нормальная коммутациятиристоров.В случае К с Ч, если(- Ж(где (С - угол поступления управляющего импульса на вход силового тиристора регулятора в полупериоде сетевого напряжения,- ширина управляющего импульса) включается только один тиристор (из встречно-параллельно соединенных) с углом проводимости больше чем 180 эл. град, Это является причиной появления постоянной составляющей тока нагрузки регулятора переменного напряжения, что является3 1112504 4к сети, силовые тиристоры 4 - 9 инагрузку 10. Схема (фиг. 1) содержитключи 11 - 16, зажимы 17 - 28, служащие для подключения силовых тиристоров к вспомогательным источникам 29.Схема (фиг. 2) содержит разделительные диоды 30 - 35; маломощные вспомогательные диоды 36 - 41, общие точки соединения которых каждой фазысоединены с нулем 42 системы напряжений через соответствующие резисторы43 - 45.Пусть в системе (фиг. 1) зажимы1 - 3 подключены к трехфазной сети.На вход тиристоров 4 - 9 постугаеттолько один узкий импульс в опреде"ленные моменты в соответствующий полупериод сетевого напряжения, причемуправляющие импульсы, поступающиена вход тиристоров 4 и 5, 6 и 1 и8 и 9 сдвинуты один относительно другого на 180 эл. град. Управляющиеимпульсы, поступающие на вход тиристоров 4 и 6, сдвинуты один относитель 25 но другого на 120 эл.град., а управляющие импульсы, поступающие на входтиристоров 6 и 8, сдвинуты один относительно другого на 120 эл. градт.е. порядок поступления управляющих импульсов на вход силовых тиристоров такой, какой имеет место в обычной схеме трехфазного регулятора, управляемого широкими импульсами. Ф(, сТ1 А опасным при наличии в нагрузке насыщающегося магнитного сердечника. Все это снижает надежность.Целью изобретения является повышение надежности.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления трех-. фазным тиристорным преобразователем переменного напряжения в переменное для работы на нагрузку, соединенную 1 О в звезду без нулевого провода или в треугольник, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных тиристорах, заключающемуся в том, что в каждый полупериод 15 сетевого напряжения подают на соответствующий силовой тиристор один узкий управляющий импульс, через соответствующий тиристор с момента поступления управляющего импульса 20 пропускают импульс дополнительного тока, продолжительность протекания которого выбирают из условия где Т - период напряжения сети;- время необходимое для наЦАрастания тока нагрузки дотока удержания тиристора;Т - дополнительное время, величина которого определяетсяпри диапазоне изменения фазового угла нагрузки 0 меньошнм или равным 60 по форму6 Огде Я - угловая частота напряжениясети, а при 060 по формуоле=1 /д .На фиг. 1 приведена функциональ ная схема, с помощью которой реализуется предлагаемый способ управления трехфазным тиристорным преобразователем, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно 45 включенных тиристорах, а его нагрузка соединена в звезду без нулевого провода (можно привести также функциональную схему, реализующую предлагаемый способ управления преобразо вателем, нагрузка которого соединена в треугольник); на фиг. 2 - один из вариантов схемы трехфазного тиристорного преобразователя, реализующего предлагаемый способ управления, 55Схемы, приведенные на фиг. 1 и 2, содержат общие элементы: зажимы 1 3, служащие для подключения схемы Ключи 11 - 16 находятся в замкнутом состоянии в режимеЖц, а в режи- меК с- в разомкнутом состоянии; замыкаются соответствующие ключи в момент Ц 1 = ф , а размыкаются в момент Я 1 = +180 эл .град в полупериоде сетевого напряжения (например, в последнем случае, когда начинает протекать ток нагрузки через тиристоры 4 и 7, то ключи 11 и 14 замыкаются при угле равном ( +180 в полупериоде сетевого напряжения, и т.д.).Зажимы 17 - 28 подключены к источникам питания через соответствующие элементы (например, резистор и т.п.).В схеме отсутствует орган, следящий за фазой тока нагрузки регулятора и корректирующий момент подачи ,узких управляющих импульсов.При появлении режима Оа.гр (Огр некоторый граничный угол открытия тиристоров, разделяющий возможные режимы), протекание тока в нагрузке возможно только при одновременном открытии двух тиристоров, включенныхв разные фазы. Например на фиг., 1должны включаться тиристоры 4 и 7при коммутации линейного напряженияП , соединенные в разные фазы. Этопроисходит следующим образом. С момента поступления одного узкого импульса, длительность которого определяется собственным временем включения тиристора, на входе тиристора7 появляется дополнительный ток (независимо от величины и параметровнагрузки регулятора), величина которого не меньше тока удержания тиристора, по следующей цепи: зажим 24,тиристор 7 и зажим 23. Этим током 15тиристор 7 удерживается в открытомсостоянии. По описанной последовательности узкий управляющий импульспоступает на вход тиристора 4 через60 эл. град. относительно момента 20поступления управляющего импульсана вход тиристора 7. При этом появляется Дополнительный ток по следующейцепи: зажим 17, тиристор 4 и зажим18 причем величина этого тока не 25меньше тока удержания тиристора.Поэтому тиристор 4 удерживается воткрытом состоянии этим током. Следовательно в этом случае(К 7 Ф)30 минимальное значение длительности протекания дополнительного тока через тиристор определяется выражением60 эл.град.(2)в 1 о (, УА35Для режима К С величина 1 приведенная в левой части выражения (1) с учетом выражения (2), определяется формулой60 эл.град.(3)ИМаксимальная длительность протекания дополнительного тока, приведен-, ная в правой части выражения (1), в рассматриваемом случае определяется45 как 1 ,: в , так как в этом случаеТключи 11 - 16 находятся в замкнутом состоянии, и угол проводимости встреч. но-параллельно соединенных тиристоров не превышает 180 эл.град. Это объясняется тем, что оба встречно- параллельно соединенных тиристора не проводят ток одновременно, поскольку падение напряжения на проводящем тиристоре создает обратное напряжение на закрытом тиристоре и открытие нового тиристора возможно только после закрытия ранее проводящего. Таким образом, при ( =сопят нормальная работа регулятора во всех режимах обеспечивается при длительностях протекания дополнительного тока, определяемых выражением (1), а величинаопределяется выражением (3), т.е. продолжительного тока независимо от характера нагрузки регулятора определяется из условия 6 О- с (2 (4)Рассмотрим случай, когда величинафазового угла нагрузки ( изменяетсяво времени, Если величинаменяетсяот некоторого минимального значениядо некоторого максимальногозначения Чд, и если диапазон изменения 0 фазового угла нагрузки удовлетворяет условию 0460 эл.град. тордля обеспечения нормальной работы регулятора во всех режимах необходимаяпродолжительность протекания дополнительного тока должна определятьсявыражением (4), если минимальноезначение угла поступления узкого управляющего импульса определяется значением. Это объясняется следующим, Независимо от значения О, еслирегулятор работает в режиме М ), торабота регулятора в этом режиме ничем не отличается от работы для случая ц) =сопят; В ) ЯРассмотрим как обеспечивается синусоидальная форма тока нагрузки регулятора при изменяюшемся с (Эс 60 ),без корректировки момента подачи управляющих импульсов,Пусть (:(,и с =Ц, тогда черезнагрузку протекает ток синусоидальной формы. Если значение изменитсяи окажется : Цхотя значение й,не меняется, т.е.М -(, то через нагрузку протекает ток синусоидальнойформы. Это объясняется тем, что смомента поступления узкого управляющего импульса на вход тиристора (например, на вход тиристора 4) хотяК , через переход анод-катод этоготирйстора протекает дополнительныйток (например, этот ток протекаетпо цепи: зажим 17, тиристор 4 и зажим 18), в результате чего этот тиристор (тиристор 4) удерживаетсяв открытом состоянии независимо отсостояния встречно-параллельно включенного тиристора, например тиристора 5, так как приКсключ 11 на(5) 7ходится в разомкнутом состоянии). А с моментаЫМ соответствующий ключ (например, ключ 11) замыкается и начинается беспрепятственное протекание тока нагрузки регулятора через тиристор (например, тиристор 4). Таким образом, если диапазон изменения фазового угла нагрузки не больше 60 эл.град то продолжительность протекания дополнительного тока, оп ределяемая выражением (4), обеспечивает нормальную работу регулятора во всех режимах, т.е. в режиме синусоидальной формы тока нагрузки и в прерывистом режиме тока нагрузки. Если диапазон изменения 0 фазового угла нагрузки удовлетворяет условию: 0760 эл,град., то для обеспечения нормальной работы регулятора при использовании предлагаемого способа управления в случае, когда минимальное значение угла поступления узкого управляющего импульса определяется как К = Ц продолжитель ность протекания дополнительного то- ка, обеспечивающая нормальную работу, должна определяться следующим усло- вием Независимо от значения Р при а, снеобходимая продолжительность проте- З 5 кания дополнительного тока аналогично рассмотренному случаю, когда Ж ) и=сопзГ, определяется выражением (4). Однако в режиме получения синусоидальной формы тока нагрузки регу лятора ри 060 эл.град. нормальная работа регулятора не обеспечивается, если продолжительность протекания дополнительного тока определяется выражением (4). Это объясняется тем, 45 что длительность протекания дополнительного тока недостаточна до момента у =Ц,2 (т.е. до включения соответствующего ключа, например, ключа 11, если рассматривается тиристор 4),50 тиристор 4 выключается, вследствие исчезновения дополнительного тока, Следовательно, через нагрузку регулятора ток протекает, Через нагрузку регулятора протекает ток при одно временном открытии двух тиристоров,. соединенных в разные фазы сети. Тогда минимальное значение продолжительности протекания дополнительного тока, обеспечивающей протекание тока через нагрузку регулятора, определяется из выражения- +С0 эл, град.(6)яо (1 ЧДВ этом режиме работы регулятора, т.е. а с ц и 260 эл, грац, из приведенной в левой части выражения (1) с учетом выражения (2) величинаопределяется формулой0 эл град(0Следовательно, продолжительность протекания дополнительного тока, определяемая выражением (5), обеспечивает нормальную работу регулятора во всех режимах (в случае, если Э 60 эл. град.), т.е. в режиме синусоидальной формы тока нагрузки, а также и в прерывистом режиме тока нагрузки. В качестве примера реализации предлагаемого способа управления рассмотрим трехфазный регулятор, приведенный на фиг. 2. Сущность работы этой схемы заключается в следующем. На зажимы 1 - 3 подключено трехфазное напряжение, а зажим 42 соединен с нулем системы напряжений. Предположим, необходимо отпереть тиристор 4 в режиме К )(, работающий сначала с тиристором 7, а затем через 60 эл. град. с тиристором 8. С момента поступления на вход тиристора 4 одного узкого управляющего импульса в полупериоде сетевого напряжения через тиристор 4 протекает ток цепи: зажим 1, тиристор 4, диод 36, резистор 43 и зажим 42, Так как величина этого тока не меньше тока удержания тиристора, то последний удерживается в открытом состоянии. До отпирания тиристора 4 через тиристор 7 протекает дополнительный ток, продолжительность протекания которого определяется выражением (4), удерживающий его в открытом состоянии, по цепи: зажим 42, резистор.44, диод 39, тиристор 7 и зажим 2. Значит тиристоры 4 и 7 одновременно находятся в проводящем состоянии. Именно с этого момента, т.е. одновременного открытого состояния тиристоров 4 и 7, появляется ток нагрузки регулятора по цепи: зажим 1, тиристор 4, диод 30, нагрузка 10, диод 33, тиристор 7 и зажим 2.В режиме получения синусоидальной формы тока нагрузки при изменяющемся9 11125 фазовом угле нагрузки схема работает следующим образом. Пусть нагрузка 10 имеет переменный активно-индуктивныв характер и 660 эл.град, Предположим, что (:ф- К и форма тока нагрузки си-нусоидальная. В некоторый момент времениравно 3 ау,а значение не изменно и равно Кц . Однако с мо 1мента поступления узкого управляюще" го импульса на вход тиристора (на- щ пример, тиристора 4) в последнем появляется дополнительный ток (например, по цепи: зажим 1, тиристор 4, диод 36, резистор 43 и зажим 42), удерживающий его во включенном сос З тоянии. Поскольку продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии выражения (4), то до исчезновения дополнительного, тока, т,е. в моментя 1=(, раз) делительный диод (например, разделительный диод 30) и соответствующий тиристор (например, тиристор 4) пропускают ток нагрузки регулятора.Следовательноподачей одного узкого импульса на вход соответствующего тиристора в полупериоде сетевого напряжения можно осуществлять управле 04 10ние трехфазным регулятором, если продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии с выражением (4), если 0 ( 60 эл,град. при 0( .Из сравнения схем на фиг. 1 и 2 вытекает, что в схеме на фиг. 2 разделительные диоды 30 - 35 выполняют функцию ключей 11 - 16 на фиг. 1Регулятор на фиг. 2 может управляться подачей узкого импульса на вход тиристора в полупериоде сетевого напряжения без корректировки момента подачи, приКр и 2)60 эл. град., если продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии свыражением (5). Таким образом, предлагаемый способ управления позволяет управлять силовыми тиристорами, включенными встречно-параллельно, трехфазного регулятора напряжения, работающего как на активную, реактивную, так и переменную реактивную нагрузку, и тем самым. расширить его функциональные возможности и область его применения,Заказ 6466/41 Тираж 666 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4