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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ ДЛЯ РАБОТЫ НА НАГРУЗКУ, СОЕДИНЕННУЮ В ЗВЕЗДУ БЕЗ НУЛЕВОГО ПТОВОДА ИЛИ В ТРЕУГОЛЬНИК, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных тиристорах, заключающийся в том, что в каждый полупериод сетевого напряжения подают на соответствующий силовой тиристор один узкий управляющий импульс, отличающийся тем, что, с целью повьпиения надежности, через соответствующий тиристор с момента поступлени:я управляющего импульса пропускают импульс дополнительного тока, продолжительность протекания которого выбирают из условия . где период напряжения сети; время, необходимое для наЧА растания тока нагрузки до тока удержания тиристора; гСП дополнительное время, величина которого определяется при диапазоне изменения фазового угла нагрузки D меньшим или равным формуле ig 12, где со угловая частота напряжения сети, а при D формуле tg §- .

CONS СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

3(у) Н 02 M 5/257; Н 02 P 13/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:11 ..., Я

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ..3

< а

Т

2 где Т

ЧА период напряжения сети; время, необходимое для нарастания тока нагрузки до тока удержания тиристора дополнительное время, величина которого определяется при диапазоне изменения фазового угла нагрузки 2 меньшим или равным 60 по о формуле kg —, где угловая частота напряжения сети, а при D > 60 по форо муле (б =

Ю -«(Д (21) 3231313/24-07 (22) 06.01.81 (46) 07.09.84. Бюл. N - 33 (72) M.À.Ìèðñàãàòîâ и Ш.Ш.Шаисламов (71) Специализированное конструкторское бюро "Гидрогеотехника" Производственного объединения "Узбекгидрогеология" (53) 621.314.2(088.8) (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 ТРЕХФАЗHblM THPHCT0PHblM ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПЕРЕМЕННОЕ

ДЛЯ РАБОТЫ НА НАГРУЗКУ, СОЕДИНЕННУЮ

В ЗВЕЗДУ БЕЗ НУЛЕВОГО ПРОВОДА ИЛИ В

ТРЕУГОЛЬНИК, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных тиристорах, заключающийся в том, что в каждый полупериод сетевого напряжения подают на соответствующий силовой тиристор один узкий управляющий импульс, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, через соответствующий тиристор с момента поступления управляющего импульса пропускают импульс дополнительного тока, продолжительность протекания которого выбирают из условия

1 11125

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при управлении силовыми тиристорами, соединенными встречно-параллельно, трехфазного регулятора напря- 5 жения.

Известны два способа управления трехфазным преобразователем напряжения, силовая часть которого выполнена на встречно-параллельно соединенных 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 2б трехфазного регулятора подается один импульс, ширина которого не менее

60 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) .

Недостатками этого способа управления являются повышение рассеиваемой мощности на управляющем переходе силового тиристора,что является причиной его нагрева и снижения надежности

35 тиристора; потребляемой мощности схемы системы фазового управления, что является. причиной увеличения весогабаритныхых по ка зат елей сис темы; о бра тного тока силового тиристора, когда существует отпирающий импульс на входе силового тиристора при обратном напряжении на его аноде.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления трехфаз- 45 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- И щий импульс.

Сущность способа управления с применением узких управляющих импульсов

04 2 заключается в том, что на вход соответствующего силового тиристора регулятора подаются два узких импульсов в полупериоде сетевого напряжения, сдвинутых один относительно другого на 60 эл. град. )2) .

Однако выходной трансформатор системы фазового управления выполняется с двумя вторичными обмитками, что усложняет схему и увеличивает весогабаритные показатели последней. Это объясняется тем, что одновременно требуется подавать управляющий импульс на вход двух соответствующих последовательно соединенных тиристоров, присоединенных к разным фазам сети. Причем цепи управления этих тиристоров должны быть взаимно изолированы. Следовательно» изоляция между вторичными обмотками выходного трансформатора должна быть рассчитана на амплитудное значение линейного напряжения сети.

Между входом силовых тиристоров .регулятора и вторичными обмотками выходного трансформатора системы управления включается дополнительный элемент — выравнивающий резистор. Это увеличивает количество элементов, что является причиной снижения надежности, кроме того, при этом увеличиваются ненужные, дополнительные потери мощности на выравниваюп»их резисторах, При реактивном характере нагрузки регулятора и в процессе изменения значения фазового угла нагрузки у, который представляет собой сдвиг по фазе в установившемся режиме между током и напряжением данной цепи, если в ней отсутствуют тиристоры.

Необходимо корректировать момент подачи управляющих импульсов в соответствии изменения значения, чтобы не нарушалась нормальная коммутация тиристоров.

В случае 5. ц», если <(-О (где и†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 является

3 1112504 4 к сети, силовые тиристоры 4 — 9 и нагрузку 10. Схема (фиг. 1) содержит ключи 11 — 16, зажимы 17 — 28, служащие для подключения силовых тиристоров к вспомогательным источникам 29.

Схема (фиг. 2) содержит ра зделительные диоды 30 — 35; маломощные вспомогательные диоды 36 — 41, общие точки соединения которых каждой фазы соединены с нулем 42 системы напряжений через соответствующие резисторы

43 — 45.

Пусть в системе (фиг. 1) зажимы

1 — 3 подключены к трехфазной сети.

На вход тиристоров 4 — 9 постугает только один узкий импульс в определенные моменты в соответствующий полупериод сетевого напряжения, причем управляющие импульсы, поступающие на вход тиристоров 4 и 5, 6 и 7 и

8 и 9 сдвинуты один относительно другого на 180 эл. град. Управляющие импульсы, поступающие на вход тиристоров 4 и 6, сдвинуты один относитель25 но другого на 120 эл.град., а управляющие импульсы, поступающие на вход тиристоров 6 и 8, сдвинуты один относительно другого на 120 эл. град., т.е. порядок поступления управляющих импульсов на вход силовых тиристоров такой, какой имеет место в обычной схеме трехфазного регулятора, управляемого широкими импульсами. .(, <$ c.—

Т

55 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 трехфазным тиристорным преобразователем переменного напряжения в переменное для работы на нагрузку, соединенную 1б 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 2б пропускают импульс дополнительного тока, продолжительность протекания которого выбирают из условия где Т вЂ” период напряжения сети; — время необходимое для наЦА растания тока нагрузки до тока удержания тиристора;

t — дополнительное время, величина которого определяется при диапазоне изменения фазового угла нагрузки D меньо шнм или равным 60 по форму- 35 ьо где (,) — угловая частота напряжения сети, а при D>60 по формуо ле t(=1 / д .

На фиг. 1 приведена функциональ- <0 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- 50 вателем, нагрузка которого соединена в треугольник); на фиг. 2 — один из вариантов схемы трехфазного тиристорного преобразователя, реализующего предлагаемый способ управления.

Схемы, приведенные на фиг. 1 и 2, содержат общие элементы: зажимы 1

3, служащие для подключения схемы

Ключи 11 — 16 находятся в замкнутом состоянии в pemmeoL>q, а в режиме ц,с — в разомкнутом состоянии; замыкаются соответствующие ключи в момент Ц = ф, а размыкаются в момент

g k = g + 1 80 эл . град в полупериоде с ет евого напряжения (например, в последнем случае, когда начинает протекать ток нагрузки через тиристоры 4 и 7, то ключи 11 и 14 замыкаются при угле равном р +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 oL > а.qp (с(,<— некоторый граничный угол открытия тиристоров, разделяющий возможные режимы), протекание тока в нагрузке возможно только при одновременном открытии двух тиристоров, включенных

1112504 в разные фазы. Например на фиг.. 1 должны включаться тиристоры 4 и 7 при коммутации линейного напряжения

U соединенные в разные фазы. Это происходит следующим образом. С момента поступления одного узкого импульса, длительность которого определяется собственным временем включения тиристора, на входе тиристора

7 появляется дополнительный ток (независимо от величины и параметров нагрузки регулятора), величина которого не меньше тока удержания тиристора, по следующей цепи: зажим 24, тиристор 7 и зажим 23. Этим током 15 тиристор 7 удерживается в открытом состоянии. По описанной последовательности узкий управляющий импульс поступает на вход тиристора 4 через

60 эл. град. относительно момента 20 поступления управляющего импульса на вход тиристора 7. При этом появляется Дополнительный ток по следующей цепи: зажим t7, тиристор 4 и зажим

18„ причем величина этого тока не 25 меньше тока удержания тиристора.

Поэтому тиристор 4 удерживается в открытом состоянии этим током.

Следовательно в этом случае(К7 „)30 минимальное значение длительности протекания дополнительного тока через. тиристор определяется выражением

60 эл.град.

t =-- — — — — — -+t (2)

mrn 0,.

Для режима сС> q величина приведенная в левой части выражения (i ) с учетом выражения (2), определяется формулой

60 эл.град. (3) 40

И

Максимальная длительность протекания дополнительного тока, приведен-, ная в правой части выражения (1), в рассматриваемом случае определяется 45 как1;„= —, так как в этом случае

T ключи 11 — 16 находятся в замкнутом состоянии, и угол проводимости встреч. но-параллельно соединенных тиристоров не превышает ISO эл.град. Это объясняется тем, что оба встречнопараллельно 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 y =const нормальная работа регулятора во всех режимах обеспечивается при длительностях протекания дополнительного тока, определяемых выражением (1), а величина . определяется выражением (3), т.е. продолжительного тока независимо от характера нагрузки регулятора определяется из условия

60 — с (2 (4)

Рассмотрим случай, когда величина фазового угла нагрузки (изменяется во времени. Если величина меняется от некоторого минимального значения

Ц „„„„ до некоторого максимальноro значения Ч „„д, и если диапазон изменения D фазового угла нагрузки удовлетворяет условию 0460 эл.град. то Р для обеспечения нормальной работы регулятора во всех режимах необходимая продолжительность протекания дополнительного тока должна определяться выражением (4), если минимальное значение угла поступления узкого управляющего импульса определяется значением Q „ . Это объясняется следующим. Независимо от значения D, если регулятор работает в режиме М >, то работа регулятора в этом режиме ничем не отличается от работы для случая (=const g ) Я.

Рассмотрим как обеспечивается синусоидальная форма тока нагрузки регулятора при изменяюшемся q (D<60 ), без корректировки момента подачи управляющих импульсов.

Пусть(=(,и с =(„, тогда через нагрузку протекает ток синусоидальной формы. Если значение изменится и окажется (= Ц 7 „хотя значение й, не меняется, т.е.М - q то через нагрузку протекает ток синусоидальной формы. Это объясняется тем, что с момента поступления узкого управляющего импульса на вход тиристора (например, на вход тиристора 4) хотя через переход анод-катод этого тирйстора протекает дополнительный ток (например, этот ток протекает по цепи: зажим 17, тиристор 4 и зажим 18), в результате чего этот тиристор (тиристор 4) удерживается в открытом состоянии независимо от состояния встречно-параллельно включенного тиристора, например тиристора 5, так как приК» (p ключ 11 на504

1112

2 à — вф а —

4> 2

7 ходится в разомкнутом состоянии) .

А с моментами =g 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- 10 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 D фазового угла нагрузки удовлетворяет условию: 0760 эл. град., то для обеспечения нормальной работы регулятора 0 при использовании предлагаемого способа управления в случае, когда минимальное значение угла поступления узкого управляющего импульса определяется как К Ц (< продолжитель 25 ность протекания дополнительного тока, обеспечивающая нормальную работу, должна определяться следующим условием

Независимо от значения D при 6.<у необходимая продолжительность проте- З5 кания дополнительного тока аналогично рассмотренному случаю, когда Ж ) и g =const, определяется выражением (4). Однако в режиме получения синусоидальной формы тока нагрузки регу- 40 лятора при D<60 ????.????????. ???????????????????? ???????????? ???????????????????? ???? ????????????????????????????, ???????? ?????????????????????????????????? ???????????????????? ?????????????????????????????? ???????? ???????????????????????? ???????????????????? (4). ?????? ?????????????????????? ??????, 4> что длительность протекания дополнительного тока недостаточна до момента у =Ц) (т.е. до включения соответствующего ключа, например, ключа

11, если рассматривается тиристор 4),э0 тиристор 4 выключается, вследствие исчезновения дополнительного тока.

Следовательно, через нагрузку регулятора ток протекает. Через нагрузку регулятора протекает ток при одновременном открытии двух тиристоров,соединенных в разные фазы сети. Тогда минимальное значение продолжительности протекания дополнительного тока, обеспечивающей протекание тока через нагрузку регулятора, определяется из выражения — +t

D эл. град. (6)

m n (1 ЧД

В этом режиме работы регулятора, т.е. g (ц) и D > 60 эл. град, из приведенной в левой части выражения (1) с учетом выражения (2) величина (определяется формулой

D эл.град.

t (7) .((0

Следовательно, продолжительность протекания дополнительного тока, определяемая выражением (5), обеспечивает нормальную работу регулятора во всех режимах (в случае, если D> 60эл. 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 прово-дящем 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 изменяющемся

9 11125 фазовом угле нагрузки схема работает следующим образом. Пусть нагрузка 10 имеет переменный активно-индуктивньпЪ характер и 5<60 эл.град, Предположим, что Ч =ф-К и форма тока нагрузки си- 5 нусоидальная. В некоторый момент времени равно f=à f )

4, диод 36, резистор 43 и зажим 42), удерживающий его во включенном состоянии. Поскольку продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии выражения (4), то до исчезновения дополнительного, тока, т.е. в момент@1=1, раз- 2О делительный диод (например, разделительный диод 30) и соответствующий тиристор (например, тиристор 4) пропускают ток нагрузки регулятора.

Следовательно подачей одного узко-25 го импульса на вход соответствующего тиристора в полупериоде сетевого напряжения можно осуществлять управле04 10 ние трехфазным регулятором, если продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии с выражением (4), если D < 60 эл.град. при сС > (.

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. 1 °

Регулятор на фиг. 2 может управляться подачей узкого импульса на вход тиристора в полупериоде сетевого напряжения без корректировки момента подачи, приК cy g, > р и2)60 эл. град., если продолжительность протекания дополнительного тока выбирается в соответствии с выражением (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.

1112504

1112504

Составитель И.Головинова

Редактор P.Öèöèêà Техред А.Бабинец Корректор В.Гирняк

Заказ 6466/41 Тираж 666 Подписно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4