Групповой преобразователь напряжения

Групповой преобразователь напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к преобразовательной технике. Целью является повышение надежности. Устройство содержит два инвертора напряжения и два источника питания, гальванически развязанные между собой. Положительные зажимы обоих инверторов подключены к одноименным зажимам своих источников питания. Отрицательные зажимы инверторов подключены к одноименным зажимам противоположных источников питания. При этом нагрузка включена между выходными зажимами инверторов. В устройстве устраняется возможность возникновения "сквозного" короткого замыкания в любом из обоих инверторов. 5 ил.

CCNO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (И) 01 А1 щ) Н 02 М 7/5.15

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2 1) 46 1860 1/2 4-0 7 (22) 12. 12. 88 (46) 07. 11. 90. Бюл. N- 41 (7 1) Ленинградский институт инж енеров железнодорожноro транспорта им. акад. В.H. Образцова (72) К.10. Бурак, Т, К. Александрова и Н. П. Лебедева (53) 621. 314. 572 (088, 8) (56) Заявка Японии 11- 61-32914, кл. Н 02 >f 7/48, 1986.

Авторское свидетельство СССР

Р 1111241, кл. Н 02 М 7/515, 1983. (54) ГРУППОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к преобраИзобретение относится к области электротехники, а именно к преобразователям энергии постоянного или переменного тока в энергию переменного тока., Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема группового пр еобраз ователя напряжения на базе автономных инверторов напряжения с групповой коммутацией и подзарядом коммутирующих конденсаторов от независимых источников подзаряда; на фиг;2 — блок-схема управления автономных инверторов группового преобразователя; на фиг. 3— диаграмма управляющих импульсов главными и коммутирующими тиристорами преобразователя, причем нумерация соответствует номерам тиристоров; на фиг.4 — принципиальная блок-схема группового преобразователя напряже2 зовательной технике. Целью является повышение надежности. Устр-во содержит два инвертора напряжения и два источника питания, гальванически развязанные между собой. Положительные зажимы обоих инверторов подключены к одноименным зажимам своих источников питания. Отрицательные з ажимы инверторов подключены к одноименным зажи-, мам противоположных источников питания. При этом, нагрузка включена между выходными зажимами инверторов. В устр-ве устраняется возможность воз никновения "сквозного" короткого замыкания в любом из обоих инверторов.

5 ил. ния с трансформаторной нагрузкой; на С фиг. 5 — принципиальная блок-схема шестиосной секции электровоза с инди- 2 видуальным электроприводом и асинО б хронными тяговыми двигателями при питании от высоковольтной сети перемен- . ного тока.

Ю

Групповой преобразователь напряже- СЛ ния содержит два инвертора 1 и 2 с СИ главными тиристорами 3 — 14, обратны- () ми диодами 15 — 26 и коммутирующими тиристорами 27 — 38. Выходные зажимы соответственно 39-41 и 42-44 обоих . инверторов объединены между собой пофазно через фазы А,В,С нагрузки.

Входные зажимы 45 — 48 каждого из инверторов 1 и 2 подключены к источникам.питания 49 и 50. Кроме того, пре" образовательное устройство содержит два 1.С-фильтра, состоящих из дросселей

51 и 52 и конденсаторов 53 и 54. Оба источника 49 и 50 гальванически раз1605301

45 вязаны и включают в себя питающие трансформаторы соответственно 55 и 56 с первичной обмоткой 57, 58 и вторичной обмоткой 59, 60, подключенной к зажимам 61 — 64 переменного тока выпрямителя 65 и 66, Между положительным выходным зажимом 67, 68 выпрямителя 65, 66 и

IIoJI oRHT eJI bHbIM входным 3 ажимо м ннвер тора 1, 2 включен дроссель фильтра

51, 52, который вторым зажимом 45, 47 соединен с одноименным входным зажимом 45„ 47 своего инвертора 1,;:2.

Отрицательный зажим 48 первого.ис- 1g точника 49 питания является отрицательным выходным зажимом 69 первого . выпрямителя 65, а отрицательный зажим 46 второго источника 50 является отрицательным выходным зажимом 70 второго выпрямителя 66.

Аноды коммутирующих тиристоров 27, 29, 31 и 33, 35 и 37 объединены в общие точки соответственно 71 и 72, являющиеся, каждая, первым зажимом своего коммутирующего дросселя соответственно 73 и 74. Второй зажим 75, 76 дросселя 73, 74 подключен к положительному зажиму источника подзаря|да коммутирующего конденсатора 77,78, 30

I включенного между зажимом 75, 76 своего подэаряда и положительным зажимом 45,47 инвертора 1, 2, Катоды коммутирующих тиристоров

36, 38, 34 и 30, 32, 28 катодных групп обоих инверторов объединены в общие точки соответственно 79 и 80, являющие ся, каждая, первым з ажимом коммутирующего дросселя соответственно 81 и 82. Второй зажим 83, 84 дрос- 40 селя 81, 82 подключен к отрицательному. зажиму источника подэаряда коммутирующего конденсатора 85, 86, включенного. между зажимом 83, 84 своего источника подзаряда и отрицательным зажимом 46, 48 инвертора 1, 2, Схема управления тирист орами инверторов (фнг.2) включает в себя четыре логических элемента 2И-НЕ 87 - 90, трн логических элемента "IK-триггер"

50 с логикой ЗИ на входе 91 — 93, шесть логических элементов НЕ 94 - 99, три элемента "сдвоенный одновибратор с повторным запуском" 100 — 102; 12 элементов 2И-НЕ 103 - 114.

>5

Элементы 87 " 90 предназначены для установки системы управления в исходное положение при подаче на нее питанияе

Элементы 9 1 -- 93 соединены в схему кольцевого распределителя импульсов.

С шести выходов кольцевого распределителя на буферные инвертирующие элементы 94 - 99 поступает последовательность импульсов, сдвинутых на 60 эл.градусов и имеющих длительность

180 эл.градусов. Эти импульсы являются сигналами управления главными тиристорами инверторов. Иэ среза каждого иэ данных импульсов при помОщи элементов 100 — 102, имеющих, каждый, два независимых канала, формируются одноименные сигналы управления коммутирующими тиристорами инвертора.

Буферные элементы 103 — 114 служат для разделения каналов управления двумя мостами преобразователя-.

Преобразователь работает следующим образом, До -подачи питающего напряжения на зажимы 45 — 48 инверторов 1 и 2 к источникам подэаряда (зажимы 75,45; 76, 47; 46, 83 и 48, 84) подключаются коммутирующие конденсаторы соответственно 77, 78, 85 и 86, которые заряжаются до полярностей, указанных на фиг.1 и тем самым коммутирующие конденсаторы оказываются подготовленными к режиму коммутации.

Далее, при подаче напряжения на первичные обмотки 57 и 58 питающих трансформаторов 55 и 56 происходит заряд фильтровых конденсаторов 53

54 от источников 49 и 50 питания до полярностей, указанных на фиг.1. И таким образом, силовая часть преобразователя оказывается подготовленной к работе.

Рассмотрим рабочий режим предлагаемого преобразователя, когда в работе участвуют фазы А, В, С нагрузки (фиг. 1), а система управления (фиг.2) работает по закону 180 -ro управления со 180 -ной шириной импульса управления главными тиристорами инверторов, .

В момент й„ (фиг.3) подаются одновременно очередные сигналы управления на главный тиристор 3 инвертора 1 и главный тиристор 6 инвертора

2, При этом к моменту t главные тиристоры 11, 14 и 7, 4 уже открыты. В этом случае соэцаются следующие цепи рабОчего тока (фиГ,l):

1) зажим 45 источника 49 питаниязажим 45 инвертора 1 — главный тиристор 3 - точка 38 — фаза А нагрузки—

5301

5, 160 точка 41 инвертора 2 — главный тиристор 6 — зажим 48 инвертора 2 - зажим

48 источника 49 питания;

2) зажим 47 источника 50 — зажим

47 инвертора 2 — главный тиристор 11точка 42 — фаза В нагрузки - точка 39 инвертора 1 — главный тиристор 14 инвертора 1 — зажим 46 инвертора 1 зажим 46 источника 50 питания;

3) зажим 45 источника 49 — зажим

45 инвертора 1 — главный тиристор 7точка 40 — фаза С нагрузки — точка 43 инвертора 2 — главный тиристор 4— зажим 48 инвертора 2 — зажим 48 источника 49.

Таким образом, в этот момент времени гальванически связанными между собой оказываются фазы А и С нагрузки, работающие параллельно от одних питающих входов 45 и 48, А фаза В нагрузки не связана с ними в этот момент времени и питается от входов 47 и 46 преобразователя, Это, однако, не влияет на режим работы нагрузки, так как сохраняются условия для создания вращающегося магнитного поля, ибо фазные обмоткй нагрузки (например, двигателя), как обычно, геометрически сдвинуты относительно друг друга на 120, и ЭДС, созданные в фазах нагрузки, сдвинуты относительно друг друга на 120 эл. град. Форма фаэного напряжения при этом прямоугольная, а по величине действующее значение фазного напряжения равно входному напряжению инвертора, Таким образом, в рабочий режим нагрузки такое включение параллельно работающих инверторов практически не вносит существенных изменений, В момент й„ (фиг.3) подаются управляющие импульсы на коммутирующие тиристоры 31 и 28, в результате чего происходит коммутация тока с главных тиристоров 7 и 4 в цепь главных тиристоров 13 н 10 (фиг, 1), При этом коммутирующий конденсатор

77 разряжается по цепи. зажим 75 коммутирующий дроссель 73 — точка 71коммутирующий тиристор 31 — главный тиристор 7 — зажим 45 конденсатора 77; а коммутирующий конденсатор 86 разряжается по цепи: зажим 48 — главный тиристор 4 — точка 43 — коммутирующий тиристор 28 — точка 80 — коммутирующий дроссель 82 †. зажим 84 конденсатора 86, После закрытия главных тирнсторпв

7 и 4 дальнейший перезаряд коммутируювдх конденсаторов 77 и 86 буцет происходить через обратные диоды соответственно 19 и 16, Последующий перезаряд указанных конденсаторов 77 и

86 до напряжения исходной полярности и исходной величины будет осуществляться через источники подэаряда (соответственно зажимы 75, 45 и 48, 84).

В момент t (фиг, 3) одновременно со снятием управляющих сигналов с главных тиристоров 7 и 4 происходит подача управляющих сигналов на главные тиристоры 13 и 10, В резу.пьтате создается другая цепь рабочего тока через фазу С нагрузки, а именно: .sa" жим 47 инвертора 2 — главный тиристор

29 13 — точка 43 — фаза С нагрузки — за- . жим 40 инвертора 1 — главный тиристор

10 — зажим 46 (70) источника 2 питания. Иными словами, фазное напряжение и рабочий ток фазы С меняют знак на

25 противоположный, В момент t< (фиг, 3) происходит пе-реключение очередной пары тнристоров

11 и 14 (фиг. 1) на вновь вводимую в работу пару тиристоров 5 и 8.

В момент э (фиг,3) происходит коммутация тока пары тиристоров 3 и 6 на пару тиристоров 9 и 12, В момент t4 (фиг.3) происходит коммутация главных тиристоров 13 и 10

35 и главных тиристоров 7 и 4, В момент t + ((ф иHг . 3) рабочий ток коммутирует с главных тирнсторов 5. 8 на главные тиристоры 1 н 14.

В момент t@ (фиг,3), соответствую4О щий периоду изменения выходного напряжения инверторов, рабочий ток коммутирует с главных тиристоров 9, !2 на главные тиристоры 3 и 6. Далее все процессы повторяются аналогично, 45 Допустим теперь, что по каким-либо причинам не пронзощла очередная коммутация тока с главного тиристора 3 на главный тиристор 9, и к моменту открытия главного тирнстора 12 тириc." тор 3 не восстановил свои запирающие свойства. A коммутация рабочего тока с главного тиристора 6 в цепь главного тиристора 12 осуществляясь по заданному алгоритму, Тогда создается следующая цепь аварийного тока, который, однако,. не является током сквозногo короткогс замыкания через главные тнристоры 3 и 12 (фиг, 1): верхняя обкладка кон1605301 денсатора фильтра 53 — зажим 45 инвертора 1 — главный тиристор 3— главный тиристор 12 — входной зажим 46 инверт ор а 1 — выходной з ажим 70 выпрямителя 66 — выпрямитель 66 — вы5 ходной его зажим 68 — дроссель фильтра 52 — входной зажим 47 инвертора 2главный тиристор 13 — точка 43 — фаза С нагрузки — точка 40 инвертора 1- lg главный тиристор 10 — диод 26 — точка

39 — фаза В нагрузки — главный тиристор 8 инвертора 2 — входной зажим 48 инвертора 2 — нижняя обкладка конденсатора 53. 15

При этом от второго источника 50 питания ток течет по двум цепям:

1} зажим 47 источника 50 — входной зажим 47 инвертора 2 — главный тиристор 13 — точка 43 - фаза С нагруз-2g ки - точка 40 инвертора 1 — главный тиристор 10 — зажим 46 источника 50;

2) зажим 47 источника 50 — входной зажим инвертора 2 — главный тиристор 9 — точка 41 — фаза А нагруз- 25 ки — т очка 38 ин верт ор а 1 - гл а вный тиристор 12 — зажим 46 источника 50 питания .

Таким образом, видно, что при cpb> ЭО ве коммутациИ с главного тиристора 3 на главный тиристор 9 не происходит

"сквозного" короткого замыкания ука- занных тиристоров на источник питания, так как в .цепь аварийного тока обяза- тельно вовлекается нагрузка. И, кроме того, в этом режиме не происходит подпитка места аварийного режима со стороны противоположного источника питания. Токи, протекающие через ти- д ристор первого инвертора 1 от второго инвертора 2 при незакрывшемся главном тиристоре 3, проходят по тем же контурам, что и в случае нормальной коммутации главного тиристора 3, минуя последний, Иными словами, со стороны "неповрежденного" инвертора 2 подпитка цепи через напрямую открытые главные тиристоры 3 и 12 не производится, а режим работы инвертора 1 при этом не является режимом "сквозного", короткого замыкания, так как из .сказанного выше видно, что цель аварийного тока включает в себя фазы нагрузки. Через главный тиристор 12 при этом проходит рабочий ток со стороны инвертора 2 и аномальный ток собственно инвертора

1, результирующее значение которых не является аварийным для главного тиристора 12.

А система контроля и защиты инверторов может быть при этом отстроена таким образом, что время ее срабатывания не будет являться критичным по отношению ко времени протекания аномального тока.

Аналогичный режим возникает и в случае удачной коммутации рабочего тока с главного тиристора 3 на главный тиристор 9, но на весьма малый промежуток времени, определяемый временем восстановления запирающих свойств главного тиристора 3, так как моменты подачи управляющих сигналов на коммутирующий тиристор 27 и на главный тиристор 12 (фиг.3) совпадают. Но, как было уже рассмотрено, этот режим, тем более в столь короткий промежуток времени, не приведет к повреждению главного тиристора 42.

Сказанное позволяет упростить схему управления инверторов 1 и 2, не предусматривая в ней цепей задержки подачи управляющих импульсов на коммутирующие и следующие эа ними по алгоритму управления главные тиристоры.

Преобразователь может найти широкое применение как в преобразователях общепромышленного назначения, например с трансформаторной нагрузкой (фиг,4), так и в высоковольтном тяговом электроприводе с асинхронными тяговыми двигателями (фиг. 5 и 6).

В частности, на фиг.5 показан вариант использования предложенного технического решения 6-осной секции электровоза с индивидуальным приводом движущих осей и асинхронными тяговыми двигателями. Здесь в качестве нагрузки 115а, 115в, 115с каждой пары инверторов la, 2а (lв, 2в и lс, 2с) используются тяговые двигатели, соответствующие фазы обмоток статоров которых соединены в рамках своей нагрузки последовательно между собой.

Ротор каждого из.укаэанных двигателей приводит во вращение свою ось, т.е. колесную пару секции электровоза. Питающие трансформаторы 55 и 56 подключен,:, каждый, к своему высоковольтному выпрямителю 116, 117, вхо-. ды каждого из которых; в свою оче.— редь,подключены непосредственно к контактной сети.

1605301

1 0, Формула из обретения

Групповой преобразователь напряжения, содержащий два m-фаэных инвертора напряжения, соединенных выходными зажимами с m-фазной цепью нагрузки и подключенных каждый через LC-фильтр своего звена постоянного тока к выводам источников питания, причем с положительными выводами последних соединены через соответствующие дроссели упомянутых LC-фильтров положительные зажимы соответствующих инверторов, отличающий с я тем, что, с целью повышения надежности, отрицательный зажим каждого инвертора подключен к отрицательному выводу другого источника питания, конденсатор фильтра каждого инвертара включен между положительным зажимом последнего и отрицательным выводом одноименного источника питания, причем источ ники питания гальванически развязаны, а каждая фаза цепи нагрузки включена между выходнь ми зажимами одноименных фаз обоих инверторов.

1605301

3 г7

УО

ЮЗ

И

5 гз

О

14

Э8

? .31

4 г8

13

37

О t1 2 3 5 4 tg

АИН1

Фиг. 3 Аин2

1б05301 уии(бн8, 12нв

i Дн8(бнВ, 1Ъг8) На

Я П

45аРд

-48а у фЯ 478 р

65с 088 468 ббс уу Фбс Ф7с g

48с 4бс

Составитель И.Жеребина

Редактор В. Бугренкова Техред g. дидык Корректор C.måâêóí комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Производственно-издательский

Заказ 345 7 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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