Мостовой статический преобразователь

Мостовой статический преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

253914

Союз Советских

Социалистических

Республик,1

t

I !

В

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Кл, 21d -, 12/03

2 I d-, 42/ОЗ

Заявлено 26.Х!1.1966 (¹ 1121768/24-7) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 07.Х.1969. Бюллетень М 31

Дата опубликования описания З.III.!970.ЧПК Н 02р

Н 021

Ъ Д1; 621.314.58.076.12 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

С. М. Кацнельсон и Е. Г. Бобров

Уральское отделение Всесоюзного ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательского института железнодорожного транспорта

3 аявитель

МОСТОВОЙ СТАТИЧЕСКИЙ ПPЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Известны мостовые статические преобразователи, замкнутые накоротко на обмотку сглаживающего дросселя с узлом искусственной коммутации, содержащим коммутирующий конденсатор, включенный между нулевым проводом трехфазной питающей сети и средней точкой цепи, состоящей из двух последовательно включенных коммутирующих тиристоров и подключенной к зажимам цепи постоянного тока. Они не могут быть использованы в качестве компенсаторов реактивной мощности из-за невозможности его запуска, так как для обеспечения перезаряда коммутирующеи емкости коммутационным током за счет запаса энергии в сглаживающем дроссе- 15 ле необходимо прежде чем начать процесс искусственной коммутации, обеспечить достаточное накопление этой энергии.

Предлагаемый статический преобразователь может быть использован в качестве компенса- 20 тора реактивной мощности и запуск его может быть осуществлен за счет того, что он снабжен пусковым тиристором, включенным между общей точкой конденсатора и средней точкой цепи, состоящей из двух последова- 25 тельно включенных коммутирующих тиристоров и фазой трехфазной питающей сети. На один из тиристоров моста подается укороченный по сравнению с другими управляющий импульс, а на пусковой тиристор открываю- 30 щий импульс подается в интервале между укороченным импульсом и очередным импульсом, подаваемым на тиристоры моста.

При использовании указанного преобразователя в качестве компенсатора реактивной мощности для сети с изолированной нейтралью коммутирующий конденсатор выполнен расщепленным на три равные части, соединенные в звезду и присоединенные к трем фазам питающей сети, а нулевая точка звсзды подключена к пусковому тиристору.

На фиг. 1,а дана схема мостового статического преобразователя, используемого в качестве комненсатора реактивной мон ности. состоящего из выпрямителя, выполненного при помощи вентилей 1, 2, 3, 4, 5 и 6, соединенных по мостовой cxcме, сглаживающего дросселя 8, на который замкнут накоротко выпрямитель, узла искусственной коммутации, выполненного при помощи конденсатора 9, вентилей 10 и 11, пускового вентиля 12 и пусковой индуктивности 7, которая практически не устанавливается, а вместо нее используется индуктивность рассеяния питающего трансформатора, если коммутирующий конденсатор присоединен к его нулевой точке, или индуктивность рассеяния обмотки электродвигателя, если конденсатор 9 при индивидуальной компенсации присоединен к нулевой точке обмоток электродвигателя.

253914

3

На фиг 1,б дана та же схема прсооразователя, в которой применены три коммутирующие емкости 9, соединенные в звезду.

На фиг. 2 даны диаграммы напря>кений, тока и управляющих импульсов.

На управляющие электроды основных тиристоров выпрямителя подаются управляющие импульсы, начальная фаза которых сдвинута на угол, приблизительно равный 90 эл. град. в сторону опережения по сравнению с фазой управляющих импульсов при работе выпрямителя с углом регулирования, равным нулю.

Известно, что выпрямитель, замкнутый накоротко, в том случае, когда включение вентилей происходит с опере>кением на угол, примерно равный 90 эл. град, работает как компенсатор реактивной мощности.

На фиг. 2 даны диаграммы линейны.: напряжений и токов с указанием номеров проводящих в данный момент вентилей. Напряжение, которое оказывается приложенным к сгла>кивающему дросселю 8, заштриховано. Это напряжение имеет шестифазную частоту по отношеншо к частоте сети, а действующее значение его первой гармоники в и раз меньше действующего значения линейного напряжения, поэтому величина дросселя получается небольшой.

Как видно из линейных диаграмм, в момент, предшествующий коммутации вентиля, напря>кение на его аноде отрицательно и равно половине амплитуды линейного напря>кения, поэтому коммутирующая емкость 9 должна быть заряжена к этому моменту до величины несколько большей, чем половина амплитуды линейного напряжения, причем с такой полярностью, чтобы обеспечить нормальное зажигание коммутирующего вентиля.

Для пуска преобразователя используются пусковой вентиль 12 и система отпирающих импульсов разной длительности.

Схема работает следующим образом. При включении преобразователя в сеть переменного тока на его зажимах появляется напряжение. В момент времени, когда линейное напряжение положительно, имеется возможность зажигания двух вентилей, которые одновременно в это время открыты. Пусть, например, в момент времени t, зажглись вентили 8 и 4, когда напряжение U, пройдя через нуль, стало положительным, и через управляющие электроды только этих вентилей в данный момент протекают отпирающие импульсы тока. Вентили 8 и 4 будут гореть до момента l>, когда более положительным становится напряжение U„. На вентили 1, 8, 4, 5 и б подаются отпирающие импульсы прямоугольной формы длительностью, примерно, 120 эл. град, в то время как на вентиль 2 подается укороченный отпирающий импульс.

Поэтому в моменты времени tg, tg, tg, когда соответственно линейные напряжения U„, б, и U „становятся более положительными одно по отношению к другому, зажигание вентилей 5, б и 1 происходит так же, как и при

15 го

4 работе обычного BûrrðÿìHòåëÿ с углом регулирования, равным нулю.

В момент времени t,- напря>кение У„становится более положительным, чем У„, и мог бы зажечься вентиль 2, но управляющий импульс у вентиля 2 укорочен и к тому моменту уже снят, поэтому вентиль 2 зажечься не может.

В момент времени tc, напряжение U, ñòàновится более положительным, чем U и на вентиль 8 подается отпирающий импульс, но вентиль 8 также не может зажечься., так как не горит вентиль 2, и ток не может изменить направление в фазах В и С. Кривая выпрямленного напряжения в процессе пуска имеет форму, изображенную на фиг. 2а более толстой линией.

В результате в процессе пуска выпрямитель оказывается в режиме короткого замыкания с углом регулирования, равным нулю, что обеспечивает нарастание величины постоянного тока, текущего через дроссель 8, и накопление в нем необходимого запаса энергии для нормальной работы схемы. Кривая нарастания тока в дросселе показана на фиг. 2,г.

В момент времени 1,. как видно на фиг, 2,в, на которой изобра>кены управляющие импульсы всех вентилей, на управляющий электрод пускового вентиля 12 подается короткий отпирающий импульс, в результате чего происходит быстрый заряд конденсатора

9 от фазы А с полярностью, указанной на фиг. 1. Конденсатор 9 заряжается до напряжения более высокого, чем фазовое, за счет индуктивности 7.

Коммутирующий вентиль 10 в момент tg, за>кечься не может, поскольку заряженный конденсатор 9 создает на его аноде отрицательный потенциал.

В момент времени t, зажигаются вентили 8 и 4, а вентили 1 и б гаснут, так как напря>кение U ñòàíîâèòñÿ более положительным, а

Следует заметить, что при отсутствии укорочения управляющего импульса на вентиле

2 статический компенсатор не мог бы выйти из режима короткого замыкания с помощью только пускового вентиля 12.

Таким образом, к моменту времени t-, в схеме мостового статического компенсатора реактивной мощности заканчивается пусковой процесс и переходит в нормальное состояние генерирования реактивной мощности.

Рассмотрим это состояние. Вентили 8 и 4 теперь уже горят только до момента времени

1, в которой зажигается коммутирующий вентиль 11 и гасит вентиль 8. Ток, текущий через сглаживающий дроссель, течет теперь через вентиль 11, коммутирующую емкость 9, фазу

А и вентиль 4. Коммутирующая емкость перезаря>кается до напря>кения больше фазового, и отпираемый в этот момент вентиль 5 зажигается, несмотря на то, что напряжение

U, отрицательно.

2539l4

З0

Вентили 4 и 5 горят до момента t,. Зажигается второй коммутирующий вентиль 10, гасит вентиль 4 и обеспечивает псрезаряд коммутирующей емкости снова на прежнюю полярность, в результате чего становится возможным зажигание вентиля 6. Этот процесс непрерывно повторяется и статический компенсатор автоматически вводится в режим генерирования реактивной мощности.

Если теперь сравнить кривые фазовых напряжений с кривыми первых гармоник тока. то оказывается, что ток опережает напряжeние на угол, близкий к 90 эл. град. Величина тока легко регулируется изменением фазы управляющих импульсов Кривые токов, текущих через вентили, в режиме генерирования реактивной мощности изображены на фиг. 2,6.

Исполненис мостового статического преобразователя, используемого в качестве компенсатора реактивной мощности по схсмс фиг. 1,б, имеет следующие особенности.

Коммутирующая емкость 9, присоединенная к общей точке коммутирующих вентилей 10 и 11, расщепляется на гри равные части. соединенныс в звезду, и присоединяются к трем фазам питающей сети или трансформатора независимо от наличия вывода сго ну IcBoH точки. Это позволяет осуществить схему мостового преобразователя и при соединении обмоток питающего трансформатора в треугольникк.

В схеме преобразователя с расщепленной коммутирующей емкостью при зажигании одного из коммутирующих вентилей 10 или 11 происходит мгновенное гашение соответствующего рабочего вентиля, так как в контуре коммутации нет индуктивности за исключением индуктивности соединительных проводов. Для ограничения обратного тока в контур коммутации можно поставить небольшую индуктивность, В результате увеличивается время, предоставляемое на восстановвается время, предоставляемое на восстановление управляемости вентилей, что позволяет ем кости.

При этом коммутация токов в фазах питающего трансформатора происходит постепенно независимо от коммутации вентилей, что снижает величину э.д.с. самоиндукцип и импульсов перенапряжений в анодных цепях.

Условия работы вентилей также облегчаются, так как уменьшаются скачки напряжения.

В процессе коммутации все емкости 9 заряжаются одновременно, причем ток через каждую из них стремится к одной трети тока коммутации таким образом, что они оказываются включенными в процессе коммутации параллельно, поэтому их суммарная емкость примерно соответствует емкости конденсатора

9 в схеме фиг. 1,а. Потенциал нулевой точки трех емкостей 9 в промежутках между коммутациями по отношению к нулевой точке питающей сети имеет или положительное значепце пли отрицательное, в зависимости от того, какой из коммутирующих вентилей 10 или 11 был перед этим включен. Beëèilllllà этого потенциала больше фазового напряжения за счет ипдуктивности 7. В рсзультате схема 1,о работает принципиально так же, как и схема 1,а, с учетом указанных особенностей.

Наряду с этим конденсаторы 9, будучи постоянно присоединены к сети во внскоммутацпонный период, сами по сеое повышают коэффициент мощности, чего нет в схеме 1,а.

К достоинствам предлагаемого статического преобразователя следует отнести также возможность присоединения его непосредственно к сети без силового трансформатора.

Узел искусственной коммутации, состоящий пз двух вентилей, к общей точке которых присоединена емкость, расщепленная на три равные части и подключенная к трем фазам трансформатора, целесообразно применять не только в компенсаторе реактивной мощности, но и в мостовом зависимом ннверторе, ведомом сетью.

Предлагаемый мостовой статический преобразователь может быть применен на понижающих н повышающих подстанциях всех потребителей электрической энергии, а также для компснсации реактивной мощности отдельных потреонтслей.

Г1рсдмет изобретения

1. Мостовой статический преобразователь на тиристорах, замкнутый накоротко на обмотку сглаживающего дросселя с узлом искусственной коммутации. содержащий коммутирующий конденсатор, два последовательно включенных коммутирующих тпрпстора, подключенных к зажимам цепи постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью использования указанного преобразователя в качестве ком пенсатора реактивной мощности и осуществления его запуска, он снабжен пусковым тиристором, включенным между общей точкой конденсатора и средней точкой цепи, состоящей из двух последовательно включенных коммутирующих тиристоров и фазой трехфазной питающей сети, причем на один пз тиристоров моста подастся укороченный по сравнению с другими управляющий импульс, а на пусковой тиристор открывающий импульс подастся в интервале между укороченным импульсом и очередным импульсом. подаваемым на тиристоры моста.

2. Преобразователь по п. 1. 0Т тчающийся тем, что, с целью использования указанного преобразователя в качестве компснсатора реактивной мощности для сети с изолированной нейтралью, коммутирующий конденсатор выполнен расщепленным на три равные части, соединенные в звезду и присоединенные к трем фазам питающей сети, а нулевая точка звезды подключена к пусковому типистору. г З 4 5 б г в г9 в с

l8

1 д В С

1 8

1 р l г у Ц 5 6 7 9. 9

Фиг.Z фиг <

Составитель К, Фотииа

Редактор К. Опеичеико Текред Л. В. Куклина Корректор А. П. Васильева

Заказ 387,:6 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр Сапунова, 2