КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
COMPENSATION CONVERTER

Изобретение относится к мостовым компенсационным преобразователям переменного тока в постоянный ток с большим диапазоном регулирования, работающим с искусственной коммутацией силовых вентилей в анодной и катодной группах, которые могут быть использованы в электроприводах постоянного и переменного тока, в устройствах возбуждения электрических машин, в технологических установках с применением постоянного тока.
Известен компенсационный преобразователь, содержащий управляемый выпрямитель и неуправляемый выпрямитель, коммутирующий вентиль, диод и конденсатор с обкладками, при этом с целью повышения технико-экономических показателей коммутирующий блок выполнен в виде однофазного моста, в двух промежуточных плечах которого включены полностью управляемые электрические вентили, выполненные в виде тиристоров с индивидуальными узлами принудительной коммутации, а в двух других - неуправляемые электрические вентили, причем к зажимам переменного тока моста подключен емкостный фильтр, состоящий из нескольких секций конденсаторов, соединенных с помощью разделительных диодов, причем при зарядке эти секции включены последовательно, а при разрядке - параллельно (описание изобретения SU 492986, опубл. БИ №43, 1975 г.).
Недостатком данного устройства является наличие группы вентилей зарядки фильтра, что увеличивает массогабаритные показатели.
Известен компенсационный преобразователь, содержащий управляемый и неуправляемый мостовые выпрямители, конденсаторы фильтра, подключенные к зажимам постоянного тока неуправляемого выпрямителя, коммутирующий LC-контур, связанный через тиристоры, шунтированные встречно включенными диодами с конденсаторами фильтра, при этом с целью уменьшения перенапряжения на элементах схемы последовательно с LC-контуром подключена цепочка из последовательно соединенных диода и дросселя, шунтированная встречно включенным тиристором, управляющий электрод которого соединен с катодом этого диода (описание изобретения SU 478399, опубл. БИ №27, 1975 г.).
Недостатком данного преобразователя является сложность, наличие большого числа элементов, в том числе и индуктивных.
Задача изобретения - упрощение конструкции компенсационного преобразователя, способного генерировать реактивную мощность емкостного характера, противоположную по знаку реактивной мощности индуктивого характера, передаваемой по линиям электропередачи.
Технический результат - ограничение коммутационных перенапряжений на вентилях и передача избыточной энергия, получаемой конденсатором в процессе коммутации, в цепь нагрузки, а также уменьшение массогабаритных показателей и повышение быстродействия компенсационного преобразователя.
Технический результат достигается тем, что в компенсационном преобразователе, включающем управляемый силовой преобразователь, неуправляемый выпрямитель с емкостью фильтра на зажимах постоянного тока, коммутирующие вентили и разделительные диоды, управляемый силовой преобразователь подключен к нагрузке через разделительные диоды, а обкладки емкости фильтра через коммутирующие вентили присоединены параллельно нагрузке.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в предложенной схеме компенсационного преобразователя выпрямители с естественной коммутацией заменяются на компенсационные. Это позволяет:
- реализовать энергосберегающую технологию преобразования переменного тока в постоянный ток, уменьшая потери активной энергии за счет разгрузки питающей сети от реактивной мощности индуктивного характера;
- улучшить электромагнитную совместимость с питающей сетью;
- получить альтернативный источник реактивной энергии емкостного характера при одновременном выполнении технологических задач.
На чертеже изображена принципиальная схема компенсационного преобразователя.
Схема содержит управляемый силовой преобразователь в виде трехфазного моста на силовых полностью управляемых вентилях 1-6, неуправляемый выпрямитель, представляющий вспомогательный трехфазный неуправляемый мост 7-12, с емкостью фильтра 13 на зажимах постоянного тока, коммутирующие полностью управляемые вентили 16 и 17 и разделительные диоды 14 и 15. Схема содержит минимально возможное число вспомогательных элементов, необходимых для реализации рассматриваемых режимов.
Работает компенсационный преобразователь в режимах, когда заряд конденсатора фильтра под воздействием тока выходящей из работы фазы чередуется с частичным разрядом током включаемой фазы.
Установившийся режим работы устройства может быть лишь в условиях равенства энергий, отдаваемых и получаемых емкостью фильтра на интервалах повторяемости процессов. Катодная и анодная группы вентилей работают в режиме искусственной коммутации.
Для выключения проводящего вентиля в какой-либо группе силового преобразователя 1-6 включаются коммутирующие вентили 16 и 17. Одновременно через включенные вентили 16 и 17 и диоды 14 и 15 емкость фильтра 13 включается параллельно нагрузке 18. Так как напряжение на емкости фильтра 13 больше, чем напряжение на выходе управляемого преобразователя 1-6, последний выключается и нагрузка 18 начинает питаться от емкости фильтра 13.
При снижении напряжения на емкости фильтра 13 ток нагрузки переходит на очередной вентиль (при подаче управляющего импульса на него) в коммутируемой в данный момент группе вентилей (катодной или анодной) силового преобразователя. При завершении коммутации силовых вентилей преобразователя коммутирующие вентили 16 и 17 закрываются. К этому моменту подается управляющий импульс на включение очередного вентиля преобразователя 1-6.
Окончательный переход тока нагрузки в сеть переменного тока происходит под действием разности линейного напряжения между включенными вентилями силового преобразователя 1-6 и напряжением на емкости фильтра 13.
На этом последнем этапе коммутации емкость фильтра 13 за счет запасенной энергии в индуктивности цепи переменного тока получает избыточный заряд, который затем передается в нагрузку на первом этапе следующей коммутации.
Максимальная разность между амплитудой линейного напряжения в питающей сети и напряжением на конденсаторе фильтра при прочих равных условиях определяется временем, в течение которого конденсатор может разряжаться на нагрузку, причем с увеличением времени разряда максимальное напряжение на емкости фильтра уменьшается. Таким образом, размер установленной емкости фильтра определяет величину коммутационных перенапряжений.