PL173689B1 - Prostownikrrójfazoow mostkoow z regulacjąnapięcia wyjściowego - Google Patents

Abstract

Prostownik trójfazowy mostkowy z regulacją napięcia wyjściowego zawierający unipolarne zawory sterowane 1 mesterowane - diody, zbudowany na bazie mostka diodowego, którego zacisk ujemny tworzą połączone anody diod mostkowych, a zacisk dodatni tworzą połączone katody, oraz mający korzystnie na wejściu przemtennoprądowym mostka wpięty dolnoprzepustowy filtr obniżający zawartość harmonicznych w prądach fazowych doprowadzanych z trójfazowego źródła zasilającego, znamienny tym, ze stanowi go asymetryczny mostek trójfazowy z jedną gałęzią mesterowaną, zrealizowaną na szeregowo połączonych niesterowanych zaworach-diodach mostkowych (D2 i D3) rozpiętych pomiędzy stałoprądowymi zaciskami mostka, oraz dwoma gałęziami sterowanymi zawierającymi każda bliźniacze moduły regulacyjne (Mli M2) umieszczone pomiędzy diodami mostkowymi danej gałęzi a jej wejściem przemiennoprądowym, przy c2ym moduł regulacyjny (Ml), wpięty w gałąź sterowaną pomiędzy diody (Dl, D6), zawiera sterowany unipolarny zawór (Tl) o kierunku przewodzenia zgodnym z kierunkiem przewodzenia tych diod mostkowych, oraz przyłączone równolegle do zaworu (Tl) dwie szeregowo połączone diody modułowe (Dv1, Dv6) o kierunku przewodzenia przeciwnym do kierunku przewodzenia diod mostkowych (Dl, D6) w tej gałęzi, zaś punkt wspólny połączenia diod modułowych (Dv1 i Dv6) stanowi wejście przemiennoprądowe danej fazy mostka.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sterowany prostownik napięcia trójfazowego w układzie mostkowym z możliwością regulacji wartości średniej napięcia wyprostowanego przy wykorzystaniu w układzie w pełni sterowanych unipolarnych półprzewodnikowych zaworów prostownikowych. Prostownik znajduje szerokie zastosowanie w energoelektronice jako przekształtnik prądu przemiennego trójfazowego na prąd stały, zwłaszcza może być wykorzystywany jako sterowany prostownik do zasilania trakcyjnej sieci elektrycznej, do ładowania baterii akumulatorów z automatyczną regulacją prądu ładowania dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych, lub w napędzie elektrycznym prądu stałego i przemiennego, a zwłaszcza jako sterowany komutator elektroniczny w samochodowych komutatorowych prądnicach prądu stałego z magnesami trwałymi, itp.

Stosowane dotychczas sterowane prostowniki w układzie trójfazowym mostkowym realizowane są najczęściej z wykorzystaniem w niepełni sterowanych zaworów elektrycznych jak np. tyrystory, co powoduje wprowadzanie do zasilającej sieci elektrycznej wyższych harmonicznych prądów, występujących w postaci zakłóceń elektromagnetycznych, trudnych do wyeliminowania. W tego typu prostownikach jest obniżony również współczynnik mocy, szczególnie dla dużych wartości kąta opóźnienia wyzwalania tyrystorów. W celu obniżenia zawartości harmonicznych w prądach fazowych doprowadzanych ze źródła zasilającego np. z trójfazowego uzwojenia twomika prądnicy, bądź trójfazowego uzwojenia wtórnego transformatora prostownikowego, włącza się pomiędzy źródło zasilające a trójfazowe wejście sterowanego prostownika dodatkowo dolnoprzepustowy filtr LC.

Stosowane są także sterowane prostowniki w układzie mostkowym, które realizowane są w oparciu o zastosowanie w układzie wszystkich sześciu w pełni sterowanych unipolar173 689 nych (przewodzących jednokierunkowo) zaworów półprzewodnikowych jak np. tranzystorów bipolarnych, trygistorów (tj. tyrystorów wyłączalnych prądem bramki), tranzystorów polowych (MOSFET), tranzystorów z izolowaną bramką (IGBT) itp. Układy te są strukturalnie złożone, w związku z czym są wyjątkowo drogie, a także są bardziej zawodne. Niejednokrotnie rozwiązania powyższe wyposażone są w dwa dodatkowe komutacyjne sterowane zawory elektryczne co powoduje, że układ taki ma prawie sinusoidalny kształt przebiegów czasowych prądów fazowych, natomiast niekorzystną jego cechą jest skomplikowany sterownik oraz obniżona niezawodność wynikająca ze zwiększonej liczby sterowanych zaworów elektrycznych.

Znany jest przykładowo z polskiego opisu patentowego 138 971 (kl. H02P 9/48) regulator napięcia zawierający układ tranzystorowego mostka z sześcioma sterowanymi zaworami elektrycznymi (tranzystorami bipolarnymi) wyposażony w dwa dodatkowe rozładowujące niesterowane zawory (diody rozładowujące) w dodatkowej gałęzi mostka na jego stałoprądowych zaciskach. Regulator ten umożliwia utrzymanie stałej wartości średniej napięcia wyprostowanego prądnicy prądu przemiennego z magnesami trwałymi przy pełnym zakresie zmian jej prędkości kątowej i obciążenia. Rozwiązanie to zapewnia uzyskanie symetrycznego przebiegu prądu fazowego prądnicy przy zakresie sterowalności 0 < α < π/3, gdzie a jest kątem wysterowania liczonym od punktu naturalnej komutacji napięć fazowych zasilających mostek prostowniczy. Załączanie i wyłączanie tranzystorów odbywa się symetrycznie, względem chwili czasowej, w której napięcie fazowe prądnicy osiąga wartość maksymalną.

Istota wynalazku polega na tym, że prostownik stanowi asymetryczny trójfazowy układ mostkowy z jedną gałęzią niesterowaną, zrealizowaną na niesterowanych zaworach-diodach mostkowych, oraz dwoma gałęziami sterowanymi zawierającymi każda moduł regulacyjny umieszczony pomiędzy diodami mostkowymi danej gełęzi a jej wejściam przemiennoprądowym. Moduł regulacyjny, wpięty w gałąź sterowaną pomiędzy diody mostkowe, zawiera sterowany unipolarny zawór o kierunku przewodzenia zgodnym z kierunkiem przewodzenia diod mostkowych w tej gałęzi mostka oraz przyłączone równolegle do niego dwie szeregowd pouczone diody o kierunku przewodzenia przeciwnym do kierunku przewodzenia diod mostkowych w gałęzi sterowanej. Punkt wspólny połączenia tych diod modułowych stanowi wejście przemiennoprądowe danej fazy mostka. Korzystnym jest, gdy równolegle do zaworu sterowanego włączony jest tłumik przepięć.

Zaletą rozwiązania są dobre parametry użytkowe takie jak wysoki współczynnik mocy, w przybHżeniu równy jednoso^ niska zawartość harmonicznych w prądach fazowych oraz podwyższona niezawodność wynikająca ze zmniejszonej liczby sterowanych zaworów. Prostownik wyróżnia się także mniej złożonym sposobem sterowania w porównaniu z konwencjonalnym sposobem sterowania, co pozwala na uproszczenie konstrukcji sterownika elektronicznego ^o zmniejszenie jego kpoztu wykonania. Sterowana gałąź p roerownika złożona z odpowiednio połączonych szeregowo zaworów niesterowanych i jednego unipolarnego zaworu sterowanego jest równoważna działaniu sterowanej gałęzi prostownika zawierającej dwa unipolarne zawory sterowane.

Przedmiot wynalazku w przykładzie zastosowania go w układzie do regulacji napięcia wyściowej w pr^yd.nicy prądu przżmieknerz z magnesami trwałymi przedstawiono na rysunku, który pdzedtiawia schemat blokowo-ideowy połączeń ζΙζ^^^^^ sterowanej prostownika trójfazowego.

Trójfazowy as^zwżrzyczky układ mostkowy prostownika posiada jedną ^estera^ną gałąź zrealizowaną na diodach D2 i D3 i dwie gałęzie sterowane, jedną zrealizowaną na diodach Dl, D6 i module regulacyjnym Ml wraz drugą zrża^jizzwaną na diodach D4 i D5 i nwdtóe rżrelc6yj nym M2 bli^eniaczyw elkn^ozwo do wodułe Ml. Moduł regulacyjky M l obudowany w ^yałęzi siejowa^a prostownika pormędzy diodami mostkowymi Dl n D6 a wejściem przżmiennzprądokym tej gałęzi zawiera sterowany zawór unipolarny Tl (tranzysto_r MOSFET) włączony z jdnie z kierunkiem przewodzenia gałęzi, oraz przyłączone ró^o^le do niego dwa niżstżrowakż zawzrl-dizly modułowe Dv1 i Dv6 połączone saregwro w nierehke przewodzenia przetikklw do kierunku przewodzenia gałęzi mostka.

173 689

Równolegle do sterowanego zaworu Tl włączony jest tłumik przepięć P. Punkt wspólny połączenia diod modułowych Dv1 i Dv6 stanowi wejście przemiennoprądowe sterowanej fazy Va mostka. Na wejściu sterowanego prostownika znajduje się dolnoprzepustowy filtr F typu LC, obniżający zawartość harmonicznych w prądach fazowych doprowadzanych z trójfazowego źródła zasilającego Va, Vb, Vc np. transformatora, prądnicy itp.

Działanie regulacyjne prostownika polega na tym, że sterowanie załączaniem i wyłączaniem zaworów unipolarnych Tl odbywa się w dwóch fazach prostownika. Ponieważ w trójprzewodowym układzie zasilania nie występuje składowa zerowa w prądach fazowych, w związku z tym wartość chwilowa prądu w fazie połączonej z gałęzią niesterowaną D2, D3 wynika z sumy algebraicznej wartości chwilowych dwóch prądów fazowych doprowadzonych do sterowanych gałęzi prostownikowych mostka. Układ sterujący US połączony jest na wejściu z dwoma sterowanymi fazami Va, Vc źródła zasilającego i dostarcza impulsy sterujące do bramek zaworów sterowanych Tl, które wytwarzane są z wykorzystaniem odpowiedniej metody ich kształtowania (histerezowa, modulacja szerokości impulsu w odmianach PWM, SPWM itp.).

173 689

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Prostownik trójfazowy mostkowy z regulacją napięcia wyjściowego zawierający unipolarne zawory sterowane i niesterowane - diody, zbudowany na bazie mostka diodowego, którego zacisk ujemny tworzą połączone anody diod mostkowych, a zacisk dodatni tworzą połączone katody, oraz mający korzystnie na wejściu przemiennoprądowym mostka wpięty dolnoprzepustowy filtr obniżający zawartość harmonicznych w prądach fazowych doprowadzanych z trójfazowego źródła zasilającego, znamienny tym, że stanowi go asymetryczny mostek trójfazowy z jedną gałęzią niesterowaną, zrealizowaną na szeregowo połączonych niesterowanych zaworach-diodach mostkowych (B2 i D3) rozpiętych pomiędzy stałoprądowymi zaciskami mostka, oraz dwoma gałęziami sterowanymi zawierającymi każda bliźniacze moduły regulacyjne (Ml i M2) umieszczone pomiędzy diodami mostkowymi danej gałęzi a jej wejściem przemiennoprądowym, przy czym moduł regulacyjny (M1), wpięty w gałąź sterowaną pomiędzy diody (D1, B6), zawiera sterowany unipolarny zawór (Tl) o kierunku przewodzenia zgodnym z kierunkiem przewodzenia tych diod mostkowych, oraz przyłączone równolegle do zaworu (Tl) dwie szeregowo połączone diody modułowe (Bvl, Bv6) o kierunku przewodzenia przeciwnym do kierunku przewodzenia diod mostkowych (D1, D6) w tej gałęzi, zaś punkt wspólny połączenia diod modułowych (Dv1 i Dv6) stanowi wejście przemiennoprądowe danej fazy mostka.
2. 2. Prostownik według zastrz. 1, znamienny tym, że równolegle do zaworu sterowanego (Tl) włączony jest tłumik przepięć (P).