Статический преобразователь частоты
Иллюстрации
Реферат
2I3 958
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Сова Советское
Социалистическиа республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 23.Ч1 1965 (№ 1014397/24-7) с присоединением заявки №
Кл. 21d>, 14/02
Приоритет
Опубликовано 20.1II.1968. Бюллетень № 11
Дата опубликования описания 5.VI,1968
МПК, Н 02m
УДК 621.314,27(088.8) Комитет ло делам изобретений и открытий ори Совете Министров
СССР
Автор изобретения
Г. C. Зиновьев
Новосибирский электротехнический институт
Заявитель
СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
Известен статический преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий трехфазные анодную и катодную группы силовых вентилей на каждую фазу нагрузки и узел коммутации с диодами, коммутирующими вентилями и конденсатором. Такой преобразователь не позволяет получить широкий диапазон выходных частот; выходное напряжение нельзя стабилизировать и регулировать широтно-импульсным способом.
Основными отличительными особенностями предлагаемого преобразователя является то, что, с целью увеличения диапазона выходных частот, стабилизации выходного напряжения и возможности его регулирования широтноимпульсным способом, каждая фаза анодной группы соединена с соответствующей фазой катодной группы через дроссель, средняя точка которого подключена к сети, одна из обкладок конденсатора узла коммутации подключена непосредственно к нагрузке, а другая — к коммутирующим вентилям.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя, в котором каждая группа вентилей одной фазы нагрузки имеет узел коммутации; на фиг. 2 — эпюры токов и напряжений преобразователя; на фиг. 3 принципиальная схема преобразователя с двумя узлами коммутации — для анодных и катодных групп отдельно; на фиг. 4 — принципиальная схема преобразователя по мостовой схеме для однофазной нагрузки.
Преобразователь частоты (фиг. 1) содержит три блока силовых вентилей 1, 2, 8 по числу фаз и нагрузки 4, 5, б. Каждый блок имеет катодную 7 и анодную группу 8 силовых вентилей, а также узел коммутации с диодами 9, 10, 11, 12, 18, 14, коммутирующими вентилями
10 15, lб и конденсатором 17.
Пусть в момент времени 11 (фиг. 2,а) фаза
А наиболее положительная, а фаза В наиболее отрицательная. Положительное напряжение на нагрузке 4 (фиг. 2, б) обеспечивается
15 открытием в момент t вентиля 18 в катодной группе 7 (ток в активно-индуктивной нагрузке 4 показан на фиг. 2,в). Одновременно с подачей импульсов управления на основной вентиль 18 подается импульс и на вентиль 15
20 узла коммутации для обеспечения заряда емкости 17 по цепи фаза А — вентиль 18— емкость 17 — вентиль lб — фаза В. Для ограничения тока заряда (придания заряду колебательного характера) служат коммути25 рующие индуктивности 19, 20, 21. После заряда емкости вентиль 15 закроется.
Для гашения вентиля 18 в момент 12 подается отпирающий импульс на вентиль 15, при этом к вентилю 18 через диод 9 прикладыва30 ется отрицательное напряжение емкости 17, и
213958
es он гаснет. Для создания контура коммутации, независимого от нагрузки, одновременно с открыванием вентиля 15 подается импульс управления и на вентиль 22, который, отпираясь, создает следующий контур коммутации: емкость 17 — вентиль 22 — индуктивность
21 -- диод 9 — емкость 17. При этом емкость
17 перезаряжается током колебательного контура, образованного из дросселя 21 и емкости
17, на который накладывается еще и ток нагрузки. Собственная частота этого контура выбирается такой, чтобы за время разряда емкости до нулевого напряжения вентиль 18 успел восстановить свои запирающие свойства, так как, начиная с этого момента, на нем появляется прямое напряжение. Форма напряжения на е.гкости 17 показана на фиг. 2, г, а ток колебательного контура (через вентиль
22) — на фиг. 2, д. Если максимум тока колебательного контура больше тока нагрузки
4, то время, предоставляемое на восстановление управляющих свойств основного вентиля
18, будет равно четверти периода собственных колебаний контура коммутации.
После перезаряда емкости до напряжения противоположной полярности, по величине равного напряжению фазы А, цепь из диода
9, вентиля 15 и емкости 17 не сможет больше обеспечивать прежний ток нагрузки. С этого момента ток нагрузки 4 должен взять на себя вентиль обратного тока. Функцию этого вентиля в данный момент может выполнить основной вентиль 28 катодной группы 7, соединенный с наиболее отрицательной фазой питающего напряжения. Практически широкий импульс отпирания на него надо подать одновременно с началом коммутации, тогда с момента, когда его катод станет более отрицательным, чем анод, он откроется и обеспечит спадание тока нагрузки до нуля. При этом на нагрузке 4 будет отрицательное напряжение, равное напряжению на фазе В, значит энергия, запасенная в индуктивности нагрузки, возвратится в источник. После прекращения тока в нагрузке (момент t>) вентиль 28 запирается и на нагрузке 4 получается нулевое напряжение.
Очевидно, что между моментом окончания (t3, фиг. 2, в) положительной полуволны тока и началом формирования (t<) отрицательной полуволны может быть сделана пауза (t>t О). Зто дает возможность для регулирования величины выходного напряжения (тока) путем изменения соотношения между длительностью времени наличия и отсутствия напряжения на нагрузке при неизменном периоде. Такой широтно-импульсный метод обеспечивает независимость регулирования величины выходного напряжения (первой гармоники) и частоты.
Для формирования отрицательной полуволны тока в нагрузке в момент 14 включается вентиль анодной группы, связанный с наиболее отрицательной фазой питающего напряжения — в данном случае вентиль 24.
15 гс
Для гашения вентиля 24 в момент времени /; (t4t> = 44) подается импульс упр авл ения на вентиль 1б и одновременно для образования контура коммутации — на вентиль 25.
Процесс коммутации в этом случае протекает аналогично рассмотренной выше коммутации вентиля катодной группы. С момента времени t7 начинается новый период выходного напряжения, и все циклы работы схемы повторяются, Емкость 17 оказывается уже заряженной в нужной полярности для следуюшей коммутации в катодной группе 7.
Эпюры напряжений и токов схемы преобразователя, приведенные на фиг. 2, а — 2,д, соответствуют работе преобразователя в режиме с частотой выходного напряжения, большей частоты напряжения питающей сети.
Для случая работы в режиме понижения частоты эпюры напряжений .представлены на фиг. 2, е — 2, з. Принципиальных отличий в функционировании схемы в этом режиме нет, только схема управления должна обеспечивать выдачу импульсов управления в моменты, соответствующие точкам естественного зажигания, на вентили вступающих в работу фаз питающего напряжения для осуществления естественной коммутации вентилей внутри групп 7, 8.
Таким образом, .предлагаемый преобразователь обеспечивает получение на выходе напряжения с раздельной регулировкой его величины и частоты при непосредственном питании от трехфазной сети 50 зи. Выходная частота может быть установлена от нулевой до нескольких сотен герц (верхняя частота определяется временными характеристиками примененных вентилей) .
Преобразователь с трехфазной системой выходного напряжения получается путем управления однофазными преобразователями с временным сдвигом в /з периода выходной частоты. При этом в зависимости от наличия или отсутствия соединения нулевой точки нагрузки 4, 5, 6 - нулевой точкой питающей сети имеется некоторое различие в работе схемы.
Для улучшения формы кривой,преобразованного напряжения полупериод выходной частоты можно набирать из ряда однополярных импульсов напряжения. Для этого сначала несколько ра=, отпираются и запираются вентили катодной группы 7, а затем аналогично анодпой группы 8 (a не чередование их работы после каждого такта, как было рассмотрено выше). При таком способе управления схема трехфазного преобразователя может быть упрощсна за счет использования одного общего узла коммутации для одновременного гашения работающих вентилей во всех катодных группах 7 и второго узла коммутации для одновременного гашения всех работающих вентилей в анодных группах 8.
Гашение (и поджиг) всех работающих вентилей во всех фазах нагрузки производится одновременно.
213958
Фи2.1
Схема такого преобразователя приведена на фиг. 3.
Здесь узел коммутации 26 предназначен для одновременного гашения работающих вентилей только в катодных группах 27, а узел коммутации — для одновременного гашения всех работа|ощих вентилей в анодных группах 28 (29 — анодные группы, 80, 81, 86— вентили, 82, 84 — емкости; 88 — диоды).
Улучшение энергетических показателей и формы преобразованного напряжения можно обеспечить применением мостовой схемы преобразователя (по отношению к питающей сети). Схема такого преобразователя для однофазного выхода показана на фиг. 4. Работает схема аналогично схеме, показанной на фиг. 1.
Во всех приведенных схемах вентили 87, 88, N, 40 узлов коммутации имеют значительно меньшую установленную мощность, чем основные вентили мостов 86. Это связано с тем, что время протекания тока через них определяется величиной времени восстановления управляющих свойств у основных вентилей, которое особенно мало для тиристоров.
По этой причине и индуктивность коммутирующих дросселей 41 будет малой.
Таким образом, предлагаемые преобразователи способны обеспечить получение напряжения с регулируемой частотой в широком диапазоне (как выше, так и ниже частоты питающей сети) с независимой регулировкой величины этого напряжения широтно-импульсной модуляцией. При этом промежуточное преобразование энергии отсутствует.
Предмет изобретения
Статический преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий трехфазные анодную и катодную группы силовых
15 вентилей на каждую фазу нагрузки и узел коммутации с диодами, коммутирующими вентилями и конденсатором, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона выходных частот, стабилизации выходного напряжения
20 и возможности его регулирования широтноимпульсным способом, каждая фаза анодной группы соединена с соответствующей фазой катодной группы через дроссель, средняя точка которого подключена к сети, одна из
25 обкладок конденсатора узла коммутации подключена непосредственно к нагрузке, а другая — к коммутирующим вентилям.
238958 1
<5
Nuz 2
Составитель Л. Борисова
1 едактор П. А, Вербова Текред Г. М, Новикова Корректоры: Т. Д. Чун ева и А. П, Василье
Заказ 1395/3 Тираж 530 Подписн
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР
Москва, Центр, пр. Серова, д. 4
Типография, пр. Сапунова, 2