Преобразователь частоты и фаз

Преобразователь частоты и фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОЬРЕТЕ Н ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Ресяубпик (11) 608242

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свиа-ву(22} ЗаявлеиоЗ 1. 12.75 (21) 2306676/07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано25.05.78Люллетеиь ¹ 19 (46} Дата опубликования описания т6. 55.Т8 (51) М. Кл.

Я 02 М 5/04//

//Н 02 М 7/515

Гесудз рстееиньФ хемитет

Савета Мнииетреа СССР ее делам нэебретеннй и етнрмтнй

С. А. Михайлов, Ю. Г. Быков и О, Е, Карелов (У2) Авторы изобретения (71) Заявитель

{54) ПРЕОБРАЮВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ. И ФАЗ

2 в зависимости от добротности контура коммутации может в два и более раз превзойти максимальную величину напряжения на входе инвертора. По указанной причине необходимо значительно увеличить количество последовательно включенных тирнсторов в цепях коммутации, резко возрастает установленная мощность конденсатора, масса, объем н стоимость преобразователя. Для устранения этого недостатка могут быть применены различные устройства для ограничения напряжения коммутирующего конденсатора, так называемые устройства сброса напряжения.

Известен также преобразователь частоты и фаз, содержащий подключенный ко входным выводам через трансформатор питающий выпрямитель, к выходным выводам которого подключены соединенные по трехфазной схеме главные тиристоры и обратные диоды, два последовательно соединенных впомогательных тиристора, имеющий также последовательную цепь из коммутирующих конденсатора и дросселя, один вывод которой подключен к средней точке двух вспомогательных тиристоров, а другой вывод — к общей точке трех пар встречно-параЛлельно включенных коммутирующих тнрнсторов отдельных фаз, однофаэвый мост из четырех зарядных твристоров, к квж1

Изобретение касается силовой преобразовательной техники и предназначено для частотного регулирования асинхронных, в частности тяговых, электродвигателей.

Известны преобразователи частоты и фаз, содержащие автономные инверторы напряжения с емкостной коммутацией, в которых выходное напряжение изменяется на входе инвертора (в звене постоянного тока) ° а регулирование выходной частоты осуществляется путем изменения частоты управляющих сигналов тиристоров инвертора. Причем для обеспечения высокой коммутационной способности инвертора, особенно в зоне низких значений входного напряжения, прн пуске двигателя используют устройства заряда коммутирующего конденсатора от дополнительного источника Я. 1а

Однако нэ-за дозаряда коммутирующего конденсатора за счет электромагнитной энергии в коммутирующем дросселе напряжение на коммутирующем конденсаторе превышает входное напряжение ннвертора, причем это превышение тем значительнее, чем выше входное напряжение ннвертора и чем больше ток нагрузки. При достижении максимального напряжения на входе (т. е. в последней стадии разгона двигателя) напряжение коммутирующего конденсатора становится наибольшим и 2ь (53) УДК 6 21.3 14. 27: .:6 2 1.3 14.57 2 (088.8 ) 608242 дому из которых подключен встречно-vapaaaeльна диод, причем выводы переменного тока этого моста присоединены к коммутирующему конденсатору, а выводы постоянного тока однофазнаго моста подключены к фильтровому конденсатору, к которому присоединены зарядный выпрямитель и через сглаживающий дроссель — вспомогательный инвертор (2) .

Сброс энергии коммутирующего дросселя в аккумуляторную батарею с двусторонней проводимостью нецелесообразен из-за существенного увеличения массы н объема преобразователя. Поглощение избыточной энергии коммутирующего контура в резисторах затруднено в мощных установках в силу значительных габаритов резисторов, сложности теплоотвода и из-за снижения общего КПД нреобразавателя.

Целью изобретения является повышение

КПД преобразователя.

Это достигается тем, что в предложенном преобразователе выводы переменного тока указанных зарядного выпрямителя и вспомогательного ведомого инвертора подключены к вторичным обмоткам трансформатора.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предложенного. устройства; на фиг. 2 — диаг-. раммы работы вентилей; иа фиг. 3 — кривые напряжений и токов элементов устройства.

Преобразователь содержит главные тирчсторы 1 — 6, обратные диоды.7 — 12, коммутирующий конденсатор 13, коммутирующий дросСель 14, вспомогательные тирнсторы 15, 16, коммутирующие тиристоры 17 — 22, дополнительный источник.23, зарядные тиристоры 24—

27, диоды 28 — 31, трансформатор 32, питающий выпрямитель 33, зарядный выпрямитель

34, фильтровой конденсатор 35, вспомогательный ведомый инвертор 36, сглаживающий дроссель 37. Главные тиристоры 1 — 6 и обратные диоды 7 — 12 собраны по трехфазной мостовой схеме. Вспомогательные тиристоры 15, 16 подключены последовательно к выводам питающего выпрямителя 33. Коммутирующие тирнсторы 17 и 18, 19 и 20, 21 и 22, включенные встречна-параллельно, присоединены к отдельным фазам, Устройство работает следующим образом.

Пусть в режиме холостого хода работают только зарядные тиристоры 24 — 27 и зарядный выпрямитель 34, причем напряжение на фильтровом конденсаторе 35 обозначим через

Uj. От блока управления зарядные тиристо.ры поочередно и попарно (24 и 25, 26 и 27) . включаются с тройной частотой по отношени а к выходной частоте преобразователя f . Напряжение на коммутирующем конденсаторе 13 (U») близко по форме к прямоугольному, изменяется с частотой 3f, а его амплитуда

U» равна Uq (фиг. 3a). Для ограничения фронта нарастания тока зарядных тиристорав (i ) могут применяться известные решения, например насыщающиеся дроссели.

В процессе пуска и разгона асинхронного двигателя напряжение на входе автономного инвертора (И»„) постепенно увеличивается от нуля до максимального значения Ы, эа счет изменения угла управления питающего выпрямнтеля 33. Открытие тиристоров автономного инвертара производится от блока управления (не показан), причем частота следования управляющих импульсов f возрастает по мере увеличения скорости двигателя. За счет времен@ иых сдвигов между моментами открытия тиристоров обеспечивается симметричная трехфазная система напряжений на выходе инвертора, Выключение главных типисторов 1 — 6 произ30 водится с помощью общего коммутирующего узла, состоящего из коммутирующих конденсатора 13 и дросселя 14 и тиристоров 15 — 22.

Тир исторы 17 — 22 открываются поочередно один раз, а тиристоры 15 и 16 — трижды за период выходного напряжения.

Рассмотрим процесс выключения главного тиристора 1. Пусть коммутирующий конденсатор 13 заряжен до напряжения U«=Uq, при чем потенциал правой обкладки положителен (фиг. 1). Ток нагрузки фазы А (1»), протекавший через тиристор .1 перед выключением, из-за индуктивного характера считает неизменным на протяжении всего времени коммутации.

При открытии коммутирующих тиристоров 15 и

l7 в момент t (фиг. 3 б, a) начинается разряд конденсатора 13, процесс разряда носит колебательный характер с резонансной часто° той (обычна 5 — 10 кГц), определяемой емкостью конденсатора 13 и индуктивностью дросселя 14.

На первом интервале. коммутации (ат t0 до

t>) ток разряда конденсатора 13 (1,) возрасЗо тает от нуля до l„a ток выключаемого тиристора 1 соответственно уменьшается ат 1„ до нуля. На втором интервале (от t до tq) ток конденсатора превышает ток нагрузки, и его часть, равная (1» — 1„}, замыкается через обратный диод 7. Падение напряжения иа диоде 7 является обратчым напряжением для тиристора 1, причем длительность второго интервала равна времени, представляемому схемой для выключения главных тиристоров.

В момент времени t òîê i достигает амтв плитудного значения, напряжение U изменяет свою полярность и положительный потенциал приобретает левая обкладка конденсатора

13.

В момент t2 ток i, становится равным 1», после этого на третьем интервале (от t> до

1;) происходит его снижение до нуля. Поскольку ток 1 принят неизменным, включается диод

10, и часть тока нагрузки, равная (1н — 4) поступает через этот диод в фазу А от других фаз двигателя (происходит обмен энергией меж- . ду фазами нагрузки через диод 10 и тиристо- . ры 5 или 6).

На третьем интервале коммутации конденсатор 13 переэаряжается по контуру: 13 — 14—

17 — 10 — источник Б»» — 15 — 13, т. е. в контур переэаряда конденсатора входит питающий ис-.

M тачник.. В начальный период пуска двигателя, когда Ц „=О, питающий источник не оказывает влияния на процесс перезаряда конденсатора. (фиг. 2 б). В момент t при спаде тока i до нуля напряжение иа конденсаторе U< меньше начального значения U»».Uy, так как контур коммутации всегда обладает

608242

5 потерями энергии. В момент t < включаются тнристоры 24, 25 и происходит подзаряд конденсатора 13 до напряжения U«U> Тем самым обеспечивается необходимая коммутационная способность ннвертора в начальный период пуска двигателя.

При разгоне двигатели по мере повышения

Ug, напряжение на конденсаторе в момент з (13«) увеличивается н при дос гниении

UepUq процесс нодзаряда коммутирующего конденсатора от зарядного источника прекращается, так как в моменты подачи импульсов управлении к зарядным тнристорам ие приложено положительное напряжение в прямом направлении.

На третьем интервале коммутации ток 1 протекает при согласном действии питающего источника U „, поэтому напряжение на конденсаторе стремится возрасти сверх U,, Возможное превышение напряжения U, над U«, тем больше, чем выше Ц,, и ток 4.

Если в схеме не установлены диоды 28 — 31, напряжение в конце третьего интервала U может значительно превысить максимальиуэ величину напряжения, питающего источника (пунктирные линии а фнг. 2 а). При установке диодов 28 — 31 в момент 33, когда U« начинает превышать Ug, открываются диоды

28 и 29. В результате параллельно: конденсатору 13 оказываются подключенными фильтровой конденсатор 35 и (через реактор 37) вспомогательный ведомый сетью 36. В результате электромагнитная энергия от дросселя 14 начинает поступать не только в конденсатор 13, на также в фильтровой конденсатор 35.

Энергия, отводимая чевез диоды 28 — 31, является избыточной энергией контура коммутации, ее длительное поступление вызывает повышение напряжения на фильтровом конденсаторе 35 сверх величины Ц. Однако повышение напряжения сверх уровня 1,1 — 1,15 U не может иметь места, поскольку в этом случае начинают проводить ток тиристоры вспомогательного ведомого сетью инвертора 36 (среднее выпрямленное напряжение инвертора 36 выбирают равным 1,1-— - 1,15 U>, a в свою очередь

Ц-136,„}.

6 Таким образом, на интервале (фиг. 2 в) напряжение конденсатора 13 неиз, менно, равно U< — — 1,1 — 1,15 U, ток i, = О. Ток коммутирующего дросселя 14 (iz) линейно спадает. до нуля.

Через вспомогательный инвертор 36, трансформатор 32 и силовой выпрямитель 33 избыточная. энергия возвращается из контура коммутации на вход автономного инвертора и далее в нагрузку, что способствует. повышению общего КПД преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь частоты и фаз, содержащий подключенный ко входным выводам через трансформатор питающий выпрямитель, к выходным выводам которого подключены соединенные по трехфазной мостовой схеме главные тиристоры и обратные диоды, два последовательно соединенных вспомогательных тиристора, имеющий также, последовательную цепь из коммутирующих конденсатора и дросселя, один . вывод которой подключен к средней тачке двух, вспомогательных тиристоров, а другой вывод к общей точке пар встречно-параллельно вклю»«ченных коммутирующих тиристоров отдельных фаз, однофазный мост из четырех зарядных тнристоров, к каждому из которых подключен встречно-параллельно диод, причем выводы переменного тока этого моста присоединены к коммутирующему конденсатору, а выводы постоянного тока однофазного моста подключены к .фильтровому конденсатору, к которому присоединены зарядный выпрямитель и через .сглаживающий дроссель — вспомогательный ведомый иивертор, отличающийся тем, что, с з целью повышения его КПЛ, выводы переменного тока указанных зарядного выпрямителя и вспомога гепьиого ведомого иивертора подключены к вторичным обмоткам трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

4о 1. Итоги науки н техники, серия «Электрооборудование транспорта», т. 2, М., ВИНТИ, 1974, с. 28 — 36.

2. Патент ФРГ № 2323905, кч. 21 д 12j03, 1974.

Редактор Е. Кравцова

3 »х ЗЭ!ЗГЗ8

Составители Г. Гомона

Техрад О. Лугован Корректор Д: Мельниченко

Тирам 892 ПОАписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР. по Аелаи изобретений и открытий

t l 3035, Москва, Ж-35, Рауиккая наб. А. <5

Филиал П П П к Патент>, г. 3 агорей, ул. Проектная, 4