Преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть

Преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

патан на Ч)вмческея

Ф4пИ т не Ццд

Союз Советских

Социалистичеааа

Ресл блик 663О42 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.01.74 (21) 1997672/24-07 с присоединением заявки М 2308027/24-07 (23) Приоритет— (5! ) М. Кл.

Н 02 М 5/443/

Н 02 М 5/27

Гесудврвтвенный неатет

СССР пю дняны нзобРнтнннй н отнрытнй

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень Хо 18

Дата опубликования описания 19.05.79 (53) УДК 621.314..27 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Ф. Петренко, В. Г. Яцук и Ф. С. Кобелев (?1) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С РЕКУПЕРАЦИЕИ

ЭНЕРГИИ В СЕТЬ

Изобретение относится к области силовой полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано в системах частотного регулирования скорости асинхронных электродвигателей (АД)

Известны. статические преобразователи частоты с рекуперацией энергии в сеть при генераторном режиме работы электромашинной нагрузки (1), (2), (3), (4).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является преобразователь частоты (ПЧ) с рекуперацией энергии в сеть, который содержит, как и предлагаемый ПЧ, независимый инвертор, подключенный своим входом по постоянному току к управляемому выпрямителю, а выходом — к группе обратных вентилей, дополнительный ведомый сетью инвертор, соединенный с группой обратных вентилей и подключенный к питающей сети.

Независимый инвертор выполнен по схеме инвертора напряжения (НИН) . ПЧ содержит также блок управления, включающий в себя систему управления выпрямителем, систему управления независимым инвертором и систему управления ведомым инвертором Л. 1. Рекуперация энергии в сеть

2 осуществляется через группу обратных вентилей и дополнительный ведомыч инвертор.

Напряжения Ug u Vg в обоих промежуточных контурах постоянного тока поддерживаются примерно равными как в двигательном так и в генераторном режимах работы нагрузки. Изменение выходного напряжения

ПЧ осуществляется одновременным согласованным изменением углов и и f> управления тиристорами входного выпрямителя и дополнительного ведомого инвертора. Для это10 го в блоке регулирования ПЧ включены датчики обратных связей по напряжениям Ug и Ц . Выходы датчиков подключены к управляющим входам суммирующего магнитного усилителя, выход которого соединен со входом блока управления ведомым инвертором (4) .

Недостатком известного ПЧ является большая установленная мощность оборудования. Это связано с тем, что в двигательном и генераторном режимах работы сило20 вой ток нагрузки протекает по разным контурам. Так, в двигательном режиме активная могцность передается из сети в нагрузку через входной выпрямитель и независиMblH инвертор, а в генераторном режиме

663042 активная мощность от электрической машины возвращается в сеть через группу обратных вентилей и дополнительный ведомый сетью инвертор. В результате чего все cH.IOвое оборудование известного ПЧ практически выбирается по номинальному току нагрузки.

Необходимость согласованного изменения углов l и /> управления тиристорами входного выпрямителя и дополнительного ведомого инвертора усложняет блок yi!paB.7eния известного ПЧ. О

Цель изобретения — упростить преобразователь и уменьшить установленную мощность его оборудования.

11оставленная цель достигается тем, что в предлагаемом преобразователе в качестве независимого инвертора применен инвертор тока, 3 система управления ведомым инверэром выполненная автономной, подкл1очена своим входом к источнику постоянного задающего сигнала и детерминирует угол опережения включения вентилей ведомого инвер- 20 тора из условия вступления его в раооту при максимальном напряжении основной гармоники на выходе, независимого инвертора.

Н3 фиг. 1 изображена схема одного из вариантов преобразователя частоты; на фиг.

2, а, б, в, г, д, е — — диаграммы токов и

М напряжений на отдельных элементах П!-! в процессе коммутации.

Входной трехфазный мостовой полностью управляемый выпрямитель на тиристорах

1 — 6 подключен своим входом по переменному току к 11итаюшей сети переменно1.о I:3пряжения постоянной частоты. Общие катоды тиристоров 1, 2, 3 соединены через дроссель 7 фильтра, Облада!»Оц(ий бОльшОЙ индуктивностью, с об1цими анодами основHb!x тиристоров 8, 9, 10 независимого инвертора тока с междуфазовой коммутацией.

Общие катоды трех других основных тиристоров 1, 12, !3 инвертора соединены с общими анодами тиристоров 4, 5, 6 входного выпрямителя. Независимый инвертор тока содержит шесть батарей комх1утиру!г1ц!их конденсаторов 14-.- -19, включенны.» соответственно между основными тиристорами 8- -10, 11 — 13 и отсекающими диодами 20-.-"-22, 23;

25. К выходным зажимам инвертора подкл1очена трехфазная электромашинная нагрузка 26 —. 28 переменного тока. Для повы1пе!1Ия коммутационной устойчивости инвертора при пуске и работе в области низких частот и напряжений к шести зажимам коммутирующих конденсаторов 14- — 19, общим анодам тиристоров 8 — 10 и общим катодам тиристоров 11 — 13 подключены выходы устройства 29 подзаряда коммутирующих конденсаторов, вход которого подключен к питаюп!ей сст!! псреме.!ного напряжения.

Для oc) !цествления работы независимого инвертора тока на электромашинную нагрузку преобразователь частоты содержит блок управления 30, состоящий из системы управления входным выпрямителем с диапазоном фазового управления 180 эл. град. 31, системы управления независимым ННВерТОром 32, блока 33 обратной связи по напряжению или ЭДС электром»шины, элемента сравнения 34, усилителя 35, блока задания

36. Блок управления обеспечивает двигательный и генераторный режимы работы нагрузки с рекуперацией энергии в сеть путем перевода входного выпрямителя на тиристорах 1-: — 6 в режим инвертора, ведомого сеть!0, а независимого инвертора -- в ре>ким компенсированного выпрямителя. Для синхронизации работы системы 3! с напряжением сети используется линия связи 37.

Допотнительный неуправтяемый выпрямитель на вентилях 38 —. -43, вход которого по переменному току подключен к выходным зажимам незасиси мого инвс!>торя 1 Ока, 3 выход --- к кондснса "n(>) 44, дроссель 45 и ве„n»II!é инвертор на тиристорах 46--:-51, выходом подключенный через трехфазный согласую1ций 7рансформатор 52 к пита Oinеl» сети переменного напряжения используются только для ограничения неренанряжгп!ий

Н3 ЭЛЕМЕrHTBX !1РЕОО!33ЗОВЯТЕЛЯ И На Н»ГРгУЗке.

У г! р !1 в.7 H H c ведомым и н в с !> т 0 р 0 х1 0 с м ц1, е с т вляется с помошью автономной систе"vlbl управления 53. Вход системы управлегп!я 53 соединен с источником постоянного зада:о-! пего сигнала 54. Линия связи 55 осущест3.7яет CHHxpoHH.",3:DUHIO раооты систс мы 53 с

Нан!>HЖЕНИЕМ CСТИ.

Рассмотрим работу схемы преобразователя !»стоты B интервале комм,тации основного тиристор» независимого инвертс1ра тока. Предполо>ким, что до момента р (фиг. 2)

Н3 13 73 кохl мутации бь!ли BK710чсны Ос! 0В ные тиристоры 8 и 13 ННВерТор3. То!»,Т (фиг. 2, 3) нагрузки протекает по цепи со-:дHHRIoHIåé питаю!цую сеть переменног0 напряжения, один из тирнсторов 1- -3 входного выпрямителя, дросссль 7, тиристор 8 независимого инвертОрг, отсекаюший диод

20, фазу 26 нагрузки, фазу 28 нагрузки, отсекающий диод 25, тиристор 13 -IC33BHсимо-.о ИIIâåðòîð3, один из тиристороз 4- — 6 в»îдно1.0 выпрямителя, 11итаю1цу1о сеть переменного напряжения. To»:,7!4 .! (фи!. 2, е

r r через коммутиру:OH!BC конденсаторы равен нулю (момент времени (! ). Напри>кен:!я »1л4 (фиг. 2, б) на .коммутирующем конденсаторе

14 имеет ноляр1всть плюс на катоде тиристора 8, минус Н3 катоде тиристора 9.

Выходное !!апряжение !... (фиг. 2, д) независпмого Ивертра тока в первом приближении может быть представлено в виде двух сосТ3В !яю!цих: синусоидального напряжения основной частоты и коммутационных выбросов, амплитуда которых может в нескольКО Раэ ПРЕВЫШ»тЬ аМПЛИтУДУ CHH»rCOHI3;IBHOго напряжения основной частоты.

С помои,ью автономной системы 53 управления устройством ограничения еренапря663042

5 жений и задающего источника 54 фазовые углы импульсов управления, поступающих на тиристоры 46 †: 51 заданы такой величины, чтобы ток через неуправляемые вентили 38-: — 43 во внекоммутационные интервалы рабочего периода независимого инвертора не протекал как в двигательном, так и

5 в генераторном режимах работы электромашинной нагрузки 26 —:28.

Предположим далее, что коммутация осуществляется в анодной группе тиристоров независимого инвертора. î

Допустим, что за время коммутации ток в дросселе 7 фильтра не изменяется по своей величине, а тиристоры выключаются мгновенно.

Тогда в момент времени t включают тиристор 9, а тиристор 8 выключают. На отсекающий диод 21 поступило обратное напряжение и он закрывается..После выключения тиристора 8 неизменный по величине ток 3@@ протекает по цеги: питающая сеть переменного напряжения, один из тиристоров 1 —:-3 входного выпрямителя, дроссель 7, тиристор 9, батарея коммутирующих конденсаторов 14 —:16, отсекающий диод 20, фаза

26 нагрузки, фаза 28 нагрузки, отсекающий диод 25, тиристор 13 независимого инвертора, один из тиристоров 4-; — 6 входного выпрямителя, питающая сеть переменного напряжения. Идет процесс перезаряда батареи коммутирующих конденсаторов 14 —:16 постоянным по величине током J 4 << ,15 вследствие чего напряжение U 4 наконденсаторе 14 снижается по линейному закону и в момент времени t3 становится равным нулю. Время, равное (tz — tq), есть время, предоставляемое для выключения тиристоров независимого инвертора. После момента 4 напряжение U, меняет полярность ss и зарядка конденсаторов 14 †: 16 постоянным током продолжается до момента t4. В момент t4 линейное напряжение У* Е становится равным по величине и по знаку напряжению Ur4 на конденсаторе 14, при этом открывается отсекающий диод 21, и начинается процесс коммутации тока в фазах нагрузки, т. е. переход тока с фазы 26 на фазу 27. Ток 3г@ в фазе 26 спадает, а в фазе

27 возрастает. Линейное напряжение Ц и напряжение U, продолжают возрастать. 4s

Этот процесс продолжается до момента времени t>. В момент t;,линейное напряжение

L @ становится равным по величине наг пряжению на конденсаторе 44, при этом открываются диоды 39, 41 и ток .3г@ фазы 26 замыкается по цени: фаза 26 нагрузки, фаза 27 нагрузки, диод 39, конденсатор 44, диод 41, фаза 26 нагрузки. Ток 3q << < через конденсаторы 14, 15, 16 скачком снйжается до нуля, напряжение Ur< на батарее конденсаторов 14, 15, 16 и линейное напряжение U <> ограничиваются на уровне напряжения на конденсаторе 44. Ток Зг

2 г фазы 26, замыкаясь через диоды 39, 41 сниб жается и в момент времени t„- становится равным нулю. На этом процесс коммутации тока в фазах нагрузки заканчивается. Теперь ток нагрузки протекает по фазам 27 и 28 (момент tr ).

Аналогичные процессы происходят и при коммутациях друтих основных тиристоров независимого инвертора тока. При каждой коммутации избыток энергии, накопленной в индуктивностях рассеяния коммутируемых фаз электромашинной нагрузки 26 —:28, через неуправляемый выпрямитель 38 —:43, дроссель

45, тиристоры 46 — . 51, трансформатор 52 возвращается в питающую сеть. Благодаря специфике работы ведомого инвертора максимальный уровень напряжения на коммутирующих конденсаторах 14 —;19 не превышает заданное напряжение на конденсаторе 44. г1а этом же уровне ограничивается напряжение и на основных тиристорах 8 —:13. Максимальный уровень напряжения на отсекающих диодах 20 —;-25 снижается, так как напряжение на отсекающих диодах суммируется из соответствующего линейного напряжения на выходе независимого инвертора и напряжения на соответствующем коммутирующем конденсаторе.

Таким образом, величина коммутационных перенапряжений в преобразователе ограничивается на заданном уровне, определяемом напряжением на конденсаторе 44, как в двигательном, так и в генераторном режимах работы различных электромашин переменного тока, что делает схему данного

ПЧ универсальной для широкого класса нагрузок.

В дополнительный выпрямитель I3 диодах 38 —:43 и ведомый инвертор на тиристорах 46 —:-51 поступает мощность, составляющая примерно 10.0/0 от полной мощности нагрузки, что позволяет в несколько раз уменьшить их установленную мощность и в целом существенно повысить технико-экономические показатели ПЧ. Кроме того, упрощается блок управления ПЧ, поскольку для ограничения напряжения на заданном постоянном уровне не требуется регулировать угол опережения зажигания тиристоров 46 —:51.

Данное изобретение позволяет также существенно снизить установленную roщность коммутирующих конденсаторов, используемых только для выключения тиристоров, и повысить коэффициент полезного действия.

Формула изобретения

Преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть, состоящий из независимого инвертора, подключенного своим входом по постоянному току к управляемому входному выпрямителю, дополнительного неуправляемого выпрямителя, вход которого по переменному току подключен к выходным

663042 q зг« г, г

Фиг. г

Составитель Г. Мыцык

Редактор Д. Зубов Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Заказ 2722/56 Тираж 856 Подписное

ЦНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35., Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 выводам независимого инвертора, à его выход по постоянному току подключен через

CL-фильтр ко входу дополнительного ведомого инвертора, выходом связанного со входом управляемого выпрямителя, и блок управления, содержащий систему управления независимым инвертором, систему управле5 ния входным выпрямителем и систему управления ведомым инвертором, отличающийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности и упрощения в качестве незавиСИМОГО ИНВЕРтОРа ПРИМЕНЕН ИНВЕРтОР тОКа, 1п а система управления ведомым инвертором выполнена на автономной, подключена своим входом к источнику постоянного задающего сигнала, и детерминирует угол опережения включения вентилей ведомого инвертора из условия вступления его в работу при максимальном напряжении основной гармоники на выходе независимого инвертора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 238656, кл. 21 d з, 14/OI, 1969 (прототип) .

2. Шукалов В. Ф., Певзнер Е. М. Система электропривода с частотным управлением применительно к судовым грузоподъемным механизмам. «Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве». Труды

Ъ Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу. т. 1, «Общие вопросы и средства управления», под ред.

М. Чиликина и др. М., «Энергия», 1971., с. 131 — 133, рис. 1.

3. Аранчий Г. В., Жемеров,Г. Г., Эпштейн И. И. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов.

Библиотека по автоматике, выпуск 271, «Энергия», М., 1968, с. 41.

4. Патент ФРГ № 2035262, кл. 21 d 12/02

l9,72, (прототип).