Преобразователь частоты

Преобразователь частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е ()692О35

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.04.68 (21) 1232615/24-07 с присоединением зая в ки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.10.79. Бюллетень ¹ 38 (45) Дата опубликования описания 30.!0.79 (51) Ц т, 2 и 02 М 5(27

//Н 02М 7/515

Гасударственный комитет

СССР по делам изобретений и tlTKpblTHH (53) УДК 621.314.27 (088,8) (72) Автор изобретения

В. C. Высочанский (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

5t, t„

cp — угол сдвига между напряжением:и током при включении нагрузки на синусоидальное напряжение;

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты и,инверторов.

Известен непосредственный преобразователь частоты, описанный, например, в (1).

В нем к каждому из выходHbIx выводов подключен один конец вспомогательных встречно-параллельно соединенных тири- 10 сторов. Это позволяет повысить входной коэффициент мош ности преобразователя за счет обеспечения протекания реактивного тока лишь в фазах потребителя, минуя питающую сеть. 15

Однако, недостатком такого преобразователя являются пониженные его энергетические показатели из-за необходимости применения блоков принудительного запирания упомянутых встречно-параллельно соеди- 2о ненных управляемых вентилей.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей преобразователя частоты.

Достигается это тем, что второй конец каждой из пар вспомогательных вентилей, например тиристоров, подключен к одному из выходных выводов преобразователя, причем пары, вспомогательных тиристоров образуют замкнутый треугольник. Это позволяет улучшить энергетические показатели за счет отказа от блоков принудительной коммутации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлено: на фигуре 1 — трехфазный мостовой преобразователь частоты с непосредственной связью, где 1 —: б — выпрямительные мосты, 7- —: 12 — вспомогательные вентили; ,на фигуре 2а — временная диаграмма управления тиристорами преобразователя частоты при (p (60, на фигуре 2б — кривыв напряжений выпрямительных мостов 1(18) и 2(14) при запирании тиристоров моста 1, где Т,(T ) — пер иод входной (выходной) частоты преобразователя;

At „— время задержки подачи отпирающих импульсов на тнристоры противофазных мостов, y — 60

Ы„) Т., - - 1„прн со.- 0,55, 180

692035 — угол сдвига между напряжением и током преобразователя, 1, — время восстановления вентильной прочности тиристоров, At„— время работы моста в инверторном режиме, t< —, t6 — моменты снижения напряжения выпрямительных мостов 1; 6 для включения тиристоров 7 —. . 12.

t — момент, подачи отпирающего импульса на тиристор 7, t", — момент начала работы тиристора 7,,на .фигуре 3 — трехфазный мостовой преобразователь частоты со звеном постоянного тока, где 15 —:20 — основные тиристоры, 20

21 —: 26 — вспомогательные тиристоры; на фигуре 4 — кривые таков и напряжений преобразователя частоты по фиг. 3 (fl ) f2) 1 прои нагрузке с cos cp =- 0,55 (фиг. 4а) и при нагрузке с cos cp= 0.55 (фиг. 4б), 27(28) — напряжение (ток) фазы А, 29 — ток моста 1 (тиристора 15), 30 — ток тиристора 21, 81 — ток тиристора 26.

Низкие энергетические показатели в преобразователях с непосредственной связью объясняются не только переменным углом регулирования вентилей, но и наличием непрерывной гальванической связи между нагрузкой и источи иком питания, в результате чего, реактивная энергия нагрузки возвращается источнику питания.

Описываемое в данном изобретении устройство обеспечивает гальваническую связь 40 между нагрузкой и источником литания только в те интервалы времени, когда энергия поступает от сети к нагрузке.

После того, как в какой-либо фазе нагрузки образован избыток реактивной энер- 45 пии, эту фазу отключают от сети и с помощью дополнительных вентильных связей подключают к другим фазам нагрузки, которые в это .время .потребляют энергию.

Рассмотрим, например, широко известный трехфазный .мостовой преобразователь высокой частоты в низкую (фиг. 1). Преобразователь состоит из шести мостовых выпрямителей 1 6, каждый из которых формирует полуволну напряжения одной из фаз нагрузки, и шести вспомогательных управляемых вентилей 7 —: 12.

Пусть тиристоры работают с полным открьнием, нагрузка преобразователя активно-индуктивная, и в рассматриваемый момент времени работают мосты 1, 2 и 8. В момент времени, соответствующий изменению знака |напряжения фазы А нагрузки, снимают нмпульсы управления с,вентилей моста 1, и он, тем самым, переводится в инверторный режим. В момент t (фиг. 2) подают отпирающий импульс на тиристор

7 и задерживают подачу отп ирающего,импульса на очередной вентиль моста 2 для снижения напряжения на выходе моста 2 до величины, обеспечивающей появление положительного анодного,напряжения ча тирнсторе 7.

Лнодное напряжение,на тиристоре 7 в момент t становится положительным и он начинает проводить ток фазы А.

Вентили моста 1 запираются. Напряжение моста 2 снова поднанимают до полной величины. Ток фазы А, обусловленный запасом ее электромагнитной энергии, замыкается через фазу С и тиристор 7. Если к моменту спада тока i, до нуля подать отпирающие импульсы,на виристоры моста 4, последние вступят в работу, и то к в фазе

А изменит направление. Через шестую часть периода выходной частоты снимают отпирающие импульсы с моста 2. Он перевод ится в инверторный режим, отпирают тиристор 8, снижают и снижают и снова поднимают напряжение моста 3. Тиристоры моста 2 запираются, а ток фазь С замыкается через тиристор 8 н фазу В. Во время работы миристора 8 могут быть поданы отпирающие импульсы на тиристоры моста

5 и последний вступит в работу 1<ак только ток фазы С спадет до нуля. Тирйстор 8 закроется, и ток фазы С изменит направлен ие. Остальные мосты и вентили работают аналогично. Кривые токов и напряжений преобразователя показаны на фиг. 4.

Как известно, условия взаим компенсации реактивной энергии фаз в трехфазном преобразователе зависят от величины сов нагрузки, поэтому можно выделить два режима работы. При cos cp 0,55 к моменту отключения очередного моста успевает израсходоваться реактивная энергия, накопленная ранее скоммутированной фазой.

Кривые напряжения и токов для этого случая приведены на фиг. 4б. При cos q (0,55 к моменту отключения какого-либо моста не успевает израсходоваться энергия фазы, мост которой был ранее отключен. В этом случае необходимо задержать открытие тиристоров очередного моста, то есть

1 уменьшить величину напряжения на нагрузке. При работе преобразователя на двигатель токи в фазах двигателя в эти моменты времени будут формировать противо-ЭДС двигателя. Если величина продиво-ЭДС близка к величине суммарного падения напряжения на вентилях и сопротивлениях обмотки двигателя (ЛУ ), то характер тока в нагрузке практически не пзменнтся и будет таким, как это показано на фиг. 4а. Если же противо-ЭДС больше, чем AU, то изменение тока в фазах в интервалы времени М„будет происходить более, интенсивно и потому сами интервалы времени Л „сократятся.

692035

Как видно из фиг 4, наличие дополнительных вентильных связей приводит не только к полной взаимокомпенсации реактивной энергии фаз нагрузки преобразователя, но и к заметному уменьшению токовой загрузки мостов 1 — б, особенно при низких cos q нагрузками.

Благодаря включению вентилей 7 — 12 укорачиваются тракты, по которым протекает ток нагрузки в интервалы времени, когда токи и напряжения фаз имеют различные знаки. В результате в эти отрезки времени источник питания, сеть и вентили мостов не загружаются током нагрузки, и потому к.п.д. преобразователя также увеличивается.

Поскольку fI )fj, то для регулирования напряжения при снижении частоты на выходе преобразователя удобно воспользоваться широтно-импульсным методом управления тирсторами мостов 1 — б. В этом случае преобразователь будет работать с высоким коэффициентом мощности К „, при любом cos q нагрузки.

Преобразователь частоты может работать и при переменном угле открытия вентилей мостов. И в этом случае реактивная энергия нагрузки будет передаваться из фазы в фазу. Естественно, в этом случае К„будет несколько ниже, чем при полном открытии вентилей.

Дополнительные вентили на выходе преобразователя могут быть применены не только в различных схемам преобразователей частоты в непосредственной связью, но:и в схемах инверторов.

На фиг. 3 приведен пример такого инвертора (с естественной коммутацией вентилей), питающийся от управляемого выпрямителя (УВ). Инвертор содержит основные тиристоры 15-:-20 и вспомогательные тиристоры 21 —:2б. Пусть ток проводят тиристоры 15-: — 17 II требуется запереть тиристор 15. Для его запирания с помощью выпрямителя УВ снижают напряжение на входе инвертора до величины, при которой входной ток инвертора становится равным нулю. Если к этому времени отпереть тиристоры 21, 22, то токи во всех фазах сохранят свое направление, а тиристоры

15 †; 17 будут обесточены. Будут они запираться:или нет зависит от того, поданы или нет отпирающие импульсы. Поскольку нужно запереть только тиристоры 15, а тиристоры !б и 17 должны остаться в работе, то на п оследние продолжают поступать (или вновь подаются) отпирающие импульсы. После восстановления вентильной прочности тиристора 15 напряжение на входе инвертора снова увеличивают, Тиристоры 1б и 17 опять начинают проводить ток, а тиристор 22 запирается. Тиристор 21 будет проводить ток фазы А, пока последний не спадет до нуля. Все это время через тиристор 1б будет протекать ток, меньший тока i, на величину тока i,. Если к моменту

S снижения тока, до нуля Подать отпирающий импульс на тиристор 18, то ток в фазе А изменит направление. Теперь находятся в работе тиристоры 1б.—:19. Когда настанет очередь запереть тиристор 1б, 10 должно быть вновь снижено напряжение на входе инвертора и открыты вспомогательные тиристоры, на этот раз 22 и 28.

После запирания тиристора 1б снова поднимают напряжение на входе инвертора, 10 тиристоры 17 и 18 продолжают проводить ток, а тиристор 23 закрывается. Работа последующих тиристоров происходит аналоп1чно. Кривые токов и напряжений этого инвертора будут идентичны огибающим

20 кривых преобразователя частоты с непосредственной связью. Как и в первом слу.".å, при нагрузке с cos cp(0,55 и числе фаз мостового преобразователя, равном трем, управление тиристорами должно производиться с помощью датчиков тока или каких-либо программных устройств, обеспечивающих задержку подачи отпирающего импульса на тиристор, противофазный запираемому.

Рассмотренные преобразователи могут найти широкое применение в регулируемых приводах. Высокие энергетические показатели,и отсутствие компенсирующих конденсаторов делают преимущества этих преобразователей наибольшими при получении низких частот из частоты 50 1 ц. Первый тип преобразователя, видимо, более целесообразен для больших мощностей (в сотни и тысячи кВт.) Второй тип преобразовате40 лей проще;и потому более целесообразен для меньших мощностей.

B преобразователях обоих типов тиристоры могут быть заменены на симисторы или полностью управляемые приборы. Ло40 гика управления и структура преобразователей пои этом почти не изменится.

Формула изобретения

Преобразователь частоты, содержащий основные вентили и вспомогательные вентили, образующие встречно-параллельные пары, один конец каждой из которых подключен к одному из выходных выводов, отлич а ющийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, другой конец каждой из пар соединен со смежным выходным выводом.

Источник информации, принятый г 1 внимание при экспертизе:

Авторское свидетельство СССР

М 229677, кл. Н 02 М 5/27, 27.04.1966.

Фь г. j г /г ttt и

Г

-г — / /«« — « — (1 « — « — р« — — ;— ! > б !! гг lгг tt гг/гг,г т

g tg гг гг 7 g g tt tt

692О35

u„

А:г. 4

Составитель Г, Мыцык

Техред Л. Расторгуева

Корректор И. Симкина

Редактор В, Лукин

Тип. Харьк. фил. вред. «Патент»

Заказ 964/1164 Изд ¹ 596 Тираж 866 Подписное

НПО <сПонск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д 4/5