Преобразовательное устройство

Преобразовательное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнх

Соцнапнстнческнх

Ресяубянк

< 696584

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 01.06.76(21) 2366486/24-07 с присоединением заявки ре (23) Приоритет

Опубликовано 05.11.79, Бюллетень ре 41 (51)M. Кл.

Н 02 М 7/515

Гюаудлрстввнный номвтет

СССР оо делам иэоорвтоннй и открытой (53) УДК 621,314..58 (088.8) Дата опубликования описания 10.11.79 (72) Ав rop изобретения

В. С. Высочанский (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике-статистическим преобразователям частоты со звеном постоянного тока, предназначенным дпя питания различных потребителей электричес5 кой энергии, например, вентильных двигателей.

Известны преобразовательные устройства (ПУ) с групповой коммутацией вентилей, выполненные на основе инвертора напряженка.

В устройстве в качестве групп индивидуальных коммутирующих вентилей использованы управляемые вентили, что удорожает устройство.

Наиболее близким к предложенному является ПУ, основные вентили которого соединены по мостовой схеме и запираются диодами, объединенными в две группы, анодную и катодную. 20

Общие точки названных групп диодов с помощью коммутирующих (групповых) вентилей соединены каждая со своим дио rtoM, подключенным к соответствующему выводу источника питания (ИП) постоянного тока, на входе основных вентилей ПУ.

Каждый из конденсаторов подключен к одному из выводов ИП. Заряд и перезаряд конденсаторов производится от дополнительного ИП.

Недостатком этого ПУ является недостаточно эффективное использование коммутирующих конденсаторов и обязательное испопьзование дополнитепьного ИП дпя заряда и перезаряда конденсаторов. . Белью изобретения явпяется снижение массы и габаритов ПУ за счет улучше. ния использования коммутирующих конденсаторов, упучщения использования основных управляемых вентилей ПУ и устранения отдельного ИП для заряда конденсаторов. Зто достигается путем подключения анода одного из групповых коммутирующих вентилей к катоду другого и подкл.очения к этой же точке одного из вывоцов коммутирующего конденсатора, другой вывод которого подключен к отводу в звене постоянного тока, или к средней точке вели mme начальному, подается отпираю|ций импульс на вентиль 4, и он проводит ток фазы А нагрузки. (Отйирающий импульс на вентиль 3 подается в этот же момент или раньше, при У.=О. Теперь ток проводят вентили 2, 3, 4. Положительный заряд на левой обкладке конденсатора и он готов к следующей коммутации на этот раз вентиля 2. Величина напряжения конденсатора зависит от добротности колебательного контура и величины тока нагрузки.

Дальнейшая работа ПУ происходит аналогично

Юля уменьшении потерь энергии в контуре коммутации при высокой частоте коммутаций и ограничения напряжения на конденсаторе может быть использован известный прием по выводу избыточной энергии токоограничивающего элемента

20.,Пля этого он выполняется с вторичной обмоткой при минимальном рассеянии. Эта обмотка через вентиль подключается к ИП фиг. 2.

При индуктивном характере нагрузки должны быть включены или диоды 9, 10 или тиристор 17 ПУ. В первом случае нет ограничений по величине соур нагрузки поскольку нескомпенсированная "избыточная энергия магнитных полей нагрузки обратными диодами отдается ИП. Во втором же случае эта энергия не возвращается ИП, а расходуется в нагрузке.

Напряжение ПУ должно быть разрывным (как при широтно-импульсном регулировании) и относительная продолжительность интервала времени с нулевым значением напряжения должна быть тем больше, чем ниже coqp нагрузки. Управление основными вентилями ПУ в этом случае производится в функции тока нагрузки, каждый из этих вентилей отпирается лишь после спада до нуля тока предыдущей полуволны и восстановления вентильных свойств вентиля 17.

При отсутствии требований по рекуперации энергии нагрузки с сохранением знака напряжения ИП схема с вентилем

17 предпочтительна, поскольку обеспечивает более высокое использование вентилей. Вентили 11-17 разгружают основные вентили по току тем больше, чем ниже cosy .

На фиг. 3 схематически представлена работа с вентилем 17. Нагрузка симметрична с отстающимсаир =0,7 в системе установился стационарный периодический, процесс и ток проводят вентили 1, 2, 3. зо

5О з 696584 питающего ПУ трансформатора. Число коммутирующих конденсаторов уменьшено до одного

Путем соединения общих точек упомянутых групп диодов управляемых вентилем,,отпираемым после каждого переэаряда коммутирующего конденсатора, а также за счет того, что-конденсатор перио= дически отключается групповыми коммутирующими вентилями от ИП. На нем удерживается напряжение отличное от напряжения выводов ИП, к которым он подключ ен.

ПУ может быть однофазным и многофазным.

На фиг. 1-3 приведены варианты схем

ПУ: 1-6 основные вентили, 7, 8-групповые коммутирующие вентили, 9, 10групповые "обратные" диоды 11-16-индивидуальные коммутирующие диоды, 17вспомогательный вентиль, 18-трансформатор, питающий ПУ, 19- источник коммутирующего напряжения (ИКН), 20 — токоограничивающий элемент (дроссель)

21-ИП, например, выпрямитель с выходным фильтром или без него, 22- нагрузка, 23, 24 - групповые коммутирующие диоды, 25-27 потенциальные диаграммы внешних выводов ПУ по отношению ксредней точке ИП, 28 — кривая линейного напряжения, А, В, С - зажимы нагрузки.

В качестве ИКП может использоваться конденсатор, колебательная цепь или какое-либо другое устройство, способное подавать энакопеременное напряжение к точкам 0-0».

На фиг. 1 схематически представлена работа устройства при отключенных вентилях 9, 10, 17. Нагрузка симметричная

ccoscp Ф. и в системе установился стационарный периодический процесс. В ис ходный момент времени ток проводят вентили 1, 2, 3, а в ближайший момент коммутации должен быть заперт вентиль 1.

В качестве ИКП используется колебательная цепь, содержащая конденсатор С и дроссель, конденсатор заряжен до апр женияЩ ) — и плюсовой заряд на правой его обкладке (Š— напряжение звена постоянного тока).

В момент t подается отпирающий импульс на вентиль 7. Вентили 1-3 запираются, а конденсатор интенсивно перезаряжает током колебательного контура; образованного емкостью конденсатора и индуктивностью цепи ИП-19-7-18-202. В момент перезаряда конденсатора до напряжения, равного по абсол отной

5 6965

Индуктивность ИКН L О, положительна правая обкладка конденсатора иц ц Я

В момент g подается ° отпирающий имо нульс на вентиль 7, вентили 1, 3 запираются. Конденсатор С интенсивно пере- 5 заряжается как током нагрузки, так и током цепи ИП-19-7-15-20-2. При перезарядке конденсатора до напряжения, равного по абсолютной величине начальному, подается отпирающий импульс на вентиль 1 7, Ток фазы А нагрузки под действием энергии ее магнитного поля протекает по цепи 12-17-11, а ток фазы.

В по цепи 12-17-13. При этом вентиль

2 раэгружается на величину тока фазы

А. После спада до нуля тока предыдущей полуволны фазы А подается отпирающий импульс на вентили 2 и 3, При этом вентиль 17 обесточивается и запирается а на

) вентиль 4 подается отпирающее напряжение на управляющую цепь. К моменту

Т ток проводят вентили 2, 3, 4. В момент подается отпирающий импульс на вентиль 8. Вентили 2 и 4 запираются а конденсатор интенсивно перезаряжается.

При перезарядке конденсатора до требуемого напряжения подается отпирающий импульс на вентиль 17 и с этого момента ток фазы С замыкается по цепи 12-17Зо

13 разгружая вентиль 3 и ток фазы А по цепи 14-17-13 разгружая вентиль 4.

После спада тока фазы С до нуля отпираются вентили 3 и 4. Вентиль 17 обесточивается и запирается. Вслед за этим отпирается вентиль 5.

Дальнейшая работа ПУ происходит аналогично.

Пренебрегая высшими гармоническими в кривой тока нагрузки можно установить, 4 что включение вентиля 17 вместо вентилей 9, 10 уменьшает загрузку основных вентилей по среднему току более чем в

1 СО5 р — раз. При саэ<р=0,7 это дает выйгрыш более чем на 20%.

Достоинством схемы является ее простота, высокая степень использования обс рудования и высокие энергетические показатели. Повышение использования конденсатора обеспечено не только использованием напряжения обоих его полярностей, но и подключением конденсатора к средней точке ИП или делителя напряжения.

Расчетным путем установлено, что благодаря тому, что при коммутации напряжение конденсатора складывается с половиной, а не полной величиной напряжения

ИП, изменено соотношение между временем восстановления вентильных свойств и временем переэаряда конденсатора в направлении увеличения времени восстановления. Кроме того, конденсатор здесь может работать при меньшем напряжении перезаряда, что позволяет уменьшить его потери и установленную мощность. Одновременно в 5-8 раз умейьшена избыточная энергия, накапливаемая в токоограни-, чивающих дросселях при каждой коммутации. Поэтому меры по рассеянию или выводу этой энергии в цепь ViH требуется принимать лишь при высокой частоте.

Первоначальный заряд конденсатора при включении инвертора производится по цепи одного из основных и одного из коммутирующих вентилей и токоограничивающего дросселя. Например, при включении вентилей 5, 6 одновременно включается и вентиль 8. Заряд конденсатора до У ) — производится по цепи 5-2 0-1 2Е

Ю 2

8, поэтому ПУ не требует предварительного заряда конденсатора до включения нагрузки. ПУ надежно работает и на холостом ходу, т.к. кощ енсатор всегда разряжается по цепи токоограничивающего дросс еля.

При отсутствии отвода от средней точки ИП или делителя напряжения в звене постоянного тока возможен другой вариант схемы — фиг. 3. Здесь промежуточный отвод для подключения ИКН образован общей шиной цепи из двух вентилей, например диодов 23, 24. Работа схемы аналогична предыдущей, разнятся naulb параметры. В этом ПУ 3 1 должно быть больше напряжения ИП. Достоинством данного варианта ПУ является то, что оно может работать при бесконечно большой добротности колебательного контура, поскольку здесь цепь ИП находится эа пределами контура коммутации и потому избыточная энергия принципиально не может образовываться в цепи дросселя 20.

Переэаряд конденсатора доЩ >Я может обеспечиваться индуктивйым током нагрузки или автономным источником дозаряда.

Для первоначального заряда конденсатора при включении ПУ целесообразно один или оба вентиля 23, 24- шунтировать токоограничивающими элементами (резисторами}, как показано на фиг. 3. Если по ПУ требуется повышенная коммутационная способность, вентили 23, 24 целесообразно шунтировать встречно им включенными управлениями вентилями. В обычных режимах они заперты и тока не проводят.

При перегрузках же, когда надо увеличить коммутационную способность ПУ на

696584 них подаются отпирающие импульсы одновременно с соответствующими им импульсами вентилей 7, 8w (Во избежание накопления в этом случае избыточной энер.гии в коммутирующих цепях, через то или 5 иное число тактов подачи импульсов на эти дополнительные вентили не производится). Схема наиболее целесообразна при относительно низкой величине напряжения

ИП.

Малый уровень коммутационных потерь в предложенном ПУ позволяет использовать при регулировании его напряжения широтно импульсное модулирование (при

15 постоянном одновременном запирании вентилей: модулирование за счет изменения момента отпирания вентилей . В этом ñëóчае высокий коэффициент мощности при котором потребляется энергия от сети пе20 ременного тока при широтно-импульсном регулировании дополняется хорошей формой кривой выходного напряжения.

Формул а изобр етения

1, Преобразовательное устройство со звеном постоянного тока, содержащее основные управляемые вентили, соединенные по мостовой схеме, токоограничивающие элементы, групповые коммутирующие управляемые вентили, один из зажимов каждого из которых соединен с объединенным зажимом индивидуальных коммутирующих диодов, второй зажим каждого из них соединен с одноименным зажимом одного из

ocHosHbIx управляемых вентилей, и источник коммутирующего напряжения, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что,. с целью снижения массы и габаритов за счет повышения степени использования источника коммутирующего напряжения, вторые зажимы групповых коммутирующих вентилей соединены между собой и с зажимом источника коммутирующего напряжения, второй зажим которого соединен с отводом и звене постоянного тока, например, со средней точкой источника питания..

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е e c я тем, что, отвод выполнен в виде общей шины цейочки из двух последовательно соединенных вентилей, подключенных к звену постоянного тока встречно полярности его напряжения.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, общие шины индивидуальных коммутирующих групп диодов соединены между собой дополнительным управляемым вентилем.

4. Устройство по п. 2, 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, по крайней мере один из вентилей цепочки шунтирован токоограничивающим элементом, например, резистором.

5. Устройство по п. 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения его перегрузочной способности, йо крайней мере один из вентилей цепочки шунтирован управляемым .вентилем, включенным встречно по отношению к вентилю.

696584

Составитель А, Санталов

Редактор И. Плышева Техред Л. Алферова Корректор Г. Назаров:

Заказ 6789/56 Тираж 857 Подписное

ЫНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35, Раушсхая наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4