Преобразователь частоты

Преобразователь частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистические

Республик

ОП (ДАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (il)739698

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (53)M. Кл. (22) Заявлено 18, 10.77 (2() 253 1734/24-07

Н 02 М 7/515 с присоединением заявки,%

Гасудеротеенинй комитет

СССР ио делам изобретений и отнрмтий (23 ) Приоритет

Опубликовано 05.06.80. Бюллетень ¹ 21 (53) УДК 621.314..58(088.8) - Дата опубликования описания 05.06.80 (72) Авторы изобретения

И. И. Кантер и И. И. Артюхов

Саратовский политехнический институт (7l) Заявитель (5 е) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам преобразования частоты с использованием вентилей и предназначено для питания потребителей с резкой изменяющейся нагрузкой например, дпя систем электроснабжения на повышенных частотах цехов, заводов и других объектов, как наземньи, так и находтпцихся в других средах.

Известны преобразователи частоты, т0 в которых для стабилизации выходного напряжения применены устройства регулирования реактивной мощности. Динамические свойства таких преобразователей и жесткость внешней характеристики при резко изменяющейся нагрузке определяются параметрами системы управления регулятора реактивной мощности (1) и

t2).

При этомтв силу инерционности систе- о мы управления в преобразователях с указанным устройством стабилизации выходного напряжения может наблюдаться уменьшение угла восстановления заиира2 ния при резких изменениях нагрузки (особенно при набросах нагрузки). Это обуславливает низкую коммутационную устойчивость преобразователя. С помощью быстродействующих автоматических регуляторов можно понизить степень изменения угла восстановления запирания в . переходных режимах, однако создание быстродействующего автоматического реФ гулятора является сложной задачей и обусловлено физической природой процессов, протекающих в указанных преобразователях.

Известен также преобразователь частоты, содержащий сглаживающий дроссель в цепи питания, мост основных тиристоров, между выходными выводами которого включены коммутирующие конденсаторы с параллельно подключенным к ним тиристорно-дроссельным регулятором, а также задающий генератор и блок обратной связи, включающий в себя блок управления тиристорно-дроссельного регулятора, включенный между выходными, 8 ф ния, вспомогательного трехфазного тирис3 73969 выводами моста основных тирпсторов и управляющими входами тиристорно-дрос сельного регулятора Преобразователь снабжен также датчиками состояния вентилей и логическим устройством. Кроме этого, дроссель на входе преобразователя зашунтирбван последовательной цепочкой, состоящей из дросселя, резистора и тиристдра, цепь управления которого через дополнительные датчики напряжения 10 подключена к входу преобразователя. Дан- ный преобразователь имеет улучшенные эксплуатационные характеристики, Однако ему присущи в целом те же

1 самые недостатки, такие как низкое 15 быстродействие и неустойчивость при работе на нагрузку и резко изменяющимися параметрами. Кроме этого отсутствует контроль за углом восстановления эапи. рания, что обуславливает низкую комму- 20 тяционную устойчивость,i

Бель йзобретения — уменьшение массы и габаритов, повышение быстродействия и функциональной надежности.

Указанная цель достигается тем, что 25 преобразователь частоты, содержащий,. сглаживающий дроссель в цепи питания, мост основных тиристоров, между выходными выводами которого включены коммутирующие конденсаторь6;с параллель- 30 но подключенным к йим тиристорно-дроссельным регулятором, а также задающий гейератор и блок обратной связи, включакнций в себя блок управления тиристорнодроссельного регулятора, снабжен мостом З5 диодов обратного тока, выводы постоянного тока которого подключены к выводам постоянного тока моста основных тиристоров, выводы переменного тока подключены через дроссели к выходным 40 выводам моста основных тиристоров, а блок обратной связи снабжен датчиком угла восстановления запирания и логическим блоком в виде шести двухвходс вых логических элементов И,. причем вхо- 45 ды датчика угла восстановления запирания подключены к выходным выводам, моста основных тиристоров, выход этого датчика подключен к одному из входов шести двухвходовых логических элемен- 50 тов И, вторые входы каждого иэ которых подключены к соответствующему выходу блока управления тиристорно-дроссель-ного -регулятора, датчик угла восстановления эапирания выполнен в виде трех« фазного трансформатора, первичная обмотка которого образует входные выво. ды датчика угла восстановления эапираторного моста, к вывоДам переменного тока которого подключена вторичная обмотка трехфазного трансформатора, а к управляющим выводам подключен выход задающего генератора, последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов, генератора линейно изменяющегося напряжения, порогового элемента, ждущего мультивибратора, логического элемента НЕ, причем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выводам постоянного тока вспомогательного трехфазного тиристорного моста, а выход логического элемента НЕ

l образует выход датчика угла восстановления эапирания.

На фиг. 1 изображена схема преобразователя частоты, на фиг. 2 показано распределение импульсов управления основными тиристорами преобразователя и тиристорами датчика угла восстановления эапирания, на фиг. 3 даны эпюры напряжений, поясняющие принцип работы датчика угла восстановления запирания.

Преобразователь частоты содержит сглаживающий дроссель 1 в цепи питания, мост основных тиристоров 2-7, между выходными выводами которого включены коммутирующие конденсаторы 8-1О с параллельно подключенным к ним тиристорно-дроссельным регулятором 11, а также задающий генератор 12 .и блок. 13 обратной связи, включающий в себя блок 14 управления тиристорно-дроссельного регулятора.

Преобразователь частоты снабжен мостом диодов обратного тока 15-20, выво; ды постоянного тока которого подключены к выводам постоянного тока моста .основных тиристоров 2-7, выводы переменного тока подключены через дроссели 2123 к выходным выводам моста основных тиристоров.

Елок обратной связи 13 снабжен датчиком 24 угла восстановления эапирания и логическим блоком 25 в виде шести двухвходовых логических элементов 2631 И, причем входы датчика 24 угла восстановления запирания подключены к выходным выводам моста основных тиристоров 2-7, а выход этого датчика подключен к одному из входов шести двухвходовых логических элементов И 26«31, вторые входы каждого из которых под- ключены к соответствующему выходу блока 14 управления тиристорно-дроссельного регулятора.,5 7396

Датчик 24 угла восстановления эапирания выполнен в виде трехфазного трансформатора 32, первичная обмотка которого образует входные выводы дат чика 24 угла восстановления запирания, вспомогательного трехфазного тиристорного моста 33-38, к выводам переменно го тока которого подключена вторичная обмотка трехфазного трансформатора

32, а к управляющим входам подключен io выход задающего генератора 12, после- довательно соединенных формирователя .прямоугольных импульсов 39,. генератора линейного изменяющегося напряжения

40, порогового элемента 41, ждущего И мультивибратора 42, логического элемента 43 IE. Вход формирователя прямоугольных импульсов 39 подклкнен к выводам постоянного тока вспомогатель ного трехфазного тиристорного моста 33- щ

38, выход логического элемента 43 НЕ образует выход датчика 24 угла восстановления запирания.

При работе преобразователя в номинальномм режиме тиристорно-,дроссельный ре- 25 гулятор закрыт и баланс реактивной мощности устанавливается взаимодействием конденсаторов 8 -10 и дросселей 21-23, которые совместно с мостом диодов обратного тока 15-20 образуют систему Зо импульсной стабилизации напряжения. При резкой разгрузкепреобразователя высво- . бождающаяся реактивная мощность емкостного характера вызывает рост выходного напряжения. Однако система им- 3$ пульсной стабилизации ограничивает возрастание выходного напряжения, причем при высоком быстродействии в силу того, что осуществляется передачей избыточной реактивной мощности иэ одних фаз в 40 другие на частоте преобразователя . Одновременно начинает работать блок 14 управления тиристорно--дроссельного регулятора 11, причем таким образом, чтобы изменением фазы управляющих $ импульсов тиристоров регулятора 1 1 относительно фазы напряжения на выходе преобразователя создать необходимую реактивную нагрузку (индуктивного характера) для преобразователя и тем самым осуществить компенсацию излишней .реактивной мощности. В результате выходное напряжение преобразователя будет удержано нв заданном уровне с точностью, зависящей от параметров блока управления 14 и дросселей 21-23.

Функционирование датчика 24 угла восстановления эвпнрания рассмотрим. на одном иэ интервалов работы преобразователя, длительность которого равна 1/6 от периода выходной частоты. Допустим, что этот интервал начинается подачей импульсов управления иа тиристоры 3 и 4. В предыдущий интервал приводят тиристоры 4 и 7. После подачи импульсов управления начинается коммутация тирис- торов 3 и 7, причем тиристор 3 вступает в работу, а тиристор 7 заканчивает.

Если дпя упрощения пренебречь падением напряжения на тиристорах в прямом направлении, то в рассматриваемый интервал напряжение на гиристоре 7 будет таким же,как линейное напряжение

U с обратным знаком, так как вентиль

7 в это время включен между фазами и Я преобразователя. Одновременно с подачей импульсов на основные тиристоры 3 и 4 управляющие импульсы подаются нв тиристоры 37 и 38, которые откры-. ваются, и на входе формирователя прямоугольных импульсов 35 образуется однополярный импульс, длительность, которого равна углу восстановления запирвния тиристора 7. Аналогично в каждую шестую часть периода на выходе выпрямители появляются импульсы, длительность которых равна углу восстановления запирания соответствующего тиристсра. Формирователь прямоугольных импульсов 39 преобразует импульсы, поступающие с выхода выпрямителя, в прямоугольные импульсы, длительность которых равна углу восстановления запирания. Генератор линейно1 изменяющегося напряжения 40 формирует напряжение в интервале между импульсами. Поэтому величина уровня, до ко- . торого поднимается напряжение нв выходе генератора линейно изменяющегося

: напряжение будеттем больше, чем меныде . угол восстановления звпирания. При достижеПри положении нагрузки в силу инерционности блока 14 управления может

98 6 произойти уменьшение угла восстановления эапирання до некоторой минимально допустимой величины. В этом случае датчик 24 угла восстановления эапирания вырабатывает сигнал, запрещающий подачу управлявших импульсов на тиристорно дроссельный регулятор.

Выходное напряжение преобразователя через трансформатор 32 подается на. вспомогательный трвхфвзный тиристорный мост 33-38, управление которого синхронизировано с управлением основных тирнсторов 2-7 (см. фиг. 2).

7 7396 нии пилообразного напряжения уровня установки срабатывает пороговый элемент

41, который запускает ждущий мультивибратор 42, вырабатывающий прямоугольный импульс. Этот импульс поступает на вход логического элемента 43 НЕ, в результате чего логические элементы

И 26-31 оказываются запертыми и по" . дача импульсов управления на тиристо» ры регулятора 11 прекращается. Пода- 10 ча управляющих импульсов на тиристор"но--дроссельный регулятор 11 возобновится тогда, когда угол восстановления запирания станет больше допустимой величины. И

Область действия тиристорно-дроссельного регулятора, предназначенного для стабилизации выходного напряжения практически ограничено диапазоном медленно меняющихся нагрузок, так как быс- щ тродействие такой системы мало. Импульсный регулятор обладает высоким быстрдействйем, однако достигается это при больших пиковых нагрузках по току, элементов схемы. Объединение двух сис- 25 тем регулирования приводит к новому, отличному от суммарного, эффекту, который заключается в том, что высокое быстродействие, устойчивость и функциональная надежность достигается без пи- 30 ковых перегрузок по току.

Введение в блок обратной связи датчика угла восстановления запирания позволяет повысить точность стабилизации и коммутационную устойчивость. 35

Формула изобретения

1. Преобразователь частоты, содержащий сглаживающий дроссель в цепи питания, мост основных тиристоров, между выходными выводами которого вклк чены коммутирующие конденсаторы с параллельно подключенчым к ним тиристор- @ но-дроссельным регулятором, а также задающий генератор и блок обратной связи, включающий в себя блок управления тирис торно-дроссельного регулятора, включенйый между выходными выводами моста основных тиристоров и управляющими входами тиристорно-дроссельного регулятора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, 98 8 повышения быстродействия и функциональной надежности,он снабжен мостом диодов обратного тока, выводы постоянного тока которого подключены к выводам постоянного тока моста основных тиристоров, выводы переменного тока подключены через дроссели к выходным выводам моста ос-. новных тиристоров, а блок обратной связи снабжен датчиком угла восстановления запирания и логическим блоком в виде шести двухвходовых логических элементов И, причем входы датчика угла восстановления запирания подключены к выходным выводам моста основных тиристоров, выход этого датчика подключен к одному из входов шести двухвходовых логических элементов И, вторые входы каждого из которых подключены к соответствующему выходу блока управления тиристорнодроссельного регулятора.

2. Преобразователь по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что датчик угла восстановления запирания выполнен в виде трехфазного трансформатора,.первичная обмотка которого образует входные выводы датчика угла восстановления запирания, вспомогательного трехфазного тиристорного моста, к выводам переменного тока которого подключена вторичная обмотка трехфазного трансформатора, .а к управляющим выводам подключен выход задающего генератора, последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов„ генератора линейно изменяющегося напряжения, порогового, элемента, ждущего мультивибратора, логического элемента ИЕ, причем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выводам постоянного тока вспомогательного трехфазного тиристорного моста, а выход логического элемента HE образует выход датчика угла восстановления запирания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ковалев Ф. И. и др. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением. М., Энергия", 1972, с. 15.

2. Преобразовательные устройства в электроэнергетике. M., "Наука, 1964, с. 40.

3. Авторское свидетельство СССР

No. 521641, кл. Н 02 М 7/515, 1976.