Электропривод переменного тока

Электропривод переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

I ci

Союз Советских

Социалистических

Рвспублик

О П И С А Н И E

ИЗОБРЕТЕНИЯ (ii) 771840

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1йЛ978 (21) 2663625/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15,10.80. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 151т130 (53)М. Кл

Н 02 Р 7/42

Н 02 М 5/28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открыли и (53) УДК621.313..333:072.9 (088.8) В.И. Новиков, A.H. Коняев, Э.Х. Тасанг, Г.A. Пупынин-, В.М. Коровин, В.И. Воробьев и И.A. Дидореико (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ворошиловградский машиностроительный институт (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО TOKA

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока со статическим преобразователем частоты, обеспечивающим его устойчивую работу независимо от частоты питающего напряжения и режимов работы нагрузки, в частности, иа железнодорожном транспорте для созда 10 ния тяговой передачи мощности тепловозОв переменного тока, а также в электроприводах вспомогательных меха. низмов как тепловозов, так и электровозов.

Известен электропривод, содержащий преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный на встречно включенных блоках главных тиристоров,20 а также коммутирующие выпрямительные мосты, присоединенные к выходным и входным шинам преобразователя с подключением к их входам соответственно дросселя и узла искус=твенной ком-25 мутации с цепями разряда и перезаряда коммутирующего конденсатора (1) .

Недостатком такого устройства является сложность исполнения цепей сброса реактивной энергии, а также ухудшение формы выходного напряжения и КПД.

Сложность конструкции цепей сброса реактивной энергии заключается в том, что тиристоры, установленные в цепях сброса, к моменту очередного открытия главных тиристоров встречно включенных блоков необходимо принудительно запирать с помощью других дополнительных коммутирующих тиристоров.

В противном случае при определенной индуктивной нагрузке и очередном открывании, например, анодного блока (группы) силовых тиристоров, после запирания катодчого блока данной фазы, ток будет поступать через этот анодный блок и еще не закрывшиеся тиристоры, установленные в цепях сброса, на фазовую обмотку другой фазы, что недопустимо.

Кроме того при запиранни блока силовых тиристоров, например,катодного, в какой-либо фазе реактивный ток нагрузки замыкается сразу по двум другим обмоткам фаз электродвигателя, а должен замыкаться только через обмотку фазы, у которой в дан» ный момент времени открыт анодный блок силовых тиристоров. Это приво771840 дит к ухудшению формы кривой выходного напряжения и КПД преобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является частотно-регулируемый электропривод, содержащий трехфазный электродвигатель, фазные обмотки которого выполнены в виде двух параллельных секций, статический преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный в виде встречно-включенных блоков главных тиристоров входы которых связаны с трехфазной сетью, а выход каждого блока главных тиристоров соединен с одной из секций фазной обмотки электродвигателя, узел искусственной коммутации с цепями разряда и перезаряда коммутирующего конденсатора указанного узла, соединенного со входами блоков главных тиристоров статического преобразователя через неуправляемый выпрямительный мост,распределительные тиристоры (2j

Недостатком такого электропривода является сложность исполнения цепей сброса реактивной энергии, ухудшение формы кривой выходного напряжения, а также заниженный диапазон выходных частот и КПД.

Сложность исполнения цепей сброса реактивной энергии заключается в установке дополнительно трех диодов реактивного тока. Кроме того, в процессе разряда реактивной энергии с одной секции фазной обмотки на другую секцию этой обмотки при отключении одного из встречно-включенных блоков тиристоров и подключении другого в ней возникают значительные броски тока и напряжения, приводящие к ухудшению формы кривой выходного напряжения, а незначительный сброс ф) реактивной энергии во время выключенного состояния главных тиристоров встречно-включенного блока понижает частотные свойства преобразователя.

Ограничение верхнего диапазона частот объясняется тем, что перезаряд коммутирующего конденсатора коммутационного узла осуществляется током нагрузки (через обмотку двигателя) и,например, при малых нагрузках конденсатор вообще может не успеть перезарядиться и его напряжение будет недостаточно к очередной коммутации. Кроме того., перезаряд конденсатора через сеть понижает КПД коммутационного узла и, следовательно, преобразователя.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции электропривода и повышение КПД.

Поставленная цель достигается тем, что распределительные тиристоры соединены по схеме выпрямительного моста, аноды и катоды распределительных тиристоров подключены к точкам соединения анодов и к точкам соединения катодов главных тиристоров, а общие точки соединения анодов и катодов распределительных тиристоров замкнуты дополнительно введенным дросселем, средняя точка .которого подключена к коммутирующему конденсатору узла искусственной коммутации статического преобразователя частоты.

Кроме того, узел искусственной коммутации снабжен дополнительными разрядными анодными и катодными группами вентилей с последовательно включенными с ними тиристорами, причем аноды и катоды этих групп подключены соответственно к точкам соединения катодов и анодов главных тиристо» ров встречно-включенных блоков и к . однополярным выводам секций фаэных обмоток электродвигателя, а общая точка соединения катодной дополнительной группы вентилей через тиристор, включенный в проводящем направлении, и общая точка анодной группы вентилей через тиристор, включенный в непроводящем направлении, подсоединены соответственно к общим точкам соединения катодов и анодов неуправляемого выпрямительного моста.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема электропривода со статическим преобразователем с непосредственной связью и искусственной коммутацией; на фиг. 2 — диаграмма распределения управляющих импульсов на тиристорах преобразователя; на фиг.З графики напряжения и тока в секциях фазной обмотки электродвигателя.

Электропривод содержит электродвигатель, к каждой фазе выходной обмотки 1, 2, 3 которого подключены встречно-включенные блоки 4-9 на управляемых вентилях (фиг. 1). Каждая фаза выходной обмотки электродвигателя выполнена в виде двух параллельно соединенных секций 10, 11, причем фазы включены звездой. Однонолярные выводы каждой секции 10, 11 выходной обмотки подсоединены к анодам и катодам тиристоров встречно-включенных блоков 4, 5, другие однополярные выводы каждой секции укаэанной обмотки замкнуты дросселями 12, 13, средние точки которых соединены между собой.

Общий узел 14 искусственной коммутации состоит из тиристоров 15-18 узла подзаряда коммутирующего конденсатора 19 через дроссель 20,подзаря,да, диодов 21-24, служащих для отвода избыточной энергии, накопленной .в коммутирующем конденсаторе 19,коммутирующих тиристоров 25, 26 и дросселя 27. Подзаряд коммутирующего конденсатора 19 осуществляется от вспомогательного источника, Подключается узел 14 искусственной коммутации к тиристорам встречновключенных блоков 4-9 с помощью неуправляемого выпрямительного моста

771840

28 и к распределительному выпрямительному мосту 29 через дроссель 30.

Цепь форсированного разряда и перезаряда коммутирующего конденсатора состоит иэ катодной 31 и анодной

32 групп вентилей, включенных последовательно с тиристорами 33, 34.

Электропривод работает следующим образом.

При включении главных тиристоров какого-либо встречно-включенного блока реактивный ток нагрузки, вызванный ЭДС самоиндукции данной секции фазной обмотки, протекая в прежнем направлении, замыкается через распределительный выпрямительный мост 29 и дроссель 30 только на секцию той фазы, у которой в данный момент времени открыт питающий ее силовой вза— имообратный блок тиристоров. Тем самым обеспечивается непрерывность реактивного тока нагрузки через распределительный выпрямительный мост, а энергия, накопленная в магнитном поле отключаемой секции фазной обмотки, полезно рассеивается на работающую в данный момент секцию другой фазы. Сбрасывание реактивной. энергии через дроссель 30 уменьшает броски тока и напряжения в момент отключения секций.

Особенность работы узла искусственной коммутации заключается в том, что после подачи управляющих импульсов на определенные коммутирующие

25, 26 и распределительные тиристоры выпрямительного моста 29 спустя вРемя задержки а| 3 t K ЗАп гд

+ — время деионизации тиристоров силового блока,К „д- коэффициент запаса, подаются управляющие импульсы на дополнительные тиристоры 33 или

34, вызывая форсированный разряд и перезаряд коммутирующего конденсатора по дополнительным контурам,минуя нагрузку, при которых коммутационные процессы не зависят от величины и характера нагрузки преобразователя. При этом уменьшается время разряда и перезаряда коммутирующего конденсатора через нагрузку и сеть, что позволяет расширить диапазон выходных частот и повысить КПД статического преобразователя частоты с искусственной коммутацией.

Рабочий процесс преобразователя частоты при заданном периоде выходной частоты и определенном угле регулирования А фазосдвигающего устройства регулятора напряжения в секциях одной из фаз (например 1) электродвигателя .протекает следующим образом (фиг. 2).

Пусть в момент времени 6„;фиг. 3) подаются управляющие импульсы на тиристоры блоков 4, 7, 8 и ток нагрузки i..проходит от одной из фаз через секцйю 10 фазной обмотки 1 и секцию

11 фазной обмотки 2 к другой фазе.

С момента 12до момента открыты ти- ристоры двух анодных блоков 7, 9 и блока 4, и ток нагрузки и напряжение возрастают. В оставшееся время полупериода выходной частоты открыты тиристоры блоков 4, 6, 9, и напряжение и ток а.ю нагрузки в секции фазы 1 уменьшаются. Перед гашением главных тиристоров катодного блока 4 в момент времени Ф за 30 электрических до момента коммутации t< главных тиристоров блока 4 открываются подзаряд.— ные тиристоры 15, 18 и происходит подзаряд коммутирующего конденсатора 19 с полярностью, указанной на фиг. 1. B момент времени 15 прекра15 щается подача управляющих импульсов на главные тиристоры блока 4 и спустя 15 электрических в момент по6 даются узкие импульсы управления на коммутирующие тиристоры 25 и 35-40

Щ) распределительного выпрямительного моста 29. Коммутирующий конденсатор

19 разряжается через проводящий в данный момент времени тнрнстор блока

4 во встречном направлении по цепи: конденсатор 19, дроссель 30, тирис.тор 35,тиристор блока 4, диод неуп равляемого выпрямительного моста 28, тиристор 25, дроссель 27. При этом результирующий ток проводившего в момент времени +б тиристора блока 4 уменьшается до нуля, после чего конденсатор перезаряжается током нагрузки от сети через секции 10, 11 фазных обмоток 1, 3 и открытый в дан35 ный момент главный тиристор анодного блока 9. В процессе перезаряда к главному тиристору блока 4 прикладывается обратное напряжение в течение времени деионизации тиристора, и он запирается. Приложение к главному

40 тиристору полного обратного напряжения конденсатора уменьшает время и улучшает условия восстановления им запирающих свойств в отличие от схем с шунтированием силового тиристора обратным диодом или тиристором.

Спустя времяь --t. K >A„ после подачи управляющих импульсов йа коммутирующий 25 и распределительные 35-40 тиристоры в момент времени 1 подаются управляющие импульсы на тнристор

33, вызывая,при этом форсированный разряд и перезаряд коммутирующего конденсатора по цепи: конденсатор 19, дроссель 30, тиристор 35, диод катодной. группы, тиристоры 33 и 25, коммутирующий дроссель 27, конденсатор

19. По мере перезаряда конденсатора в момент равенства токов цепи форсированного перезаряда и цепи перезаряда через нагрузку ток тиристора 33

60 становится равным нулю,, и ок запирается. Дальнейший дозаряд конденсато.ра происходит по цепи нагрузки, после чего выключается тиристор 25.

После выключения силового тирис65 тора блока 4 реактивный ток нагруз771840 ки секции 10 фазной обмотки 1, протекающий в прежнем направлении, замыкается только через работающую в данный момент времени секцию 11 фазной обмотки 3, тиристор 40 на дроссель.

30, обеспечивая его непрерывность, а протекая по секции 11 фазной обмотки

3, создает рабочий намагничивающий .магнитный поток, тем самьъ1 повышая

КПД и частотные свойства преобразователя. В момент времени 1, спустя время о к

ht =- 15 электрических, открываются главные тиристоры встречно-включенного блока 5 и рабочий процесс преобразователя повторяется,но только для секции 11 фазной обмотки 1, формирую- 15 щей в ней магнитный поток встречного направления. Точный момент открытия

THpHcTopGB определяется углом регулирования <А системы импульсно-фазового управления регулятора напряжения, Щ в связи с этим будет изменяться и форма выходного напряжения преобразователя. Задержка подачи управляющих импульсов встречно-включенных блоков

4 и 5 на время h4 = 15 электрических, р вызвана необходимостью исключения появления значительных токов в тиристорах блоков за счет одновременной их работы, при которой ток фазной обмотки ограничивается только ее активными сопротивлениями секций,так как индуктивность обмотки при этом весьма мала. Силовые дроссели 12, 13 небольшой индуктивности также способствуют уменьшению токов при замыкании магнитных потоков секций и, кроме того, ограничивают разрядный ток коммутирующего конденсатора,что позволяет уменьшить его емкость.

При протекании тока нагрузки через секцию 11 фазной обмотки 1, ЭДС 4Q взаимоиндукции в секции 10 этой фазной обмотки после запирания тиристороВ блока 4 и открытых еще тиристоров 35, 40 выпрямительного моста не замыкается на секцию 11 фазной обмот.— ки 3, так как отрицательныи потенциал анодов этих тиристоров вьпае отрицательного потенциала катодов.Noмент запирания tg тиристоров 35,40 выпрямительного моста определяется временем разряда реактивной энергии, запасенной в секции 10 фазной обмотки 1, то есть равенством суммарной

ЭДС самоиндукции секции 10 после отнлючения главных тиристоров блока 4 и ЭДС взаимоиндукции секции 11 после включения блока 5 с напряжением

На секции 11 фазной обмотки 3.

Аналогично осуществляется процесс коммутации в других фазных обмотках

2 и 3 электродвигателя, импульсы уп- 60 равления на которые подаются со сдвигом 120 эл

Наличие у преобразователя отдельного узла общей искусственной коммутации с отдельным источником подзаряда коммутирующего конденсатора позволяет надежно осуществлять коммутацию при любом законе частотного управления и независимо от входного питающего напряжения сети, особенно при питании от тяговых синхронных генераторов тепловозов, у которых напряжение на выходе непрерывно изменяется примерно в 10 раз в любую сторону от номинального. Для улучшения формы Внходкого напряжения можно применить импульсно-фаэовое регулирование выходного напряжения с модуляцией его по модулирующей частоте по треугольному или синусоидальному закону.

Применение импульсно-фазового управления силовых тиристоров позволяет уменьшить мощность коммутационных потерь переключения и скорости нарастания анодного тока тиристоров, влияние коммутационных импульсов на величину и форму выходного напряжения, уменьшить величину коммутирующей емкости и снизить влияние коммутационных помех на сеть, ввиду того, что не все тиристоры одновременно отключаются от сети.

Формула изобретения.

1. Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный электродвигатель, фазные обмотки которого выполнены в виде двух параллельных секций, статический преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный в виде встречно-включенных блоков главных тиристоров, входы которых связаны с трехфазной сетью, а выход каждого блока главных тиристоров соединен с одной из секций фазной обмотки электродвигателя, узел искусственной коммутации с цепями разряда и перезаряда коммутирующего конденсатора указанного узла, соединенного со входами блоков главных тиристоров статического преобразователя частоты через неуправляемый выпрямительный мост, распределительные тиристоры, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, распределительные тиристоры соединены по схеме выпрямительного моста, аноды и катоды распределительных тиристоров подключены к точкам соединения анодов и к точкам соединения катодов главных тиристоров, а общие точки соединения анодов и катодов распределительных тиристоров замкнуты дополнительно введенным дросселем, средняя точка которого подключена к коммутирующему конденсатору узла искусственной коммутации статического преобразователя частоты.

2. Электропривод переменного тока по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД узел

771840

l0 искусственной коммутации снабжен дополнительными разрядными анодными и катодными группами вентилей с последовательно включеннымн с ними тиристорами, причем аноды н катоды этих групп подключены соответственно к точкам соединения катодов и анодов главных тиристоров встречно-включенных блоков и к однополярным выводам секций фазных обмоток электродвигателя, а общая точка соединения катодной дополнительной группы вентилей через тиристор, включенный в проводящем направлении, и общая точка анодной группы вентилей через тиристор, включенный в непроводящем направлении, подсоединены соответственно к общим точкам соединения катодов и анодов неуправляемого выпрямительного моста.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 269287, кл. Н 02 М 5/28, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 653711, кл. Н 02 Р 7/42, 1976.