Преобразователь частоты с непосредственной связью

О П И С А Н И Е56160ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт (22) Заявлено 29.05.73 (21) вид-в Ч 5,51) М. Кг 1,- Н 922972 0 присоединением заявки Хе Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретенийи открытий(088.8) та опубликования описания 04.10.76 Авторыизобретения В, А. Фокин, В. А. Кравцов, Е, В. Павлова, В, А. Чикина и В. Г, Басо 71) Заявитель Запорожский машиностроительный институт им. В. Я. Чубаря(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТО НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ Изобретение относится к области преобразовательной техники, а именно к преобразователям частоты, применяемым для управления асинхронными трехфазными двигателями и может найти применение в электроприводах с упомянутыми двигателями,Известный прсобразователь частоты с непосредственной связью содержит трехфазный трансформатор и два диодных воста, зашунтированных тиристорами. В этом преобразователе первичная обмотка трехфазного трансформатора подключена к сети переменного тока. Трехфазная нагрузка подключена к средним точкам каждой фазы, разделенной на две одинаковые секции вторичной обмотки трансформатора. Поочередное замыкание начал либо концов такой секционированной вторичной обмотки трансформатора шунтированием упомянутых выше трехфазных мостов приводит к циклическому изменению на сто восемьдесят градусов напряжения на нагрузке. Частота основной составляющей несинусоидального напряжения на нагрузке определяется разностью частоты циклов шунтирования (комутации) трсхфазпых диодных мостов и частоты питающей сети, а наисньпая частота помехи - - их суммой.Один из псдостс 1 тОв известного прсооразоватсля частоты состоит в прерывистом характере тока срез:.аждую из трсхфазнь 1 х секций вторичной обмотки используемого там трансформатора. Когда шунтировацисм одного из двух трехфазных мостов объединяются в нулевую точку одноименные зажимы одной из двух секций трсхфазнои вторичной обмотки трансформатора, трехфазная нагрузка получает питание от этой секции вторичцои обмотки, между тем адругая сс ссция (одноименные зажимы которой в этот прозсжуток ц времени не зашунтированы через посредствосоответствующего трехфазного диодного моста и тиристора) оказывается обесточенной.Учитывая активпо-индуктивный характер реальной относительно мощной нагрузки (уста павка электромагнитного псрсмсшпвацпя жидких металлов, асинхронный элетропривод и т. д.) можно утверждать, что при последующем замыкании накоротко группы одноименных зажимов другой ранее разомкнутой сск ции вторичной обмотки трансформатора ток вней, плавно нарастая по эспоненциальному закону, не успеет достигнуть сколько-нибудь значительнои величины за весьма короткий (менее дссяти хиллисск нд) промсжутовре мспи ПОДл 10 чснпя цаГруз.и этОЙ секции,Это неудобно при питании от преобразователя Относительно мопного поробис,51.Другой недост;посостоит и том, что приработе преобразователя па входе того трек фазного дподцого моста. который соединен с3одноименными зажимами обесточенной секции трсхфазной вторичной обмотки даже без учета переходных процессов должно появиться удвоенное по величине напряжение по сравнению с соответствующим напряжением на нагрузке, что приводит к повышению типовой мощности и понижснию надежности полупроводниковых элементов преобразователя.Целью изобретения является повышение энергетических показателей преобразователя. Указанная цель достигается тем, что преобразователь содержит две пары трехфазных трансформаторов, первичные обмотки каждой пары которых соединены пофазно последовательно в два треугольника, одни концы вторичных обмоток каждого из трансформаторов первой пары соединены с включенными в треугольник вторичными обмотками каждого из трансформаторов второй пары, а другие концы вторичных обмоток первой пары трансформаторов подключены к противоположным концам фазных обмоток асинхронного двигателя, причем каждая из соединенных в треугольник вторичных обмоток одной пары трансформаторов и дополнительных не связанных с нагрузкой вторичных обмоток другой пары трансформаторов подключена на вход соответствующего модулятора.На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг. 2 - диаграммы переключений модуляторов,Преобразователь частоты содержит четыре попарно одинаковых трансформатора 1 - 4 и четыре полупроводниковых модулятора 5 - 8, Каждая из вторичных обмоток 9 и 10 трансформаторов 1 и 2 соединена треугольником, и каждая из вторичных обмоток 11 и 12 трансформаторов 3 и 4 - звездой. В разомкнутую нулевую точку вторичной обмотки 11 или 12 включена соединенная треугольником соответствующая вторичная обмотка 9 или 10. Между другими одноименными зажимами вторичных обмоток 11 и 12 включены соответствующие фазы трехфазной обмотки 13 статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 14. Первичные обмотки 15 и 16 трансформаторов 1 и 2, также как и первичные обмотки 17 и 18 трансформаторов 3 и 4 соединены пофазно последовательно в общие для них схемы треугольника.Одноименные зажимы вторичных обмоток 11 и 12, так же как и зажимы соединенных треугольником обмоток 9 и 10 подключены на вход одного из четырех полупроводниковых модуляторов 5 - 8, представляющих собой трехфазные диодные мосты, анодная и катодная группа которых шунтируются соответствующим тиристором 19 - 22.Если не учитывать указанного выше соединения вторичных обмоток 9 и 10 с модуляторами, то следует заметить, что каждая фаза обмотки3 статора соединена последовательно с такими фазами вторичных обмоток 11 и 12, соответствующие фазы первичных обмоток которых соединены между собой последователь 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 но и образуют одну из сторон оощсго для нихтреугольника, другим зажимом каждая из фазвторичной обмотки 11 (12) подключена к такому зажиму вторичной обмотки 10 (9), который пе соединен непосредственно с фазойтреугольника вторичной обмотки трансформатора2 (1), соответствующая фаза первичной обмо гки 16 (15) которого подключена к питающей сети точно так же, как и соответствующая фаза первичной обмотки 17 (18), приэтом угол сдвига по фазе между напряжениями соответствующих фаз, соединенных указанным образом вторичных обмоток 10 и 11(а также обмоток 9 и 12) будет составлять90.В том случае, когда заперты все тиристорыкоммутаторов, напряжение на зажимах каждой фазы обмотки двигателя равно нулю изза идентичности характера соединений соответствующих фаз как обмотки 10 с обмоткой11, так и обмотки 9 с обмоткой 12, а такжеиз-за взаимно встречного характера соединения соответствующих фаз обмоток 11 и 12(9 и 10).Из принципиальной схемы преобразователяследует, что открытому состоянию тиристора20 соответствует короткое замыкание вторичной обмотки 10 трансформатора 2, в этом случае входное сопротивление первичной обмотки 16 будет чрезвычайно малым и потомупрактически все напряжение питающей сетибудет приложено к первичной обмотке 15 другого трансформатора, на вторичной обмотке 9которого будет тогда наибольшее напряжение,подаваемое через последовательно соединенную вторичную обмотку 12 к первой группеодноименных зажимов статорной обмотки 13двигателя,При последующем отпирании тиристора 19происходит запирание тиристора 20 обратными напряжениями на коммутирующихконденсаторах, замыкается накоротко вторичная обмотка 9, что в конечном итоге приводитк подаче наибольшего напряжения к левойгруппе одноименных зажимов статорной обмотки 13 от вторичной обмотки 10 трансформатора 2 через последовательно соединеннуювторичную обмотку 11 трансформатора 3.Аналогичные процессы перераспределениянапряжений между оомотками трансформаторов 3 и 4 происходят при поочередной коммутации тиристоров 21 и 22, шунтирующих диодные мосты 7 и 8, к входу которых подключенытрехфазные обмотки 11 и 12, не имеющиеэлектрической связи с нагрузкой (статорнаяобмотка 13 двигателя),При работе предлагаемого преобразователячастоты его полупроводниковые модуляторы5 - 8 переключаются согласно диаграммамфиг, 2.На фиг. 2,а приведена диаграмма переключений модуляторов 5 - б; на фиг, 2 б - модуляторов 7 и 8.Положительные импульсы соответствуютразомкнутому состоянию модуляторов 5 и 7(в эти отрезки времени замкнуты накоротко анодная и катодная группы модуляторов 6 и 8), а отрицательные - разомкнутому состоянию модуляторов б и 8(в эти отрезки времени замкнуты модуляторы 5 и 7). Из диаграмм следует, что переключение коммутаторов производится с частотой циклов так, что включенное состояние каждого из модуляторов продолжается половину времени периода коммутации, что соответствует углу л; сдвиг во времени между очередными переключениями модуляторов 5 или 6 по сравнению с модуляторами 7 и 8 составляет четвертую часть периода коммутации, что соответствует углул/2.Такой закон управления модуляторами 5 и 8 реализуется использованием пересчетного делителя импульсов задатчика на четыре, а с выхода отдельных ячеек такого делителя отпираюшие импульсы через усилители мощности и импульсный трансформатор подаются на один из тиристоров 19 - 22 (нечетные ячейки посылают импульсы тиристору 19 или 21, а четные - тиристору 20 или 22); при отпирании очередного тиристора происходит одновременное запирание с помощью коммутирующих конденсаторов тиристора, парного ранее замкнутому модулятору. Если выбрать число витков вторичных обмоток 9 и 10, в ) 3 раз большими чисел витков обмоток 11 и 12, то из диаграмм переключений модулятора и принципиальной схемы следует, что напряжение на одной из фаз статорной обмотки асинхронного двигателя будет определяться выражением;У,=У у,(И) соза 1+У,у,(И) з 1 пщ, (1) где р(й 1) и у,(Ы) - переключающие функции, для которых эпюры и соответствующие им аналитические выражения приведены на фиг. 2, После подстановки этих выражений в вышеприведенное уравнение имеем:У, = - У, з 1 п(Й - а) 1+ У, з 1 п )(4 4Зт Х (Зй + а) 1 + У,з 1 п (52 - в) 1 + 25 30 35 40 45+ - У, з 1 п(72+в)+ 4 Напряжения на двух других фазах двигателя будут представлены аналогичными слагаемыми, сдвинутыми на угол -+120 по отношению к соответствующим слагаемым приведенного выше выражения. Выражение (2) свидетельствует о достаточно хорошем спектральном составе фазы выходного напряжения преобразователя даже в режиме холостого хода. В связи с активно-индуктивным характером нагрузки ток в каждой фазе статора двигателя будет еще ближе к синусоидальной форме, поскольку данке ближайшая слагаемая помехи, имея относительно высокую частоту, легко подавляется. Формула изобретения Преобразователь частоты с непосредственной связью, нагрузкой которого является трехфазный асинхронный двигатель, содержащий трехфазные трансформаторы и трехфазные модуляторы, выполненные на трехфазных диодных мостах, шунтированных тиристорами, отличающийся тем, что, с целью повышения энергети веских показателей преобразователя, он содержит две пары трехфазных трансформаторов, первичные обмотки каждой пары которых соединены пофазно последовательно в два треугольника, одни концы вторичных обмоток каждого из трансформаторов первой пары соединены с включенными в треугольник вторичными обмотками каждого из трансформаторов второй пары, а другие концы вторичных обмоток первой пары трансформаторов подключены к противоположным концам фазных обмоток асинхронного двигателя, причем каждая пз соединенных в треугольник вторичных обмоток одной пары трансформаторов и дополнительных несвязанных с нагрузкой вторичных обмоток другой пары трансформаторов подключена на вход соответствующего упомянутого модулятора.,Т," 5 1 Риг 2 оставитель В. КузнеТехред Т. Курилко Корректор А, Дзесова Левято едакт Подписное Тираж 882митета Совета Министровтений и открытий, Раушская наб., д. 4/5 шографпя, пр. Сапунова, 2 Заказ 2051/7ЦНИИП Изд. М Государстве по дела 3035, Моск