Непосредственный преобразователь частоты

ОП ИСА НИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ53 ф 159 Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Государственный комитетСовета Министров СССРоп делам изобретенийи открытий 5,10.76, Бюллетень38(088.8) публикова ования описания 09.11.".6 ата опубл Н. В. БУтаковт, Кулин В. А. Фокин,СТИТУТ ИМВ .ст 1) Заявитель 2 ПОРОЖСКИЙ МаШИНОс ительныи 54) КЫССРБДЛЕЫ 1-1 Ь 1, Г.1 БОЬМЗСВ 1 ГЛЬ 1 АССОт электротехнике образователей ч связью и и к сс 1 с Изобретение относится ки разделу тиристорных пре 2 стоты с непосрсдственноп у твенной ком мутац 1;ей.Известны непосредствснные преобразователи частоты с искусстденной коммутацией, содержащие коммутирующие конденсаторы, располоуксннье между дВумя согласно В 1(лючснными выпряхительными Остам 51, один которых на стороне переменного тока соединен с входными, а другой - с Выходными шинами преобразователя, Б этом преобразователе параллельно вьс(прямительному мосту, соединенному с входными шинами преобразователя, подключен тирнстор, а параллельно второму выпрями.сльному мосту подключен дроссель. Однако в нем коммутирующие конденсаторы со знаконеремепным напряжением подключаются на определенное время непосредственно к выходу полупроводникового коммутирующего моста, вход которого соединен непосредственно с трехфазным активно-индуктиВНЬ;м истОчникОм Тран форматор, синхронный генератор) энерпп 1. Б момент времени, непосредственно следующий за запиранием главных тиристоров питающая сеть через подсоединенный к ней коммутирующийоказывается нагруженнон оано включенным с ней мощным источником энергии - заряженными коммутирующими кондснсаторами; в соотвстствующпи этому моменту времени ток первичного источника энергии значптслы;о превышает аваршИьй ТОК КОРОТ 1:.ОГО 32 МЫ 1:.2 НПЯ, т 1 ТО ПР 1 ВОДПГ К резкому паденшо выходного напряжения первичного источника энергпп и к рез(0 му Возрасташцо реактпвнои эперпги запасаемон В эквнвалентной индуктнзностп, соответствующей в, угренпему сопротиьлению пер ичсюго источн 11 ка энерг 1 и, 2 также кснерпроданнО в питаОцуО сеть из выходнон цспп коммутирующего мола недопустимо оольшой мощ- О н пс(ажсн 1 я. В посг 1 еду 10 щий за эт 1 х 1 НтерВ 2; Времени имеет место КО- , соатсльный процесс перезарядки коммутирующих кондснса горов через эквивалентную индуктивность первичного источника энергии с Внутренним активно-индук-ивным СопроТИВЛСНИЕМ. 11 роцССС ПерСЗарс 1 дКИ З 2 К 2 НЧ 1122 ЕТСЯ, ПОС 1 Е ПЗРс 1 СХОДОВан 1 Я ой ОЧСНЬ большой реактиы 1 ои энср 1 И 1, которая была запасена в э видалснтнои инду (тндности внутрепнсго сопротивления грех(112 зного первичного:1:точника энергии, и досжсния на- ПРЯЖСНГЕМ Нс ЭКДДа,СНТНОИ ИНДУ К П 11;ОСТИ (Т 2 К ЖС КанРСЗУЛЬТИР 10 Щ 11 М Нс 1 ПР 51 ЖЕП 1- е.; первичного источника энергии) наибольц его значения. Диапазон измсненпя нанря- ЖЕННЯ Н 2 ЭКВ 11 дс.1 ЕНТ 5 Ои 1 НД 1 КТЬПОСТИ ДНУТ- рсннего сопротивления первичного нсточни3ка энергии (равно, как и ооусловленный этим диапазон изменения результирующего напряжения на входе преобразователя частоты) тем больше, чем больше эквивалентная индуктивность внутреннего сопротивления трехфазного первичного источника энергии (т. е. чем больше индуктивности рассеяния питающего трансформатора или синхронного генератора) и чем больше разница между величинами тока первичного источника энергии в начале и в конце процесса перезарядки коммутирующих конденсаторов.Из изложенного следует, что крайне неблагоприятные условия работы узла коммутации в известном преобразователе неизбежно приводят к недодустимо большим колебаниям его ьходного напряжения в продолжение интервала перезарядки коммутирующих конденсаторов, когда они подключены к питающей сети через полупроводниковый коммутирующий мост; это приводит к недопустимым превышениям напряжения на входе главных тиристорных мостов, к опасности отпирания их в неподходящий момент и к пробою. Другое нежелательное следствие описанного коммутационного процесса - относительное увеличение времени открытого состояния коммутационных тиристоров (эти тиристоры должны быть открытыми до тех пор, пока не будет передана в коммутирующие конденсаторы реактивная энергия, запасенная ранее в эквивалентной индуктивности внутреннего сопротивления,первичного источника энергии).Описываемый непосредственный преобразователь позволяет существенно ограничить пределы изменения тока первичного источника энергии в процессе перезарядки коммутирующих конденсаторов и тем самым существенно ограничить пределы изменения напряжения на входе преобразования, а также производить сброс реактивной энергии, запасенной в эквивалентной индуктивности первичного источника, в продолжение всего времени отключенного состояния нагрузки от питающей сети по цепи, не содержащей коммутирующих тиристоров, что повышает его надежность. От известного описываемый преобразователь отличается тем, что в нем первый диодный мост, входные зажимы которого соединены с первичными,шинами преобразователя, зашунтирован дополнительным конденсатором, второй диодный мост, входные зажимы которого непосредственно соединены с нагрузкой и средними точками шунтирующих дросселей, зашунтирован цепочкой из дросселя и тиристора, а третий диодный мост, входные зажимы которого соединены с крайними зажимами шунтирующих дросселей тиристорных мостов, зашунтирован цепочкой из трех тиристоров, между точками взаимного соединения которых и зажимами шунтирующего тиристора второго диодного моста соединены два коммутирующих конденсатора, а между катодными группами первого и третьего диодцых мостов включена индуктивность,5 1 О 15 20 -д 9,: 30 3: 40 45 50 55 60 65 На чертеже показана принципиальная электрическая схема описываемого преобразователя.Он содержит подключенные стороной переменного тока к сети трехфазные мосты 1 - 3 из силовых тирнсторов, анодные и катодные группы которых зашунтированы индуктивностями 4 - 6 с выводами посередине для подсоединения трехфазной связанной нагрузки 7 и на вход переменного тока диодного моста 8; анодные группы силовых тиристорных мостов соединены с катодной 9, а катодные группы силовых тир исторных мостов - с анодной 1 О группой диодов другого моста. Непосредственно к трехфазной питающей сети подключен третий мост из неуправляемых вентилей, между катодной 11 и анодной 12 группами которого присоединен конденсатор 13. Лнодная и катодная группы диодного моста 8 посредством нндуктивности 14 зашунтированы тиристором 15. Между катодной 9 и анодной 10 группами другого диодного моста подсоединена цепочка из последовательно соединенных тиристоров 16, 17 и 18; между анодом тиристора и общей точкой последовательного соединения тиристоров 16 и 18 соединен коммутирующий конденсатор 19, а между катодом тиристора 15 и общей точкой соединения тиристоров 18 и 17 - коммутирующий конденсатор 20, Между катодными группами 9 и 11 второго и третьего диодных мостов подсоединена индуктивность 21, а анодные группы 10 и 12 этих мостов соединепы непосредственно.Преобразователь рассчитан на циклическое скачкообразное изменение фазы питающего напряжения, прикладываемого к трехфазной нагрузке, что достигается циклическим подключением фаз нагрузки к различным линейным проводам питающей сети с помощью соответствующего сочетания силовых тиристоров трехфазных мостов 1 - 3. При подключенном состоянии нагрузки токовая цепь нагрузки проходит как через один силовой тиристор анодной (или катодной) и два тиристора катодной (или анодной) групп мостов 1 - 3, так и шутирующие эти мосты индуктивности 4 - 6, к средним точкам которых подсоединена трехфазная нагрузка 7. В этот отрезок времени закрыты все коммутирующие тиристоры 15, 16, 17 и 18. В следующий отрезок диодный мост 8 посредством индуктивности 14 замыкается накоротко тиристором 15, одновременно подаются отпирающие импульсы на управляющие электроды тиристоров 16 и 17, что приводит к появлению проводящих контуров: катодпая диодная группа 9, тиристор 16, конденсатор 19, тиристор 15, конденсатор 20, тиристор 17, анодная диодная группа 10, индуктивости 4 - 6; катодная диодная группа 9, тиристор 16, конденсатор 19, тиристор 15, конденсатор 20, тиристор 17, анодная диодная группа 12, открытые тиристоры анодной группы силовых тиристорных мостов 1 - 3; левый электрод (с положительным зарядом) кон 5321595 10 5 20 25 50 35 О -5 50 г; ои денсатора 13, индуктивность 21, тиристор 16, конденсатор 19, тиристор 15, конденсатор 20, тиристор 11, правьи лекрод конденсатора 13; катодная группа диодов 11, индуктивность 21, тиритор 1 о, конденсатор 19, тиритор О, конденсатор 20, тиристор 17, анодная группа диодов 2. В связи с тем, что в прсдшссВующий отрезок времени конденсаторы зарядились до напряжения так, что их правые зажимы получи.;и положительный заряд, э 0 приводит к запиранию открытых Одного или двух) силовых тиристоров анодной группы соотвествующих (одноо или двух) мостОВ 1 - 3 ОораГным нанр 51 жснисм коммуГирующих конденсаторов, осле запирания силовых тириторов происходит колебательный процесс 11 срезарядки коммутирующих конденсаторов н и о по третьему контуру поскольку кондснатор 13 в редшс 1 вующий интервал времени зарядился от диодного моста с гру 1 шами 11 и 2 и имеет наиоольшее напряжение к моменту начала рассматриваемого коммутационного ин 1 срвала, по сравнению с источниками эперг 1 и В 1 ре.х других приведенных выше контурах) . 1 оско,1 ьку кондснсатор 13 постоянно подключен между катоднои 1 и анодноп 12 группами диодного моста, непосредственно соединенного с линейными проводами питающси сети, то ко;1 сбательного процесса перезарядки конденсатора 13 до напряжения противоположной полярноси не происходит; вместо э 1 оо имеет место циклическое уменьшение величины напряжени 51 кондснсатора 13 ( осз измснсния с 10 знака), Ооусловлсннос Г 1 средачсй часги за 1 ассннои В нем энерГИН ко,1 сбатсльному контуру из индуктивносги 21, и коммутирующих конденсаторов 19 и 20; если нрР 1 этом процесс псрсзар 51 дкР кох 1 мутиру 10 щих конденсат ГороВ 9 и 20 нс заканчивается, то он может продолжагься по первому контуру через индук РВносгн ч - о до полного напряжения протииоположно полярности зарядов на этих конденсаторах, что приводит к прекращению тока черо, Гириторы 1 О и 1( и запиранию их.1 олс запирания тиригоров лиоо одного тиритора) аноднои группы тирисорных мос 1 ов- о исключается возможность прохожДСНИ 5 Тог,а В 5111 ГРУЗКУ ТО,1 ЬКО ЧЕРСЗ ТИРИСТО- ры катодных груш; этих мостов и последние также заНРра 1 отя, нарузка ( замыкается накоротко диодным мостом ь при помощи шуп 1 ирующсР его це 110 чки из индуктиВностии ОткрыГ 010 тиристора 10. Запи 11 анис силовых тиристоров мостов 1 - 3 приводит к разрыву токовои цепи через источник трехфазного напряжения, подключенный к шинам питающей сети.Учитывая активно-индуктивный характер внутреннего сопротивления источника трехфа.ного на 1 р 5 женР 151, следует ожР 1 даь резкого увелиения напряРксни 51 на шинах, питаюРцего преобразователь трехфазной сети, обусловленного соросом реакгивнои энергии из эквивалентной индуктивности источника энергии, запасенной там перед отключением источника от нагрузки.Реактивная энергия, запасенная в эквивалентной вну гренней индуктивности первичного многофазного источника перед разрывом цепи сеть - нагрузка сбрасывается в конденсатор 13 через выпрямитель на неуправляемых диодах с катодной 11 и аноднои 12 группами этих диодов.Для очередного подключения нагрузки к 1 штающей сети неооходимо запереть шунтирующий тиристор 15 на выходе диодного моста 8. Для этого подается отпирающий импульс на управляющии электрод тиритора ь, и напряжением предварительно заряженных указанным способом коммутирующих конденсаторов 19 и 20 происходит запирание тиристора 5 через тиристор 8. Затем следует колеоательныи процесс перезарядки конденсаторов 19 и 20 по пути: конденсатор 19, п 1 ристор 1 Ь, конденсатор 20, индуктивность 14 и диодныи мост Ь, после зарядки конденсаторов 19 и 20 ток через них прекращается, и тиристор Ь загшрается, 11 оскольку одновременно с тиристором 18 подаются отппрающие импульсы на управляющие электроды соответствующих силовых тиристоров мостов 1 - 3, то вслед за запиранием тиристора 15 нагрузка 1 оказывается подключенной к питающей трехфазной сети так, как это диктуется алгоритмом управления. Формула изобретения Нс 10 рсдгвснны 11 преобразователь частос и 1.у ственной 1 Омму 1 ацисй,щш зашунт 1 рованные дроселями тириторные мосты, конденсаторы и диодныс коммутиру 1 ощис мосты, о гличающийя тем, что, с целью повышения надежности, первый диодный мост, входньс зажимы которого соединены с первичными шинами преобразователя, зашунтирован дополнительным конденсатором, второи диодный мот, входные зажимы которого непосредственно соединены с нагрузкой и средними точками шунтирующих дроселей, зашунтпрован цепочкои из дросселя и тирнстора, а третий диодный мост, входные зажимы которого соединены с крайними зажимами шунтирующих дросселей тиристорных мостов, зашунГР 1 рован цепочкой из трех тиристоров, между точками взаимного соединения которых и зажпх амп шунтнрующего тиритора второго диодного моста соединены ,.1,Ва 1 хоммутирующих кондснса Гора, а между катодными группами первого и третьего диод. ных мостов включена индуктивность.532159 оставитель Б. КикоиоровТекред 3, Тараненко Редактор Л. Тюрина Подписио Тираж 882тета Совега Министров ССий и открытийатшская ;аб., д. 4,5 Типография, пр. Сапупова Заказ 2264,9 Изд. М 1097 ЦНИИПИ Государствспиогз коки по дела.з изобрстс 13035, Москва, Ы, орректоры: В, Петрова и О. Данишева