Преобразователь частоты и фаз

ОП ИСАНИЕ ИЗОЬРЕТЕ Н ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеслубпин(46) Дата опубликования описания %6, 65,Т(61) М Кл Я 02 М 5/04// //Н 02 М 7/515 Гвсудзрставнный эмята 1 Сввета Миииатрвв СССР вв двлвм иэабретвиий и втхрьпий(71) Заявитель БРА:.ШАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, И ФАЗ 2в зависимости от добротности контура коммутации может в два н более раэ превзойтк максимальную величину напряжения на входе инвертора, По указанной причине необходимо значительно увеличить количество последовательно включенных тирнсторов в цепях коммутации, резко возрастает установленная мощность конденсатора, масса, объем н стоимость преобразователя, Для устранения этого недостатка могут быть применены различные устройства для ограничения напряжения коммутирующего конденсатора, так называемые устройства сброса напряжения.Известен также преобразователь частоты н фаз, содержащий подключенный ко входным выводам через трансформатор питающий выпрямитель, к выходным выводам которого подключены соединенные по трехфаэной схеме главные тиристоры н обратные диоды, два последовательно соединенных впомогательных тиристора, имеющий также последовательную цель из коммутирующих конденсатора н дросселя, один вывод которой подключен к средней точке двух вспомогательных тиристоров, а другойвывод - к общей точке трех пар встречно-параЛлельно включенных коммутнрую. щих тнрнсторов отдельных фаэ, однофаэвый мост из четырех зарядных твристоров, к квжИзобретение касается силовой преобразовательной техники и предназначено для частотного регулирования асинхронных, в частности тяговых, электродвигателей.Известны преобразователи частоты и фаэ, содержащие автономные инверторы напряже ния с емкостной коммутацией, в которых выходное напряжение изменяется на входе инвертора (в звене постоянного тока), а регулирование выходкой частоты осуществляется путем изменения частоты управляющих сигналов тиристоров инвертора. Причем для обеспечения высокой коммутационной способности инвертора, особенно в зоне низких значений входного напряжения, прн пуске двигателя используют устройства заряда коммутирующего конденсатора от дополнительного источника ЯОднако нэ-за дозаряда коммутирующего конденсатора за счет электромагнитной энер. гни в коммутирующем дросселе напряжение на коммутирующем конденсаторе превышает входное напряжение ннвертора, причем это превышение тем значительнее, чем выше входное напряжение ннвертора и чем больше ток нагрузки, При достижении максимального напряжения иа входе ( т. е. в последней стадии разгона двигателя) напряжение коммутирующего конденсатора становится наибольшим и Я УДК 6 21,3 14. 27: ,:621.3 14.572(088.8дому из которых подключен встречно.параллельно диод, причем выводы переменного токаэтого моста присоединены к коммутирующемуконденсатору, а выводы постоянного тока однофазнаго моста подключены к фильтровомуконденсатору, к которому присоединены зарядный выпрямитель и через сглаживаюиий дроссель - вспомогательный инвертор 2.Сброс энергии коммутирующего дросселя ваккумуляторую батарею с двусторонней проводимостью нецелесообразен иэ-за существенного увеличения массы и объема преобразователя. Поглоцение избыточной энергии коммутирующео контура в резисторах затрудне.но в мошиьх установках в силу значительных габаритов резисторов, сложности теплоотвода и из-за снижения общего КПД нреобразавателя.Целью изобретения является повышениеКПД преобразователя.Это достигается тем, что в предложенномпреобразователе выводы переменного тока указанных зарядного выпрямителя и вспомогательного ведомого инвертора подключены к вторичным обмоткам трансформатора.На фиг. 1 показана принципиальная схемапредложенного. устройства; на фиг, 2 - диаг-.раммы работы вентилей; на фиг, 3 - кривыенапряжений и токов элементов устройства,Преобразователь содержит главные тирчсторы 1 - 6, обратные диоды,7 - 12, коммутирующий конденсатор3, коммутирующий дросСель 14, вспомогательные тирнсторц 15, 16,коммутирующие тиристоры 17 - 22, дополнительный источик.23, заряднце тиристары 24 -27, диоды 28 - 31, трансформатор 32, питаю.щий выпрямитель 33, зарядный выпрямитель34, фильтровой конденсатор 35, вспомогательный ведомый инвертор 36, сглаживающий дроссель 37. Главные тиристорц 1 - 6 и обратныедиоды 7 - 12 собраны по трехфазной мостовойсхеме. Вспомогательные тиристары 15, 16 подключены последовательно к выводам питающего выпрямителя 33. Каммутируащие тиристоры 17 и 18, 19 и 20, 21 и 22, включенныевстречна-параллельно, присоединены к отдельным фазам,Устройство работает следующим образом.Пусть в режиме холостого хода работаюттолько зарядные тиристоры 24 - 27 и зарядный выпрямитель 34, причем напряжение на фильтровом конденсаторе 35 обозначим черезЦ. От блока управления зарядные тиристо.ры поочередно и понарна (24 и 25, 26 и 27) . включаатся с тройной частотой по отношениа к выходной частоте преобразователя 1, Напряжение на коммутирующем конденсаторе 13 (Щ близко по форме к прямоугольному, изменяется с частотой 31 а его амплитуда Б равна 1.р (фиг. За). Для ограничения франта нарастания тока зарядных тиристарав (1 Д могут применяться известные решения, например насьгцаюцнеся дроссели.В процессе пуска и разгона асинхронного двигателя напряжение на входе автономного инвертора (1.1) постепенно увеличивается ат нуля до максимального значения Ы,эа счет изменения угла управления питающего вцпрямнтеля 33. Открытие тиристоров автономногоинвертара производится от блока управления(не показан), причем частота следования управляющих импульсов 1, возрастает по мереувеличения скорости двигателя. За счет временф иых сдвигов между моментами открытия тиристоров обеспечивается симметричная трехфазная система напряжений на выходе. Инвертора,Выключение главных тиоисторов 1 - 6 произаводится с помощью общего коммутирующеаузла, состоящего из коммутирующих конденсатора 13 и дросселя 14 и тиристорав 15 - 22.Тир исторы 17 - 22 открываются поочередноодин раз, а тиристоры 15 и 16 - трижды запериод выходного напряжения,Рассмотрим процесс выключения главноготиристора 1. Пусть коммутирующий конденсатор 13 заряжен до напряжения 1.1 офБз, причем потенциал правой обкладки положителен(фиг. 1). Ток нагрузки фазы А (1), протекавший через тиристар 1 перед выключением,из.за индуктивного характера считает неизменный на протяжении всего времени коммутации.При открытии коммутирующих тиристоров 15 и17 в момент 1, (фиг. 3 б, в) начинается разряд конденсатора 3, процесс разряда носитколебательный характер с резонансной частотой (обычна 5 - 10 кГц), определяемой емкостью конденсатора 13 и индуктивнастью дросселя 14.На первом интервале. коммутации (ат то до1) ток разряда конденсатора 13 (1,) возрасЗО тает от нуля да 1 а ток выключаемога тиристора 1 соответственно уменьшается ат 1да нуля. На втором интервале (от 1 до 1)ток конденсатора превьпцает ток нагрузки, иего часть, равная (, - 1), замыкается черезобратный диод 7, Падение напряжения иа диоде 7 является обратчым напряжением для тиристора 1, причем длительность второго интервала равна времени, представляемому схемой для выключения главных тиристаров.В момент времени 1 ток 1 достигает амтв плитудного значения, напряжение 0 изменяет свою полярность и положительный потенциал приобретает левая обкладка конденсатора13.В момент 1, ток , становится равным 1,после этого на третьем интервале (от 1 до1,;) происходит ега снижение до нуля. Поскольку ток 1 принят неизменным; включается диод10, и часть тока нагрузки, равная (1 - 1,),поступает через этот диод в фазу А от другихфаз двигателя (происходит обмен энергией меж- .ду фазами нагрузки через диод 10 и тиристо- .ры 5 или 6),На третьем интервале коммутации конденсатор 13 переэаряжается па контуру: 13 - 14 -17 - 10 - источник Бв - 15 - 13, т. е. в контурпереэаряда конденсатора входитпитающий ис-.55 тачник. В начальный период Пуска двигателя,когда ,=О, питаюший источник не оказывает влияния на процесс перезаряда конденсатора (фиг, 2 б). В момент 1 при спадетока 1 да нуля напряжение иа конденсаторе 0 с меньше начального значения УщфЦ,так как контур коммутации всегда обладает5потерями энергии. В момент т, включаются тнристоры 2425 и происходит подзаряд конденсатора 13 до иапряжеиня 1 А,0 Тем самым обеспечивается необходимая коммутационная способность ннвертора в начальный период пуска двигателя,При разгоне двигатели по мере повышения 0 х напряжение на конденсаторе в момент тз (1.1) увеличивается н прн достижении бр 3 процесс нодзаряда коммутирующего конденсатора от зарядного источника прекращается, так как в моменты подачи импульсов управлении к зарядным тнристорам не приложено положительное напряжение в прямом направлении,На третьем интервале коммутации ток 1 протекает при согласном действии питающего источника Ъ, поэтому напряжение на конденсаторе стремится возрасти сверх У, Воз. можное превышение напряжения 13, над 14, тем больше, чем выше Ц и ток Ь.Если в схеме не установлены диоды 28 - 31, напряжение в конце третьего интервала 0 может значительно превысить максимальиуэ величину напряжения, питающего источника (пунктирные линии па фиг, 2 а), При установке диодов 28 - 31 в момент 1 З, когда Ъ начинает нревцшать 0, открываются диоды 28 и 29. В результате параллельно. конденсатору 13 оказываются подключенными фильтровой конденсатор 35 н (через реактор 37) вспомогательный ведомый сетью 36, В результате электромагнитная энергия от дросселя 14 начинает поступать не только в конденсатор 13, .но также в фильтровой конденсатор 35,Энергия, отводимая чевез диоды 28 - 31, является избыточной энергиейконтура коммутации, ее длительное поступление вызывает повышение напряжения на фильтровом конденсаторе 35 сверх величины Ц. Однако повышение напряжения сверх уровня 1,1 - 1,15 Ц не может иметь места, поскольку в этом случае начинают проводить ток тиристоры вспомогательного ведомого сетью инвертора 36 (среднее выпрямленноенапряжение инвертора 36 выбирают равным 1,1 - 1,15 13, а в свою очередь Ц.1 ь) . 6Таким образом, на интервале(фиг. 2 в) напряжение конденсатора 13 неиз, менно, равно 13 ф= 1,1 - 1,15 13, ток 1, = О. Токкоммутирующего дросселя4 (1 ь) линейно спадает до нуля.Через вспомогательный инвертор 36, трансформатор 32 и силовой выпрямитель 33 избыточная. энергия возвращается из контура коммутации на вход автономного инвертора и далее в нагрузку, что способствует повышению общего КПД преобразователя.Формула изобретенияПреобразователь частоты и фаз, содержа.5 щий подключенный ко входным выводам черезтрансформатор питающий выпрямитель, к выходным выводам которого подключены соединенные по трехфазной мостовой схеме главныетиристорц и обратные диоды, два последовательно соединенных вспомогательных тиристора, имеющий также. последовательную цепь изкоммутирующих конденсатора и дросселя, один. вывод которой подключен к средней точке двух,вспомогательных тиристоров, а другой выводк общей точке пар встречно-параллельно включенных коммутирующих тиристоров отдельныхфаз, однофазный мост из четырех зарядныхтнристоров, к каждому из которых подключенвстречно-параллельно диод, причем выводы переменного тока этого моста присоединены ккоммутирующему конденсатору, а выводы посзО тоянного тока однофазного моста подключены к .фильтровому конденсатору, к которомуприсоединены зарядный выпрямитель и через.сглаживающий дроссель - вспомогательныйведомый иивертор, отличающийся тем, что, сцелью повышения его КПД, выводы переменноготока указанных зарядного выпрямителя и вспомога гепьиого ведомого иивертора подключены к вторичным обмоткам трансформатора.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;4 о . 1. Итоги науки н техники, серия Электрооборудование транспорта, т. 2, М., ВИНТИ,1974, с. 28 - Зб,2, Патент ФРГ2323905, кч. 21 д 12/ОЗ,1974.ССС ИИПИ Государственного комитета С. по Аела и изобретен ий и13035, Москва, Ж.35, Рвуакк филиал ППП аПатеитэ, г. Уагорев