Преобразователь переменного тока в переменный

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(72) Иржи Винклер, Милан Кондри Ярослав Глоущек (С 8)(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ, содержащий подключенный к выводам источникапитания через тиристорный выпрямитель 1и сглаживающий дроссель инвертор 2, выводы переменного тока которого подключенык цепи нагрузки и к выводам переменноготока дополнительного выпрямителя, импульсную преобразовательную ячейку и источниккоммутирующих импульсов, отличающийсятем, что выводы переменного тока дополнительного выпрямителя 3 соединены свыводами переменного тока вспомогательного встречно включенного тиристорного выпрямителя 4, а выводы постоянноготока указанных мостов соединены междусобой через первый и второй элементы с комплексным сопротивлением, причем к выводампостоянного тока вспомогательного тиристорного выпрямителя 4 подключены две последовательные цепочки, состоящие каждаяиз коммутирующих тиристоров 21, 22 и 31, 32,точки соединения которых соединены через ЯО 122659(5 д 4 Н 02 М 5/45, 7 515 источник 6 коммутирующих импульсов, выполненный в виде коммутирующих дросселя и конденсатора, а первый вывод 2.1 постоянного тока инвертора 2 соединен через первый коммутирующий диод 91 с объединенными анодами коммутирующих тиристоров 21, 32 обеих ветвей, а объединенные катоды тиристоров 22 и 31 обеих ветвей подключены через второй коммутирующий диод 92 к второму выводу 2.2 постоянного тока инвертора 2, причем к выводам постоянного тока дополнительного выпрямителя 3 подключен накопительный конденсатор, соединенный последовательно с импульсной преобразовательной ячейкой 5, первый выходной вывод 5.1 которой соединен через первый ограничивающий диод 93 с первым выводом 2.1 с инвертора, второй вывод 2.2 которого соединен через второй ограничивающий диод 94 с катодом разделительного диода 95, соединенного анодом с первым выводом постоянного тока 4.1 вспомогательного тиристорного выпрямителя 4, причем последовательно с разделительным диодом 95 соединен вольтодобавочный конденсатор С 2, подключенный к вспомогательному вольтодобавочному источнику 7 и соединенный с вторым выводом постоянного тока 4.2 вспомогатель- М ного тиристорного выпрямителя, а катод Ь) диода 95 через последовательно соединенные ( дроссель 1.3 и тиристор 41 подключен к вы- р воду источника коммутирующих импульсов 6, соединенному с коммутирующим конденсатором.С1Изобретение относится к преобразователям переменного тока в переменный с промежуточным преобразованием в постоянный, преимущественно для одно- и многодвигательных электроприводов асинхронных и синхронных двигателей, а также других типов нагрузочных полных сопротивлений. Инверторы тока преимущественно используются в частотном управлении асинхронных двигателей.В известных инверторах тока используется трехступенчатая коммутация инвертора тока, которая не зависит от изменений нагрузки. Благодаря трехступенчатой коммутации можно осуществить с одинаковым преобразователем одно- и многодвигательные электроприводы асинхронных двигателей. У инверторов с трехступенчатой коммутацией является важным отвод аккумуляционной мощности из накопительного конденсатора преобразователя. Инверторы тока с трехступенчатой коммутацией в большинстве случаев снабжены аккумуляционным элементом постоянного тока, представляющим собой диодный выпрямитель с фильтровым конденсатором (заявка Японии Юо 56-7386, кл. Н 02 М 7/515, 17.02.81). Аккумуляционную мощность, которая поступает в конденсатор из двигателя через выпрямитель, необходимо отводить для снятия перенапряжения в этом конденсаторе.Желательно отводить эту мощность без потерь в питающую сеть, промежуточную цепь постоянного тока или в двигатель. Су. ществующие решения инверторов с трехступенчатой коммутацией решают эту проблему отводом мощности через сглаживающий дроссель, инвертор с внешней коммутацией и трансформатор в питающую сеть. Другим решением является разрядка конденсатора с помощью специального преобразователя в промежуточную постоянную цепь.Решение с использованием трансформатора требует сложные и громоздкие дроссели и трансформатор, решение с промежуточным преобразованием постоянного тока не позволяет регулировать импульсные мощности при быстрых динамических изменениях оборотов и момента двигателя.Преобразователь переменного тока в переменный содержит подключенный к выводам источника питания через тиристорный выпрямитель и сглаживающий дроссель инвертор, выводы переменного тока которого подключены к цепи нагрузки и к выводам переменного тока дополнительного выпрямителя, импульсную преобразовательную ячейку и источник коммутирующих им:ульсов, при этом выводы переменного тока дополнительного выпрямителя соединены с выводами переменного тока вспомогательного встречно включенного тиристорного выпрямителя, а выводы постоянного тока указанных мостов соединены между собой через первый и второй элементы с комплекс 5 10 15 20 ;5 ЗО 35 40 45 50 55 ным сопротивлением, причем к выводам постоянного тока вспомогательного тиристорного выпрямителя подключены две последовательные цепочки, состоящие каждая из двух коммутирующих тиристоров, точки соединения которых соединены через источник коммутирующих импульсов, выполненный в виде коммутирующих дросселя и конденсатора, а первый вывод постоянного тока инвертора соединен через первый коммутирующий диод с объединенными анодами коммутирующих тиристоров обеих ветвей, а объединенные катоды тиристоров обеих ветвей подключены через второй коммутирующий диод к второму выводу постоянного тока инвертора, причем к выводам постоянного тока дополнительного выпрямителя подключен накопительный конденсатор, соединенный последовательно с импульсной преобразовательной ячейкой, первый выходной вывод которой соединен через первый ограничивающий диод с первым выводом инвертора, второй вывод которого соединен через второй ограничивающий диод с катодом распределительного диода, соединенного анодом с первым выводом постоянного тока вспомогательного тиристорного выпрямителя, причем последовательно с разделительным диодом соединен вольтодобавочный конденсатор, подключенный к вспомогательному вольтодобавочному источнику и соединенный с вторым выводом постоянного тока вспомогательного тиристорного выпрямителя, а катод диода через последовательно соединенные дроссель и тиристор подключен к выводу источника коммутирующих импульсов, соединенному с коммутирующим конденсатором,В данном преобразователе энергия из накопительного конденсатора отводится без потерь в двигатель через специальный преобразователь с собственной коммутацией.Цепи собственной коммутации этого преобразователя являются общими для этого специального преобразователя и для инвертора тока,На чертеже представлена схема преобразователя переменного тока в переменный.В преобразователе инвертор 2 тока питается источником тока, состоящим из управляемого тиристорного выпрямителя 1 и сглаживающего дросселя 11, выводы переменного тока инвертора 2 тока подключены к нагрузке 8. Параллельно нагрузке 8 присоединен дополнительный выпрямитель 3 и встречно включенный вспомогательный тиристорный выпрямитель 4. Постоянные выводы постоянного тока дополнительного выпрямителя 3 и вспомогательного тиристорного выпрямителя 4 соединены через элементы с комплексным сопротивлением 21 и 22, которые образованы резистором, дросселем или комбинацией резистора и дросселя.Коммутирующая цепь инвертора 2 тока образована коммутирующими тиристорами 21, 226595322, 31 и 32, коммутирующими диодами 91 и 92 и источником коммутирующих импульсов, который образован последователым соединением коммутирующих дросселя 1.4 и конденсатора С 4. К выводам постоянного тока 3.1 и 3.2 дополнительного выпрямителя 3 присоединен накопительный конденсатор С 1, последовательно с которым соединена импульсная преобразовательная ячейка 5.Последняя состоит из главного тиристора 50, коммутирующих 1.С элементов2 и СЗ, вспомогательного тиристора 51 и вспомогательных диодов 78 и 77. Далее в импульсной преобразовательной ячейке 5 последовательно с главным тиристором 50 соединен элемент с комплексным сопротивлением ХЗ для надежного выключения тиристора 50. Для ограничения перенапряжения в тиристорах использованы ограничивающие диоды 93 и 94 и вольтодобавочный конденсатор С 2 с разделительным диодом 95. Дозаряд коммутирующего конденсатора С 4 обеспечивает тиристор 41 с дросселем 1.3 и вольтодобавочным конденсатором С 2. Первоначальное напряжение на вольтодобавочном конденсаторе С 2 обеспечивает вспомогательный вольтодобавочный источник 7, содержащий разделительный однофазный или трехфазный трансформа зр с диодным выпрямителем. Разряд накопительного конденсатора С 1 обеспечен с помощью шести тир исторов вспомогательного тиристорного выпрямителя 4, работа которых описана ниже.Предположим, что необходимо выключить главный тиристор 12 инвертора 2 тока и включить тиристор 14, т. е. осуществить коммутацию тока из фазы Т в фазу К. Ток в некоммутационной фазе Я нс изменяется. В момент коммутации плюс коммутирующего конденсатора С 4 источника 6 коммутирующих импульсов тока находится на выводе 6.1. Включением первого и третьего коммутирующих тиристоров 21 и 31 поступает коммутирующий импульс тока к главному тиристору 12 инвертора тока. Он выключится, так как ток течет через третий коммутирующий тиристор 31, элемент с комплексным сопротивлением 72 дополнительного выпрямителя 3, главный тиристор 12, первый коммутирующий диод 91 и первый коммутирующий тиристор 21 к выводу 6.2 источика 6 коммутирующих импульсов. Включением коммутирующих тиристоров 21 и 31 выключаются также все тиристоры тиристорного выпрямителя 4, которые ведут ток. Цепь выключения тиристоров 61, 63 и 65 тиристорного выпрямителя ведет через третий коммутирующий тиристор 31 в катоды тиристоров 61, 63 и 65 через диод 71, 73 и 75 дополнительного выпрямителя 3, первый элемент с комплексным сопротивлением Х и через первый коммутирующий тиристор 21 к выводу 6.2 источника 6 комм тируюших импульсов. 5 10 15 20 25 30 35 40 с , 50 55 Цепь выключения тиристоров 64, 66 и 62 вспомогательного тиристорного выпрямителя 4 проходит аналогично от источника 6 коммутирующих импульсов через третий коммутирующий тиристор 31, второй элемент с комплексным сопротивлением 22, диоды 74, 76 и 72 к выключаемым тиристорам 64, 66 и 62 и через первый коммутирующий тиристор 21 - в источник 6 коммутирующих импульсов тока. Таким образом очевидно, что включением первого и третьего коммутирующих тиристоров 2 и 31 с положительной полярностью на выводе 6.1 выключаются не только главные тиристоры инвертора 2 тока, но и все тиристоры вспомогательного тиристорного выпрямителя 4, которые проводили ток. После выключения тиристора 12 продолжает поступать ток в фазу Т в нагрузке 8 через первый коммутирующий диод 91, первый коммутирующий тиристор 21, источник 6 коммутирующих импульсов, третий коммутирующий тиристор 31, второй элемент с комплексным сопротивлением 72 и диод 72 дополнительного выпря мителя 3. Коммутирующий конденсатор С 4 перезаряжается током нагрузки на обратную полярность. Независимо от тока нагрузки (т. е. на холостом ходу) коммутирующий конденсатор С 4 перезаряжается током выброса через коммутирующий дроссель 1 А, третий коммутирующий тиристор 31, второй элемент с комплексным сопротивлением 22, диоды 71 - 76 дополнительного выпрямителя 3, первый элемент с комплексным сопротивлением 7. и первый коммутирующий тиристор 21. По истечении определенного времени, которое зависит от параметров 1.С частоты, коммутирующий конденсатор С 4 перезарядится на обратную полярность (полярность плюс на выводе 6.2). Ток нагрузки потечет через новый тиристор 14 инвертора 2 тока и в новую фазу.Начинается третья ступень коммутации в инверторе 2 тока с трехступенчатой коммутацией, когда в старой фазе (фазе Т) ток выключается за счет разряда через диоды 71 и 72 накопительного конденсатора С 1, В новую фазу К поступает ток из источника через вновь включенный тиристоо 14. Первый и второй э; менты с комплексным сопротивлением 21 и 22 по сравнению с импедансом источника 6 коммутирующих импульсов является малым, и они образуют падение напряжения в выключающихся тиристорах. Для выключения тиристора 12 падение напряжения в первом элементе с комплексным сопротивлением 2 приводится к тиристору в обратном направлении и восстанавливает блокировочные свойства тиристора. При выключении одного из тиристоров 61, 63 и 65 вспомогательного тиристорного выпрямителя 4 к ним подводится обратное напряжение за счет падения напряжения во втором элементе с комплексным сопротивлением Х 1, аналогично при выключении одного из ти1226595 55 5ристоров 64, 66 и 62 действует падение напряжения в первом элементе с комплексным сопротивлением Х 1.В результате коммутации тока между фазами возникает определенная эйергия, которая переходит из коммутационных фаз Т и К в накопительный конденсатор С 1, напряжение которого увеличится на ЛБ.Для удержания равновесия необходимо до следующей коммутации разрядить конденсатор на это напряжение Л 1.1. В инверторе тока разрядка конденсатора осуществляется с помощью тиристоров 61 - 66 вспомогательного выпрямителя 4. До выключения главного тиристора 12 заранее на определенный интервал времени Л 1 включается тиристор 64, при этом накопительный конденсатор С 1, который является источником, вызывает рост тока в фазе К (новой фазе) и падение тока в фазе Т (старой фазе). Таким образом накопительный конденсатор разряжается непосредственно в фазу двигателя без потерь. Кроме того, эта функциональная разрядка, т, е. и при разрядке накопительного конденсатора С 1, проходит коммутация тока между фазами Т и К. Последняя начнется в момент включения тиристоров 64 и 65 и главного тиристора 50 импульсной преобразовательной ячейки 5, который последовательно соединен с накопительным конденсатором С 1.При этом до коммутации главного тиристора 12 (т. е. до включения первого и третьего коммутирующих тиристоров 21 и 31) необходимо выключить главный тиристор 50 импульсной преобразовательной ячейки 5, который последовательно соединен с тиристорами 64 и 65. Это происходит приблизительно за 100-200 мкс до включения первого и третьего коммутирующих тиристоров 21 и 31. Таким образом включакт вспомогательный тиристор 51 импульсной преобразовательной ячейки 5. Возникает разряд конденсатора СЗ через вспомогательный и главный тиристоры 51 и 50 и дроссель 1.2 на обратную полярность, а затем перезаряд конденсатора СЗ через первый вспомогательный диод 77, элемент с комплексным сопротивлением потерь ХЗ и второй вспомогательный диод 78. Этот перезаряд выключает главный тиристор 50, Импульсная преобразовательная ячейка 5 выключит тиристор 50 еще до коммутации в моменте 1= О. Импульсная преобразовательная ячейка используется для того, чтобы при включении первого и третьего коммутирующих тиристоров 21 и 31 коммутирующий импу" ьс тока источника 6 не замкнулся через цепь, образованную выводом 6.1, элементами 31, 22, ХЗ, 50, С 1, Х 1, 21 и выводом 6.2, Сразу же после выключения главного тиристора 50 включаются первый и третий коммутирующие тиристоры 21 и 31. После выключения главного тиристора 12 инвертора тока ток из источника замыкается через коммута 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 ционную цепь, образованную элементами 91, 21, С 4, 14 и Х 2, и разветвляется через диоды 72 и 74 дополнительного выпрямителя 3 в фазу Т и К. Ток вновь вытекает из фазы (некоммутирующей) через главный тиристор 13 инвертора тока. Одновременно возникает разряд коммутирующего конденсатора С 4 через коммутирующий дроссель 1.4, а далее - через элементы 31 и 2, диоды дополнительного выпрямителя 3, 21 и 21 обратно в коммутирующий конденсатор С 4.Время разряда задано параметрами элементов 1.4 и С 4 и колеблется около 100 - 200 мкс в соответствии с временем выключения тиристоров инвертора 2 тока и вспомогательного выпрямителя 4. После окончания разряда и изменения полярности коммутирующего конденсатора С 4 включается новый главный тиристор 14, который ведет ток в новую фазу К.При коммутации тока из фазы Т в К очевидно, что разряд накопительного конденсатора и его заряд являются симметричным процессом до и после коммутации главных тиристоров, который обеспечит равновесие напряжения в конденсаторе. Притом разряд и заряд накопительного конденсатора С 1 происходит при коммутации тока между выходными фазами.В инверторе тока опасными бывают состояния перенапряжения. Для ограничения перенапряжения в коммутирующих тиристорах 21, 22, 31, 32, 41 и 51 служит защита от перенапряжения, например варисторы или КС-элементы. Для ограничения перенапряжения в главных тиристорах инвертора 2 тока служат ограничивающие диоды 93 и 94, которые работают совместно с диодами дополнительного выпрямителя 3 и с накопительным конденсатором С 1 и вольтодобавочным конденсатором С 2. Например, при выключении главного тиристора 12 инвертора тока перенапряжение в нем ограничится через диод 75 накопительного конденсатора С 1 и первый ограничивающий диод 93 на уровне накопительного конденсатора С 1,К вольтодобавочному конденсатору С 2 присоединен параллельно вспомогательный вольтодобавочный источник 7, таким образом и при малых оборотах или холостом ходу имеется напряжение на вольтодобавочномконденсаторе С 2. Через тиристор 41 и дроссель 1.3 это напряжение приводится к коммутирующему конденсатору С 4. Цепь далее замыкается через коммутирующий дроссель 1.4 и третий коммутирующий тиристор 31 на вольтодобавочном конденсаторе С 2. Тем самым достигнута надежная коммутация инвертора при малых оборотах двигателя и больших пусковых токах. Разделительный диод 95 разделяет уровни напряжения накопительного конденсатора С 1 и вольтодобавочного конденсатора С 2 при низких1226595 7оборотах, когда напряжение в вольтодобавочном конденсаторе С 2 больше, чем в накопительном конденсаторе С 1. Выравнива 8ние напряжении обоих конденсаторов имеет большую мошностную нагрузку вспомогательного вольтодобавочного источника 7.Составиич Текред И. ВТираж 631ВНИИПИ Государстпо делам изоб113035, Москва, Ж -Филиал ППП Патент,Редактор Н. РогулЗаказ 1936/55 ель И. Жеребинаерес КоПо венного комитетретений и откры35, Раушская наг. Ужгород, ул. ректор Л. Зипис новСССРтийб., д. 4/5Проектная,окосо