Статический преобразователь частоты с рекуперацией энергии в сеть

ОПИСАСоюз Советскии Социалистических РеспубликИЗОБРЕТЕН ИЯ АВТОРСКО 61) Дополни 22) Заявлено вид-ву ное к 99920/,01.75 (2 Н 02 М 5/44 присоединением заявки М Гасударственный номитет Совета Министрав СССР по делам изабретений и атнрытийнь Мо 35 ано 25,09.7ликования ю сания 06.01.7 72) Авторы изобретен Яцук и В, Н, Сухаре В, ф, Петренко(71) Заявитель 54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЬС РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ В СЕТЬ ром постоянного гока инверторов напряжения преобразовавой полупрозе авгономнь ли 1 ока,м рекуперациигся в статическихы на базе авгономи этом двигательтехнике и емах частот. лее просто режв сеть реализу энерги преобр ных и ия скорости асинхронныхи,зовагелях вергоров г генерагорн инной нагр ного регулиро влектродвигаг часто ка, П жимы работы эл беспечиваюгсяроваханизмов, регул осуществляется м некоторых ме узки помощью одних и тех же компонентов си.ювых полупроводниковых управляемых и неуправляемых вентилей, а система регулирования элекгропрпвода усложняется незначительно.Однако статические преобразователи частоты на базе автономных инвергоров тока, выполненных по классическим схемам, им юг такой недостаток, как наличие перенапряжений на полупроводниковых вентилях автономного инвергора и входного выпрямителя в установившихся, переходных и аварийных режимах, Например, в установившемся режиме на вентилях авгоиомного инвертора гока возникают коммутационные перенапряжения, связанные с такими рабочими процессами в инвергоре, как комние скорости которых мощью частотно-регу водов, высокие техник казагели могут быть использовании таких троп и ируемых о-экономически получены гольк ипов частотных при элек 15 е но-кра емные рифуги химичеВч О лектроприво ве исгочниастогно-регулируемых ременного тока в кач дах и ков и ируемои еме ения р о применяются статические часто ова ге Предлагаемыи статическии тель частоты относится к сил одниковой преобразовательно может быть использован в си оприводов, которые обеспечивают рекупецию энергии в питающую сеть. К такимтановкам относятся механизмы с повторовременным режимом работы, подьтранспортные механизмы, центбольшими маховыми массами вом производстве и г.д. готы с промежуточным контуНИ- Е. 4, ,Я 95;б 10 б мутация (выключение) основных тиристоров инвертора. На вентилях входного выпрямигеля перенапряжения возникают в переходных и аварийных режимах. Одним из таких переходных режимов является отключение под нагрузкой силовой схемы преобразователя частоты от питающей сети с помощью контактной аппаратуры, При этом вследствие того, что в устройстве имеется сгла живаюший дроссель с большой индуктивностью, на полупроводниковых вентилях входного выпрямителя возникают перенапряжения с полярностью: положительный потенциал - на анодах вентилей, отрицательный - на катодах вентилей.Известен статический преобразователь частоты на базе автономного инвертора тока, в котором ограничение величины макси-. мального напряжения на вентилях инвертора достигается за счет снижения перенапряжений на зажимах трехфазной электромашинной нагрузки путем введения в схему дополнительного устройства ограничения перенапряжений, состоящего из трехфазного мосто вого неуправляемого выпрямителя, вход которого по переменному току подключен к выходным зажимам автономного инвертора, конденсатора, подключенного к общим катодам и общим анодам неуправляемого выпрямителя, двух токоограничивающих резисторов, подключенных соответственно между общими катодами и общими анодами неуправляемого выпрямителя с одной стороны и обшими анодами и общими катодами основных тиристоров инвертора тока с другой стороны 13. В результате величина перенапряженийна выходных зажимах автономного инвертора ограничивается на уровне, определяемомнапряжением на вспомогательном конденсаторе, включенном на выходе неуправляемогомоста.Однако в рассмотренной схеме статического преобразователя частоты на базе автономного инвертора тока не обеспечиваетсязащита тиристоров входного выпрямителя отперенапряжений, возникающих при отключении с помощью контактной аппаратуры отпитающей сети силовой схемы, находящейсяпод нагрузкой,11 ель изобретения - ограничение на заданном уровне перенапряжений, возникающихна входном выпрямителе в момент отключения под нагрузкой силовой схемы преобразователя от питающей сети с помощью контакной аппаратуры,Это достигается тем, что в статическомпреобразователе частоты, содержащем входной трехфазный мостовой выпрямитель натиристорах, вход которого по переменному току подключен через контактныи элемент, например контактор, сглаживающийдроссель, автономный инвертор тока, блок ограничения перенапряжения на выходных зажимах автономного инвертора, конденсаторфильтра, а также систему регулирования, общие катоды тиристоров входного выпрямителя соединены с катодом дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля,анод которого связан с общими анодами неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений, а общие аноды тиристсров входного выпрямителя соединены с ансдом другого дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля, катод которогосвязан с общими катодами неуправляемоговыпрямителя блока ограничения перенапряжений,На чертеже изображена схема статического преобразователя частоты,Входной трехфазный мостовой полностьюуправляемый выпрямитель на тиристорах1-6 подключен входом по переменному току через трехполюсный контактор 7 к питаю-щей сети переменного напряжения постоянной частоты. Общие катоды тиристоров 1 -3 соединены с началом первой обмотки 8двухобмоточного сглаживающего дросселя 9,обладающего большой индуктивностью, Конецпервой обмотки 8 соединен с общими андами основных тиристоров 10-12 аьто: ох.ного инвертора тока с межфазовой ком, утацией, Общие катоды трех других основныхтиристоров 1 3-15 инвертора соединены с на:чалом второй обмотки 16 двухобмоточногосглаживающего дросселя 9. Конец второйобмотки 16 соединен с общими анодами тиристоров 4-6 входного выпрямителя, Автономный инвертор тока содержит шесть группкоммутирующих конденсаторов 17-22, в,ткченных соответственно между основнымитиристорами 10-12, 13-15 и отсекающимидиодами 23-25, 26-28, К выходным зажимам 29-31 инвертора подключена трехфазная электромашинная нагрузка 32-34 переменного тока, Для повышения коммутационной устойчивости инвертора при пуске,. ра: -боте в области низких напряжений и з переходных режимах к шести зажимам коммутирующих конденсаторов 17-22, общим анодам тиристоров 10-12 и общим катодамтиристоров 13-15 подключены выход": устройства 35 подзаряда коммутирующих конденсаторов, вход которого годключен к пи-.тающей сети переменного напряжени,. дляограничения величины перенапряжений назажимах 29-31 нагрузки в преобразова -тель частоты введен блок ограничения перенапряжения, содержащий трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель на вентилях 36-41, вход которого по переменному току подключен к выходным зажимам231 автономного инвертора. Общие катоды вентилей 36-38 соединены с положительным полюсом конденсатора 42 фильтра,отрицательный полюс которого соединен собщими анодами вентилей 39-41 неуправляемого выпрямителя, В состав устройстваограничения перенапряжений входит такжетрехфазный мостовой ведомый сетью инвертор на тиристорах 43-48, выход по переменному току которого подключен черезсогласующий трансформатор 49 к питающейсети переменного напряжения, Общие анодытиристоров 43-45 ведомого инвертора соединены с одним из выводов обмотки дросселя 50 фильтра, второй вывод обмотки ксторого соединен с положительным полюсомконденсатора 42 фильтра, Общие катодытиристоров 46-48 ведомого инвертора соединены с отрицательным полюсом конденсатора 42 фильтра,Управление тиристорами статическогопреобразователя частоты осуществляется спомошьи блока 51 управления тиристорами1-6 входного выпрямителя с диапазономфазового управления 1 80 эл,град блока2552 управления тиристорами 10-15 автономного инвертора тока и блока 53 управлениятиристорами 43-48 ведомого сетью инвертора блока ограничения перенапряжений.Блок 54 регулирования реализует определенчый закон частотного управления элекЗОтроприводом,. Блок 55 питания осуществляет подачу необходимых напряжений для питания блоков 51-53 управления тиристорами преобразователя и блока 54 регулирования, Система регулирования, включающаяблоки 51-53 управления тиристорами иблок 54 регулирования, обеспечивает двигательный и генераторный режимы работыэлектромашинной нагрузки с рекуперадиейэнергии в сеть путемперевода входноговыпрямителя в режим инвертора, ведомогосетью, а автономного ипвертора - в режимкомпенсированного выпрямителя,.Для ограничения на заданном уровне пе ренапряжений общие катоды тиристоров 1-3 4входного выпрямителя соединены с катодомдополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля 56, анод которого соединен с общими анодами вентилей 39-41 неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений, а общие аноды тиристоров 4-"6 входного выпрямителя соединеныс анодом дру - с,го дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля 57, катод которого соединен с общими катодами 55вентилей 36-38 неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений,Предположим, что статический преобразователь частоты питает электромашиннуинагрузку, работающую в двигательном или фф генераторном режимах при номинальном токе, Одним из возможных конту.ров протекания силового тока в течение некоторогоинтервала времени является, например, следующий: линейный провод фазы А питающейсети переменного напряжения, соответствующие силовые контакты контактора 7, тиристор 1 входного выпрямителя, первая обмотка 8 сглаживающего дросселя 9, тиристор10 и отсекаищий диод 23 автономного инвертора, фазы 32 и 34 нагрузки, отсекаюший диод 28 и тиристор 15 автономногоинвертора вторая обмотка 16 сглаживающегодросселя 9, тиристор 6 входного выпрямителя, соответствующие силовые контакты контактора 7, линейный провод фазы С питающейсети переменного напряжения. Впроцессеработы статпческого преобразователя частоты напряжение на конденсаторе 42 фильтра блока ограничения перенапряжений остаетсяпрактически постоянным и не превышаетбпределенный уровень напряжения, составляищи 11, например, 110-120;о от максимально возможной амплитуды первой гармоники линейного напряжения на выходе инвертора тока, Величина упомянутого уровнянапряжения на конденсаторе 42 задается спомощью ведомого инвертора на тиристорах43-48 и его блока 53 управления,Ведомый ипвертор работает, например, спостоянным углом 8 опережения включениятиристоров, В этом случае уровень напряжения на конденсаторе 42 определяетсявходчой характеристикой ведомого инвертора на тиристорах 43-48, Для полученияболее жесткой характеристики возможно регулировать угол Я опережения ведомогоинвертора так, чтобы напряжение на конденсаторе 42 фильтра было постоянным и не превышалозаданный уровень во всех режимах работы статического преобразователя частоты. Вследствиетого, что напряжение на конденсаторе42 превышает м аксимально возм ожнуюамплитуду первой гармоники выходного линейного напряжения автономного инвертора, к неуправляемым вентилям 56, 57 постоянно приложено обратное напряжение какв двигательном, так и в генераторном режимах работы нагрузки, т,е, вентили 56,57 оказываются выключенными практически в течение всего периода выходной частоты автономного инвертора, за исключением коммутационных интервалов, длительность которых по отношении к периоду незначительна. Кроме того, амплитуды токов,протекающих через вентили 56, 57 в течение коммутационных интервалов, ограничены индуктивностями обмоток 8 и 16сглаживающего дросселя 9,Предположим, что производится отключение силовой схемы статического преоЬ.разовагеля частоты от питающей сети переменного напряжения с помощью контактора 7, В результате разрыва цепи, по которой протекает силовой ток, и наличия всхеме преобразователя элементов, обладающих индукгивностью, на гиристорах 1-6входного выпрямителя начинаег повышаться напряжение с полярностью: положительный потенциал - на анодах гиристоров, отрицательный - на катодах гиристоров, Придостижении этим йапряжением уровня, равного напряжению на конденсаторе 42, открываются неуправляемые вентили 56, 57,и силовой ток, уменьшаясь до нулевого значения, замыкается по новому контуру: первая обмотка 8 сглаживающего дросселя 9,тирисгор 10 и отсекаюший диод 23 автономного инвертора, фазы 32 и 34 нагрузки, огсекаюший диод 28 и тиристор 15 автономного инвертора, вторая обмотка 16сглаживающего дросселя 9, неуправляемыйвентиль 57, конденсатор 42 фильтра, неуправляемый вентиль 56, первая обмотка 8.В результате перенапряжения, возникающиена тиристорах 1-6 входного выпрямителяпри отключении преобразователя от питающей сети с помощью контактной аппаратуры,не превышают заданного уровня, равногонапряжению на конденсаторе 42 фильтраблока ограничения перенапряжений. Предлагаемый статический преобразовагель частоты имеет следующее преимушество по сравнению с прототипом; электроснабжение установок со статическими преобразователями в большинстве случаев осуществляется по сетям, содержащим контактную аппаратуру, обладающую защитными харакгеристиками ог токовых перегрузок сетей в аварийных режимах, Такими аппаратами являются, например, автоматические выключатели, предохранители, пускатели, контакторы, При срабатывании указанной защитной аппаратуры происходит разрыв питающей сети, что может привести к перенапряжениям на гирисгорах входного выпрямителя прототипа и выходу их из строя, В предлагаемом статическом преобразователе частоты перенапряжения на гирисгорах входного выпрямителя в этом случае исключаются,Дополнительно введенные в схему неуправляемые вентили 56, 57 загружены по току незначительно, что позволяет использовать в качестве этих вентилей приборы на токи, меньшие чем в основной силовой схеме преобразователя, а в случае применения приборов, аналогичных вентилям силовой схемы, надежность их работы в качестве вентилей 56, 57 выше, чем вентилей силовой схемы преобразователя часготы. Формула изобретенияИСтатический преобразователь частоты срекуперацией энергии в сеть, содержащий входной трехфазный мостовой выпрямитель на гиристорах, вход которого по переменно му гоку подключен через контактный элемент, сглаживающий дроссель, автономный инвергор тока, блок ограничения перенапряжения на выходных зажимах автономного инвергора, конденсатор фильтра, а также Я систему регулирования, о г л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью ограничения на заданном уровне перенапряжений, возникающих на входном выпрямителе в момент отключения под нагрузкой силовой схемы 30 преобразователя от питающей сети с помощью контактной аппаратуры, общие катоды тирисгоров входного выпрямителя соединены с катодом дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля, анод кого рого связан с общими анодами неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений, а общие аноды гиристоров входного выпрямителя соединены с анодом другого дополнительно введенного в схему неуправляемого вентиля, катод которого связан с общими катодами неуправляемого выпрямителя блока ограничения перенапряжений.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе изобретения:1. Толстов Ю, Г Наталкин А. В, Тирисгорные преобразователи частоты для мощного асинхронного элекгропривода, "Электротехника"1 2, 1 972 (прототип),520529 Составитель Б, Никонороведактор Т, Загребельная Техред М. Ликович Корректор 11, Мельниченк аказ 5341/92 11 НИИПИ Госуд Совета М егении и Раушск 1130 лиал ППП "Патент жгород, ул, Проекгна Тираж Щ 2 гвенного комитет по делам изо 35, Москва, Ж