Преобразователь частоты

О П И С А Н И Е )692 О 35ИЗОБР ЕТЕ Н И ЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикисо нием заявив(ки-сударственный комитет оритет -СССР по делам изобретений и открытий(088,8) оликовано кования описания 30,10.79 а оп 2) Автор изобретени. Высочански 71) Заявитель ОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 1 н,(ч 5 о прп со0,55,1 л180 Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при построении непосредственных преобразователей частоты и,инверторов.5Известен непосредственный преобразователь частоты, описанный, например, в 11). В нем к каждому из выходных выводов подключен один конец вспомогательных встречно-параллельно соединенных тири сторов. Это позволяет повысить входной коэффициент мошности преобразователя за счет обеспечения протекания реактивного тока лишь в фазах потребителя, минуя питающую сеть. 15Однако, недостатком такого преобразователя являются пониженные его энергетические показатели из-за необходимости применения блоков принудительного запирания упомянутых встречно-параллельно соеди ненных управляемых вентилей.Целью изобретения является улучшение энергетических показателей преобразователя частоты.Достигается это тем, что второй конец 25 каждой из пар вспомогательных вентилей, например тиристоров, подключен к одному из выходных выводов преобразователя, причем пары, вспомогательных тиристоров образуют замкнутый треугольник, Это поз- зо воляет улучшить энергетические показатели за счет отказа от блоков принудительной коммутации.Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлено:на фигуре 1 - трехфазный мостовойпреобразователь частоты с непосредственной связью, где 1 - : б - выпрямительныемосты, 7- - : 12 - вспомогательные вентили;,на фигуре 2 а - временная диаграммауправления тиристорами преобразователячастоты при (р(60,на фигуре 2 б - кривыв напряжений выпрямительных мостов 1(13) и 2114) призапирании тиристоров моста 1,где Т,Т.) - период входной (выходной)частоты преобразователя;Л 1 - время задержки подачи отпирающих импульсов на тнристоры противофазных мостов,д - угол сдвига между напряжением и током при включени нагрузки на синусоидальное напряжение;- угол сдвига между напряжением и током преобразователя,1, - время восстановления вентильной прочности тиристоров,М - время работы моста в инверторном режиме,1 - ; 16 - моменты снижения напряжения выпрямительных мостов 1+б для включения тиристоров 7 - ;.12.1, - момент, подачи отпирающегоимпульса на тиристор 7,1", - момент начала работы тиристора 7,,на фигуре 3 - трехфазный мостовойпреобразователь частоты со звеном постоянного тока,где 15 в : 20 - основные тиристоры,2021 - : 2 б - вспомогательные тиристоры;на фигуре 4 - кривые таков и напряжений преобразователя частоты по фиг. 3(1 2) 1прои нагрузке с сов ср -:. 0,55 (фиг. 4 а)и при нагрузке с сов ср О.о 5 (фиг. 4 б),27(28) - напряжение (ток) фазы А,29 - ток моста 1 (тиристора 15),30 - ток тиристора 21,д 1 - ток тиристора 2 б.ЗоНизкие энергетические показатели впреобразователях с непосредственной связью объясняются не только переменным углом регулирования вентилей, но и наличием непрерывной гальванической связи между нагрузкой и источииком питания, в результате чего, реактивная энергия нагрузки возвращается источнику питания,Описываемое в данном изобретении устройство обеспечивает гальваническую связь 40между нагрузкой и источником литаниятолько в те интервалы времени, когда энергия поступает от сети к нагрузке.После того, как в какой-либо фазе нагрузки образован избыток реактивной энерпии, эту фазу отключают от сети и с помощью дополнительных вентильных связейподключают к другим фазам нагрузки, которые в это время потребляют энергию.Рассмотрим, например, широко известный трехфазный мостовой преобразовательвысокой частоты в низкую (фиг. 1). Преобразователь состоит из шести мостовых выпрямителей 1-:-б, каждый из которых формирует полуволну напряжения одной изфаз нагрузки, и шести вспомогательныхуправляемых вентилей 7 в : 12.Пусть тиристоры работают с полным открьнием, нагрузка преобразователя активно-индуктивная, и в рассматриваемый момент времени работают мосты 1, 2 и 8. Вмомент времени, соответствующий изменению знака напряжения фазы А нагрузки,снимают нмпульсы управления с,вентилеймоста 1, и он, тем самым, переводится в инверторный режим, В момент 1 (фиг. 2) подают отпирающий импульс на тиристор 7 и задерживают подачу отпирающего,импульса на очередной вентиль моста 2 для снижения напряжения на выходе моста 2 до величины, обеспечивающей появление положительного анодного,напряжения ча тирнсторе 7.Лнодное напряжение,на тиристоре 7 в момент 1, с 1 ановится положительным и он начинает проводить ток фазы А.Вентили моста 1 запираютдя. Напряжение моста 2 снова поднанимают до полной величины. Ток фазы А, обусловленный запасом ее электромагнитной энергии, замыкается через фазу С и тиристор 7, Если к моменту спада тока до нуля подать отпирающие импульсы,на пиристоры моста 4, последние вступят в работу, и ток в фазе А изменит направление. Через шестую часть периода выходной частоты снимают отпирающие импульсы с моста 2. Он переводится в инверторный режим, отпирают тиристор 8, снижают и снижают и снова поднимают напряжение моста 3. Тиристоры моста 2 запираются, а ток фазь С замыкается через тиристор 8 н фазу В. Во время работы эиристора 8 могут быть поданы отпирающие импульсы на тиристоры моста б и последний вступит в работу 1 ак только ток фазы С спадет до нуля. Тирйстор 8 закроется, и ток фазы С изменит направленне. Остальные мо 1 сты и вентили работают аналогично. Кривые токов и напряжений преобразователя показаны на фиг. 4.Как известно, условия взаимкомпенсации реактивной энергии фаз в трехфазном преобразователе зависят от величины совнагрузки, поэтому можно выделить два режима работы. При сов ср-" 0,55 к моменту отключения очередного моста успевает израсходоваться реактивная энергия, накопленная ранее скоммутированной фазой.Кривые напряжения и токов для этого случая приведены на фиг. 4 б. При сов д (0,55 к моменту отключения какого-либо моста не успевает израсходоваться энергия фазы, мост которой был ранее отключен. В этом случае необходимо задержать открытие тиристоров очередного моста, то есть уменьшить величину напряжения на нагрузке. При работе преобразователя на двигатель токи в фазах двигателя в эти моменты времени будут формировать противо-ЭДС двигателя, Если величина продцво-ЭДС близка к величине суммарного падения напряжения на вентилях и сопротивлениях обмотки двигателя (ЛУ), то характер тока в нагрузке практически не пзменнтся и будет таким, как это показано на фиг. 4 а. Если же противо-ЭДС больше, чем ЛУ., то изменение тока в фазах в интервалы времени Мбудет происходить более, интенсивно и потому самИ интервалы времени Л,сократятся,Как видно из фиг 4, наличие дополнительных вентильных связей приводит не только к полной взаимокомпенсации реактивной энергии фаз нагрузки преобразователя, но и к заметному уменьшению токовой загрузки мостов 1 - б, особенно при низких сов р нагрузками,Благодаря включению вентилей 7 - 12 укорачиваются тракты, по которым протекает ток нагрузки в интервалы времени, когда токи и напряжения фаз имеют различные знаки. В результате в эти отрезки времени источник питания, сеть и вентили мостов не загружаются током нагрузки, и потому к,п.д. преобразователя также увеличивается.Поскольку ,), то для регулирования напряжения при снижении частоты на выходе преобразователя удобно воспользоваться широтно-импульсным методом управления тирсторами мостов 1 - б. В этом случае преобразователь будет работать с высоким коэффициентом мощности К , при любом совнагрузки,Преобразователь частоты может работать и при переменном угле открытия вентилей мостов. И в этом случае реактивная энергия нагрузки будет передаваться из фазы в фазу. Естественно, в этом случае Кбудет несколько ниже, чем при полном открытии вентилей,Дополнительные вентили на выходе преобразователя могут быть применены не только в различных схемам преобразователей частоты в непосредственной связью, но:и в схемах инверторов.На фиг. 3 приведен пример такого инвертора (с естественной коммутацией вентилей), питающийся от управляемого выпрямителя (УВ). Инвертор содержит основные тиристоры 1 б-:-20 и вспомогательные тиристоры 21 - :2 б. Пусть ток проводят тиристоры 15-:-17 и требуется запереть тиристор 1 б, Для его запирания с помощью выпрямителя УВ снижают напряжение на входе инвертора до величины, при которой входной ток инвертора становится равным нулю. Если к этому времени отпереть тиристоры 21, 22, то токи во всех фазах сохранят свое направление, а тиристоры 15 в ; 17 будут обесточены. Будут они запираться:или нет зависит от того, поданы или нет отпирающие импульсы, Поскольку нужно запереть только тиристоры 1 б, а тиристоры б и 17 должны остаться в работе, то на посдедние продолжают поступать (или вновь подаются) отпирающие импульсы. После восстановления вентильной прочности тиристора 15 напряжение на входе инвертора снова увеличивают, Тиристоры 1 б и 17 опять начинают проводить ток, а тиристор 22 запирается. Тиристор 21 будет проводить ток фазы А, пока последний не спадет до нуля. Все это время через тири- стор 1 б будет протекать ток, меньший тока ,на величину тока 1. Если к моменту Ь снижения тока , до нуля Подать отпирающий импульс на тиристор 18, то ток в фазе А изменит направление. Теперь находятся в работе тиристоры 1 б, - ;19. Когда настанет очередь запереть тиристор 1 б, 10 должно быть вновь снижено напряжениена входе инвертора и открыты вспомогательные тиристоры, на этот раз 22 и 23.После запирания тиристора 1 б снова поднимают напряжение на входе инвертора, 10 тиристоры 17 и 18 продолжают проводитьток, а тиристор 23 закрывается. Работа последующих тиристоров происходит аналогично. Кривые токов и напряжений этого инвертора будут идентичны огибающим 20 кривых преобразователя частоты с непосредственной связью. Каки в первом слу.ае, при нагрузке с сов ср(0,55 и числе фаз мостового преобразователя, равном трем, управление тиристорами должно производиться с помощью датчиков тока или каких-либо программных устройств, обеспечивающих задержку подачи отпирающего импульса на тиристор, противофазный запираемому.Рассмотренные преобразователи могутнайти широкое применение в регулируемых приводах. Высокие энергетические показатели,и отсутствие компенсирующих конденсаторов делают преимущества этих преобразователей наибольшими при получении низких частот из частоты 50 1 ц. Первый тип преобразователя, видимо, более целесообразен для больших мощностей (в сотни и тысячи кВт.) Второй тип преобразовате лей проще,и потому более целесообразендля меньших мощностей.В преобразователях обоих типов тиристоры могут быть заменены на симисторы или полностью управляемые приборы. Ло гика управления и структура преобразователей пои этом почти не изменится,Формула изобретенияПреобразователь частоты, содержащийосновные вентили и вспомогательные вентили, образующие встречно-параллельные пары, один конец каждой из которых подключен к одному из выходных выводов, отлич а ющийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей, другой конец каждой из пар соединен со смежным выходным выводом.Источник информации, принятый г60 внимание при экспертизе:Авторское свидетельство СССРМ 22967, кл. Н 02 М 5/27, 27.04,19 бб.692035 Аг. орректор И, Симкин кин едактор ип, Харьк, фил. вред. Патент Составитель Г, МыцыкТехред Л. Расторгуева аказ 964/1164 Изд596 Тираж 866ПОПоиск Государственного комитета СССР по делам изобретен113035, Москва, Ж.35, Раушская наб, а 4/5 Подписи открыты