Способ управления преобразователем частоты

Союз СоветскииСоциалистическииРеспублик пп 723752 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 24,11,72 (2 ) 1849571/24-07 Н 02 Р 13/30 с присоединением заявки Лев Государственный комитет(23) Приоритет во делам изобретений и открытий Опубликовано 25.03.80. Бюллетень М 11Дата опубликования описания 27.03.80(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к электротехнике, к способам статического преобразования трехфазного или однофазного тока промышленной частоты в однофазный ток, имеющий регулируемую частоту и любую заданную форму, вппроксимируемую ступен 5чатой функцией.В частности, оно может быть использовано для создания мощных преобразователей трехфазного тока промышленной чвс 1 Ототы в однофвзный синусоидвльный токрегулируемой частоты в пределах от единиц до сотен Герц,Известен способ, решающий такую жефункциональную задачу 1,Согласно этому способу вырабатываютнапряЖение ступенчатой формы, аппроксимирующей заданную кривую.Устройство, реализующее этот способ,потребляет от источника напряжения пита-,ония пульсирующие с удвоенной выходнойчастотой ток и мощность, что требуетустановки на выходе источника питания конденсаторного фильтра. При больших мошностях и низких выходных частотах преобразователя вес, стоимость и сложность эксплуатации конденсаторной батареи оказывается непомерно большими, в очень ма лое внутреннее сопротивление источника напряжения определяет весьма большие скорости нарастания токов короткого замыкания и требует использования сложных и дорогих быстродействующих электронных схем зашиты вентильного преобразователя, Кроме того, при работе схемы в широком диапазоне регулирования выходной частоты требуется ступенчатая перенастройка фильтров при помощи системы коммутационных аппаратов. Отмеченные не достатки схем, в которых реализуется известный способ преобразования тока, приво дят к снижению надежности устройств.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ, реализованный в устройстве, выполненном в виде несколь ких инверторных ячеек на управляемых ключах с параллельно соединенными выхо3 7237дами и шинами питания, через дросселииндуктивности подключенными к разнымисточникам постоянного напряжения Я .Известный способ управления этим устройством состоит в том, что на первой и нввторой четвертях каждого полупериода выходного тока многоступенчатой формы через интервалы времени, равные длительности соответствуюших его ступеней, последовательно включают те ключи разных 1 Оинверторных ячеек, которые одними кондами подключены к одному выходному выводу преобразователя и образуют его группы.Недостатки такого способа управления появляются при его вппврвтурнойреализации.Целью изобретения является уменьшение влияния на питаюшую сеть и повышение функциональной надежности при алпара турной реализации повышенных мошностейпреобразования,Это достигается тем, что в способеуправления преобразователем частоты смежные ключи каждой инверторной ячейки, свяэвнные с одним и тем же выходным выводом соответствующего источника напряжения, переключают в противотакте, а во второй четверти каждого полупериодв выходного тока включают в упомянутом поряд- ЗОке, но в обратной последовательности ключи инверторных ячеек смежной группы,точки соединения одних концов которых образуют тот же выходной вывод преобразователя.Сущность предлагаемого способа преобразования тока заключается в питании нагрузки от источников энергии с большимвнутренним сопротивлением, т,е, от источников тока, что обеспечивается наличием40в их цепи соответствующей индуктивности. При формировании полуволны выходного .тока вначале источники подключают поочередно и параллельно друг другу к нагрузке, в затем поочередно отключают от45нее, замыкая их накоротко, В результате на протяжении полуволны ток в нагрузке вначале увеличивают, а затем уменьшают ступенями, аппроксимируя заданнуюкривую тока,Каждый источник тока работает либов режиме короткого замыкания, либо врежиме питания нагрузки.Реализация предлагаемого способа возможна, например, в преобразователе трех 55фазного тока в однофазный.На фиг. 1 изображена схема трехфаэно-однофаэного преобразователя с трех 52 4ступенчатой формой кривой выходного тока; на фиг, 2 в изображен упрошенный вариант схемы преобразователя,на фиг, 2 бкривые токов , напряжений 0 и мошностей Р для этой схемы, на фиг, 2 вкривыец Р в схеме преобразователяФс трехступенчатой формой выходного тока;на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняюшие работу преобразователя с трехступенчатой формой выходного напряжения.Формирование выходного тока трехступенчатой формы по описанному способуможет производиться с помощью преобразователя, содержвшего силовой трансформатор 1 выпрямителя, выпрямители 2, 3и 4 источников тока, сглаживаюшие дроссели 5, 6 и 7 источников тока, ключи 819 (полностью управляемые вентили) инагрузку 20. Каждыи выпрямитель 2, 3и 4 имеет два режима работы; на цепь,состоящую из нагрузки и сгпаживаюшегодросселя, и на цепь, состояшую только изсглаживающего дросселя, При этом индуктивность дросселей выбрана настолькобольшой, что при самой низкой выходнойчастоте обеспечивается незначительнаяпульсация тока, потребляемого от выпрямителей.Коммутацию тока ключами (вентилями)при аппроксимироввнии тока синусоидвльной формы производят в следуюшем порядке, В промежутке времени 0 - 1 (см,фиг. 3) замыкают ключи 8, 12 и 16 и9, 13 и 17, т,е, все три выпрямителязамыкают нв сглвживаюшие дроссели,В моментзамыкают ключ 10 и размыкают ключ 8, в результате чего токвыпрямителя 2 начинает протекать черезнагрузку 20,В моменты времени 1и С 5 замыкают ключи 14 и 18 и размыкают 12 и 16, подключая к нагрузке вначале выпрямитель 3, а затем - выпрямитель 4. В момент 1 замыкают ключ 19 и размыкают ключ 17, в результате чего третий выпрямитель отключают от нагрузки и замыкают на сглаживающий дроссель, в моменты т, изамыканием ключей5 615 и 11 и размыканием 13 и 9 поочередно отключают от нагрузки и замыкают на дроссели второй и первый выпрямители. В промежутке 16 и 4,у все выпрямители работают на сглаживающие дроссели. В момент 1 начинают формирование обратной полуволны тока путем раэмыквния ключей 10, 14, 18, 19, 15, 11 и замыкания ключей 8, 12, 16, 17, 13, 9.(над осью) и запирающие (под осью) импульсы соответствующих обозначениямключей (вентилей); ось 3-2О - токи напряжение нагрузки; (О - первыеф н 1 нгармоники тока и напряжения нагрузки,оси 3-3 - ; 3-14 - алгоритд ы переключе ния ключей,Проследим энергетические соотношенияв упрощенной схеме преобразователя, на Овыходе которого получают напряжение прямоугольной формы (фиг. 2 а).Выпрямитель, замещенный источникомнапряжения Е, питает через дроссель Ьоднофазный мост, в плечах которого име 5ются идеальные ключи К 1-К 4. Когда зам -круты нечетные ключи, ток (, в омичесНкой нагрузке К имеет обозначенное наНправление, При замкнутых ключах К 1 и К 2 илиКЗ и К 4 ток в омической нагрузке равен нулю, 2 ОПри замкнутых четных ключах ток в нагрузкеимеет противоположное направление.Величина индуктивности дросселявыбирается такой, чтобы обеспечить задан 25ную допустимую пульсацию тока, а следовательно, мощность, потребляемую от выпрямителя. При конечной индуктивностиЬ и -Т ток и напряжение нагрузким30О "будут иметь форму, близкую к траН 1 Нпецеидальной (ось О), При этом условииток (,д., потребляемый от выпрямителя,имеет переменную составляющую треугольной формы. В промежутках, когда питается нагрузка, ток выпрямителя (.А падает, З 5а в промежутках замыкания выпрямителятолько на дроссель (замкнуты ключи К 1,К 2 или КЗ и К 4) возрастает, В промежутках, когда питается нагрузка, вследствие уменьшения тока (Д на дросселе40возникает напряжение О .- , совпадаюс%Осщее по направлению с напряжением выпрямителя Е, и амплитуда напряжения на нанагрузке равна Е+. .Таким образом, 45сМв этих промежутках электромагнитнаяэнергия, запасенная в дросселе, расходуется, выделяясь на нагрузке, т.е, добавляется к энергии, потребляемой от выпрямителя.В промежутках, когда питание нагрузки не производится, а выпрямитель замкнут на дроссель 1 (в паузах междублоками), ток выпрямителя возрастает соскоростью - . и электромагнитнаяСМ ЕоСф ( аэнергия дросселя;"увеличивается за2счет потребления энергии от выпрямителя. 7." 2 61 лпряжение. О, а входных зажимах моста, л следовательно, и моешость 1,.потребляемая инвертором и выделяемая на нагрузке ( если пренебречь пульсацией тока 1 д. ), показаны на оси 0 . На оси 04 построена кривая напряжения и мощностиР на дросселе Ь, Мощность, выделяемаяна нагрузке, и мощность дросселя Р РА = Р - Р = Согь 1 . Дроссель является аккумулятором энергии, который запасает энергию, потребляя ток от выпрямителя в паузах между блоками тока нагрузки и отдает энергию в нагрузку, уменьшая ток, потребляемый от выпрямителя, в промежутках питания нагрузки.На фиг. 2 в показаны диаграммы мощностей преобразователя. Диаграммы показывают, что мощность, потребляемая из сети, переменного тока Р (мощность выпрямителя), практически постоянна и находится на уровне среднего значения пульси руюшей мощности нагрузки Р, а мгновенная разность между постоянной мощностью, потребляемой из сети, и мощностью на нагрузке, уравновешивается знакопеременной реактивной мощностью дросселей.Технико-экономические преимущества устройств, выполненных по предлагаемому способу, заключаются в увеличении надежности за счет снижения величины токовкороткого замыкания и уменьшения влияния на питающую сеть.формула изобретенияСпособ управления преобразователем частоты, выполненным в виде нескольких инверторных ячеек на управляемых ключах с параллельно соединенными выходными выводами и шинами питания, через дроссели индуктивности подключенными к разным источникам постоянного напряжения, путем последовательного включения на первой и на второй четвертях каждого лолу- периода выходного тока многоступенчатой формы через интервалы времени, равные длительности соответствующих его ступеней, тех ключей разных инверторных ячеек, которые одними концами подключены к одному выходному выводу преобразователя и образуют его группы, о т л и - ч а ю ш и й с я тем, что, с цепью уменьшения влияния на питающую сеть и ловышения функциональной надежности при аппаратурой реализации повышенных мощностей преобразования, смежные ключи каждой инверторной ячейки, связанные с7 723752 8 одним и тем же выходным выводом соот- Источники информации, ветствующего источника напряжения, не- принятые во внимание при экспертизе реключают в противотакте, а во второй чет.верти каждого полупериода выходного то. Лекоргийс. Ж. Управляемые электрика включают в упомянутом порядке, но в 5 ческие вентили и их применение, М., Знеробратной последовательности ключи инвер- гия, 1971, с. 399. торных ячеек смежной группы, точки соединения одних коннов которых образуют 2, Авторское свидетельство СССР тот же выходной вывод преобразователя. И 414693, кл. Н 02 М 5/48, 1974,723752От иЮФЮйфДУЮФ ф /МЯЛ ЮЮВМЮФМ ЛОЮУю ссею ЦНИИПИ Заказ 450/4 Тираж 783 Подписное Филиал ППП "Патентф,Ужгород, ул Лроектная,4