Тиристорный преобразователь частоты

О П И С А Н И Е )(18 т.7938ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7 витель 4) ТИРИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к электронике и может быть использовано в частотно-регулируемых приводах переменного тока, преимущественно в высоковольтных частотно- регулируемых приводах.Известен преобразователь частоты, содержащий мостовой регулируемый выпрямитель, который через 1 С-фильтр соединен с автономным инвертором напряжения, включающий мост основных тиристоров, мост коммутирующих тиристоров, мост диодов обратного тока, коммутирующие 1 С-цепи 1Недостатком такого преобразователя является снижение коммутационной способности на низких частотах и зависимость напряжения на коммутирующих конденсаторах от тока нагрузки преобразователя.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является тиристорный преобразователь частоты, содержащий управляемый источник постоянного тока, выходными выводами связанный с шинами питания тиристорного инвертора напряжения, включающего в себя основной мост тиристоров, мост коммутирующих(тиристоров., мост диодов обратного тока, коммутирующие 1 С-цепочки, включенные между выходными выволами рсновного н коммутирующего мостов, и, по крайней мере, один источник подзаряла, своими выхолными выводами связанный с точками объелинения анодов и с точками объединения катодов моста коммутирующих тиристоров, причем точка объединения анодов моста коммутирующих тиристоров полключена к плюсовой шине питания инвертора через разделительный диод в непроводящем направлении, точка объединения катодов моста ком мутирующих тиристоров подключена к минусовой шине питания инвертора, а плюсовой вывод источника подзаряла полключен к точке объединения анодов моста коммутирующих тиристоров через подзарялный тиристор. Выпрямление сетевого напряженияв таком преобразователе осуществляется регулируемым выпрямителем, собранным по трехфазной мостовой схеме и далее сглаживается 1.С-фильтром, причем величина выпрямленного напряжения определяется уг 2 о лом зажигания управляемых вентилей выпрямителя. Выпрямленное и сглаженное напряжение поступает на вход автономного инвертора напряжения, где инвертируется мостовым трехфазным инвертором, на выходе которого генерируется переменное трехфазное напряжение регулируемой амплитуды и частоты, отношение между которыми определяется блоком регулирования преобразователя. Так как источник подзаряда коммутирующих конденсаторов через подзарядный тиристор подключен параллельно мосту коммутирующих тиристоров и обеспечивает односторонний дозаряд коммутирующих конденсаторов после цикла коммутации основных тиристоров, то в случае, если напряжение на коммутирующем конденсаторе станет выше напряжения источника подзаряда, подза рядн ый тир истор не сможет включиться из-за того, что потенциал катода подзарядного тиристора будет выше, чем потенциал его анода 12.Недостатком такого тиристорного преобразователя частоты является то, что разделительный диод необходимо выбрать на напряжение равное напряжению источника подзаряда. Это определяется тем, что напряжение источника подзаряда Ц выбирается из условия сохранения постоянства коммутирующей способности преобразователя таким образом, чтобыБи. )Ц 1, (1) где Щ -максимальное напряжение регулируемого выпрямителя преобразователя.Например, если входное напряжение преобразователя будет 380 В, то максимальное выходное напряжение регулируемого выпрямителя определяется известной формулойБд, = 11.1,35 = 380 1,35 = 514 В (2) Тогда согласно формулы (1) напряжение источника подзаряда необходимо выбрать 520 - 550 В. Таким образом, к разделительному диоду прикладывается разность напряжений611 = и - Ц 1, (3)В случае, если напряжение Б 3, на выходе выпрямителя равно нулю или мало по величине, что соответствует останову двигателя или работе его на низких частотах (1 - 3 Гц), к разделительному диоду прикладывается напряжение Ь.1 = Бч. Таким образом, очевидно, что данный тиристорный преобразователь частоты предпочтителен при низком напряжении его питания (220 В, 380 В, 660 В). В случае выполнения высоковольтного тиристорного преобразователя с входным напряжением, например 6000 В, напряжение источника подзаряда составит порядка 10000 В. Таким образом, для осуществления высоковольтного преобразователя по данной схеме необходимо выполнить высоковольный источник подзаряда (высоковольтный трансформатор, высоко.вольтный выпрямительный мост, высоковольтный фильтр), а разделительный диод и подза рядн ый тиристор необходимо выполнять в виде высоковольтного столба из последовательно набранных вентилей с вспомогательными цепями (для равномерного35 40 45 50 55 1 О 15 го 25 Зо деления напряжения между последовательно включенными вентилями и цепями контроля состояния вентилей).Цель изобретения - уменьшение установленной мощности преобразователя, снижение веса и габаритов преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем управляемый источник постоянного тока, выходными выводами связанный с шинами питания тиристорного инвертора напряжения, включающего в себя основной мост тиристоров, мост коммутирующих тиристоров, мост диодов обратного тока, коммутирующие 1.С-цепочки, включенные между выходными выводами основного и коммутирующих мостов и, по крайней мере, один разделительный диод, включенный в проводящем направлении между одними одноименными по полярности выводами постоянного тока основного моста тиристоров и моста коммутирующих тиристоров, причем другие одноименные по полярности выводы этих мостов объединены между собой, а также подзарядную цепочку из последовательно включенных источника подзаряда и подзарядного тиристора, одним концом подключенную к точке соединения одного электрода разделительного диода с выводом постоянного тока моста коммутирующих тиристоров другой конец подзарядной цепочки подключен к другому электроду разделительного диода,На фиг. 1 и 2 изображены схемы выполнения преобразователей. Преобразователь на фиг. 1 содержит регулируемый выпрямитель 1, состоящий из тиристоров 2 - 7, выход которого через силовой фильтр 8, содержащий индуктивность 9 и емкость 10, подключен к входу автономного инвертора 11 напряжения. Автономный инвертор 11 напряжения содержит мост 12 основных тиристоров, выходы переменного тока которого соединены с выходами переменного тока моста 13 обратных диодов и с двигателем 14 переменного тока, а также через коммутирующие 1.С-цепи, где 15 - 17 - конденсаторы, а 18 - 20 - дроссели, с выходами переменного тока моста 21 коммутирующих тиристоров. Мост 21 коммутирующих . тиристоров включает тиристоры 22 - 27, а мост 12 основных тиристоров и мост 13 обратных диодов включают тиристоры 28 - ЗЗ и диоды 34 - 39. Точка объединения анодов коммутирующих тиристоров 22 - 24 через разделительный диод 40 в непроводящем направлении связана с точкой объединения анодов основных тиристоров 28 - 30 и точкой объединения катодов обратных диодов 34 - 36, а точка объединения катодов коммутирующих тиристоров 25 - 27 связана с точкой объединения катодов основных тиристоров 31 - ЗЗ и точкой объединения анодов обратных диодов 37 - 39. Параллельно разелительному диоду 40 подключена подзарядная цепь, состоящая изпоследовательно включенных источника 41 подзаряда и подзарядного тиристора 42, причем катод подзарядного тиристора и катод разделительного диода объединены.Такое выполнение схемы преобразователя дает возможность уменьшить его уста новленную мощность за счет уменьшения установленной мощности разделительного диода и подзарядного тиристора.В предлагаемом решении в контур коммутации включены разделительный диод и параллельно к нему подключена цепь, состоящая из последовательно включенных подзарядного тиристора и источника подзаряда Мощности источника подзаряда в известном устройстве и предлагаемом для одинаковых мощностей и выходных частот преобразователей равны и будут определяться добротностью контура коммутации Ь(,)д Я -С 1 сдса (4)где- величина емкости коммутирующего конденсатора;с -напряжение на коммутирующемконденсаторе до начала коммутации;% -напряжение на коммутирующемконденсаторе после коммутации.Для реальных контуров коммутации при добротностях 5 - 8 потеря напряжения Ь 1 за цикл коммутации составляетЬЫ =1 с, - .1 с = (0,1 - 0,15) 1 с, (5 Поэтому напряжение источника подзаряда в предлагаемой схеме, как следует из (1) и (5) (Ьъ = .с) составляет зо1-1 та.2 = (0,1 - 0,15) Щ (6)Установленная мошность тиристора подзаряда Ру, в известном устройстве составляетРуст. 1и.1-в (7) где 1 -ток подзаряда;35у- напряжение источника подзарядаУстановленная мощность тиристора подзаряда Ру,тв предлагаемом устройстве составляетРуст,а = в У (8)40Так как токи подзаряда в обеих схемах при одинаковых мощностях преобразователя и одинаковых выходных частотах преобразователя равны, то 1 = п., 11 ю= = ЗЫ (1), 1.1 н. = (0,1 - 0,15) Щ управление (6), тогда45РюУ 1. Уд 11 - 10 (9) Руст.г Ю 1"и 2Рус, = 10 Руст, (10)Аналогично относятся мощности разделительных диодов в известном устройстве и предлагаемой схеме (в формулах вместо токов подза ряда будут токи коммутации, которые равны для обеих схем). Таким образом, при входном напряжении преобразователя 6000 В в предлагаемой схеме преобразователя напряжение источника подзаряда составит около 1000 В, и в качестве разделительного диода возможно использовать один прибор, например В - 200 - 12 класса,Из вышесказанного следует также, что при одинаковой мощности подзаряда в предлагаемом устройстве в случае высоковольтного преобразователя частоты источник подзаряда конструктивно и схемно выполняется проше.Работает тиристорный преобразовательчастоты (фиг. 1) следующим образом.Выпрямление сетевого напряжения осушествляется регулируемым выпрямителем 1,собранным из трехфазной мостовой схемыи далее сглаживается 1.С-фильтром 8 и величина выпрямленного напряжения определяется углом зажигания управляемых вентилей тиристоров 2 - 7, Выпрямленное и сглаженное напряжение поступает на вход автономного инвертора 11 напряжения. Дляполучения на выходе напряжения, выходнаяформа которого не зависит от коэффициента мошности нагрузки, применяется 180управление основными тиристорами, т. е.всегда открыты три тиристора, два анодной группы и один катодной и наоборот.Пусть открыты тиристоры 28, 30, 32 и конденсатор 15 заряжен полярностью указанной на фиг. 1. Для запирания основноготиристора 28 включается коммутирующийконденсатор 15 и ток коммутации проходитпо цепи 15 - 28 - 40 - 22 - 18 - 15. После того, как ток коммутации станет больше токанагрузки, тиристор 28 запирается и ток разряда емкости конденсатора 15 протекает по.цепи 15 - 34 - 40 - 22 - 18 - 15. После разряда конденсатора 5 до нуля он начинаетперезаряжаться за счет энергии, запасеннойдросселем 18 .полярностью, указанной нафиг, 1 в скобках. Напряжение, до которогоперезаряжается конденсатор 15, будет зависеть от величины энергии, запасенной дросселем 18,. которая определяется величинойтока нагрузки. В случае, еслиБсаЦоу.где Ус -напряжение на конденсаторе посх ле перезаряда;а -минимальное заданное напряжение на конденсаторе, необходимое для обеспечения коммутационной устойчивости преббразователя,то при цикле коммутации сначала включается коммутирующий тиристор 22 и происходит коммутация основного тиристора 28по цепи 15 - 34 - 40 - 22 - 18 - 15, а затемпосле окончания перезаряда конденсатора15 полярностью, указанной на фиг. 1 в скобах, включается подзарядный тиристор 42и осуществляется процесс дозаряда коммутирующего конденсатора по цепи 15 - 34 -41 - 42 - 22 - 18 - 15, причем, как следует извышесказанного, ток коммутации поступаетчерез разделительный диод 40, а ток дозаряда коммутирующего конденсатора поступает через подзарядный тиристор 42, и, таким образом, такое построение схемы исключает протекание тока коммутации зна81 чительной величины (в преобразователе с выходным током 60 А амплитуда тока коммутации составляет 600 - 700 А) через источник подзаряла, вслелствие чего источник подзаряда обеспечивает только дозаряд коммутирующего конденсатора и мощность его составляет 2 - 5% от могцности преобразователя в зависимости от выходной частоты. Таким образом, к разделительному диоду 40 через включенный тиристор 42 будет прикладываться намяжение источника 41 подзаряда, которое, как указывалось ранее, составляет 3 0,1 АД., вследствие чего снижается установленная мощность тиристора подзаряда и разделительного диода, что снижает установленную мощность преобразователя частоты, его вес и габариты. Аналогичным образом с сдвигом на 120 электрического периода выходной частоты работают остальные две фазы преобразователя,Работа схемы по фиг. 2 не отличается от предлагаемой. Коммутирующие дроссели в преобразователе частоты по фиг. 2 выполнены со средней точкой. Такое включение дросселей предпочтительно при аварийном процессе, например в случае ложного отпирания одновременно двух коммутирующих тиристоров одного плеча моста 21, например тиристоров 22 и 25. В этом случае ток разряда конденсатора 10 фильтра 8 будет дополнительно ограничен дросселем 18. Выбор схемы преобразователя необходимо производить конкретным экономическим расчетом на основании функционального-стоимостного анализа в зависимости от его мощности и выходной частоты, При необходимости преобразователь частоты может быть дополнен рекуперативным мостом для возврата энергии в сеть.Предлагаемый преобразователь частоты имеет преимушества перед известным в случае выполнения его на напряжения выше 3 кВ. В этом случае источник подзаряда и разделительный диод необходимо выполнять высоковольтными, т. е, выполнять в виде последовательного соединения элементов с вспомогательными цепями деления напряжения, контроля и сигнализации.,Уменьшение установленной мощности разделительного диода достигается за счет снижения 7938приложенного к нему напряжения, а упрощение источника подзаряда происходит за счет исключения дополнительных цепей и элементов контроля и сигнализации. Снижение приложенного напряжения на обратном диоде происходит за счет снижения напряжения источника подзаряда, Снижение напряжения источника подзаряда возможно потому, что в устройство введена новая связь, а именно отрицательный вывод источника подзаряда подключен к точке объединения анода разделительного диода с анодами тиристоров основного моста.Формула изобретения15Тиристорный преобразователь частоты,содержащий управляемый источник постоянного тока, выходными выводами связанныйс шинами питания тиристорного инверторанапряжения,включающего в себя основной20 мост тиристоров, мост коммутирующих тиристоров, мост диодов обратного тока, коммутирующие 1.С-цепочки, включенные междувыходными выводами основного и коммутирующих мостов и, по крайней мере, одинразделительный диод, включенный в прово 25дящем направлении между одними одноименными по полярности выводами постоянного тока основного моста тиристоров и моста коммутирующих тиристоров, причем другие одноименные по полярности выводызр этих мостов объединены между собой, атакже подзарядную. цепочку из последовательно включенных источника подзаряда иподзарядного тиристора, одним концом подключенную к точке соединения одного электрода разделительного диода с выводом пос 35 тоянного тока моста коммутирующих тиристоров, отличающийся тем, что, с цельюуменьшения массы и габаритов, другой конец подзарядной цепочки подключен к другому электроду разделительного диода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Яегпепз ХейзсйеН 1, 197549,НейТ, с. 485, рис. 1.2. Авторское свидетельство СССР позаявке2510704/07, 15.07.7.817938 Диг. 7 Состав и ехред А.ираж 730 И Государственног делам изобретений Москва, Ж - 35, Ра П Патент, г. Ужг ВНИИПпо113035,Филиал ПП Редактор Н. Кузнецов Заказ 994/76 ль М. Мыцыкойкас Корректор Л. ИванПодписноео комитета СССРи открытийушская наб. д, 4/5ород, ул. Проектная, 4