Статический преобразователь частоты

ОПИСАНИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ 238656 Сбюз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства-Кл. 210-, 14/О 1 210-, 14102 11,1966 ( 1098632/24-7) аявлено с присоединением заявки1122656/24Приоритет ЛПК Н 02 гп Н 02 гп УДК 621,314,27(088.8)Комитет по делам изобретений и открыти при Совете Министров СССР, Бюллетеньисания 17,И 1.1 Дата о ликования Авторы зобретения А. Глазенко, Р,Ю ончаренко, Д. А. Завалишин, В. ф.. Аполонов и А. В. Иванов калов,аявите СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЬ Известный статйческий преобразоватеЛь частоты, содержащий выпрямитель, автономатый инвертор и группу обратных вентилей имеет невысокий к. п. д. и не обеспечивает надежной работы в режиме рекуперации.ЦеЛь изобретения - повыШение к. п, д. и обеспечение надежной работы в режиме реку 1 терации,Основной отличительной особенностью преддагаемого преобразователя является то, что Ьн снабжен дополнительным, ведомым сетью инвертором, питающимся от группы обратных вентилей и подключенным ко входу выпрями- Феля. На фиг. 1 представлена принципиальная схеМа преобразователя с принудительной коммутацией; на фиг. 2 - диаграмма подачи управдяющих импульсов на вентили автономного инвертора по схеме на фиг. 1; на фиг. 3 - принципиальная схема преобразователя с емкостной коммутацией и с входными трансформаторами; на фиг, 4 - принципиальная схема преобразователя с емкостной коммутацией без Входных трансформаторов; на фиг. 5 показаны эпюры токов и напряжений преобразователей по схемам на фиг. 3 и 4.Преобразователь питается от источника переменного напряжения постоянной частоты через управляемый выпрямитель 1, собранный По известной мостовой схеме и состоящий из управляемых вентилей 2 - .б. Постоянно регу.лируемое по величине напряжение с выхода управляемого выпрямителя 1 подается на фильтр постоянного напряжения из конденса тора б и дросселя 7 и далее на вход автономного тиристорного инвертора 8. Для фильтрации постоянного напряжения, подаваемого на вход автономного инвертора 8, принципиально можно использовать и более сложные 1.С фильтры. Вентили 9 - 14 автономного пнвертора 8 служат для последовательного переключения постоянного напряжения /т 1 с выхода управляемого выпрямителя 1 к выходным зажимам преобразователя частоты, к которым 5 и подключается нагрузка преобразователя,При последовательной подаче управляющих сигналов на вентили автономного инвертора на зажимах нагрузки преобразователя образуется трехфазное напряжение с частотой первой 20 гармонической, равной и.Гашение, вентилей 9 - 14 обеспечиваетсяэнергией, запасаемой в коммутирующих конденсаторах 15, При гашении этих вентилей напряжение коммутирующих конденсаторов 15 25 прикладывается к основным вентилям 9 - 14в их непроводящем направлении с помощью вспомогательных управляемых вентилей 1 б - 21, Общая анодная точка вентилей 1 б, 18, 20 подключена к + левого по схеме источни ка 22, общая катодная точка вентилей 19, 21,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 17 подключена к-правого по схеме источни,ка 23.Между нагрузкой преобразователя и ведомым инвертором 24 включены по схеме трехфазного моста обратные неуправляемые вентили автономного инвертора 25 - 30, обеспечивающие передачу реактивных токов нагрузки в ведомый инвертор 24, Эти же вентили при работе нагрузки в генераторном режиме обеспечивают передачу энергии из нагрузки в ведомый инвертор 24.Ведомый инвертор 24 состоит из управляемых вентилей 31 - 34, включенных по схеме трехфазного моста. К зажимам постоянного тока ведомого инвертора 24 подключен фильтр постоянного напряжения, состоящий из конденсатора 35 и дросселя 3 б. (Для фильтрации постоянного напряжения, подаваемого на вход ведомого инвертора 24, принципиально можно использовать и, более сложные ЕС-фильтры). Общая анодная точка анодной группы вентилей ведомого инвертора 24 подключается к общей точке катодной группы 37 вентилей обратного тока, общая катодная точка катодной группы вентилей ведомого инвертора 24 - к общей анодной точке анодной группы 38,вентилей обратного тока. Зажимы переменного тока ведомого инвертора 24 соединены с питающим преобразователь источником переменного напряжения постоянной частоты.В качестве источников постоянного коммутирующего напряжения 22, 23 могут быть использованы управляемые или неуправляемые вынрямители, питаемые через трансформатор от источника переменного напряжения постоянной частоты,На управляемые электроды вентилей 2 - 5 подается набор коротких импульсов с частотой повторения, равной частоге питающего напряжения. Импульсы на вентили 2 и 3 подаются одновременно, импульсы на вентили 4 и 5 - со сдвигом по фазе 180 относительно импульсов на вентили 2 и 3. При изменении фазового сдвига сории управляющих импульсов выпрямителя 1 относительно питающего выпрямитель напряжения будет изменяться среднее значение напряжения на выходе выпрямителя, что даст возможность регулировать величину выпрямленного напряжения. 1.С-фильтр на выходе выпрямителя уменьшает пульсации выпрямленного напряжения.Постоянное напряжение Уд с выхода выпрямителя поступает на вход автономного инвертора 8.При подаче управляющих импульсов на вентили 9 - 14 в соответствии с диаграммами а, в, д, ж, з, и, к на фиг, 2 и при условии гашения этих вентилей в момент прекращения подачи на них управляющих импульсов на выходе инвертора образуется трехфазное переменное напряжение, первая гармоническая которого будет иметь угловую частоту со.Рассмотрим работу автономного инвертора для случая активно-индуктивной двигательной нагрузки при коэффициенте мощности нагрузки ю)гр)0,5.Начнем рассмотрение с момента о 1= - диа 3 граммы на фиг. 2, Пусть непосредственно перед этим моментом все вентили 25 - 30 находились в непроводящем состоянии. До этого момента нижний по схеме конденсатор 15 был заряжен до некоторого напряжения с полярностью, указанной на фиг. 1. До момента а 1 = -были включены вентили 9, 13, 14,В момент ь= - подается управляющий сиг 3нал на вентиль 20, и он включается. Тогда напряжение нижнего конденсатора 15 будет приложено к вентилю 13 в его непроводящем направлении, и этот вентиль погаснет. Нижний по схеме конденсатор 15 перезаряжается током нагрузки преобразователя до тех пор, пока потенциал зажима 11 нагрузки преобразователя не станет равным потенциалу зажима + моста обратного тока автономного инвертора 8, а потенциал зажима 1 нагрузки преобразователя равным потенциалу зажима-моста обратного тока автономного инвертора 8.После этого включаются вентили 25 и 2 б и происходит передача реактивного тока из нагрузки преобразователя в ведомый инвертор 24.После изменения направления тока в фазе 1 П нагрузки преобразователя включится вентиль 10 автономного инвертора 8, сигнал на который был подан с некоторой задержк кой у по отношению к моменту Ы= - . За 3держка у в подаче управляющих сигналов на вентили 9 - 14 необходима для предотвращения короткого замыкания выхода управляемого выпрямителя через вентили 10 - 13, 11 - 14 или 9 - 12, что может привести к срыву, коммутации автономного инвертора. Время задержки в подаче управляющих сигналов на основные вентили должно быть таким, чтобы за это время отключаемый основной вентиль успевал восстановить свои запирающие свойства. Для более надежного перезаряда коммутирующих конденсаторов и подготовки их к следующей коммутации предлагается на вспомогательные вентили 1 б - .21 подавать сдвоенные импульсы управления с некоторым интервалом между первым и вторым импульсом. Этот интервалЛудобно сделать равным3Дальнейшая работа автономного инверто. ра 8 при созр)0,5 ясна из рассмотрения диаграмм на фиг. 2,При коэффициенте мощности двигательной нагрузки сов ср(0,5 в момент юг= - ток на3 грузки может проводить вентиль 25 вместо вентиля 9 и вентиль 30 вместо вентиля 14, од. "ко работа инвертора 8 при этом не будетсущественно отличаться от его работы на двигательную нагрузку с сов ср)0,5.В генераторном режиме работы нагрузки длительность включенного состояния вентилей 25 - 30 увеличится еще больше по сравнению со случаем двигательной нагрузки с сову(0,5. В этом варианте со стороны автономного инвертора 8 передается только мощность, необходимая для создания магнитного потока в нагрузочном двигателе преобразователя (если преобразователь нагружен на асинхронный двигатель); активная мощность нагрузки передается через вентили 25 - 30 в ведомый инвертор 24.Ведомый инвертор 24 в режиме двигательной нагрузки обеспечивает возврат реактивной энергии из,нагрузки в питающую сеть переменного напряжения, В режиме генераторной нагрузки преобразователя, ведомый инвертор 24 обеспечивает передачу активной энергии, вырабатываемой, нагрузкой, в питающую сеть переменного напряжения.Для уменьшения пульсаций тока на входе ведомого инвертора 24 последний подключается к группам вентилей обратного тока 37 и 38 автономного инвертора 8 через индуктивно-емкостный фильтр, состоящий из дросселя 3 б и конденсатора 35.На вентили 31 - 34 ведомого инвертора 24 подается набор коротких импульсов с частотой повторения, равной частоте питающего преобразователь напряжения. Импульсы на вентили 31 и 32 подаются одновременно; импульсы на вентили 4 и 5 - со сдвигом по фазе на 180 относительно импульсов на вентили 23. Фазовый сдвиг управляющих сигналов ьедомого инвертора 24 подбирается таким, чтобы включение вентилей ведомого инвертора 24 происходило в тот момент, когда напряжение питающей сети переменного тока направлено встречно по отношению к проводящему направлению включающихся вентилей ведомого инвертора 24. В этом случае ведомый инвертор 24 будет передавать энергию из нагрузки преобразователя в питающую сеть переменного напряжения. Изменяя фазовый сдвиг серии управляющих импульсов ведомого инвертора 24 относительно напряжения питающей сети переменного тока, можно регулировать величину тока, потребляемого ведомым инвертором от группы обратных вентилей автономного инвертора 8 и, следовательно, регулировать величину напряжения Гд на зажимах постоянного тока группы обратных вентилей. Напряжение Уд желательно поддерживать примерно равным напряжению Уа на входе автономного инвертора с тем, чтобы не допустить чрезмерного искажения формы кривой напряжения на нагрузке преобразователя.Вспомогательные источники постоянного коммутирующего напряжения 22 и 23 обеспечивают надежный запуск автономного инвертора 8 при наглухо подключенной к его зажимам нагрузке. В случае отключаемой на время запуска автономного инвертора 8 нагрузки этот инвертор достаточно хорошо запускается при отсутствии источников 22, 23, поэтому в этом случае нет необходимости в их установ ке, и общую анодную точку, вспомогательных 5 вентилей можно подключить непосредственнок общей анодной точке основных управляемых вентилей автономного инвертора 8, а общую катодную точку вспомогательных управляемых вентилей автономного инвертора 8 - 10 и общей катодной точке основных управляемых вентилей этого же инвертора.Выпрямитель 39 (см, фиг. 3) с Г-образнымсглаживающим фильтром 40 предназначен для питания основной группы управляемых 15 вентилей оконечного инвертора 41. Группа неуправляемых вентилей обратного тока 42 че рез Г-образный сглаживающий фильтр 43 подключена к зависимому инвертору 44, выполняющему роль источника гпротиво- э.д,с., обла дающего обратной проводимостью. На приведенных принципиальных схемахпреобразователя частоты (см, фиг, 3 и 4) показано применение оконечного инвертора с ком мутирующим звеном из конденсаторов 45, отсекающих диодов 4 б и коммутирующего дросселя 47. В данном выполнении схемы преобразователя частоты принципиально могут быть использованы инверторы с другими коммути рующими звеньями - индивидуальными, общими на фазу, общими для анодной и катодной групп вентилей инвертора, общими для инвертор а.Входные трансформаторы 48, 49 принципиЗ 5 ально могут быть объединены в один трехобмоточный трансформатор или один нз них может отсутствовать, что не ведет к образованию потенциальной связи входов переменного тока выпрямителя 39 и обратного инвертора 44 и 40 не вызывает необходимости разделения индуктпвностей 50, 47, 51. Прп питании звеньев преобразователя частоты 39 и 44 от общих знаков см. фпг, 4) индуктивностп должны быть рассредоточены на индуктивности 52 - 57, распо ложепные в аноднои и катодной группах вентилей для обеспечения симметричной работы эих групп.При регулировании выходнойчастоты преобразователя изменение выходного напряжения 50 в соответствии с законом частотного регулирования осуществляется одновременным согласованным изменением углов управления вентилями выпрямителя и обратного инвертора - о, и Р, Г-образные сглаживающие фильтры 40 55 и 43 не препятствуют колебаниям мгновенныхзначений постоянных токов вентильных групп 41 и 42. Такие пульсации токов д и л оказываются наиболее глубокими при индуктивной нагрузке оконечного инвертора 41, что ил люстрируется зависимостями гл (1), д (1),представленными на фиг. 5.Данное выполнение схемы преобразователячастоты позволяет получить следующие положительные свойства, которыми не обладают 65 известные схемы преобразователей частоты:1) обеспечение режима рекуперативного торможения регулируемого привода и генера. торното режима работы электрической машины при отсутствии переключений в силовой цепи преобразователя и в цепях управления;2) отсутствие .циркуляции уравнительных токов между управляемым выпрямителем и зависимым инвертором;3) преобразователь частоты обладает лучшим быстродействием при переводе нагрузки из одного режима в другой вследствие непрерывности работы вентильных групп и посто. янства направления токов в индуктивностях сглаживающих фильтров;4) промежуточные цепи постоянного тока в предлагаемом преобразователе более уравновешены, чем в других известных схемах, что позволяет уменьшить емкость сглаживающих фильтров; 5) при выполнении оконечного инвертора снаиботее простым коммутирующим звеном из конденсаторов, малой индуктивности и отсекающих диодов в схеме инвертора не образу ются послекоммутационные короткозамкнутыеконтуры, в которых в известных схемах циркулирует начальный ток индуктивности. Предмет изобретения1 ОСтатический преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, автономный инвертор и группу обратных вентилей, отличаюиийся тем, что, с целью увеличения к, п. д. и обеспе чения надежной работы в режиме рекуперации, он снабжен дополнительным, ведомым сетью инвертором, питающимся от группы обратных вентилей и подключенным ко входу указанного выпрямителя,