Преобразователь частоты

СПИ Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советски кСоциалистическиеРеспублик(22) Заявлено 18,10,77 (2) 2531734/24-07 Н 02 М 7/515 с присоединением заявки,% Гасудеротееаинй комитет СССР па делам изобретений и аткрмтий(72) Авторы изобретения И. И. Кантер и И, И. Артюхов Саратовский политехнический институт(5 л) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫИзобретение относится к электротехнике, в частности к системам преобразования частоты с использованием вентилей и предназначено для питания потребителей с резкой изменяющейся нагрузкой например, дпя систем электроснабжения на повышенных частотах цехов, заводов и других объектов, как наземных, так и находацихся в других средах.Известны преобразователи частоты, в которых для стабилизации выходного напряжения применены устройства регулирования реактивной мощности. Динамические свойства таких преобразователей и жесткость внешней характеристики при резко изменяющейся нагрузке определяются параметрами системы управления регулятора реактивной мощности 11 и КПри этомтв силу инерционности систе- о мы управления в преобразователях с указанным устройством стабилизации выходного напряжения может наблюдаться уменьшение угла восстановления заиира 2ния при резких изменениях нагрузки (особенно при набросах нагрузки). Это обуславливает низкую коммутационнуюустойчивость преобразователя. С помощью быстродействующих автоматических регуляторов можно понизить степень изменения угла восстановления запирания в переходных режимах, однако создание быстродействующего автоматического реФ гулятора является слсекной задачей и обусловлено физической природой процессов, протекающих в указанных преобразователях.Известен также преобразователь частоты, содержащий сглаживающий дроссель в цепи питания, мост основных тиристоров, между выходными выводами которого включены коммутирующие конденсаторы с параллельно подключенным к ним тиристорно-дроссельным регулятором, а также задающий генератор и блок обратной связи, включающий в себя блок управления тиристорно-дроссельного регулятора, включенный между выходными,8 фния, вспомогательного трехфазного тиристорного моста, к выво 11 ам переменноготока которого подключена вторичная обмотка трехфазного трансформатора, а к управляющим выводам подключен выход задающего генератора, последовательносоединенных формирователя прямоугольных импульсов, генератора линейно изменяющегося напряжения, порогового элемента, ждущего мультивибратора, логического элемента НЕ, причем вход формирователя прямоугольных импульсов подключен к выводам постоянного тока вспомогательного трехфазного тиристорногомоста, а выход логического элемента НЕобразует выход датчика угла восстановления эапирания. На фиг. 1 изображена схема преобразователя частоты, на фиг. 2 показано распределение импульсов управления основными тиристорами преобразователя и тиристорами датчика угла восстановления эапирания, на фиг. 3 даны эпюры напряжений, поясняющие принцип работы датчика угла восстановления запирания,Преобразователь частоты содержит сглаживающий дроссель 1 в цепи питания, мост основных тиристоров 2-7, между выходными выводами которого включены коммутирующие конденсаторы 8-1 О с параллельно подключенным к ним тиристорно-дроссельным регулятором 11, а также задающий генератор 12 .и блок. 13 обратной связи, включающий в себя блок 14 управления тиристорно-дроссельного регулятора.Преобразователь частоты снабжен мостом.диодов обратного тока 15-20, выво; ды постоянного тока которого подключены к выводам постоянного тока моста.основных тиристоров 2-7, выводы переменного тока подключены через дроссели 2123 к выходным выводам моста основныхтиристоров. Елок обратной связи 13 снабжен датчиком 24 угла восстановления эапирания и логическим блоком 25 в виде шести двухвходовых логических элементов 26 восстановления запирания подключены к выходным выводам моста основных тиристоров 2-7, а выход этого датчика подключен к одному из входов шести двухвходовых логических элементов И 2631,вторые входы каждого из которых под-ключены к соответствующему выходу блока 14 управления тиристорно-дроссельного регулятора. 73969выводами моста основных тирпсторов иуправляющими входами тиристорно-дроссельного регулятора Преобразовательснабжен также датчиками состояния вентилей и логическим устройством. Кромеэтого, дроссельна входе преобразователя зашунтирбван последовательной цепочкой, состоящей из дросселя, резистора итиристдра, цепь управлениякоторого че" рез дополнительные датчики напряжения 10подключена к входу преобразователя, Дан-ный преобразователь имеет улучшенныеэксплуатационные характеристики,Однако ему присущи в целом те жесамые недостатки, такие как низкое 15быстродействие и неустойчивость при работе на нагрузку и резко изменяющимисяпараметрами. Кроме этого отсутствуетконтроль за углом восстановления эапирания, что обуславливает низкую коммутяционную устойчивость,Бель йзобретения - уменьшение массы и габаритов, повышение быстродействия и функциональной надежности.Указанная цель достигается тем,что 25преобразователь частоты, содержащий,.сглаживающий дроссель в цепи питания,мост основных тиристоров, между выходными выводами которого включены коммутирующие конденсаторь 6;с параллельно подключенным к йим тиристорно-дроссельным регулятором, а также задающийгейератор и блок обратной связи, включающий в себя блок управления тиристорнодроссельного регулятора, снабжен мостом 35диодов обратного тока, выводы постоянного тока которого подключены к выводам постоянного тока моста основныхтиристоров, вывода переменного токаподключены через дроссели к выходным 40-въводам моста основных тиристоров, аблок обратной связи снабжен датчикомугла восстановления запирания и логическим блоком в виде шести двухвходовых логических элементов И,. причем входы датчика угла восстановления запирания подключены к выходным выводам,;мостаосновных тиристоров, выход этого датчика подключен к одному из входов . 31 И; причем входы датчика 24 углашести двухвходовых логических элементов И, вторые входы каждого иэ которыхподключены к соответствующему выходублока управления тиристорно-дроссель " -нйо -регулятора; датчикугла Восстановления эапирания выполнен в виде трехфазного трансформатора, первичная обмотка которого образует входные выво. ды датчика угла восстановления эапира5 7396Датчик 24 угла восстановления эапирания выполнен в виде трехфазного трансформатора 32, первичная обмотка которого образует входные выводы дат чика 24 угла восстановления запирания, вспомогательного трехфазного тиристорного моста 33-38, к выводам переменно го тока которого подключена вторичная обмотка трехфазного трансформатора 32, а к управляющим входам подключен 10 высод задающего генератора 12, после- довательно соединенных формирователя .прямоугольных импульсов 39,. генератора линейного изменяющегося напряжения 40, порогового элемента 41, ждущего И мультивибратора 42, логического элемента 43 НЕ. Вход формирователя прямоугольных импульсов 39 подклкнен к выводам постоянного тока вспомогатель ного трехфазного тиристорного моста 33- 20 38, выход логического элемента 43 НЕ образует выход датчика 24 угла восстановления запирания.При работе преобразователя в номинальномм режиме тиристорно-,дроссельный ре- ЗЗ гулятор закрыт и баланс реактивной мощности устанавливается взаимодействием конденсаторов 8-10 и дросселей 21-23, которые совместно с мостом диодов обратного тока 15-20 образуют систему Зо импульсной стабилизации напряжения. При резкой разгрузкепреобразователя высво- . бождающаяся реактивная мощность емкостного характера вызывает рост выходного напряжения. Однако система .им- Зб пульсной стабилизации ограничивает возрастание выходного напряжения, причем при высоком быстродействии в силу того, что осуществляется передачей избыточной реактивной мощности иэ одних фаз в 40 другие на частоте преобразователя . Одновременно начинает работать блок 14 управления тиристорно-дроссельного регулятора 1 1, причем таким образом, чтобы изменением фазы управляющих45 импульсов тиристоров регулятора 11 относительно фазы напряжения на выходе преобразователя создать необходимую реактивную нагрузку (индуктивного характера) для преобразователя и тем самым осущест- ЗО вить компенсацию излишней .реактивной мощности. В результате выходное напряжение преобразователя будет удержано на заданном уровне с точностью, зависящей от параметров блока управления 14 и дросселей 21-23,Функционирование датчика 24 угла восстановления эапирания рассмотрим. на одном иэ интервалов работы преобразователя, длительность которого равна 1/6 от периода выходной частоты. Допустим, что этот интервал начинается подачей импульсов управления иа тиристоры 3 и 4. В предыдущий интервал приводят тиристоры 4 и 7. После подачи импульсов управления начинается коммутация тирис- торов 3 и 7, .причем тиристор 3 вступает в работу, а тиристор 7 заканчивает. Если дпяупрощения пренебречь падением напряжения на тиристорах в прямом направлении, то в рассматриваемый интервал напряжение на тир исторе 7 будет таким же, как линейное напряжение О с обратным знаком, так как вентиль 7 в это время включен между фазами 1 и Я преобразователя, Одновременно с подачей импульсов на основные тиристоры 3 и 4 управляющие импульсы подаются на тиристоры 37 и 38, которые откры-. ваются, и на входе формирователя прямоугольных импульсов 35 образуется однополярный импульс, длительность. которого равна углу восстановления запирания тиристора 7. Аналогично в каждую шестую часть периода на выходе выпрямители появляются импульсы, длительность которых равна углу восстановления запирания соответствующего тиристрра. Формирователь прямоугольных импульсов 39 преобразует импульсы, поступающие с выхода выпрямителя, в прямоугольные импульсы, длительность которых равна углу восстановления запирания. Генератор линейно 1 изменяющегося напряжения 40 формирует напряжение в интервале между импульсами. Поэтому величина уровня, до ко-, торого поднимаетея напряжение на выходе генератора линейно изменяющегося : напряжение будеттем больше, чем меныде .уголвосстановлениязапирания. При достижсПри положении нагрузки в силу инерционности блока 14 управления может 98 6произойти уменьшение угла восстановления эапирания до некоторой минимальнодопустимой величины. В этом случае датчик 24 угла восстановления эапираниявырабатывает сигнал, запрещающий подачу управляющих импульсов на тиристорнодроссельный регулятор. Выходное напряжение преобразователя через трансформатор 32 подается на вспомогательный трахфазный тиристорный моет 33-38, управление которого синхронизировано с управлением основных тиристоров 2-7 (см. фиг. 2).7 7396 нии пилообразного напряжения уровня установки срабатывает пороговый элемент 41, который запускает ждущий мульти- вибратор 42, вырабатывающий прямоугольный импульс. Этот импульс поступает5 на вход логического элемента 43 НЕ, в результате чего логические элементы И 26-31 оказываются запертыми и по". дача импульсов управления на тиристо ры регулятора 11 прекращается. Пода О ча управляющих импульсов на тиристорйо-дросселькый регулятор 11 возобновится тогда, когда угол восстановления запирания станет больше допустимой величины. ИОбласть действия тиристорно-дроссельного регулятора, предназначенного для стабилизации выходного напряжения практически ограничено диапазоном медленно меняющихся нагрузок, так как быс тродействие такой системы мало. Импульсный регулятор обладает высоким быстродействйем, однако достигается это при, больших пиковых нагрузках по току, элементов схемы, Объединение двух сис тем регулирования приводит к новому, отличному от суммарного, эффекту, который заключается в том, что высокое быстродействие , устойчивость и функциональная надежность достигается без пи- ЗО ковых перегрузок по току.Введение в блок обратной связи датчика угла восстановления запирания позволяет повысить точность стабилизации и коммутационную устойчивость, 35Формула изобретения1. Преобразователь частоты, содержащий сглаживающий дроссель в цепи питания, мост основных тиристоров, между выходными выводами которого вклк- чены коммутирующие конденсаторы с параллельно подключенчым к ним тиристор-но-дроссельным регулятором, а также задающий генератор и блок обратной связи, включающий в себя блок управления тирис торно-дроссельного регулятора, включенйый между выходными выводами моста ф основных тиристоров и управляющими входами тиристорно-дроссельного регулятора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов,98 8повышения быстродействия и функциональной надежности,он снабжен мостом диодовобратного тока, выводы постоянного токакоторого подключены к выводам постоянного тока моста основных тиристоров, выводы переменного тока подключены черездроссели к выходным выводам моста оо-.новных тиристоров, а блок обратной связиснабжен датчиком угла восстановления запирания и логическим блоком в виде шести двухвходовых логических элементов И,причем входы датчика. угла восстановления запирания подключены к выходнымвыводам моста основных тиристоров, выход этого датчика подключен к одному извходов шести двухвходовых логическихэлементов И, вторые входы каждого изкоторых подключены к соответствующему выходу блока управления тиристорнодроссельного регулятора.2. Преобразователь по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что датчик угла восстановления запирания выполнен ввиде трехфазного трансформатора,.первичная обмотка которого образует входныевыводы датчика угла восстановления запирания, вспомогательного трехфазного тиристорного моста, к выводам переменноготока которого подключена вторичная .обмотка трехфазного трансформатора,.а куправляющим выводам подключен выходзадающего генератора, последовательносоединенных формирователя прямоугольныхимпульсов генератора линейно изменяющегося напряжения, порогового, элемента,ждущего мультивибратора, логическогоэлемента НЕ, причем вход формирователяпрямоугольных импульсов подключен квыводам постоаного тока вспомогательного трехфазного тиристорного моста, авыход логического элемента НЕ образуетвыход датчика угла восстановления запирания,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ковалев Ф. И. и др. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением. М., Энергия", 1972, с. 15,2. Преобразовательные устройства вэлектроэнергетике. М., "Наука, 1964,с. 40.3, Авторское свидетельство СССРИо 521641, кл. Н 02 М 7/515, 1976.739698 22 Фиг, 3Заказ 305479 Тираж 783 Подписное4 ЦНИИПИ иаа ППП Патент", г. Ужгород, уд. Проектная,