Непосредственный преобразователь частоты и числа фаз

(юц 4 Н 02 М 5/ юл. У 30ий, Г.Н.Коваливке довател торский компле и технолотного 88.8)идетельство ССС 2 М 5/16, 1972. етельство СССР 90/24-07, 1982. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Авторское сВ 428506, кл. НАвторское свидпо заявке В 3467(54)(57) НЕПОСРЕЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДСТВЕННЫИ ПРЕОБРАИ ЧИСЛА фАЗ, содержащий однофазный трансформатор с двумя вторичными обмотками, две группы основных тиристоров, каждая. из которых выполнена в виде трех цепочек, состоящих из попарно-встречно-последовательно соединенных тиристоров, причем катоды цепочек первой группы основных тиристоров присоединены к концам одной из вторичных обмоток однофазного трансформатора, а аноды цепочек второй группы присоединены к концам другой его вторичной обмотки, точки соединения анодов и точки соединения катодов первой и второй групп основных тиристоров попарно объединены между собой, образуя выходные выводы преобразователя, а также реактор, основные двухтактные узлы принудительной коммутации, однофазные диодные мосты, выводами переменного тока подсоединенные к концам соответствующих вторичных обмоток однофазного трансформатора, а выводами постоянного тока - к пер-вичным выводам двухтактных узловпринудительной коммутации, зашунтированных фильтровыми конденсаторами, две пары встречно-последовательно включенных реакторных тиристоров,аноды одной из которых присоединены к концам одной иэ вторичных обмоток однофазного трансформатора, акатоды второй пары - к концам другой его вторичной обмотки, причемреактор включен между общими точками соединения анодов и катодовэтих пар, трехфазный мост основныхраспределительных тиристоров, выводами переменного тока подсоединенный к выходным выводам преобразователя, реакторные распределительныетиристоры, подсоединенные однимианодом и катодом к соответствующимвыводам сглаживающего реактора, а.другими анодом и катодом - к вторичным выводам соответствующих узловпринудительной коммутации, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения области использованияпутем увеличения диапазона выходнойчастоты, он снабжен дополнительнымдвухтактным узлом принудительнойкоммутации с фильтровым конденсатором, включенным между его первичнымивыводами, причем один первичный вывод этого узла подсоединен к положительному выводу одного диодногомоста, другой его первичный вывод -к отрицательному выводу другого диодного моста, вторичные выводы основных узлов принудительнои коммутаподключены через введенные первыйвторой разчелительные тиристоры оответственно к положительному1173502 5 1 О 15 20 25 Непосредственный преобразователь частоты и числа фаз (фиг. 1) содержит однофазный трансформатор 1 с двумя вторичными обмотками 2 и 3, две группы основных тиристоров 4-9 и 10-15, реактор 16, две лары реакторных тирпсторов 17, 18 и 19, 20, однофазпые диодпые мосты 21.-24 и 25-28, двухтактпые узлы принудительной комумутации (УПК) 29 и 30, фильтровые конденсаторы 31 и 32, трехфазный мост основных распределительных тиристоров 33-38, реакторные распределительные тиристоры 39 и 40, дополнительный УПК 41 дополнительный фильтровой конденсатор 42, разделительные тиристоры 43-46. Дополнительный двухтактныи " УПК 4 содержит коммутирующие тирис-. торы 47 и 48, зарядные тиристоры 49 и 50, коммутирующий ЬС-контур 51и 52, разрядные диоды 53 и 54, возвратные диоды 55 и 56, а также ком 30 З 5 и 40. Выводы переменного тока диодных ,мостов 21-24 . и 25-28 подсоединены соответственно к выводам вторичных обмоток 2 и 3, К выходным 1 45 и отрицательному выводам упомянутогомоста распределительных тиристоров,а вторичный вывод дополнительногоузла принудительной коммутации через Изобретение относится к преобра зовательной технике, а именно к непосредственным преобразователям частоты и может быть использовано в частотно-управляемых приводах переменного тока, в частности, в тяговых приводах электровозов переменного тока, питаемых от однофазнойконтактной сети.Цель изобретения - расширение области использования преобразователяпутем увеличения диапазона регулирования выходной частоты,На фиг, 1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы,ла фиг. 3 - структурная схема блокауправления; на фиг. 4 а - диаграммасвыходных сигналов регулятора частоты,на фиг. 4 б - диаграмма выходныхсигпалов фазосдвигающего устройства,в - диаграмма. выходных сигналов формирователя сигналов. введенные третий и четвертый разделительные тиристоры подсоединен к каждому из выводов постоянного тока моста распределительных тиристоров,мутирующий трансформатор с первичной обмоткой 57 и вторичной обмоткой 58, к выходным выводам преобразователя подключена нагрузка 59-61.К одному концу вторичной обмотки 2 подсоединены катоды основных тиристоров 4, 6, 8 и анод реакторного тиристора 17, а к другому концу - катоды основных тиристоров 5, 7, 9 и анод реакторного тиристора 18, К одному концу вторичной обмотки 3 подсоединены аноды основных тиристоров 10, 12, 14 и катод реакторного тиристора 19, а к другому концу подсоединены аноды основных тиристоров 11, 13, 15 и катод реакторного тристора 20,Общие точки соединения анодов тиристоров 4 и 5 и катодов тиристоров 10 и 11, а также анодов тиристоров 6 и 7 и катодов тиристоров 12 и 13 и анодов тиристоров 8 и 9 и катодов тиристоров 14 и 15 присоединены к выводам соответствующих фаз 59-61 нагрузки и подсоединены к выводам переменного тока трехфазного моста распределительных тиристоров 33-38К общей точке соединепия катодов реакторных тиристоров 17 и 18 и к общей точке соединения анодов реакторных тиристоров 19 и20 подсоединены выводы сглаживающегореактора и катод и анод соответствующих распределительных тиристоров 39 выводам днодных мостов 21-24 и 25-28 подсоединены соответствующиефильтровые конденсаторы 31 и 32 идвухтактные УПК 29 и 30. К отрицательной обкладке фильтрового конденсатора 31 и к положительной обкладке фильтрового конденсатора 32 под3 11735соединен дополнительный фильтровойконденсатор 42 н первичные выводыдополнительного двухтактного УПК 41,к вторичному выводу которого подсоединена общая точка соединения катода и анода разделительных тиристоров 44 и 45. К вторичным выводамдвухтактных УПК 29 и 30 подсоединены анод и катод соответствующихреакторных распределительных тиристоров 39 и 40 и катод и анод соответствующих разделительных тиристоров 43 и 46,Общие точки соединения анодовразделительных тиристоров 43 и 44 15и общие точки соединения катодовразделительных тиристоров 45 и 46подсоединены к соответствующим выводам постоянного тока трехфазногомоста распределительных тиристоров.Устройство (фиг. 1) при отсутствиирегулирования напряжения работает(согласно диаграммам на фиг. 2). следующим образом.Предположим, первоначально проводят тиристоры 10, 9, 17, 20, ЭДС обмоток 2 и 3 имеет направление, показанное стрелкой, а конденсатор 52заряжен полярностью, указанной начертеже. Ток нагрузки преобразователя протекает по цепиф 2, 17, 16,20, 3, 10, 59, 61, 9, 2. В моментвремени 1 начинают производить при 1нудительное запирание тиристора 10и перевод тока из фазы 59 нагрузкив фазу 60. Для этого в момент вре 35мени включают тиристоры 12, 34, 45,48. Ток тиристора 10 вытесняется то-.ком колебательного ЬС-контура 51 и52 по цепи 10, 25, 48, 52, 51, 45,4034, 10. В момент временисмены знака синусоиды питающего напряжения У первичной обмотки 1 однофазного трансформатора с помощью двухтактных УПК 29 и 30 принудительно запираются тиристоры 17 и 20 и включаются тиристоры 18 и 19, а затем с помощью УПК 29 и 30 принудительно запираются тиристоры 9 и 12 и включаются тиристоры 8 и 13. Процесс принудительного запирания тиристоров с помощью двухтактных Ток превышения ЬС-контура 51 и .52, представляющий собой часть коммутирующего импульса тока, превышающего коммутируемый ток нагрузки, замыкается 45 по цепи; конденсатор 52 - дроссель 51обмотка 57 - диод 54 - тиристор 48, создавая на первичной обмотке 57 коммутирующего трансформатора падение напряжения, "плюс" которого при кладывается через тиристоры 45 и 34 к катоду, а "минус" через диоды 54 и 25 - к аноду запираемого тиристора 10. При достижении ЭДС вторичной обмотки 58 коммутирующего трансформа тора величины, превышающей напряжение на фильтровом конденсаторе 42, открывается возвратный диод 55, ток 02 4обмотки 58 замыкается по цепи: диод 54 - тиристор 48 - диод 55, Таким образом, на все время протекания тока превышения через первичную обмотку 57 коммутирующего трансформатора к запираемому тиристору 10 прикладывается обратное напряжение прямоугольной формы с амплитудой, равной напряжению заряда фильтрового конденсатора 42, деленному на коэффициент трансформации коммутирующего1 трансформатора, и обеспечивается восстановление его запирающих свойств, Ток нагрузки продолжает протекать по цепи; обмотка 2 - тйристор 17 реактор 16 - тнристор 20 - обмотка 3 - диод 25 - тиристор 48 - конденсатор 52 - дроссель 51 - тиристоры 45 и 34 - обмотки 59 и 61 нагрузки - тиристор 9 - обмотка 2,Когда конденсатор 52 переэарядится за время, равное полупериоду частоты собственных колебаний ЬС-кон 1 тура 51 и 52, до напряжения, превышающего напряжение заряда фильтрового конденсатора 42, закрывается тиристор 48Ток нагрузки протекает по цепи: обмотка 2 - тиристор 17 - реактор 16 - тиристор 20 - обмотка 3 - диод 25 - конденсатор 42 - диод 53 - обмотка 57 - тиристор 45- тиристор 34 - обмотки 59 и 61 нагрузки - тиристор 9 - обмотка 2,Под действием встречного напряжения конденсатора 42 ток фазы 59 уменьшается, а ток фазы 60 пропорционально нарастает по цепи: обмотка 2 - тиристор 17 - резистор 16 - тиристор 20 - обмотка 3 - тиристор 12 - обмотки 60 и 61 нагрузки - тиристор 9 - обмотка 2, Когда ток фазы 59 спадет до нуля, тиристоры 34 и 45 и диоды 25 и 53 закрываются, а в фазе 60 протекает полный ток нагрузки равный току ц Реактора 16.10 15 20 фБ момент времени С смены знака синусоиды питающего напряжения 11 первичной обмотки 1 однофазного трансформатора с помощью двухтактных УПК 29" и 30 принудительно запираются тиристоры 18 и 19 и включаются тиристо ры 17 и 20, а затем принудительно запираются тиристоры 4 и 13 с помощью этих же УПК 29 и 30 и включаютУК 29 и 30 аналогичен описанному процессу запирания тцристора 10.При этом для запирания тиристоров 17 и 20 включают тиристоры 39 и 40, а для запирания тиристоров 9 и 12 включают тиристоры 37, 43 и 36, 46. К моменту времениток нагрузки протекает по цепи;обмотка 2 - тиристор 18 - реак-тор 16 - тиристор 19 - обмотка 3 тиристор 13 - обмотки 60 и 61 нагрузки - тиристор 8 - обмотка 2,Б момент времени 1 производят коммутацию тока с фазы 61 в фазу 59 принудительным запцраниемтиристора 8. Для этого в моментвремени 1: включают тиристоры 4, 37, 44, 47.Ток тиристора 8 переводится в 1.,С-контур по цепи: тиристоры 37и 44 - дроссель 51 - конденсатор 52 - тиристор 47 - диод 23.Ток превышения ,С-контура 52 и 51 замьпсается по цепи: конденсатор 52 - 25 тирцстор 47 - диод 53 - обмотка 57 - дроссель 51, создавая на первичной обмотке 57 коммутирующего трансфор" матора напряжение, прикпадываемое в обратном направлении к тцристору 8. Под действием ЭДС вторичной обмотки 58 коммутирующего трансформатора протекает ток по цепи; обмотка 58 - диод 56 - конденсатор 42 - диод 53, 1 осле церезаряда конденсатора 52 за время, равное полуперцоду частоты собственных колебаний 1,С-контура, тиристор 47 запирается, ток нагрузки протекает по цепи: обмотка 2 - тиристор 18 - реактор 16 - 40 тирцстор 19 - обмотка 3 - тиристор 13 - обмотки 60 и 61 нагрузки - тцристоры 37 и 44 - обмотка 57 - диод 54 - конденсатор 42 - диод 23. Ток фазы 61 уменьшается, а ток в фазе 59 45 нарастает и протекает по цепи: обмотка 2 - тиристор 18 - реактор 16 - тцристор 19 - обмотка 3 - тнристор 13- обмотки 60 и 59 нагрузки - тиристор 4,ся тиристоры 5 и 12, При этом для запирания тиристоров 18 и 19 включают тиристоры 39 и 40, а для запирания тиристоров 4, 13 включают тиристоры 33, 43 и 36, 46. Ток нагрузки протекает по цепиф.обмотка 2 - тиристор 17 - реактор 16 - тиристор 20 - обмотка 3 - тиристор 12 - обмотки 60 и 59 нагрузки - тиристор 5.В момент временипроизводится коммутация тока нагрузки из фазы 60 в фазу 61, Процесс коммутации аналогичен описанному выше.Тиристоры 49 и 50 служат для подзаряда коммутирующего конденсатора 52 при работе преобразователя на холостом ходу, В процессе каждой коммутации энергия, обусловленная индуктинным сопротивлением нагрузки, передается в дополнительный фильтровой конденсатор, Напряжение конденсатора 42 при этом повышается и сбалансируется на определенном уровне тог." да, когда передаваемая конденсатору энергия будет компенсироваться ее расходом на потери в контуре коммутации. Для снижения среднего уровня напряжения фильтрового конденсатора. 42 энергия коммутации выводится известными способами. Таким образом, введение дополнительного двухтактного устройства принудительной коммутации, дополнительного фильтрового конденсатора и цепи разделительных тиристоров, подключенных указанным способом, позволяет коммутировать основные тиристоры преобразователя, при этом время перезаряда коммутирующего конденсатора, равное полупериоду частоты собственных колебаний колебательного ,С-контура, не зависит от величины регулируемого тока нагрузки, что расширяет диапазон выходной частоты.Блок управления (фиг. 3) содержит следующие функциональные блоки: регулятор частоты (РЧ) 62, фазосдвигающее устройство (ФСУ) 63, формирователь сигналов (ФС) 64, распределитель сигналов (РС) 65. В качестве РЧ применяется известное устройство, на вход которого поступает напряжение 1 задания частоты, а с выхода снимаются шесть последовательностейсигналов , ПВь 1 С 1 д в ЦС 1 сдвинутых на 120 эл. град, (фиг.4 а). В качестве ФСУ также применяютсяизвестные устройства, на вход которых подается напряжение цзаданиявыходного напряжения, а с выходакаждого снимается последовательностьимпульсов, нулевое значение которых соответствует интервалу времени,на котором напряжение соответствующей вторичной обмотки 2 или 3 в соответствующий полупериод питающегонапряжения ц прикладывается к нагрузке (Фиг. 4 б), Например, нулевоезначение сигнала ц соответствуетвремени приложения напряжения вторич.ной обмотки 2 к нагрузке в положительный полупериод питающего напряжения Ц, Аналогично для сигналовЦ , Ц+, 11 р ФС Формирует сигналы Н,К, Н; К-, (фиг. 4 в).Сигнал Н Формируется КЯ-триггетром, для чего на каждый из двухвходов НБ-триггера подают соответствующий сигнал Ц, Ц. Сигнал Кформируется КБ-триггером, причемвходные сигналы ц , ц предваритель.но инвертируют с помощью двух логических ячеек НЕ. Аналогично Формируются сигналы Н;, и К;По задним Фронтам сигналов цд,ц 8 цс цд ц 8 -цсф а также позадним и передним Фронтам сигналов 1, К, Н в ФС Формируются также короткие (100 мкс) импульсы известными Формирователями короткихимпульсов.Короткие импульсы отметим "штри.хом" над обозначением исходногосигнала, взятым в круглые скобки,например;(Н)- короткий импульс, .сформированный по заднему фронтусигнала Н 1, А (,Н) - короткий импульс, сформированный по переднемуФронту сигнала НГ и т.д.ФС содержит набор логических ячеек И, ИЛИ, НЕ и выполняет распределение сигналов согласно следующимлогическим функциям сигналов управ ления тиристорами.Логическая функция сигнала управления тиристором 4 (сокращенноР )согласно диаграммам на фиг4.равна;15 Р 4 = Н л-цд)Аналогйчно:1Р 5 = Н Л Г-цд З,Рб = й Л -ц 8,Г 7 = Н Л .Г-Ц 83,Р 8 = Йт Л (; ЦсЗ, .Р 9 = Н, Л Г-Ц 3 Р 10 = Н-л Ц 20сР 11 =.Н л Цд, Р 12 = Н;, ЛЦ 8Р 13 = Й;, Лц 8, Р 14: Н ЛцсР 15 = Й-Л Ц Р 17 = Кс1Р 18 = К 1 Р 19 = КРР 20 = К25 РЗ 3 =.ф Р 34Г 35 =30 Р 36Р 37Р 38Р 39Р 4335 Р 44Р 45Р 46 =Р 47 =Р 481173502 П Составитель Г.МыцыкТехред М,Надь Корректор В.Синицка Редакт олощук каз 5076/5 писное Патент", г.ужгород, ул.Проек ал ЮФйг 3 Тираж ИИПИ Государственног по делам изобретений 035, Москва, Ж,646 Под комитета СССР и открытий ушская наб., д. 4