Непосредственный преобразователь частоты и числа фаз

 

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И 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 первичным выводам двухтактных узлов принудительной коммутации, зашунтированных фильтровыми конденсаторами , две пары встречно-последовательно включенных реакторных тиристоров, аноды одной из которых присоединены к концам одной из вторичных обмоток однофазного трансформатора, а катоды второй пары - к концам другой его вторичной обмотки, причем реактор включен между общими точками соединения анодов и катодов этих пар, трехфазньй мост основных распределительных тиристоров, выводами переменного тока подсоединенСЛ ньй к выходным 1зыводам преобразоваС теля, реакторнь1е распределительные тиристоры, подсоединенные одними анодом и катодом к соответствующим выводам сглаживающего реактора, а другими анодом и катодом - к вторичным выводам соответствукяцих узлов принудительной коммутации, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования путем увеличения диапазона выходной частоты, он снабжен дополнительным двухтактным узлом принудительной коммутации с фильтровым конденсатором , включенным между его первичными выводами, причем один первичный вывод этого узла подсоединен к положительному выводу одного диодного моста, другой его первичный вывод к отрицательному выводу другого диодного моста, вторичные выводы основных узлов принудительной коммутации подключены через введенные первый и второй разделительные тиристоры соответственно к положительному

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„117 502 (Sl)4 H 02 М 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

И ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3585928/24-07 .(22) 27.04.83 (46) 15.08.85. Бюл. У 30 (72) В.Т,Загорский, Г.Н.Коваливкер и P.Ä.Âàëååâ (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (53) 621.314.27(088.8) (56j Авторское свидетельство СССР

В 428506, кл. Н 02 М 5/16, 1972.

Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3467290/24-07, 1982. (54) (57) НЕПОСРЕДСТВЕННЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И 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 узлов принудительной коммутации, зашунтированных фильтровыми конденсаторами, две пары встречно-последовательно включенных реакторных тиристоров, аноды одной из которых присоединены к концам одной иэ вторичных обмоток однофазного трансформатора, а катоды второй пары — к концам другой его вторичной обмотки, причем реактор включен между общими точками соединения анодов и катодов этих пар, трехфазный мост основных распределительных тиристоров, выводами переменного тока подсоединенный к выходным выводам преобразователя, реакторные распределительные тиристоры, подсоединенные одними анодом и катодом к соответствующим выводам сглаживающего реактора, а . другими анодом и катодом — к вторичным выводам соответствующих узлов принудительной коммутации, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения области использования путем увеличения диапазона выходной частоты, он снабжен дополнительным двухтактным узлом принудительной коммутации с фильтровым конденсатором, включенным между его первичными выводами, причем один первичный вывод этого узла подсоединен к положительному выводу одного диодного моста, другой его первичный вывод— к отрицательному выводу другого диодного моста, вторичные выводы основных узлов принудительной коммутации подключены через введенные первый и второй разделительные тиристоры соответственно к положительному

1173502

Непосредственный преобразователь .частоты и числа фаз (фиг. 1) содержит однофазный трансформатор 1 с двумя

Dòîpè÷Hûìè 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 кому« мутации (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 4?, разделительные тиристоры 43-46. Дополнительный двухтактныи "

YIIK 41 содержит коммутирующие тирис-. торы 47 и 48, зарядные тиристоры 49 и

50, коммутирующий LC-контур 51 и 52, разрядные диоды 53 и 54, возвратные диоды 55 и 56, а также ком30

» и 40.

Выводы переменного тока диодных ,мостов 21-24 . и 25-28 подсоединены соответственно к выводам вторичных обмоток 2 и 3. К выходным

45 и отрицательному выводам упомянутого моста распределительных тиристоров, а вторичный вывод дополнительного узла принудительной коммутации через

Изобретение относится к преобра„ зовательной технике, а именно к непосредственным преобразователям частоты и может быть использовано и частотно-управляемых приводах переменного тока, в частности, в тяговых приводах электровозов переменного тока, питаемых от однофазной контактной сети.

Цель изобретения — расширение области использования преобразователя путем увеличения диапазона регулирования выходной частоты.

На фиг. 1 приведена принципиальная с х ма предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип его работы, ла фиг. 3 — структурная схема блока управления; на фиг. 4 а — диаграмма

« выходных сигналов регулятора частоты, на фиг. 4 б — диаграмма выходных сигпалов 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.

I(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 33-38 ° К общей точке соединепия катодов реакторных тиристоров 17 и 18 и к общей точке соединения анодов реакторных тиристоров 19 и

20 подсоединены выводы сглаживающего реактора и катод и анод соответствующих распределительных тиристоров 39 выводам днодных мостов 21-24 и

25-28 подсоединены соответствующие фильтровые конденсаторы 31 и 32 и двухтактные УПК 29 и 30. К отрицательной обкладке фильтрового конденсатора 31 и к положительной обкладке фильтрового конденсатора 32 под3 11735 соединен дополнительный фильтровой конденсатор 42 н первичные выводы дополнительного двухтактного УПК 41, к вторичному выводу которого подсоединена общая точка соединения катода и анода разделительных тиристоров 44 и 45. К вторичным выводам двухтактных УПК 29 и 30 подсоединены анод и катод соответствующих реакторных распределительных тирис- 10 торов 39 и 40 и катод и анод соответствующих разделительных тиристоров 43 и 46.

Общие точки соединения анодов разделительных тиристоров 43 и 44 15 и общие точки соединения катодов разделительных тиристоров 45 и 46 подсоединены к соответствующим выводам постоянного тока трехфазного моста распределительных тиристоров.

Устройство-(фиг. 1) при отсутствии регулирования 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 52 заряжен полярностью, указанной на чертеже. Ток нагрузки преобразователя протекает по цепи: 2, 17, 16, 20, 3, 10, 59, 61, 9, 2. В момент времени t начинают производить при1 нудительное запирание тиристора 10 и перевод тока из фазы 59 нагрузки в фазу 60. Для этого в момент вре35 мени включают тиристоры 12, 34, 45, 48. Ток тиристора 10 вытесняется то-. ком колебательного LC-контура 51 и

52 по цепи! 10, 25, 48, 52, 51, 45, . 40

34, 10.

В момент времени смены знака синусоиды питающего напряжения U„ 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 LC-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- .50 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- 5 тора величины, превышающей напряжение на фильтровом конденсаторе 42, открывается возвратный диод 55, ТоК

02 4 обмотки 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 коммутирующего

1 трансформатора, и обеспечивается восстановление его запирающих свойств.

Ток нагрузки продолжает протекать

IIo 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 LC-кон1тура 51 и 52, до напряжения, превы шающего напряжение заряда фильтрового конденсатора 42, закрывается тиристор 48 ° Ток нагрузки протекает по цепи: обмотка 2 — тиристор i7— реактор 16 — тиристор 20 — обмотка 3 — диод 25 — конденсатор 42— диод 53 — обмотка 57 — тиристор 45тиристор 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 ? реак тора 16, 1173502

15

20 ф

Б момент времени t смены знака синусоиды питающего напряжения П 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 включают<7IIK 29 и 30 аналогичен описанному процессу запирания тиристора 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 времени ток 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 t производят коммутацию тока с фазы 61 в фазу 59 принудительным запиранием тиристора 8. Для этого в момент времени включают тиристоры 4, 37, 44, 47.

Ток тпристора 8 переводится в

LC-контур по цепи: тиристоры 37 и 44 — дроссель 51 — конденсатор 52 — тиристор 47 — диод 23.

Ток превышения ?,С-контура 52 и 51 замыкается по цепи: конденсатор 52 — 25 тиристор 47 — диод 53 — обмотка 57— дроссель 51, создавая на первичной обмотке 57 коммутирующего трансфор" матора напряжение, прикпадываемое в обратном направлении к тиристору 8. Под действием ЭДС вторичной обмотки 58 коммутирующего трансформатора протекает ток по цепи: обмотка 58 — диод 56 — конденсатор 42— диод 53. После перезаряда кондея сатора 52 за время, равное полупериоду частоты собственных колебаний

1.С-контура, тиристор 47 запирается, ток нагрузки протекает по цепи: обмотка 2 — тиристор 18 — реактор 16 — 40 тиристор 19 — обмотка 3 — тиристор 13 — обмотки 60 и 61 нагрузки— тиристоры 37 и 44 — обмотка 57 — диод 54 — конденсатор 42 — диод 23. Ток фазы 61 уменьшается, а ток в фазе 59 45 нарастает и протекает II0 цепи: обмотка 2 — тиристор 18 — реактор 16— тиристор 19 — обмотка 3 — тнристор 13обмотки 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 цепи:.обмотка 2 — тиристор 17 — реактор 16 — тиристор 20— обмотка 3 — тиристор 12 — обмотки 60 и 59 нагрузки — тиристор 5.

В момент времени t производится 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

LC -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 U задания частоты, а с выхода снимаются шесть последовательностей ,сиг алов ??л У Uбу исэ -UAэ -??вэ -Ucу сдвинутых на 120 эл. град. (фиг.4а).

В качестве ФСУ также применяются.1173502 известные устройства, на вход которых подается напряжение Б задания выходного напряжения, а с выхода каждого снимается последовательность импульсов, нулевое значение которых соответствует интервалу времени, на котором напряжение соответствующей вторичной обмотки 2 или 3 в соответствующий полупериод питающего напряжения U прикладывается к на1 грузке (фиг. 4б) . Например, нулевое значение сигнала U соответствует

t времени приложения напряжения вторичной обмотки 2 к нагрузке в положительный полупериод питающего напряжения U< . Аналогично для сигналов

Uz, U-„, U T ФС формирует сигналы Н„, К„, Н;,, К;, (фиг. 4 в).

Сигнал Н- формируется RS-тригге«т ром, для чего на каждый из двух входов RS-триггера подают соответствующий сигнал U, Uz. Сигнал К формируется RS-триггером, причем входные сигналы U, Б предварительно инвертируют с помощью двух логических ячеек НЕ. Аналогично формируются сигналы Н;, и К;,.

По задним фронтам сигналов UA «

U8«Uc«UA задним и передним фронтам сигналов Н„, К, Н - в ФС формируются также короткие (100 мкс) импульсы известными формирователями коротких импульсов.

Короткие импульсы отметим "штрихом" над обозначением исходного. сигнала, взятым в круглые скобки, например;(Нд) - короткий импульс, . сформированный по заднему фронту

t сигнала Н>, А (Нд) — короткий импульс, сформированный по переднему фронту сигнала Нд и т.д.

ФС содержит набор логических ячеек И«ИЛИ, НЕ и выполняет распределение сигналов согласно следующим логическим функциям сигналов управ10 ления тиристорами.

Логическая функция сигнала управления тиристором 4 (сокращенно

Р ) согласно диаграммам на фиг ° 4. равна:

15 F4 = Н л C-U ).

Аналогйчно:

F5 = Нд Л C-U,F6 = Нд Л(-Н ), — Щ) зР8 = Hz (-Пс), F9 = Hz Л Г-У, Р10 = Н л U

20 с

F11 = Н лUp, Р12 = Нр AUg

F13 = Й;, л Бв, Р14 = Н лУс

F15 = Й-„h U Р17 = К с « I

F18 = К«,, F19 = К1

F20 = Кр

25 !

F33.-=. F34

F35 =

30 Р36

F37

F38

Р39

F43 з, F44 =

F45

Р46 =

F47 =

F48 (-UA) ч -и3 л ((н ) ч(Й ) ), (Нй ) «VUA А L(H «) ч(Й @) 3 ("в) V(-П81Л((Нд) Ч (Z) j, (U8) VUg л((Н;,) ч (Н„-) 1, (-U,) V(-Uc j W ((Н,) Ч (Й,) ), (U,) ч U, л ((Н;,) Ч (Й-,) j, (Кт) V (Rz), F40 =(Кд) ч(к;,1, (НХ) Ч (Йд), (А).уv (Ug) ч(), (Uh ) v (цв) ч(Н,)1, (Нр) ч (й„), (4) Ч (Пв) "(-Uc) (®А) Ч (Ug) Ч (Но) .

1173502

U1

Йб

1бО

161

1173502

Llg

Ltg

HI

Ку

Составитель Г.Мыцык

Техред И.Надь Корректор В.Синицкая

Редактор К.Волощук

Заказ 5076/53 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4