Двухзонный непосредственный преобразователь частоты и числа фаз в режиме источника тока

 

Изобретение относится к электротехнике , a именно к преобразователям частоты, используется в частотно -управляемых приводах перемейного тока и является усовершенствованием авт.св. № 1137558. Цель изобретения - повьшение КПД путем стабилизации напряжения на фильтровых конденсаторах . Двухзонньй непосредствеиныйJ преобразователь частоты и числа фаз . ц a П7 Г2 19 51 53 2Q 22 2lt 33537 f1 л IND 00 4 СО 00 ф 1о ipat.i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧНжИХ

РЕСПУБЛИК

SU„„1234934 A 2

<511 4 Н 02 M /27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К ASTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 ) $1Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1137558 (21) 3605724/24-07 (22) 01.04.83 (46) 30.05.86. Бюл. У 20 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электронривода (72) ВЛ. Загорский, P.Ä. Валеев и Г.Н. Коваливкер (53) 621.314.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1137558, кл. Н 02 11 5/27, 1982. (54) ДВУХЗОННЫЙ НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ И ЧИСЛА ФАЗ

В РЕХПП1Е ИСТОЧНИКА ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям частоты, используется s частотно-управляемых приводах перемейного тока и является усоверюенствованием авт.св. Р 1137558. Цель изобретения — повышение КПД путем стабилизации напряжения на фильтровых конденсаторах. Двухзонный непосредственный, преобразователь частоты и числа фаз

1234934 в режиме источника тока содержит трансформатор (Тр) 1, попарно-встречно соединенные тиристоры (Т) 4-7, две группы дополнительных Т 8-19, две группы основных Т 20-25 и Т 2631, диодные мосты 35-38 и 39-42. Преобразователь содержит также устройство принудительной коммутации (УПК)

45, 46, распределительные реакторные Т 47, 48, мост иэ распределительных Т 49-54, нагрузку 55, реактор 56. Введение поднарно-встречно включенных стабилизирующих Т 63, 64

Изобретение относится к преобразовательной 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 однофазной контактной сети.

Целью изобретения является повышение КПД преобразовательной установки путем стабилизации напряжения на фильтровых конденсаторах за счет вьгвода избыточной энергии фильтровых конденсаторов и передачи ее в нагрузку.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — диаграммы выходного тока и напряжений в режиме тяги (а-г) и управления основным и дополнительно введенными стабилизирующими тиристорами (д); на фиг. 3 схема управления стабилизирующими тиристорами; на фиг. 4 — диаграммы импульсов, поясняющие работу схемы.

Преобразователь (фиг. 1) содержит однофазный трансформатор l с двумя вторичными обмотками 2 и 3, попарновстречно соединенные тиристоры 4, 5 и 6, 7, присоединенные анодами и катодами к обмоткам 2 и 3 трансформатора, две группы дополнительных тиристоров 8-19, две группы основных тиристоров 20-25 и 26-31, каждая из которых состоит из трех цепочек попарно-последовательно-встречно сои Т 65, бб, подсоединенных к вторичным обмоткам Трl, и стабилизирующих

Т 67, 68, сосдиненных между вторичными цепями УПК 61, 62 и фильтровыми конденсаторами 43, 44, обеспечивают вывод избыточной энергии коммутации в нагрузку. Причем это происходит в интервалы времени, когда основные и реакторные тиристорные мосты находятся в режиме нулевого вентиля, и заканчиваются, когда они переводятся снова в вьгпрямительный режим.

4 ил. единенных тиристоров 8 и 9, 10 и 11, l2 и 13, 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21, 22 и 23, 24 и 25, 26 и 27, 28 и 29, 30 и 31. Катоды тиристоров 8-13 и 20-25 присоединены к обмотке 2 трансформатора, аноды тиристоров 14-19 и 26-31 — к обмотке трансформатора 3. Общие точки соединения основных тиристоров 20, 21, 26, 27; 22, 23, 28, 29; 24, 25, 30, 31 объединены между собой и образуют ,выходные выводы преобразователя. Общие точки дополнительных тиристоров 8, 9, 10„ 11; 12, 13, 14, 15;

16, 17, 18, 19 также объединены между собой и через коммутирующие конденсаторы 32„ 33 и 34 подключены к выходным выводам преобразователя.

Первичные линии однофазных диодных

20 мостов 35-38„ 39-42 присоединены к обмоткам 2 и 3 трансформатора. Фильтровые конденсаторы 43 и 44 подсоединены к вторичным цепям диодных мостов 35-38 и 39-42.

Преобразователь содержит также устройства 45 и 46 принудительной коммутации (УПК), первичные цепи которых присоединены к вторичным цепям диодных мостов 35-38 и 39-42, распределительные реакторные тиристоры 47 и 48, подключенньге анодом и катодом к тиристорам 4, 5 и 6, 7, трехфазный мост основных распределительных тиристоров 49-54, первичные

35 цепи которого соединены с выходными выводами преобразователя, а вторич1234934 4

;ные — с вторичными цепями УПК 45 ,и 46, нагрузку 55, присоединенную к выходным выводам преобразователя, и реактор 56, подключенный к общим точкам соединения тиристоров 4, 5 и6,7 °

УПК 45 (46) содержит первичные

57, 58 (59, 60) и вторичные 61 (62) цепи.

УПК может быть использовано для 10 коммутации тиристоров как регулируемого выпрямителя, так и инвертора. . Для этого первичные цепи 58 (60) подключают к плюсу источника питания, а цепи 57.(59) — к его минусу. Вто- 15 ричные цепи 61 (62) с помощью распределительных тиристоров подключают к анодам и катодам коммутируемых тиристоров как выпрямителя, так и инвертора. 20

В предлагаемый преобразователь дополнительно введены попарно-встречно включенные стабилизирующие тиристоры 63, 64 и 65, 66, подсоединенные анодами и катодами к вторичным об- 25 моткам 2 и 3 однофазного трансформатора. Общие точки соединения этих тиристоров подключены к положительным выводам фильтровых конденсаторов 43 и 44.

Стабилизирующие тиристоры 67 и

68 включены между вторичными цепя:ми 61 и 62 УПК 45 и 46 и выводами фильтровых конденсаторов 43 и 44.

Вывод избыточной энергии комму- 35 тации в нагрузку осуществляется в интервалы времени, когда основные и реакторные тиристорные мосты обмоток 2 и 3 трансформатора находятся в режиме нулевого вентиля, и эаканчи-40 вается, когда они переводятся снова в выпрямительный режим.

Алгоритм работы дополнительных стабилизирующих тиристоров заключается в следующем. 45

Предположим, что в начальный момент времени ЭДС в обмотках 2 и 3 трансформатора 1 имеет направление, показанное стрелками на фиг. 1, и согласно диаграммы управления (фиг.2),5о к моменту t включены тиристоры 4, 23, 7 и 26. Ток нагрузки замыкается по цепи: обмотка 2, тиристор 4, реактор 56, тиристор 7, обмотка 3, тиристор 26, нагрузка 55, тиристор 23, обмотка 2. В момент t (фиг. 2) с помощью УПК 45 и 46 запираются реакторные тиристоры 4 и 7 и включаются реакторные тиристоры 5 и 6. Тиристорные мосты основных и реакторных тиристоров обмоток 2 и 3 трансформатора из выпрямительного режима переводятся в режим нулевого вентиля, Прн этом ток нагрузки замыкается по цепи: реактор 56, тирис- тор 6, тиристор 26, нагрузка 55, тиристоры 23 и 5, реактор 56.

ЭДС обмоток 2 и 3 трансформатора выводится из цепи тока нагрузки и токи I, I в обмотках 2 и 3 трансформатора на интервале времени t

3 (фиг. 2) равны нулю. В момент t согласно диаграмме управления (фиг. 2д) включаются стабилизирующие тиристоры 64, 67, 65, 68 и распределительные тирнсторы 51 и 50 (фиг.1).

Основные тиристоры 26 и 23 запираются по цепям: плюс конденсатора 43, тиристор 64, тиристор 23, тиристор 51, тиристор 67, минус конденсатора 43; плюс конденсатора 44, тиристор 68, тиристор 50, тиристор 26, тиристор 65, минус конденсатора 44.

Фильтровые конденсаторы 43 и 44 замыкаются по цепи: плюс конденсатора 43, тиристор 64, тиристор 5, реактор 56, тиристор 6, тиристор 65, конденсатор 44, тиристор 68, тиристор 50, тгагрузка 55, тиристор 51, тиристор 67, минус конденсатора 43.

Таким образом, на интервале времени Ь - С фильтровые конденсаторы включаются последовательно в цепь тока нагрузки и часть нх избыточной энергии передается в нагрузку, а ЭДС в обмотках 2 и 3 трансформатора меня-. ет направление. В момент времени tä включаются линейные тиристоры 22 и

27 н коммутирующие тиристоры двухтактных УПК 45 и 46. Тиристоры 67 и 68 запираются по цепям: плюс вывода 57 двухтактного УПК 45, тиристор 67, минус вывода 6 узла 45; плюс вывода 62 УПК 46, тиристор 68, минус вывода 60 УПК 46; Тиристорные мосты обмоток 2 и 3 трансформатора снова переводятся из режима нулевого вентиля в вылрямительный режим. Ток по цепи фильтровых конденсаторов прекращается, а ток нагрузки замыкается по цепи: обмотка 2, тиристор 5, реактор 56, тиристор 6, обмотка 3, тиристор 27, нагрузка 55 ° тиристор 22, обмотка 2. На интервалах вреMeHH t -tg и 1„-t, схема работает аналогично.

1234934

Иэменением момента 1 включения стабилизирующих тиристоров 67, 64, 65 68 на интервале времени t„ -1 регулируется длительность импульсов разряда фильтровых конденсаторов в нагрузку и осуществляется стабилизация их напряжения. На фиг. 2 s,q пунктирной линией показаны кривые токов в реакторе 56 и в нагрузке 1Î без включения стабилизирующих тиристоров, а сплошной линией — кривые токов при включении стабилизирующих тиристоров. Как видно иэ кривых токов Т, и 1дд, показанных сплошной 15 линией, на интервале времени включения стабилизирующих тиристоров появ.ляются дополнительные импульсы тока.

Поэтому частота пульсаций тока возрастает в 2 раза, а амплитуда пульса- 20 ций снижается в 1,3 раза, что приводит к снижению мощности потерь в нагрузке от пульсаций тока не менее, чем в 1,7 раза. Таким образом, включение стабилизирующих тиристоров в указанные интервалы времени позволяет не только стабилизировать напряжение на фильтровых конденсаторах, но и выводить избыточную энергию коммута- . ции в нагрузку и улучшать форму вы- 30 ходного тока преобразователя.

Алгоритм включения тиристоров при работе преобразователя в режиме рекуперации сохраняется,, но при этом меняется на противоположный порядок переключения основных и реакторных тиристоров, а также пар стабилизирующих тиристоров.

Конструктивные изменения в блоке управления тиристорами преобразователя частоты касаются блока распределителя импульсов (РИ), который состоит иэ набора логических ячеек И, НЕ. Алгоритм работы РИ приведен на временных диаграммах фиг. 2, а также может быть выражен с помощью апнарата математической логики ввиде уравнений и приводится ниже:

Kt » 1?в К1» 1 г, Кэ»

А-u-V =й

21 I Д» 1Ц» йз И А 11 э З 8»

Схема управления стабилизирующими, тнристорами 63-68 (фиг. 3) содержит два управляемых блокинг-генератора (УБГ) б9 и 70, два триггера 71 и 72 и одну логическую ячейку ИЛИ 73 и работает следующим образом (фиг.4)

Сигналы U, и U<, сформированные фазосдвигающим устройством, поступают на входы УБГ 69 и 70. Логические нули сигналов U, и U соответствуют интервалу проводимости тиристорного моста первой эоны в выпрямительном режиме соответственно в положительную и отрицательную полуволны питающего напряжения U частотой 50 Гц.

В момент t по переднему фронту еди1 .ничного сигнала U запускается

УБГ 70. Он формирует нулевой импульс, длительность которого определяется напряжением управления U>. В момент по заднему фронту нулевого импульса УБГ 70, поступающего на вход С триггера 72, выход последнего принимает состояние входа D, т.е. состояние логической единицы. В момент на вход R триггера 72 поступает нулевой, сигнал U, который возвращает выход триггера 72 в нулевое состояние „ Таким образом формируется управляющий сигнал тиристора 7 . Аналогично формируется сигнал 7 управ63 ления тиристором 63, но уже в другую полуволну питающего напряжения U

I частотой 50 Гц. Сигналы выходов триггеров 71 и 72 поступают на вход логической ячейки ИЛИ, на выходе которой формируется управляющий сигнал

Ч, тиристором 67. Таким образом, фильтровой конденсатор 43 с помощью тиристоров 63, 64 и 67 включается последовательно с нагрузкой и сглажи. вающим реактором на ограниченное время.

Чем длительнее по времени нулевой импульс, формируемый УБГ ?0, на интервале времени 1„ -1э, тем короче сигнал V :включенного состояния

64 тиристора 64 и наоборот, при минимальной длительности нулевого импульса УБГ 70, время включенного состояния тиристора 64 максимально.

Аналогично работает устройство при управлении стабилизирующими тиристорами 65, 66 и 68, подключенными к обмотке трансформатора, При работе устройства в режиме рекуперации переключаются логические сигналы, поступающие на входы УБГ 69!

234934

7 и 70 сигналы U, (U ) поступают на вход УБГ 69, сигналы u,(ц-) - на вход УБГ 70.

Формула изобретения.Двухзонный непосредственный преобразователь частоты и числа фаз в режиме источника тока по авт.св.

В i137558, о т л и ч а ю щ и H c s 10 тем, что, с целью повышения КПД, в него дополнительно введены шесть ста-билизирующих тиристоров, четыре из которых соединены в виде двух цепочек, состоящих из попарно-встречно соеди- 15 ненньм двух тиристоров, катоды первой цепочки присоединены к выводам одной из вторичных обмоток однофазного трансформатора, а аноды второй цепочки — к выводам другой вторичной обмотки однофазного трансформатора, причем общие точки соединения анодов и катодов этих тирнсторов подсоединены к положительному и отрицательному выводам соответствующих фильтровых конденсаторов, два других стабилизирующих тиристора одними анодом и катодом подсоединены к соответству-. ющим вторичным цепям двухтактных узлов принудительной коммутации, а другими катодом и анодом — к отрицательному и положительному выводам соответствующих фильтровых конденсаторов, 1234934

КБ) Фиг.

ЯЧц

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

У, Qz

8ык.И

8bII. 70 дыа 71

8ьц 7Z

Рьц. Фщ

7Ю

Составитель Г. Мыцык

Редактор А. Лежнина Техред В.Кадар Корректор Т.Колб

Заказ 2989/56 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

1

t