Непосредственный преобразователь частоты и числа фаз с неявным звеном постоянного тока

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в частотно-управляемых приводах переменного тока, в частности в тяговых приводах электровозов И переменного тока, питаемых от однофазной контактной сети. Целью изобретения является упрощение и повышение КПД. Устр-во содержит две группы тиристоров 3-14, каждая из которых вьшолнена в виде трех цепо-. чек, состоящих из попарно-встречнопоследовательно соединенных тиристоров . Выпрямитель на диодах 15-18 подключен выходом к узлу принудитель ной коммутахщи 20. Распределительные тиристоры 21-26 подключены к первичной обмотке 41 коммутирующего тр-ра. Сглаживающий реактор выполнен трехобмоточным, причем соответствующий вьшод каждой обмотки 27- 29 подсоединен к общей точке соединения двух тиристоров цепочек соответствующих групп основных тиристоров , что позволяет исключить дополнительные элементы явного звена постоянного тока и снизить потери на преобразование. 2 ил. (Л со 4 СО 1чЭ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yg 4 Н 02 M 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4114096/24-07 (22) 08.09.86 (46) 15.02.88.Бюл. У 6 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) P.Ä.Валеев, В.Б.Зсрин, А.Т.Бурков и Л.А.Холина (53) 621.314 ° 27 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 748726, кл. Н 02 М 5/27, Н 02 К 29/04, 1 980.

Авторское свидетельство СССР

У 1173502. кл. Н 02 М 5/27, 1985. (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ЧАСТОТЫ И ЧИСЛА ФАЗ С НЕЯВНЫМ

ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано в частотно-управляемых приводах переменного тока, в частности в тяговьм приводах электровозов

ÄÄSUÄÄ 1374372 А1 переменного тока, питаемых от однофазной контактной сети. Целью изобретения является упрощение и повышение КПД, Устр-во содержит две группы тиристоров 3-14, каждая из которых выполнена в виде трех цепо- . чек, состоящих из попарно-встречнопоследовательно соединенных тиристоров. Выпрямитель на диодах 15-18 подключен выходом к узлу принудитель" ной коммутации 20. Распределительные тиристоры 21 -26 подключены к первичной обмотке 41 коммутирующего тр-ра. Сглаживающий реактор выполнен трехобмоточным, причем соответствующий вывод каждой обмотки 2729 подсоединен к общей точке соединения двух тиристоров цепочек соответствующих групп основных тиристоров, что позволяет исключить дополнительные элементы явного звена постоянного тока и снизить потери на преобразование. 2 ил.

1374372

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 контакт ной сети. 10

Целью изобретения является упрощение и повьппение КПД.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг ° 2 — временные диаграммы управ- 15 ляющих сигналов системы импульснофазового (а) регулирования, управляющих сигналов преобразователя напряжение - частота (б), токов в фазах трехфазной нагрузки (в). 20

Устройство фиг.1 содержит трансформатор 1, первичная обмотка которого через токосъемник 2 подсоединена к однофазной сети переменного тока, три однофазных моста на тиристорах 3-14 и выпрямитель на диодах 1518, выводами переменного тока подсоединенные к вторичной обмотке трансформатора 1, фильтровой конденсатор

19, подсоединенный к выходу выпрямителя, узел 20 принудительной ком.— мутации (УПК ), входом подсоединенный к выходу выпрямителя, анодную группу распределительных тиристоров

21-23, подсоединенную катодами к плюсовым выводам однофазных тиристорных мостов 3-14 и анодами к выходу УПК 20, катодную группу распределительных тиристоров 24-26, подсоединенную анодами к минусовым выво- 40 дам однофазных тиристорных мостов

3-14 и катодами к выходу УПК 20, сглаживающий реактор, выполненный в виде трех обмоток 27-29, каждая из которых подключена началом к плю-; 45 совому выводу и концом — к минусовому выводу однофазных тиристорных мостов 3-14, асинхронный двигатель

30, статорная обмотка которого подключена к концам трех обмоток 27-29 сглаживающего реактора. УПК 20 содержит два последовательно соединенных коммутирующих тиристора 31 и 32, два последовательно соединенных зарядных тиристора 33 и.34, анодами и катодами подсоединенных к выходу выпрямителя 15-18, два последовательно соединенных разрядных диода 35 и 36 и два последовательно соединенРЗ = 1 Л А;

F4 = ShX; F5 = LhA;

F6 = S h Х; F7 = L h В; F8 = S Л У;

F9 =?.ЛВ;

F12= S h ZF10= S ЛУ; Fl l= L A С

F13= L h С; F14= S ЛZ; ных возвратных диода 37 и 38, катодами и анодами подсоединенных к выходу выпрямителя 15"18, коммутирующую

LC"цепь 39 и 40, подключенную к общим точкам соединения коммутирующих

31,32 и зарядных 33,34 тиристоров, коммутирующий трансформатор, первичная обмотка 41 которого началом подключена к общей точке соединения зарядных тир.".асторов 33 и 34, образуя выход УПК 2С;, вторичная обмотка 42 которого началом подключена к общей точке разрядных тиристоров и к концу первичной обмотки 41 и концом — к общей точке соединения возвратных диодов 37 и 38.

Устройство (фиг.l) содержит также систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 43, преобразователь 44 напряжение — частота, выходы которых подключены к входу распределителя импульсов (РИ) 45, выходы которого подсоединены к управляющим электродам всех тиристоров.

СИФУ 43 (фиг. l и 2а) содержит два выходных канала для передачи в

РИ 45 импульса L фазовое положение которого регулируется по сигналу задания 1 (фиг.l) и импульса S, фазовое положение которого синхронизировано с напряжением U питания устройства.

Преобразователь 44 напряжение— частота (фиг.l и фиг.2б) содержит шесть выходных каналов для передачи в РИ 45 импульсов А,В,С,Х,У,Z, частота следования которых регулируется по сигналу задания О (фиг.l

РИ 45 содержит набор логических ячеек И, ИЛИ, НЕ, с помощью которых реализуются логические функции импульсов управления тиристорами. Кроме того, РИ 45 содержит известные формирователи коротких импульсов для формирования коротких (100 мкс) импульсов по задним фронтам импульсов А,В,C Х,Y.

Логические функции (F, импульсов управления тиристорами, реализуемые

РИ 45, записываются в следующем виде:

1374372 Р22= (В)"; Р23= (С) ;

F24 =(Х) ; Р25 = (У) ° F26 () °

Р31= (А) v (В) Ч (С)

F32= (Х) v (Y) Ч (Z) где (А), (В), (С), (Х), (Y), (Е) короткие импульсы, сформированные по задним фронтам импульсов А,В,С,Х, Y,Z соответственно °

Устройство работает следующим образом.

Полярность напряжений на вторичной обмотке тягового трансформатора

1 в первый полупериод показана на фиг.1 стрелкой. Первоначально ток нагрузки проводили тиристоры 5 и 10 (см. F5 и F10). Ток нагрузки, под- 20 держиваемый индуктивностью обмотки

27 сглаживающего реактора, протекал в буферном нулевом контуре и

- замыкался по цепи обмотка 27, фаза а, фаза Ъ, тиристор 10, тиристор

5, обмотка 27. В момент времени по сигналу Р включается тиристор.3, ток нагрузки в процессе естественной коммутации переводится иэ первоначально проводящего тиристора 5 в цепь вторичной обмотки трансформатора 1 и тиристора 3 и замыкается по цепи обмотка 27, фаза а, фаза Ъ, тиристор 10, обмотка трансформатора

1, тиристор 3, обмотка 27. В момент

35 времени t по сигналу Р и Р осуществляется принудительное запирание тиристора 10, для чего включаются тиристоры 25 и 32. Ток из тиристора 10 переводится в коммутирующуЬС-цепь 39 и 40 под действием первоначального заряда на конденсаторе 39, полярность которого указана на фиг ° 1 без скобок. В результате ток нагрузки замыкается по цепи обмотка транс- 45 форматора 1, тиристор 3, обмотка 27, фаза а, фаза Ъ, тиристрр 25, резис- . тор 40,конденсатор 39, тиристор 32, диод 18. Избыточный колебательный ток перезаряда LC-цепи замыкается в

50 контуре конденсатор 39, тиристор 32, диод 36, обмотка 41 коммутирующего трансформатораJ Под действием ЭДС ,наводимой на вторичной обмотке 42

4 коммутирующего трансформатора, в обмотке 42 начинает протекать ток

55 . по цепи обмотка 42 коммутирующего трансформатора, диод 37, конденсатор 19, диод 36, обмотка 42; Таким образом, на время протекания избыточного тока перезаряда LC-цепи через первичную обмотку 41 коммутирующего трансформатора на ней возникает импульс напряжения прямоугольной формы с амплитудой, равной напряжению фильтрового конденсатора

19, деленному на коэффициент трансформации коммутирующего трансформатора. Указанный импульс напряжения амплитудой порядка 50-100 В минусом прикладывается через тиристор 25 к аноду и плюсом — через диоды 36 и !

8 — к катоду тиристора 10, что способствует восстановлению запирающих свойств тиристора 10 за время, не превьппающее паспортное время выключения тиристора.

После перезаряда конденсатора 39 до напряжения, полярность которого указана на фиг.1 в скобках, превышающего по величине напряжение конденсатора 19, запирается тиристор

32, отпираются тиристор 14 и диод 35.

Под действием напряжения конденсатора 19 ток нагрузки переводится из фазы Ъ в фазу с (фиг.2в) по цепи

"+" обкладка 19, диод 35, обмотка

41, тиристор 25, фаза Ъ, фаза с, тиристор 14, диод 18, "-" обкладка 19. В конце процесса коммутации тока в фазах он замыкается по цепи обмотка трансформатора 1, тиристор

3, обмотка 27, фаза а, фаза с, тиристор 14, обмотка трансформатора 1.

В момент времени t согласно логической функции Г, включается тиристор 12, под действием напряжения

U< на вторичной обмотке трансформатора 1 (полярность П» противоположна указанной на фиг.i) осуществляет;ся процесс естественной коммутации тока i,(гашения) в обмотке трансформатора 1. Ток нагрузки переводится в буферный (нулевой) контур и протекает по цепи обмотка 27, фаза а, фаза с, тиристор 12, тиристор 3, обмотка 27. В момент времени t с включением тиристора 5 вновь осуществляется процесс естественной коммутации, при котором ток нагрузки переводится из буферного контура во вторичную обмотку трансформатора 1 и протекает по цепи обмотка трансформатора 1, тиристор 5, обмотка 27, фаза а, фаза с, тиристор 12. В момент времени t осуществляется принудительная коммутация

1374372 тока фазы а и перевод его в фазу Ъ, для чего принудительно выключают тиристор 5 подачей управляющих импульсов F21 и 031 на тиристоры 21

5 и 31. Процесс принудительной коммутации тиристора 5 с помощью УПК 20 протекает аналогично описанному.

После эапирания тиристора 5 включают тиристор 9. Ток i> в фазе Ь нараста- 1р ет, а ток i в фазе а спадает под действием напряжения конденсатора

19, которое прикладывается к фазам а и Ь .по цепи "+" обкладка 19, диод

17, тиристор 9, обмотка 28, фаза Ь, фаза а, обмотка 27, тиристор 21, обмотка 41 коммутирующего трансформатора, диод 36, "-" обкладка 19. Ток указанной цепи протекает от начала к концу обмотки 28 и от конца к 20 началу обмотки 27, которые расположены (намотаны) на одном сердечнике сглаживающего реактора. В результате того, что потоки, наводимые при этом в обмотках 27 и 28, направлены встречно индуктивность обмоток сглаживающего реактора не создает сопротивление протекающему по этим обмоткам току коммутации.

К концу процесса коммутации ток нагрузки полностью переходит из обмотки 27 и фазы а в обмотку 28 сглаживающего реактора и фазу Ь и протекает по цепи обмотка трансформатора

1, тиристор 9, обмотка 28, фаза Ъ, фаза с, тиристор 12, обмотка трансформатора 1.

Далее процессы протекают аналогично описанному.

На интервалах коммутации тока в фазах асинхронного двигателя 30 ток нагрузки протекает через фильтровой конденсатор 19, что сопровождается повышением на нем напряжения.

Для ограничения максимальной величины напряжения на конденсатор 19 на заданном уровне энергию коммутации выводят из конденсатора любым из известных способов, например, с помощью зависимого инвертора в сеть

S0 переменного тока.

Тиристоры 33 и 34 служат для подзаряда коммутирующего конденсатора

39 при малых токах нагрузки и на холостом ходу. Подзаряд осуществляется одновременным включением тиристоров 31 и 34 или 32 и 33, для чего формируются короткие импульсы с задержкой относительно основных импульсов соответственно F или Р, на

> фиксированный интервал времени с помощью известных одновибраторов.

Выполнение реактора трехобмоточным и подсоединение выводов обмоток указанным способом позволяет исключить наиболее нагруженные общие группы тиристоров звена постоянного тоха, на.которые приходится почти половины потерь в полупроводниковых э;-ементах преобразователя.

В результате снижения потерь преобразователя на преобразование однофазного напряжения в трехфазное напряжение регулируемой частоты увеличивается КПД преобразователя.

В сравнении с прототипом предложенное решение содержит меньшее число элементов .

Формула изобретения

Непосредственный преобразователь частоты и числа фаз с неявным звеном постоянного тока, содержащий две группы основных тиристоров, каждая из которых выполнена в.виде трех цепочек, состоящих из попарновстречно-последовательно соединенных тиристоров, причем аноды цепочек первой группы и катоды цепочек второй группы подсоединены к соответствующим входным выводам для подключения их к источнику однофазного переменного напряжения, а точки соединения двух тиристоров каждой це-с. почки одной группы подсоединены к выходным выводам преобразователя, а также выпрямитель с фильтровым конденсатором на выходе, входом подключенный к входным выводам преобразователя, узел принудительной коммутации, входными выводами подсоединенный к выходу выпрямителя, анодную группу распределительных тиристоров, анодами подсоединенную к одному выходному выводу узла принудительной коммутации, а катодами — к катодам цепочек первой группы основных тиристоров, катодную группу распределительных тиристоров, катодами подсоединенную к другому выходному выводу узла принудительной коммутации, а анодами — к анодам цепочек второй

1 группы основных тиристоров, и сглаживающий реактор, о т л и ч а ю— шийся тем, что, ч целью упроще-.. ния и повышения КПД, упомянутый сгла1374372

Составитель Г.Мыцык

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Ходанич Корректор М.Пожо

Заказ 614/52 Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

IIo делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная,- 4 живающий реактор выполнен трехобмоточным, причем каждая из трех обмоток подключена между точками соедиО

С нения двух тиристоров сооответствующих цепочек двух групп основных тиристоров.