Трехфазно-трехфазный преобразователь частоты с квазиоднополосной модуляцией

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении различных управляемых машинно-вентильных систем. Цель - повышение КПД и расширение области применения. Преобразователь содержит четыре трехфазных комплекта, соединенных в звезду вторичных обмоток A<SB POS="POST">I</SB>X<SB POS="POST">I</SB>, B<SB POS="POST">I</SB>Y<SB POS="POST">I</SB>, C<SB POS="POST">I</SB>Z<SB POS="POST">I</SB>, где I = 1,4. К обмоткам с соответствующей полярностью подключены четыре группы вентилей по девять тиристоров в каждой. Узел коммутации выполнен в виде двух тиристоров 1, 2, включенных между нулевыми точками соответствующих пар обмоток, и двух коммутирующих конденсаторов 3, включенных между одноименными электродами этих тиристоров. В преобразователе реализуется алгоритм квазиоднополосной модуляции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И1 (51)5 Н 02 М 5/27.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BT0PCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP

f (21 ) 4381821/24-.07 (22) 28.12.87 (46) 07.01.90. Бюл. 11 1 (71 ) Ленинградское проектно-экспериментальное отделение Всесоюзного государстввнного научно-исследовательского института "ВНИИпроектэлектромонтаж" и Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72 ) M.Э. Гольденталь, С.А. Зуйков, В.Д. Латьппко и А.В. Орлов (53) 62 1.31 4.27 (088. 8) (56) Дяаоджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. М., 1983, с. 400.

Фираго Б.И., Готовский Б.С., Лисс З.A., Тиристорные циклоконверторы. Минск, 1973, с. 296.

Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. M. 1977, с. 280.

Онищенко Г.Б,, Локтева И.Л. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания, N. 1979, с. 200.

А. ВгапЖ. Dreiphasige Umrichteranlage 1!и Юане Speisung eines

Drehstrommotors. Schveizerische patentschriit Nr 486801, кл. Н 02

Р 7/62, Н 02 Р 13/30, 1970. (54 ) ТРЕХФАЗНО-ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С КВАЗИОДНОПОЛОСНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использов ано при построении различных управляемых машинно-в ентильных сис тем.

Цель — повьппение КНД и расширение об2 ласти применения. Преобразователь содержит четыре трехфазных комплекта, соединенных в звезду вторичных обмотоках,,hy;, c z;, где i=1,4.

К обмоткам с соответствунщей полярностью подключены четыре группы вентилей по девять тиристоров в каждой.

Узел коммутации выполнен в виде двух тиристоров 1,2, включенных между нулевыми точками соответствующих пар

l S 34691 обмоток, и двух коммутирующих конден<,аторов 3, включенных между одноимен|)

Йыми электродами этих тиристоров. В

Изобретение относится к области преобразовательной техники и предназ"

Начено для преобразования 3-фазного

I .переменного напряжения в 3-фазное г1еременное напряжение регулируемой астоты для питания электрических машин переменного тока и других пот) ебителей.

Целью изобретения является повышение КПД и расширение области применения.

На фиг.l представлена принципиаль- 2р ная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2а — временные диаграммы, поясняющие его работу (кривые питающего и выходного напряжения); на фиг.2б — временная диаграмма импульсов управления вентилями преобразователя; на фиг.2в — графики выходного напряжения (фазы А, В, С ) преобразователя в окрестности моMGHTG времени t {фиг. 2а) при индуктив-3р ном характере нагрузки (cos (f

-- 2 — ); íà фиг.3 — структурная схема лока управления.

На фиг. I представлена принципиаль35 ая электрическая схема предлагаемоо преобразователя, который содержит четыре 3-фазные питающие обмотки аl-хl

Ъl-уl; сl-zl а2-х2 Ь2-у2, с2-z2, аЗ-хЗ ЬЗ-у3 с3-z3; а4-х4; Ь4-у4 с4-к4, управляемые однонаправленные ключи 1 и 2 с включенными между их одноименными электродами двумя коммутирующими конденсаторами 3, управляемые однонаправленные ключи 4-1 i. Фазы каждой из 3-фазных питающих обмоток одними выводами соединены в звезду, причем фазы первой и второй соединены в звезду выводами XI, YI, Е1 и Х2, У2, К2 соответственно, а фазы третьей и четвертой — выводами аЗ, ЬЗ, с3 и а4, Ь4, с4. Между нейтралями первой и второй 3-фазных питающих обмоток может быть включен полностью управляемый однонаправленный ключ 1, а между нейтралями третьей и четвертой — ключ 2. В качестве полностью управляемых однонаправленных ключей на фиг.l показаны тиристоры с искуспреобразователе реализуется алгоритм квазиоднополосной модуляции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ственной коммутацией, для осуществления которой между анодами и между катодами тиристоров 1 и 2 включены коммутирующие конденсаторы 3. Тиристор 1 подключен анодом к нейтрали первой 3-фазной обмотки и катодом к нейтрали второй 3-фазной обмотки, а тиристор 2 подключен анодом к нейтрали третьей 3-фазной обмотки и катодом к нейтрали четвертой 3-фазной обмотки. Управляемые однонаправленные ключи 4-15, в качестве которых на фиг.l используются тиристоры, разделены на двенаццать 3-фазных групп, каждая из которых соединена в звез" ду. Нейтрали звезд 3-фазных групп ключей подключены к выводам фаз питающих обмоток. Причем в 3-фазных группах, содержащих ключи 4, 8 и 1 2, тиристоры подключены к нейтралям катодами, а нейтрали подключены к выводам аl, Ьl, cI первой 3-фазной питающей обмотки, в 3-фазных группах, содержащих ключи 5,9 и 13, тиристоры подключены к нейтралям анодами, а нейтрали подключены к выводам а2, b2,с2 второй 3-фазной питающей обмотки, в 3-фазных группах,состоящих из ключей 6,10 и 14, тиристоры подключены к выводам х3, у3, кЗ третьей питающей обмотки и в 3.фазных группах, состоящих из ключей 7, 11 и IS тиристоры подключены к нейтралям анодами, а нейтрали соединены с выводамк а4, Ь4, с4 четвертой 3-фазной обмотки. Другие выво" ды ключей 4-15 соединены между собой по схеме кругового чередования фаз и точки их соединения снабжены выводами А, В, С для подключения 3-фазной нагрузки 16.

Работа схемы происходит следующим образом.

Пусть в момент времени t происходит отпирание тиристоров 4 и 5 и 1.

Тогда к фазам А, В,С нагрузки прикладываются соответственно напряжения

Uc первой и второй 3-фазных питающих обмоток силового трансформатора. В зависимости от мгновенных значений этих напряжений и от параI

В момент времени t отпирается тиристор 2 и к тиристору 1 в обрат" ном направлении прикладывается сумма напряжений конденсаторов 3, в результате чего тиристор 1 выключается. Конденсаторы 3 вначале разряжаются через тиристор 2, первую и вторую 3-фазные питающие обмотки и ключи 4 и 5, а затеи перезаряжаются через последовательные пары питающих обмоток, ключи 4-7 и тиристор 2. до 40 напряжения, близкого к амплитуде линейного напряжения питающих обмоток при противоположной его полярности, т.е. при полярности, положительной для тиристора 1. После окончания пере.- 4 заряда конденсаторов тиристоры 4 и 5 выключаются и к фазам А,В,С нагрузки через тиристорные ключи 6 и 7 и тиристор 2 прикладываются соответственно напряжения Uz,U, 11„ третьей и четвертой 3-фазных йитающих обмоток.

Далее, с некоторым упреждением по отноошению к моменту времени t

+ >T p T тиристорные ключи 8 и 9. При этом может происходить дозаряд конденсаторов 3, если наибольшее из мгновенных значений линейных напряжений 3-фазных питающих

- — !

5 15346 метров нагрузки ток будет проводить одна или две из обмоток аl-х1; сl-z 1, bl-у!, с соответствуницими тиристорами 4, тиристор 1 и две или одна из обмоток а2-х2 с2-z2; Ь2-у2 с соответствующими иэ тиристоров 5, Затеи с некоторым упреждением по отношению к моменту времени t<= t, + (фиг.2а) происходят отпирание тиристоров 6 и 7 и заряд конденсаторов 3.

Зарядные токи конденсаторов протекают через последовательные пары питающих обмоток, соответствующие им тиристорные ключи 4-7 и тиристор 1, причем в контур зарядного тока входят те пары фазных обмоток, мгновенные значения напряжений которых максимальны и направлены согласно проводимости тиристорных ключей, В резуль- 20 тате заряда сумма напряжений конденсаторов становится равной максимальному из мгновенных значений линейных напряжений 3-фазных питающих обмоток, т.е. близкой к амплитуде линейного 25

t напряжения. Полярность напряжения конденсаторов положительна для тиристора 2.

91 6 обмоток оказывается ближе к амплитудному значению, чем в момент времени tgе

В момент времени t отпирается ти ристор 1 и к тиристору 2 в обратном направлении прикладывается напряжение конденсаторов 3, в результате чего тиристор 2 выключается, а конденсаторы 3 разряжаются через тиристор

1, третью и четвертую 3-фаэные питающие обмотки и тиристорные ключи 6 и

7, После разряда конденсаторов происходит их перезаряд через последовательные пары питающих обмоток, ключи

6 и 9 и тиристор 1 до напряжения, близкого к амплитуде линейного напряжения питающих обмоток, при полярности, положительной для тиристора

2.. В момент окончания перезарядного тока конденсаторов тиристоры 6 и 7 выключаются, а к фазам А,В,С нагрузки через тиристорные ключи 8 и 9 и тиристор 1 остаются подключенным соответственно напряже я УЬУ Бай ис первой и второй 3-фазных питающих обмо-. ток.

Затем с упреждением по отношению к моменту времени С = t g + отпира1 ются тиристорные ключи 10 и !l, обеспечивая возможность дозаряда конденсаторов 3, а в момент времени t4 в к лю ч а tе тTс я тTиHр иHс тTо р 22, обеспечивая выключение тиристора 1, разряд, и переэаряд конденсаторов 3 и подключение к фазам А,В,С нагрузки напря- . жений U, U, U третьей.и четвертой

3-фазных питающих обмоток, l

Аналогичным образом протекают и два последующих этапа цикла коммутапий. С упреждением по отношению к моменту времени Ь = t4 +, отпираются тиристорные ключи 12 и 13, а в момент времени 1з — тиристор 1, подключая к фазам А,В,С нагрузки напряжения У,U, Б первой и второй 3фазных питающих обмоток. С упреждением по отношению к моменту времени — +, отпираются тиристорные кличи 14 и 15, а в момент времени

t< включается тиристор 2 и к фазам

А,В,С нагрузки прикладываются соответственно напряжения U, U Uz третьей и четвертой 3-фазных питающих обмоток

Затем вновь отпираются ключи 4 и 5 и тиристор 1 и начинается новый цикл коммутаций.

1534691

Характер искажений выходных напряжений У,,, Ug, U в один из момен1 тФв коммутации t отражен на фиг,2в.

Алгоритмы переключения ключей

5 п1!еобразоватепя 4>,! — g„и (!!, — ( показаны на фиг.2б. Цифровые индекпри обозначениях алгоритмов соотв тствуют номерам ключей.

Блок-схема системы управления (иг.31 включает в себя последовательн соединенные задающий генератор (Г) 17 и шестиразрядный регистр

16 сдвига (В6) с выходами р„-р

Соответствие мду выхода р! рб 15 алгоритмами переключения тиристоов !4!д - (устанавливается на г. 3. Для управления коммутирующими ристорами 1 и 2 используются два огических элемента ЗИЛИ 19 и 20 и 2О оследовательно включенные с ними эле1 енты 21 и 22 задержки.

Предложенное решение позволило при

1 еализации тех же функций преобразоания существенно упростить силовую 25 асть преобразователя, повысить КПД и расширить область применения за чет возможности подключения трехроводной (а не шестипроводной) трехазной нагрузки.

1 ормула из обр е т ения

1. Трехфазно-трехфазный преобра1 сват ель частоты с кв азиоднополо сной одуляцией, содержащий трансформатор35 !ьй узел с четырьмя комплектами трехфазных вторичных обмоток, двенад цать вентильных групп, по крайней

1 мере два полностью управляемых вентиля, установленных в цепи между разноименвь!ми. полюсами соответствующих вентильных групп, а также блок управления, содержащий последовательно связанные задатчик частоты и распределитель импульсов, выполненный в виде шестиразрядного регистра сдвига, выходы которого р„-р6 связаны с управляющими входами соответствующих вентилей а также по крайней мере

Э

50 два элемента задержки и два элемента

ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и расширения области применения, обмотки в каждом из упомянутых комплектов соединены по схеме звезда, причем нуIt tt 55 левые точки этих звезд обмоток образованы для первого и второго комплектов концами, а дпя третьего и четвертого началами, между нулевыми точками первого и второго, третьего и четвертого комплектов включены два полностью управляемых вентиля, причем анод и катод одного вентиля присоединены соответственно к нулевым точкам первого и второго комплектов, анод и катод другого присоединены соответственно к нулевым точкам третьего и четвертого комплектов обмоток, каждая из упомянутых вентильных групп содержащая по 3 однооперационных тиристора с общими анодами, подключена последними к одному из свободных концов обмоток второго и четвертого комплектов, каждая из вентильных групп с общими катодами подключена этими катодами к одному из свободных концов обмоток первого и третьего комплектов, причем свободные выводы первого, второго, и третьего тиристоров вентильных групп, присоединенных к одной фазе ц первого и второго комплектов обмоток и к другой фазе Е третьего и четвертого комплектов обмоток, подключены соответственно к выходным выводам А,В и С преобразователя, первый, второй и третий свободные выводы тиристоров вентильных групп, присоединенных к фазе В первого и второго комплектов обмоток и к фазе !."! третьего и четвертого комплектов обмоток, подключены соответственно к выходным выводам С,А и В преобразователя, первый, второй и третий свободные выводы тиристоров вентильных групп, присоединенных к фазе С первого и второго комплектов обмоток и к фазе В третьего и четвертого комплектов обмоток, подключены соответственно к фазам В,С,А преобразователя, управляк цие входы первого, второго и третьего тиристоров вентильных групп, подключенных к первому и второму комплектам обмоток, присоединены соответственно к выходам р, p>, р5 распределителя импульсов, управляющие входы первого, второго и третьего тиристоров вентильных групп, подключенных к третьему и четвертому комплектам обмоток, присоединены соответственно к выходам р p4 p6 р аспр едели теля импульсов, а управляющие входы упомянутых полностью управляемых вентилей присоединены к распределителю импульсов через последовательно связанные элемент 3 ИЛИ и элемент задержки, причем входы элемен1534691

Составитель Г. Мыцык

Редактор Л. Гратилло Техред М. Ходанич Корректор С. Шекмар

Заказ 54 Тираж 486 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101 та 3 ИЛИ, расположенного в цепи управления полчостью управляемого вентиля и включенного между нулевыми точками первого и второго комплектов обмоток, присоединены к выходам р p и р5 распределителя импульсов, а входы элемента 3 ИЛИ, расположенного в цепи управления другого полностью управляемого вентиля, прис единены к выходам р, р, р расп4 ределителя импульсов.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что полностью управляемые вентили выполнены в виде однооперационных тиристоров, между одноименныйи силовыми электродами которых включены коммутирующие конденсаторы.