Непосредственный преобразователь частоты

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для плавного регулирования частоты вращения асинхронных двигателей. Целью изобретения является снижение массы и габаритов энергопреобразующей установки. Энергоустановка содержит 6-фазных комплектов вентилей 7 - 12, подключенных к двум M-фазным обмоткам 5, 6 генератора 4 и попарно подключенных к выходным выводам 1 - 3. Обмотки 5, 6 соединены между собой через вентильные группы 13, 14. К выходным выводам 1 - 3 подключен блок 20 принудительной коммутации. Благодаря соответствующему управлению обеспечивается замыкание реактивного тока внутри преобразователя через блок 20. В результате снижается установленная мощность генератора 4. Для управления используется информация о входных напряжениях и выходных напряжениях и токах. Оптимизирован режим работы блока 20. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

союз соВетских социАлистичесних

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 M 5 27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОТКРытиям пРи Гкнт сссР (-21) 4094498/24-07 (22) 15.07.86 (46) 07.08.90. Бюп. Р 29 (71) Всесоюзный научно-исследователь.. ский, проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового электрооборудования (72) Е.Я.Бухштабер (53) 621.314.27 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 692035, кл. Н 02 M 5/27, 1986.

Авторское свидетельство СССР

Р 1171928, кл. H 02 M 5/27, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 1237033, кл. Н 02 М 5/27, 1982.

Разработка, изготовление и испытание макетного образца преобразователя частоты тина циклоконвертор для макетного тепловоза ТЭ-120: Заключительный отчет по теме ХЦ-1141/80. Велорусский ордена Трудового Красного

Знамени Политехнический институт.

Минск, 1982, госрегистрационный к- 81032364, инвентарный У 0283009788.

Чернышев А.А., Фудимова Л.А. Алгорнтм,управления непосредственного . преобразователя частоты с комбинированной коммутацией: Сб. Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника, 1984, вып.

11 (169), с. 16-19. (54) НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для плавного регулирования частоты вращения асинхронных двигателей . Целью изобретения является снижение массы и габаритов энергопреобразующей установки, Энергоустановка содержит 6-фазных KQMII

ÄÄSUÄÄ 1584049 А 1

2 . лектов вентилей 7-12, подключенных к двум тп-фазным обмоткам 5, 6 генератора 4 и попарно подключенных к выходным выводам 1-3. Обмотки 5, 6 соединены между собой через вентильные группы 13, 14. К выходным выводам 1-3 подключен блок 20 принудительной коммутации. Благодаря соответствующему управлению обеспечивается замыкание реактивного тока внутри преобразователя через блок 20. В результате снижается установленная мощность генератора 4. Лля управле" ния используется информация о входных напряжениях и выходных напряжениях и токах. Оптимизирован режим работы блока 20. 6 э.п. ф-лы, 8 ил.

1584049 сигналов для создания условий включения ВУВ и ДУВ.

Блок 16 (фиг. 2) снабжен датчиками 61-66 состояния групп (ДСГ)

7-12 ОПВ, которые формируют сигналы

d„(i), a), (i) соответственно анодной, катодной группы, соединенной с i-м

ФВ, НПЧ при наличии в этой группе по меньшей мере одного проводящего ток ОПВ, датчиками 67-72 полярности каждого ФВ относительно нейтрали 15 (ДП, датчики 67, 69, 71) и относительно соседнего ФВ (ДП)<;,), датчики 68„ 70, 72), формирующими сигналы U) (+) U )о(-) — 67, U )z «-)

").((} 68 "оо(}, ()1 ° (-) — 69, (q) 9 (2 3(-) 70 э 1}30(} ь

Е) о () — 71, Е)э (), U () — 72.

При этом имеет место U 1 < = U

12 (4) 11(-)

U Ä ()

Блок 16 может быть снабжен также ,датчиками 73-84 состояния проводимос ти дополнительных (PCP) вентилей 31—

42 блока 20 коммутаций, формирующими выходные сигналов el „ — с при проводимости соответственно ДУВ

31-42.

Наличие раздельных ДСД 73-84 необязательно и может быть продиктовано лишь спецификой построения блока

16. Вместо каждых трех их двенадцати ДСД 73-84 могут быть использованы по одному групповому датчику, каждый иэ которых выполнен аналогично ДСГ

61-66. Для таких групповых ДСД общим групповым проводом являются выводы

52 и 53 моста 24 и выводы 54 и 55 моста 25 (фиг. 1) ° Зти групповые

ДСД (не показанные на фиг, 1-3) называют по номеру общего для них группового вывода.

Так, групповые ДСД 52 вместо 7375, ДСД 53 вместо 76-78., ДСД 54 вместо 79-81, ДСД 35 вместо 82 84.

Все указанные ДСД формируют на

otgg оl усоответственно при наличии в указанной. группе, по меньшей мере одного, проводящего ток ДУВ. Применение для контроля проводимости ДУВ четырех групповых ДСД вместо двенадцати индивидуальных позволяет упростить выполнение блока 16 управления.

Преобразователи датчиков тока (ПДТ) 85-87 с датчиков тока ДТ,.

17-19 каждого ФВ 1-3 НПЧ имеют по три выхода, на которых формируются, например, нормализованные сигналы тока соответствующей полярности

I ) (}, I;() и сигнал аЕ при прек

» вышении фаэным током заданного уровня I)) независимо от его полярности

5 ДЕВ=!Е, Е„)0

Индекс m и знаки (+) и (-) вынесе ны на стрелки выходов при фаэном токе I;, к которому относится данный

ПДТ, 85-87, причем за положительное направление тока ФВ принято направление от узлов 21-23 к фазам А, В, С нагрузки.

Преобразователь. напряжения коммутирующего конденсатора (ПНК) 88 также имеет три выхода, на которых формируются сигналы dU „= U J — U) () >

) О и V (q}, U к в соответствии с полярностью напряжения, причем сигнал U «+) соответствует положительной обкладке конденсатора со стороны моста 24.

На выходе преобразователя 89 формируется нормализованный сигнал

25 4))» и

4" n = Е) п — " п(ь)

U K(3)

3п " я() — заданные значения напряжения на конденсаторе 43 и на выходе .источника 4 питания, выше которого возможен режим искусст35 венной коммутации.

Сигналы превышения с преобразователей 85-89 подаются на входы блока 90 задания режима (БЗР) работы НПЧ.

Сигналы превышения фазных токов о ЛЕ O1 — 4Е ф (5) могут быть предварительно просуммированы в общий ток

Dl = 4I у< +4Iy< + 4Е

Зто суммирование сигналов может производиться на отдельном входе 3

БЗР 90 имеет три раздельных выхода сигнала Е, П, И к, на кото- рых формируются в соответствии со следующими логическими выражениями:

Ест 4Пя + 4() к + 4Е 3

n„„4U „° 4 Е» + (Дб хс1

Пд, - 4П"„4 I+ ° И,„;

Ищ - dU".,4I" .

1584049 а () =2 (3+.i).

Это обеспечивает поочередное формирование сигналов на каждом из выходов. В случае наличия только сигнала 3I или отсутствия всех сигнаX ,лов превышения на выходе БЗР формиру- 5 ,ется сигнал Š— работы НПЧ в режиме .естественной коммутации. Появление сигнала о U но только при отсутстlвии сигнала 4I приводит к появле нию сигнала П „, при одновременном

,снятии сигнала Е, а появление сиг нала 3U „, но при отсутствии 11I> а « приводит к появлению сигнала И „ и ! снятию П„. . Сигнал И „ сохраняется r ! до тех пор, пока присутствует сиг:нал А U и отсутствует LlI

« «

От БЗР может быть выведен дополни-!

: тельный выход (например, dI ) для

« сис*емы управления напряжением источ никаа 4 питания и задаваемой частоты (ку для ограничения роста соответст,вующих параметров при сохранении сигнала dIg.

Выходы Е, П,,—, И „подключены 25 к узлу 91, который обеспечивает пода- . чу включающих сигналов и импульсов на управляющие электроды ДУЯ и ВУВ

20 коммутаций. Ы другим входам блока

91 подключены выходы узла 60, который 30 содержит (фиг. 3) распределитель 92 импульсов и формирователи 93-100 включающих сигналов (ФСГ) групп 714 ОПВ.

ФСГ 93-98 форьируют включающие

35 сигналы для групп 7-12 ОПВ, соединенных с соответствующим i-м ВФ.

При трехфазном выходе преобразователя

1, 2 или 3 и, следовательно, при

i-1=3, апри" =3, gg

+ 1

При принятой системе (фиг. 1) обозначений ФВ и групп ОПВ, из кото.рых катодные 7, 9, 11 имеют печатные номера, которые соотносятся с номерамн 1. 2, 3 ФВ НПЧ„ как

k (i) = 2 (3+ i) — 1, а анодные группы 8, 10, 12 связаны

c i--м ФВ НПЧ

Поэтому обозначения (индексы) при ъ (1 1(1) а бр авиатур а х соответствуют логической связи .с анодной катадной группой; соединенной с i-м ФВ, которая имеет собственньп3 номер„ определяемый выше приведенными выражениями. Например, ФСГ 93 является ФСГ „ a.ФСГ 1 98

01 ! является ФСГ, Для групп ОПВ 13 и 14, соединенных с нейтралью 15 преобразователя, в случае использования в них управляемых ОПВ предусматриваются ФСГ 99, ФСГ 100, которые имеют на входе элемент ИЛИ-НЕ б, поэтому сигнал на выходе этих ФСГ формируется в случае отсутствия сигналов на всех шести входах.

Распределитель 92 импульсов (РИ) преобразует импульсный входной сигнал 59 в парафазные сигналы длительностью Ti/2, сдвинутые между прямыми или инверсными выходами на Т /3.

К каждому из выходов РИ 92 подключен первый вход 2И соответствующего усилителя-.-формирователя 101—

106, которые включены на выходе

ФСГ 93-98. Второй вход подключен к выходу элемента 2 ИЛИ, один из входов которого является разрешающим входом ФСГ, а другой подключен к выходу элемента 2 ИЛИ-НЕ, входы которого являются запрещающими входами ФСГ.

Узел 60 содержит формирователи

107-124 подтверждающих сигналов: формирователи 107-112 сигналов рф, p < > снятия включающего сигнала (СВС) к с соответствующей анодной, катодной группы ОПВ подключенной к i-у ФВ; формирователи 1 13-118 сигналов у Й, изменения полярности напряжения (МПН) данной группы относительно нейтрали 15 после снятия с этой группы включающего сигнала; формирователи 119-124 сигналов полного запирания всех ОПВ групйы (ЗВГ) после снятия с нее включающего сигнала и изменения полярности напряжения íà i-м ФВ.

Формирователи 107-118 содержат элемент 2И и формируют сигнал на выходе в случае одновременного наличия на их входах обоих сигналов, в соответствии с логическими выражениями: () = Ц ° с(д (); ф (1) = U, .хО((1)

1584049

10 где U., Т, — соответственно прямой и инверсный сигналы с

i-ro выхода РИ 92;

g©(1), a„(i) — сигнал с выхода ДСГ 6166 о наличии проводящих ток ОПВ в анодной, катодной группе, соединенной с i-м ФВ. — сигнал с выхода ДПН включенного между i-м

ФВ и нейтралью (67, 69, 71) об изменейии полярности напряжения. 15 . Таким образом, сигнал на выходе

СВС формируется от момента снятия включающего сигнала с группы ОПВ перед изменением полярности на ней до момента запирания всех ОПВ этой груп- 20 пы, а сигнал на выходе ИПН формируется от момента изменения полярности напряжения на этой группе и также до момента запирания всех ОПВ этой группы. 25

Выходы СВС катодных (нечетных) групп подключены к первым трем входам

ИЛИ ФСГ 99, а выходы СВС анодных (четных) групп подключены к первым трем входам ИЛИ ФСГ 100. 30

Вторые три входа ФСГ 99 подключены к выходам ИПЧ анодных (четных) рупп, а у ФСГ 100 подключены к выходам ИПН катодных (нечетных) групп.

Таким образом, включающий сигнал 35

U на выходе ФСГ 99 и U на выходе

ФСГ формируется при выполнении усло" вия:

ПгЗ р7 к р9 q1 ) (y> y„+)1<); 40

П 74 (/ g / ю Ргг) (g II 11)

Поэтому при снятии включающего

* сигнала с анодной, катодной группы

ОПВ снимается включающий сигнал и на выходе ФСГ 100 и 99, а позже, после изменения полярности напряжения, и с

ФСГ 99 и 100 соответственно.

Первый запрещающий вход ФСГ 93-98 подключен к выходу ПДТ своего ФВ, но противоположной полярности (I;« для ФСГ„ () и к Х;., для ФСГ„ (i)) .

Второй запрещающий вход ФСГ©(i)

ФСГк (i) подключен к выходу ИПН (-1), 55

ИЛА.(i-1) соответственно.

Поэтому формирование включающего сигнала на выходе ФСГ 93-98 задерживается на время протекания тока обратной полярности по i-му ФВ и прерывается при изменении полярности напряжения на разноименной группе

ОПВ после снятия с нее включающего сигнала до тех пор, пока хотя бЬ| один из ОПВ этой группы продолжает проводить ток, Формирователи ЗВГ 119-i24 содержат всего два логических элемента: 2И— на выходе, гервый вход которого подключен к соответствующему выходу РИ

92, а другой — к выходу элемента

2 ИЛИ-НЕ, входы которого связаны с выходами ДСГ (61-66) обеих групп соединенных с i-м ФВ. Поэтому сигнал на выходе ЗВГ (1) ЗВГ„(1) формируется только в случае запирания всех

ОПВ, йодключенных к i-му ФВ, но при этом только при снятии сигнала с прямого выхода РИ для ЗВГС,(i) инверсного для ЗВГ„(i). Выходы всех рассмотренных формирователей подтверждающих сигналов подключены к входам узла 91, который содержит (фиг. 4) шесть (по числу групп СПВ, соединенных с ФВ) логических блоков запускающих импульсов формирователей

ЗИФ,(г), ЗИФ <(i) 125-130, для одновременного запуска формирователей им. ульсов (ФИД) 131-142, для включения ДУВ 31-42, которое осуществляется через распределитель импульсов (РИД) 134-148 для указанных ДУВ.

Указанные ЗИФ (i), ЗИФ<,(г) 125130 запускают также формирователи импульсов (ФИВ) 149 и 150 для включения ВУВ .44 и 45 через узлы, подключения коммутирующих конденсаторов (ПКК„(), ПКК „(1)) 151-156, которые вместе с PHgJ (i), РИД „(i) 143-148

1и с узлом разрешения включения !

РВДд(г), РВД (i) 157-162 входят в каждый ЗИФ„(О, ЗИФ „(i) соответственно.

ФПД 131-142 имеют по три раздельных входа ИЛИ, первые два из которых связаны с одним из выходов соответствующих РИД„(i) РИД „() 143-148, а третий с одним из первых двух выходов ПКК,„() ПКК „(1) 151-156.

Формирование сигналов на выходе каждого РИД 143-148 осуществляется по сигналу с выхода каждого РИД 157162, который входит в общий для них

ЗИФц(1), ЗИФ „(i) 125-130.

Сигнал с выхода каждого РВД 157162 поступает на первый вход каждого

РИД 143-148, который является входом

Каждый РВД 157-162 выполнен так же, как РВД 157 и содержит на выходе элемент 2И, первый вход которого подключен к выходу ДПН, включенного между i-м и (i-1)-м ФВ на полярность, противоположную той, которую обеспечивает данная группа ОПВ при наличии включающего сигнала, Второй вход элемента 2И подключен к выходу элемента 2 ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу ПНК 88 Л(1к(+) для

РВД (л.) и dU„(-) - для РВДк(). Второй вход указанного элемента 2 ИЛИ подключен к выходу второго элемента

2И, первый вход которого подключен к выходу ИПН (), ИПН к (О, а втоРой— к выходу элемента НЕ, вход которого подключен к БЗР и его выходу И

Поэтому сигнал q (i), q„(i) на выходе РВД (0, PBP„(i) формируется в случае выполнения следующего условия:

+ d U к(.1 " " (i- 1(+) В режимах Е сТ и П pf сигнал о (О, (i) формируется после появления к сигналов y„(i), у () и изменения полярности напряжения между i-м и (i""1)-м ФВ на обратную, т.е, когда напряжение на изменившем полярность

i-м ФВ становится по модулю больше, чем напряжение íà (i-1)-м ФВ, полярность на котором не изменялась.

В режиме Иск сигнал q<(i) э q<(i) формируется после того, как на выходе ПНК 88 появляется сигнал d U противоположной полярности, причем к этому времени всегда присутствует сигнал с ДПН U;(;,1 об изменении полярности напряжения.

Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) работает следующим образом.

Преобразованный на РИ 92 (фиг. 3) входной сигнал 59 задаваемой частоты

Е „ kf< преобразуется в три пары парафазных сигналов 01, U, U g, U g °

Пз, U, которые поступают на ФСГ 9398, включающие по меньшей мере два, а то и три группы ОПВ, присоединенные к различным ФВ.

11 1584049 первого усилителя-формирователя (УФ) имеющего два выхода, которые соединены с входами двух соответствующих

ФИД 131-136, включающих ДУВ первого моста блока 20 коммутации, и является также первым входом элемента 2И, два выхода которого подключены к входам ФИД 137-142, включающим ДУВ второго моста блока 20 коммутаций. Второй !

О вход РИД .143-148, являющийся вторым входом элемента 2И, подключен к выхо; ду Ест БЗР 90.

Поэтому в режиме Е РИД 143-148 формируют сигналы на всех четырех выходах, а во всех остальных режимах (П и И ) только на первых двух

Ar ск выходах .

На каждом выходе каждого РИД 143148 указан номер ФИД 131-142, к входу которого подключен этот выход. Аналогично на входах ФИД 131-142 указаны номера РИД и ПКК, к которым подключен каждый вход.

Каждый ФИВ 149, 150 является УФ 25 q+(i) = Й „x у (i) x U;<,+1(,1 + с тремя раздельными входами 3 ИЛИ, которые подключены к выходу соответ- ствующего ПКК 152„ 154 и 156 д,-я ФИВ

149 и ПКК 151, 153 и 155 дг.я ФИВ 150. с1„() = И „ку„(1) х U;(,,1() +

Каждый ПКК„(О, ПКК „(i) 151-156 имеет четыре входа и четыре выхода. + d U g(1 U; (. „(Входы ПКК подключены к двум элементам 2И, первый из которых подключен к выходу И „БЗР 90 и выходу соответствующего СВС (т.), СВС „(i) 107-112, 3S а второй — к выходу Пд„БЗР 90 и выходу ЗВГ .(i), ЗВГ„(х) 119- 124, выход первого элемента 2И и первый выход второго элемента 2И поступают на входы 2 ИЛИ УФ с тремя раздельными выходами, первые два из которых подключены к третьему входу соответствующего из ФИД 131-142, включающий по одному из соответ твующих ДУВ 31-42 с каждого моста блока 20. ф5 третий выход УФ 2, входящего в

ПКК () 152, 154 и 156, подключен к входу ФИВ 149, а входящего в ПКК„-(О

151, 153 и 155 — к входу ФИВ 150.

Второй выход второго элемента 2И

0KK„(i), ПКК к(з.) 151-156 является

50 четвертым выходом ПКК, (i), ПКК„(х) с ггнал ((il (1... на котором форжруЮ ется -.îëüêî в режиме П г, поступает на разрешающий вход ФСГ„(i), ФСГц(О 55 и включает противоположную группу

ОПВ. Номер группы ОПВ указан вместе с обозначением сигнала на четвертом выходе ПКК 151-156.

1584ii49

14

При пуске и работе на низких частотах напряжение источника питания (ИП) 4 мало и на выходе Е г БЗР 90 формируется сигнал, который задает преобразователю режим естественной коммутации (фиг. 5), За момент to = 0 выбран момент снятия сигнала с выхода U и появление сигнала на выходе U, РИ 92 (при установившемся режиме работы). При этом снимается включающий сигнал с группы 8, анодной группы ОПВ первого

ФВ, и СВС 107 формирует сигнал загрещающий на время dt своего на1 личия формирование сигнала на выходе

ФСГ 99, включающего группу 13.

Это приводит к снижению абсолютного значения напряжения на ФВ 1 и в момент t, (фиг, ба) изменению по- 20 лярности напряжения. От этого момента формируется сигнал у на выходе

ИПН 113, который запрещает формирование включающих сигналов U и U на выходе ФСГ 97 и 100 соответствен- 25 но. Поэтому начинает снижаться напряжение и на ФВ 3.

После момента t напряжение U

<о на ФВ 1 становится больше U э, чем на ФЗ 3 (i-1, при i = 1 равен 3) . Это30 приводит к формированию сигнала q

3 на выходе РВД 158, который подается на РИД 144 и при наличии на другом

1 его входе сигнала Есг приводит к формированию сигнала сразу же на всех его четырех выходах, соединенных входами ФИД 131, 136, 137 и 142. Указанные ФИД включают ДУВ. 31 и 36 первого моста 24 и ДУВ 37 .и 42 второго моста 25 блока 20 коммутации (фиг. 1).40

В результате этого ток фазы А, протекавший в отрицательном направлении (от асинхронной машины к группе 8), начинает течь по двум *араллельным цепям. через ДУВ 31 обмотки 45

46 и 47 делителя тока и ДУВ 36 и через ДУВ 37 по обмоткам 48 и 39 и ДУВ

42 к ФВ 3, снижая ток ФВ 3 от группы

11. Переход тока на ДУВ 31 и 36 и ДУВ

37 и 42 приводит к запиранию последнего из приводивших ток ОПВ группы

8, снятию сигнала 0(с ДСГ 62 и снятию сигналов, у, что приводит к восстановлейию включающих сигналов Ut, и U<, на выхо"e ФСГ

97, 99 и 100. Таким образом Д t> время существования сигнала / от момента измейения сигналов Hp. парофазных выходах РИ 92 и до момента запирания псследнзго проводившего ток ОПВ, jest< — время снижения напряжения на ФВ до нуля, ДС > — время существования сигнала у (фиг. 5н 6),, Включенные ДУВ проводят реактивный ток до тех пор, пока он не снижается до нуля. Это приводит к снятию сигнала I,<1 на запрещающем входе ФСГ 93, так как сигнал U, от РИ

92 на его входе все время присутствует, то к немедленному формированию сигнала U7 äëÿ включения группы 7

ОПВ .

В момент и = Т /6 происходит переключение сигналов на парафазных выходах 3 РИ, 92, при этом с группы

11 сигнал снят и формируется сигнал р, а через Д t — g„, коfT торые приводят к запиранию сигнала

ФСГ 100, а затем сигналом у, ФСГ

99 и 96 и т.д. аналогично описанному °

Время Д t (фиг. 5 и 6), на которое задерживается лоца= а включающего сигнала U на соответствующую группу

ОПВ после изменения полярности напряжения на ней, определяется временем ,.:ротекания реактивног0 тока по ДУВ и может фиксироваться по сигналам с,"СД 73-84„.а не по исчезновению сигнала с соответствующего выхода

ПДТ 85-87. Этот момент, в случае ма лых токов, може-. быть, определен более точно именно по наличию сигналы

d 51 — 4 1 °

При частоте на выходе f z ((f

1 времена dt<, dtZ, которые определяют- ся частотой f, ИП 4 относительно малы, поэтому провалы напряжечия за это время малозаметны, а форма напряжения на ФВ преобразователя ступенчатая, аналогичная таковой на выходе автономного инвертора напряжения (фиг. 5, тонкая и пунктирная линии).

Преобразователь предназначен преимущественно для использования на автономных трансформаторных средствах, для которых признано оптимальным использование полной мощности источника питания при всех скоростях движения. Это приводи-.. к тому, что при низких частотах fz фазный ток дожен быть существенно большим, чем на больших. При пуске и движении U „ (c 0,5U ип (мс„кс ) реобр жет работать с токами.на выходе превышающими в два раза ток номинального режима и после перехода на режим

1584049

15 искусственной коммутации. Это обеспечивается за счет протекания реактивного тока по двум параллельным цепям из ДУВ обоих мостов 24 и 25 блока

20 коммутации.

Выравнивание тока, протекающего . по этим цепям, осуществляется с помощью электромагнитного устройства 28.

1О

С ростом частоты f . все больше на., чинают проявляться коммутационные провалы напряжения и траг ецеидальный !

; рост и снижения напряжения.

На фиг..ба-в показана форма напря- 15 и U о ° U .î Uза на ВФ преобр

<î ° з ователя относи тел ь но не йтр али 1 5; на котором до момента времени Т /2 (и даже до Сц ) показан режим естест.; венной коммутации тока ФБ преобразо, вателя.

При снижении тока, потребляемого нагрузкой до заданного значения, не смотря на повышение напряжения ИП 4 до своего номинального значения, на 25 выходе БЗР Е сигнал снимается и ст появляется на выходе П4 . Это приводит к запиранию второго фо,миравателя в РИД 143-148 с входом 2Н и:армира ванию сигналов только на псрвой паре 30 выходов и соответственно включению

ДУБ только первого моста 24. Появление. сигнала П приводит к срабаты- ванию второго элемента 2И в ПКК 151-.

156 при появлении сигнала ;,. озна- 35 чающего, что все ОПБ, подключенные к данному ФВ заперты. При. этом формируется сигнал сразу на всех четырех выходах ПКК.

Поэтому сам процесс коммутации то- gg ка происходит аналогично, но с помощью ДУБ только первогс моста, а после запирания всех ОПВ группы, с.которой был снят включающий сигнал, к другой разноименной группе, подключен-15 ной к таму же ВФ, прикладывается, включающий сигнал лля подкг.ючения коммутирующего конденсатора, который другим своим выводом подключается к другой проводящий ток раэнаименнои группе GHH другого ФВ. Так например, (фиг. 7), если при смене полярности

ФБ 1 с "-" на "+" и запирании ранее проводившихся ОПБ группы 8 за счет сигнала q . с РБД 158 (фиг. 4), включаются только ФИД 131, 136, затем после фармл авания сигнала, фа„:— мируется си: íàë на всех четырех выходах ПКК 152, .которые поступают на входы ФИД 131, 141, ФИВ 149 и разрешающий вход ФСГ 93. Поэтому, несмотря на наличие сигнала I „ о проА текании тока встречного найравления, за счет поступления сигнала ф с

ПКК 152 формируется включающий сигнал на выходе ФСГ 93, кроме тога, включающие импульсы подаются на управляющие электроды ДУВ 31 и 34 и

ВУВ 44 и коммутирующий конденсатор

43 подключается к включаемой катодной группе 7 через ДУВ 31, через ВУВ

44 и ДУВ 41 к выводу 2 и проводящей ток группе 10. Конденсатор заряжается до напряжения, несколько превышающего напряжение между группами 7 и

10, после чего ток через ОПВ группы

7 падает и они запираются, а конденсатор 43 продолжает заряжаться реактивным током, фазы А, пока он не спадет да нуля или пока напряжение на конденсаторе 43 не достигает заданного значения и не появляется сигнал ЛП .

Если за время зарядки конденсатора реактивный ток успеет снизиться да нуля до того, как напряжение на койденсатаре. успеет перерасти да заданной величины, то повторного включения

ДУВ не потребуется, а исчезновение сигнала I„< I исключает запрет на формирование включающего сигнала U и включаются ОПВ группы 7, а описанный процесс вновь повторяется через

Т /6 при коммутации очередной группы

ОПВ, например группы 11 (фиг. 7), а затем 10., Если зарядка конденсатора до напряжения, превышающего заданное значение, осуществляется до спадания реактивного тока да нуля, то появление сигнала zIU<<+I или BUD( вместе с имеющимся сигналом а превышении, по абсолютному значению напряжения на (i-1)-м ФВ, приводит к пав= торному формированию сигнала q u включению соответствующего PHJI и ДУВ гервого моста. Появление сигнала ,ЙП после очередной перезарядки конденсатора переключает сигналы на

БЗР и появляется сигнал И „ . Этот сигнал приводит к тому, чта ПКК формирует сигнал только на трех своих выводах и сразу же после снятия включающего сигнала со связанной с ним группы ОПВ. Этот режим показан; на фиг. 7 ат момента t = 10Tz /12 — ST /6 и на фиг. 8.

1584049

В момент t (фиг. 8) происходит переключение сигналов на первом выходе РИ 92, U < снимается, а U< подается. Снимается сигнал UII и формируется сигнал, который подается на

ПКК 152 вместе с сигналом И формируют сигнал на первых трех его выходах, соединенных входами 131, 14 1 и 149. Зто приводит к тому, что . предварительно заряженный конденсатор подключается между проводящими ток группами 8 и 10, причем для проводящих ток ОПВ группы 8 ток разряда конденсатора оказывается запирающим.

Поэтому последний иэ проводивших ток

0IIB группы 8 запирается, а конденсатор 43 продолжает перезаряжаться током ФВ 1.

После того, как напряжение на кон- 2О денсаторе превышает заданное значение и появляется сигнал 4 U< формиру:,ется сигнал а8, который включает с помощью РЦД 144 ДУВ 31 и 36 и созда-! ет цепь для реактивного тока ФВ 1. 25:

Аналогичные процессы происходят и прн коммутации других групп ОПВ преобразователя в соответствии с временной диаграммой (фиг. 8). На фиг. Ва приведены диаграммы напря- 3р жения U и тока i -. фазы А на1Î грузки.

Заштрихованные треугольники на .диаграмме тока i> — это ток, передаваемый по ДУВ блока 20 коммутаций.

После изменения полярности напряжения и спадания пика перенапряжений в кривой U„ (t) — после подключения

ФВ 1 к ФВ 3 реактивный ток фазы А нагрузки передается на фазу С и раз- 4р гружает ОПВ групп 11 и 12 (фиг. 1). .Заштрихованный треугольник в кривой

i>(t) после прохождения максимума показывает часть тока, которая передается от фазы В на фазу А после ее 45 подключения с помощью ДУВ и эа счет этого снижается ток, протекающий по

ОПВ групп 7 и 8.

Часть реактивного тока i @ -фазы нагрузки (фиг. 8а) от момента эапирания ОПВ группы до момента включения

ДУВ, соединяющих ФВ между собой, идет на перезаряд конденсатора 43 до напряжения U «„ U „ < „, !, которое несмотря на некоторое возможное изменение напряжения источника питания, может поддерживаться во всем диапазоне частот fq постоянньм.

Таким образом, предлагаемый НПЧ позволяет н режиме искусственной коммутации получить частоты ныходного напряжения f . f при полном ра7 1 ненстве нсех полупериодон всех фазных напряжений, Независимо от режима работы НПЧ реактивный ток фазы нагрузки передается на другую фазу нагрузки по ДУВ блока коммутации, при этом снижается загрузка ОПВ, исключается иннерторный режим, а работа ОПВ в выпрямительном режиме осуществляется при (Ф О, что обеспечивает высокое использование также и источника питания, как в случае работы на неуправляемый выпрямит ел ь .

Обеспечивается повышенное использование ДУВ, блока 20 коммутации в режиме естественной коммутации, когда пусковые токи могут н дна раза превышать номинальное значение, ДУВ образуют дне параллельнь е цеии для передачи реактивного тока с фазы на фазу нагрузки °

Обеспечивается минимальная установленная мощность элементов узла искусственной коммутации, TBK как режим искусственной коммутации осуществляется при постоянном напряжении на коммутирующем конденсаторе „ коммутируется только ток, не превышающий номинальное значение, а сам узел коммутации не имеет дополнительных цепей подэаряда коммутирующего конденсатора. Формула изобретения ! . Непосредственный преобразователь частоты с тремя выходными фазными выводами (ФВ) и с по меньшей мере, двумя вентильными комплектами по ш входных выводов для подключения к источнику питания с,по меньшей мере, двумя раздельными m-фазными обмотками, образующий вместе с источником ,питания энергопреобразующую установ. ку в которой указанньЖ преобразователь содержит основные подключающие вентили (ОПВ), соединенные в четыре пары анодных и катодных выпрямительных групп, в которых анодная группа с катодной соединены попарно своими выводами постоянного тока, точками соединения. образуя указанные ФВ, а их выводы переменного тока присоединены;к указанным: комплектам вход15М 049

20 ньг: выводов преобразователя, причем к первому из них присоединены анодные выводы трех катоцкых групп, выполненных на управляемых вентилях, и катодные выводы четвертой анодной группы, а к второму комплекту присоединены катодные выводы трех анодных групп, также выполнеhHbIx иа управля,емых вентилях, и анодные выводы четвертой катодной группы, общая точка соединения четвертой пары групп образует нейтраль преобразователя, блок коммутации, соединенный с выхоцными

leB, включающий в себя дополнитель- )"5 ные управляемые вентили (ДУВ) и коммутирующий конденсатор, подключенный с помощью вспомогательных управляемых вентилей (ВУВ), блок управления преобразователем, входными выводами подключенный к каждому из входных и выходных выводов преобразователя и нейтрали с задающим входом, подключенным к задатчику частоты f. — f где k — - любое целое число, 25 9 а гакже включающий в себя ло ический уз:.;:, например распределитель импульсов (РИ), преобр=зующий имгульсы час готой f к > в три пары парафазки:. сигналов (), 3 „, П, 0 „„ попарно последовательно сдвинутых на угол 2 7(/3, с частотой Х., и длительностью Т /2 =. 1/2 f, а также датчики потейциала относительно нейтрычи (ДПо) и относительно соседнего вы одного ФВ преобразоватсля --(ДП <; > ..) ) с выходными сигналами

П ((+j) П о((} + („1) (;), П ) () соответственно, дат гики ((+ 1 (-1 фазного то::а (ДТ;) — I „"(i) включенные з рассечку каждого ФВ, датчики напряжения (U<) коммутирующего конденсатора (ДНХ) и пороговый датчик превышения напряжением U (на входе преобразователя заданного ((анряжения

Пп.ь, формирующий сигнал В U „

0 8 — U п,.7 О, формирователи вклюь ча.оп(их сигналов групп (ФСГ (i), ФСГ (i)) для включения соответстзенк но ОПВ анодкой-гатодной группы, ="îåдиненяой с 1-м ФВ, и формирователи импульсов ФИД и ФИВ для включения соответственно ДУВ и ВУВ преобразо.вателя, о т л и ч -" . о шийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов знергопреобразующей установки за сч r повьппения коэффициента мощности на входкых выводах преобразователя с одновременным повышением

l функциональной надежности за счет исключения операции фазирования включения ОПВ и режима инвертирования реактивной мощности фазы нагрузки путем непосредственной передачи реактивного тока по внутренним цепям из

ДУВ непосредственно с фазы на фазу нагрузки .по ДУВ блока коммутаций, а также за счет снижения установленной . мощности вентилей блока коммутаций, указанные ДУВ соединены в два трехфазных выпрямительных моста, выводы переменного тока которых соединены с

ФВ, а выводы постоянного тока замкнуты соответственно на первичный и вторичный элементы узла выравнивания тока между двумя параллельными цепями

1 в виде двух последовательно соединенных ДУВ, находящихся в каждом из этих мостов, к которым этот узел подключен основными выводами, а к его дополнительным выводам с помощью ВУВ подключен коммутирующий конденсатор, блок управления преобразователем снабжен датчиками состояния проводимости каждой группы (ДСГ) ОПВ, нормированный сигнал о/„ (i),о(„(1), на выходе которых формируется при наличии проводящих вентилей в аноднойкатодной группе ОПВ, соответственно соединенной с i — ì ФВ преобразователями сигналов с ДТ, и ДНК в сигналы знака контролируемых величин Т;< )

Т;(-) П K(+) () K() и сигналы

И и й()„ превышения заданных значений I » тока и напряжения Пкь. г блоком задания режима работы (БЗр) преобразователя, формирующим сигналБ)

Š— естественной коммутации, при

Ст наличии на. его входе указанных сигналов ДТ,и наличии или отсутствии на его других входах всех других сигналов, или при отсутствии на всех его входах укаэанных сигналов, П (г - подготовки к режиму искусственной коммутации при наличии сигнала ДПп и отсутствии сигналов бТ и йБ ; И „ — искусственной коммутации, при наличии сигнала Лак и отсутствии сигналов

dI и логическими блоками, формирующими на своих входах сигналы:

Р о((1) /ъ |г,(1) при снятии включаю щего сигнала(СВСц(1), СВС„(1Цсоот049 22 та блока коммутаций, соединенных с

1 м и (1 1)-м ФВ своим одноименным и разноименным соответственно относительно ЗИФ (1) и ЗИФ„(1) силовым электродом, вторая пара указанных выходов подключена к входам ФИД, включающих ДУВ второго моста блока коммутаций, соединенных с i-м и (Р 1)-м ФВ аналогичным образом, пятый и шестой выходы подключены к входам ФИД, включающих ДУВ разных мостов, из которых в первом мосте блока коммутаций — ДУВ, соединенный одноименным силовым электродом с данной анодной-катодной группой ОПВ, а во втором — ДУВ, подсоединенный разноименным силовым электродом к (i+1)-му ФВ, седьмой его выход подсоединен к входу ФИВ, включающего

ВУВ, связанный силовыми электродами с одноименными силовыми электродами указанных ДУВ, а восьмой его выход подключен к четверто sy разрешающему входу ФСГ<(i), ФСГ,i) разноименной группы ОПВ, подключенной к тому же ,ФВ, каждый ЗИФ (1) и ЗИФ „(1) имеет

O ,по восемь входов, первые три из ко-! тсрых подключены к каждому из выходов БЗР, три другHx — K BblxoliBM форм:->ователей CHC<(i), ИПН <(i), ЗВГц(1) и !и СВС (1) ИПН (1) ЗВГк (Я..Ф соот ветствейно„ седьмой ахоп, подключен к выходу ДП (1 1)1 противоположной

1. полярности напряжения, а восьмой его вход подключен к выходу преобразователя сигналов ДНК ЛБ к,> — ЗИФС,(1), .dU 1 — ЗИФ к(1 ), формирующих HMIIyJIaсы на первых четырех своих выходах при наличии на соответствующих входах сигналов Е и с ДП <;,); об изменении полярности напряжения, формирующих импульсы только на первых двух выходах при наличии сигнала П * и появлении импульса с ДП <. 1 . об из(1-11 i менении полярнос II напряжения или при появлении импульса ДБк противоположнсй полярности с выхода преобразователя ДНК и при наличии сигнала

П или сигнала И „, формирующих импульсы на пятом, шестом и седьмом ! выходах при появлении импульсов

p q (1), / „(1) и наличии сигнала

И „, или при появлении импульсов ч а-(1), g„(i) и наличии сигнала

П.А, — соответственно для ЗИФ„(1) и

ЗИФк(1), причем в последнем случае, 21 f 584 ветственно анодной-катодной группы

ОПВ, соединенной с i-м ФВ, при реализации выращений; Po(1) U< > . „(), Р„(1) = U; Ы„(); Р(), у (1) - при изменении йолярности на- 5 як пряжения соответствующей группы ОПВ 1.ИПНо(1), ИПН „(i)j, соединенной с i-м ФВ относительно нейтрали, при реализации выражений; уд(1)

y („), „,„(;) - „ (;) П (;)„1О к, (1); $ (i), (, (1) — при запирании всех ОПВ в соответствующей группе (ЗВГ + (i), ЗВГк(1)3 при реализации выражений; fI+ (i) = Ui

f5

c((i) + ((1), ф„(1) = Й; к

« (1) + g< (i), логическими узла-. ми, формирующими запускающйе импульсы для формирователей ЗИФ (1) ЗИФ „(i) соответствующей анодной-катодной группы, подключенной к i-му ФВ, при изменении полярности напряжения на нем для образования указанных внутренних цепей протекания реактивного 25 тока, а также цепей для тока зарядки коммутирующего конденсатора и тока искусственной коммутации ОПВ, при этом ФСГ (i), ФСГ (i) первыми входа.ми подключены к инверсному(ФСГ„(1)) и к прямому L,eCr„(i)3 i-му выходам

РИ и имезт еще два запрещающих входа, один из которых связан с выходами

ИПН „(i+1), ИПН (1+1) разноменной груйпы ОПВ, подключенной к (i+1) му

ФВ, другой подключеч к выходам преобразователя jJT; + ), ФСГ .(1), ДТ;,, -ФСГ„(1), четвертый разрешающий вход подключен к выходу логического узла ЗИФк(1), ЗИФ„(1) разно- 4О именной группы ОПВ, подключенной к тому же ФВ, формирующие включающий сигнал U<(i) и Пк(1) при обязательном наличии сигнала на первом из указанных входов и отсутствии сигналов 45 на его запрещающих входах или нри наличии сигнала на его четвертом разрешающем входе, ФИД и ФИВ, имеющих по несколько раздельных входов, организованных rо схеме ИЛИ, которые присоединены к одному из выходов соответствующих логических узлов

ЗИФ (i), Зэк(i), логические узлы

ЗИФц(1), ЗИФк(1), содержащчх по восемь раздельных выходов, шесть иэ которых соединены с входами соответствующих ФИД, при этом первая пара указанных выходов подключена к входам ФИД, включающих ДУВ первого мосформирующем импульс на его последнем восьмом выходе, где Т1 — период

1584049 напряжения источника .питания, Т1

1/Й1, Т, — период напряжения на ФВ преобразователя, Т = 1/f, i — номер рассматриваемого ФВ, 1 «< i 4 3

° ° 5 при = 3 + 1 =-. 1, а при х = 1

1 3.

2. Преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества напряже- О ния в режиме Е < за счет снижения разницы в полупериодах выходного напряжения, группы ОПВ, выводы постоянного тока которых соединены с нейтралью, выполнены. на управляемых вентилях, а блок управления дополнен двумя дополнительными ФСГ с (О), ФСГ (О) для этих анодной-катоднои

К групп, соответственно .формирующих

:,сигналы U+(0), U„(0) в случае отсутствия входных сигналов на его входах 6ИЛИ-НЕ, соединенных с выходами формирователей СВС 1,(1), СВСк(2), свс„(з), ипн (1), ипн„(2), ипн,,(з)—

ФСГ,1(0) и с выходами формирователей 25

СВС,„(1), СВС,„(2), СВС (З), ИПН „(1), (2), Hm (3), -- cr (0).

3. Преобразовате.::= частоты .,о и 1„ отличающийся те;., чт<., с целью сокращения установл -зной .,III-- 30 ности вe;:Têëåé блока ком.мутаций,. узел выравнивания тока выполнен в виде дросселя с ферромагнитным сердечником с двумя раздельными обмоткам« со средними точками, .которые зляются первичными и вторичнь;мн элементамн узла, а средние точки служат дополнительными выводаж; для подключения коммутирующего конденсатора, а выводь" "Начало1 и Конец каждой из обмоток подключены у первой обмотки к выводам .анодной н катодной групп ДУВ первого моста, а у второй обмотки — к выводам катодной и анодной групп соответственно второго 45 мос.:а блока коммутаций.

4. Преобразователь частоты по пп. 1или 2, отличающийся тем ч го» с целью снижения установ ленной мощности вентилей блока коммутаций, узел выравнивания тока выполнен из двух одинаковых двухобмо.точных дросселей с замкнутыми ферромагнитньжи сердечниками, первичные обмотки которых соединены между собой своими началами, а зторичные—

:,своими конц. ми, к общим точкам сое динения присоединены также дополнительные вызоцы для подключения коммутируюце; э ко.".дснсатора, а выводы KQH цов первичных обмоток,: начал вторичных обмоток присоединены к выводам постоянного тока соответственно первого и второго мостов иэ ДУВ блока коммутаций.

5, Преобразователь частоты по п. 1, отличающийся тем, что блок задания режима (БЗР) его работы имеет раздельные входы, подключенные к выходам преобразователей, на к вторых формируются сигналыД? ф, 1 э

4I, 8 I y» 4 Ц„, 4П„превышения за1 данных величин, и содержит логические элементы ИЛИ-НЕ, ИЛИ, ЗИ, 2И, которые соединены входами и выходами с соответствующими входами и выходами БЗР, пррчем первый элемент ЗИЛИ, связанный входами с выходами преобразователей сигналов с ДТ, ДТ, ДТ, имеет прямой выход, подключенный к входу второго элемента 2ИЛИ, выход которого образует выход сигнала Е с и второй выход НЕ, подключенный к первому входу элементов ЗИ и 2И, элемент 2ИЛИ-НЕ, входы которого подключены к указанным входам БЗР, подключенным к выходам преобразователей, на которых формируются сигналы 4U, 4Uп, а выход— к второму входу второго элемента

2ИЛИ,, второй вход элемента ЗИ подключен к входу сигнала 4U„, à его выход образует выход сигнала П 1,, третий вход элемента ЗИ подключен к выходу элемента 2И, который является также выходом сигнала Uc, а второй ск его вход подключен к входу сигнала 4 к

6. Преобразователь частоты по и. 1, отличающийся тем, что формирователи сигналов групп

1ФСГ (i),ФСГ к(х)3, включающих анодныекатодные группы ОПВ, соединенные с

i-м ФВ, выполнены с использованием выходного элемента 2И, один из входов которого подключен к соответствующему выходу РИ, а другой — к выходу эле-. мента 2ИЛИ, один из входов которого является четвертым разрешающим входом

eCI „(i) и ФСГ (), а другой подключен к выходу элемента 2ИЛИ-НЕ, входы которого являются его запрещающими входами.

7. Преобразователь частоты поп. 1, отличающийся тем, что логический узел запускающих импульсов формирователей (ЗИФ), включающих ДУВ, 25

1 584049 и ВУВ, выполнен в виде узла разрешения включения дополнительных вентилей ! (РВД), имеющего четыре входа и один выход, формирующий выходной сигнал

q (i), q„(i) соответственно, распределителя импульсов для включения дополнительных (РИД) вентилей блока коммутаций, имеющих два входа и две пары выходов, которые образуют первые две пары выходов ЗИФ (i), ЗИФк(д), и узла подключения коммутирующего конденсатора ПКК (i), ПКК >(i), имеющего четыре входа и четыре выхода, которые являются соответственно с пятого по восьмой выходами ЗИФ, при этом РВД содержит элементы НЕ, вход которого подключен к входу ЗИФ и на который подается сигнал И „, а выход — к входу первого элемента 2И, на второй вход которого подается сигнал у с соответствующего формирователя ИПН, а выход подключен к выходу элемента 2ИЛИ, второй вход которого связан с соответствующим выходом преобразователя сигналов.ДНК, формирующим сигнал ДУк заданной полярности, а выход подключен к входу выходного элемента 2И, второй вход которого подключен к выходу соответствующего

ДП (, +,1;, РИД содержит два усилите1 «1

ФМ

1

У l

У 1

t d4f

1

1

I

4 Ф Ф 4 Ф

Viz Via Vh У„и

Ь Vrs, ля-формирователя с двумя раздельными выходами, образующими пару выходных выводов, единственный вход первого соединен с выходом,РВД, первый вход второго, являющегося, кроме того, элементом 2И, соединен с входом пер-

; вого усилителя-формирователя, а его второй вход подключен к входу ЗИФ, соединенному с выходом сигнала E

БЗР, ПКК содержит усилитель-формирователь с тремя раздельными выходами, являющимися последующими по счету выходами ЗИФ, с входным элементом

2ИЛИ, один из входов которого подключен к выходу первого входного элемента 2И, один вход которого соединен с входом, подключенным к выходу сигнала И -„ БЗР, а второй — к выходу соответствующего формирователя СВС, второй входной элемент 2И имеет два выхода, один из которых подключен к второму входу усилителя-формирователя с тремя выходами, а другой являет25, ся восьмым выходом ЗИФ, а входы этого элемента подключены: гервый — к входу, подключенному к выходу сигнала

П -БЗР, а второй — к входу формирователя сигнала ЗВГ соответствующей

30 группы ОПВ.

158 ;049

1584049

31

3Z

33

37

38

39

41

4l д

f584049

1584049

Составитель Г.Мыцык

Техред Л.Олийнык

Корректор Т.Палий

Редактор М.Бланар

Заказ 22б1 Тираж 494 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101