Трехфазно-трехфазный преобразователь частоты

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s))s Н 02 М 5/27

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835686/07 (22) 07.06,90 (46) 30.01.93. Бюл. № 4 (71) Киевский институт инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР (72) Б,Е.Пьяных, К.М.Корольков, Н.И.Воронецкая и В.В,Сорокун (56) Карташов P.Ï.,Êóëèø А.К.,Чехет Э.М, .Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией, Киев, Техника, 1979, с. 150.

Авторское свидетельство СССР

¹ 920992, кл. Н 02 M 5/27, 1975.

Авторское свидетельство СССР № t107249, кл. Н 02 M 5/27, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1292138, кл, Н 02 M 5/27, 1986. (54) ТРЕХФАЗНО-ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к преобразовательной технике и преимущественно может быть использовано при построении преобразователей частоты, предназначенных для работы в системах бесперебойного электропитания ответственных потребителей: вычислительных комплексов, устройств атомной техники, в медицине.

Известны трехфазно-трехфазные преобразователи частоты, содержащие три трехфаэных моста на ключах с двусторонней проводимостью, Недостатком их является надежность работы нагрузки вследствие взаимного влияния формы криsoA напряжения питающей сети на режим работы нагрузки и режима работы нагрузки на питающую сеть.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является трехфазнотрехфазный преобразователь частоты, со„„Я2„„1791935 À1 (57) Использование; в преобразовательной технике. Сущность изобретения: нагрузка получает энергию от накопительных конденсаторов, которыми снабжена каждая фаза преобра=-ователя. Два накопительных конденсатора в каждой фазе через дополнительно введенные полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью поочередно заряжаются от отдельных фаз питающей сети и поочередно отдают энергию в нагрузку. Во время заряда одного из накопительных конденсаторов от сети другой конденсатор, заряженный в предыдущем цикле, отдает энергию в нагрузку, будучи при этом оторванным от сети с помощью разомкнутых ключей. В результате в любой, момент времени нагрузка и питающая сеть оказываются не связанными между собой и их взаимное влияние отсутствует. 3 ил, держащий три основных моста на ключах с двусторонней проводимостью, управляемых тремя группами сигналов, последовательно сдвинутыми между собой на угол

2л/3, причем входы этих мостов образуют входные выводы преобразователя для подключения их к трехфазной сети, два трехфазных вентильных моста с полностью управляемыми ключами на их выходах, причем входы одного из них образуют один, а другого — другие выходные выводы преобразователя для подключения нагрузки, а также систему управления, включающую в себя последовательно связанные между собой задающий генератор, блок распределения импульсов, выполненный на основе шестиразрядного кольцевого регистра, и логический блок.

Принцип работы такого преобразователя заключается в том, что нагрузка с по1791935 мощью ключей с двусторонней проводимостью поочередно циклически подключается к фазам питающей сети на равные промежутки времени..

Недостатком преобразователя являет- 5 ся невысокая надежность работы нагрузки вследствие взаимного влияния формы кривой напряжения питающей сети на режим работы нагрузки и режима работы нагрузки на питающую сеть. Это проявляется в попа- 10 дании выбросов и провалов в напряжениях . питающей сети в нагрузку, что вызывает сбои в работе, например, элементов вычислительной техники и даже выход их из строя, а также в проникновении информа- 15 ции об импульсном характере работы на.грузки (например, импульсное потребление тока из питающей сети) в питающую сеть.

Последнее оказывается не только нежелательным с точки зрения неблагоприятного 20 влияния на другие потребители через искажения общего напряжения питающей сети, но и совершено недопустимым с точки зрения попадания информации о режиме работы ответственных потребителей в общую 25 питающую сеть.

Цель изобретения — повышение надежность работы путем ослабления взаимного влияния формы кривой напряжения трехфазной сети на режим работы нагрузки и 30 режима работы нагрузки на трехфазную сеть, Поставленная цель достигается тем, что в трехфазно-трехфазный преобразователь частоты, содержащий три основных моста 35 на ключах с двусторонней проводимостью, управляемых тремя группами сигналов К4К9, К4-К9, К4"-К9", последовательно сдвинутыми между собой на угол 2 л/3, при этом входы этих мостов образуют входные выво- 40 ды преобразователя для подключения,их к трехфазной сети, два трехфазных вентильных моста с полностью управляемыми ключами на их выходах, причем входы одного иэ них образуют одни, а другого — другие 45 выходные выводы преобразователя для подключения нагрузки, а также систему управления, включающую в себя последовательно связанные между собой задающий генератор, блок распределения импульсов, 50 выполненный на основе шестиразрядного кольцевого регистра и формирующий на своих выходах логические сигналы Х1-Х6, представляющие собой прямоугольные импульсы длительностью 60 эл. град., сдвину- 55 тые между собой на 60 эл. град., и логический блок, формирующий на своих выходах для управления ключами преобразователя сигналы К10-К13, К10, К11, К10", К11", причем К10 К10

-К10"=К13=Х2+Х4+Х6, К11=К11=

=К11"=К12=X1+X2+X5, дополнительно введены на каждую фазу преобразователя два идентичных упомянутым полностью управляемых ключа с двусторонней проводимостью, через которые выходные выводы преобразователя подсоединены к выходным выводам основных трехфазных мостов, и два накопительных конденсатора, первые обкладки которых подключены каждая к одному выходному выводу соответствующего основного трехфазного моста, вторые обкладки соединены между собой и с дополнительным входным выводом для подключения его к нулевому выводу трехфазной сети, а связь управляющих входов упомянутых ключей основных мостов с выходами блока распределения импульсов определяется следующим образом:

К4=К5 =K6"=Х1, K5=K6 =К4"=ХЗ, К6=К4 =К5"=X5, К7=К8 =К9"=X4, К8=К9 =К7" =X6, К8=К7 =KS"=Õ2

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг. 2— блок-схема системы управления преобразователем; на фиг, 3 — временные диаграммы импульсов управления ключами преобразователя., а также эпюры напряжений на элементах схемы (обозначения временных диаграмм на фиг. 3 соотвегствуют обозначениям элементов на фиг. 1 и 2).

Трехфазно-трехфазный преобразователь (фиг. 1) содержит три трехфазно-однофазных преобразователя 1 — 3, каждый иэ которых собран в виде трехфазного основного моста на шести полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью (для первой фазы — ключи 4 — 9, для второй фазы — ключи 4 — 9, для третьей фазы — ключи

4"-9"), причем входы этих мостов образуют входные выводы преобразователя и подсоединены к фазным выводам А, В, Стрехфаэной сети. Нагрузки 14 — 16 отдельных фаз преобразователя своими зажимами подключены через полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью к выходным выводам основных трехфазных мостов. Так, для первой фазы нагрузка 14 одним зажимом подключена через ключ 10 к общей точке ключей 4 — 6, образующей один выходной вывод основного. моста первой фазы, а другим зажимом нагрузки 14 подключена через ключ 11 к общей точке ключей 7-9, образующей другой выходной вывод основного моста первой фазы, Для второй фазы нагрузки 15 одним зажимом подключена через ключ 10 к общей точке

1791935

25

35

50

55 ключей 4 -6, образующей один выходной вывод основного моста второй фазы, а другим зажимом нагрузка 15 подключена через ключ 11 к общей точке ключей 7 — 9, образующей другой выходной вывод основного моста второй фазы, Для третьей, фазы нагрузка 16 одним зажимом подключена через ключ 10" к общей точке ключей 4" — 6", образующей один выходной вывод основного моста третьей фазы, а другим зажимом нагрузка 16 подключена через ключ 11" к общей точке ключей 7"-9", образующей другой выходной вывод основного моста третьей фазы.

Один одноименные зажимы нагрузок

14 — 16 подсоеди не н ы к входам трехфазного вентильного моста 17 с полностью управляемым ключом 12 на его выходе, а другие одноименные зажимы нагрузок 14 — 16 — к входам трехфазного вентильного моста 18 с полностью управляемым ключом 13 íà его выходе, В каждую фазу преобразователя дополнительно введены два накопительных конденсатора (например, для первой фазы — конденсаторы 19, 20), Причем первые обкладки этих конденсаторов подключены каждая к одному выходному выводу соответствующего основного трехфазного моста. Так, для первой фазы первая обклад. ка конденсатора 19 подключена к общей точке ключей 4 — 6, образующий один выходной вывод основного моста первой фазы, а первая обкладка конденсатора 20 подключена к общей точке ключей 7 — 9, образующей другой выходной вывод основного моста первой фазы. Вторые обкладки всех накопительных конденсаторов соединены между собой и с дополнительными входным выводом для подключения его к нулевому выводу

"0" трехфазной сети.

Выход задающего генератора 21 системы управления соединен со входом блока распределения импульсов 22, выполненным на основе шестиразрядного кольцевого регистра, выходы которого Х1 — Хб подсоединены к входам логического блока

23. Выходы К4 — К13, К4-К11 . К4" — К1 !" логического блока подключены к входам полностью управляемых ключей 4 — 13, 4 -11

4"-11" (на фиг. 3 показано формирование управляющих импульсов для первой фазы преобразователя). Управление ключами двух других фаэ осуществляется такими же импульсами, но сдвинутыми относительно импульсов управления для первой фазы на

120 зл, град. для второй и на 240 зл. град для третьей фазы преобразователя.

Рассмотрим работы одной, например, первой фазы преобразователя. Задающий генератор 21 (фиг. 2) вырабатывает однофаэную последовательность коротких импульсов (диаграмма 21 фиг, 3) с частотой в 6 раз больше следования импульсов управления ключами 4 — 9 преобразователя. Эти импульсы поступают на вход блока распределения импульсов 22, выполненного, например, на основе шестиразрядного кольцевого регистра, на выходах Х1-Х6 которого формируются шесть последовательностей прямоугольных импульсов длительностью 60 зл. град„сдвинутых между собой на 60 зл, град, (фиг, 30). Эти импульсы далее подаются на вход логического блока 23, который на своих выходах К4 — К13 реализует логические зависимости

К4=Х1, К5=ХЗ, К6=Х5, К7=Х4, К8=Х6, КЯ=Х2, К10=К12=Х2+Х4+Х6, К11=К13=Х1+ХЗ+Х5, Эти импульсы показаны на соответствующих диаграммах фиг. 3. Они подаются на управление ключами 4 — 13 преобразователя, Формирование кривой выходного напряжения, например, на нагрузке 14 первой фазы преобразователя производится следующим образом. В момент времени t< замыкаются ключи 4, 11, 12 (фиг. 1, 3). На интервале t> — tz через ключ 4 от фазы А трехфазной питающей сети заряжается до фазного напряжения UA x моменту времени tz накопительный конденсатор 19, Нагрузки

14-16 своими одними (левыми по схеме фиг.

1) зажимами соединены в общую точку трехфаэным вентильным мостом 17 с ключом 12 на выходе. Накопительный конденсатор 20, заряженный в предыдущем цикле работы до фазного напряжения 0в к моменту времени

t>, разряжается на интервале t>-t2 через ключ 11 на нагрузку 14. Для упрощения считаем, что при разряде напряжение на конденсаторе 20 к моменту времени сне успевает сколько-нибудь существенно измениться, т.е. остается практически постоянным. В результате на нагрузке 14 формируется первая ступенька выходного напряжения (фиг. 3).

В момент tz ключи 4, 11, 12 размыкаются, а ключи 9, 10, 13 замыкаются (фиг, 1, 3), На интервале a — тэ через ключи 9 от фазы С трехфазной сети перезаряжается до напряжения Uc к моменту времени 1з накопительный конденсатор 20. Нагрузки 14 — 16 своими другими (правыми по схеме фиг. 1) зажимами соединяются в общую точку трехфазным вентильным мостом 18 с ключом 13 на выхо1791935 де. Кондечсатор 19, заряженный в предыдущем интервале до напряжения UA к моменту времени t2, разряжается на интервале

tz-ta через ключ 10 на нагрузку 14, не меняя практически напряжения на своих зажимах.

В результате на нагрузке 14 формируется вторая ступенька выходного напряжения (фиг. 3).

В моментлэ ключи 9, 10, 13 размыкаются, а ключи 5„11,12 замыкаются (фиг. 1, 3), На интервале 1э-t4 через ключ 5 от фазы

В перезаряжается до напряжения Ов к моменту t4 конденсатор 19, Нагрузки 14 — 16 вновь соединяются своими левыми зажимами в общую точку вентильным мостом 17 с ключом 12. Конденсатор 20, заряженный на интервале т2-сэ до напряжения Ор к моменту t2, разряжается на интервале тэ-t4 через ключ 11 на нагрузку 14, формируя третью ступеньку выходного напряжения (фиг, 3).

B момент t4 ключи 5, 11, 12 размыкаются, а ключи 7, 10, 13 замыкаются (фиг. 1, 3), На интервале t4 — tg через ключ 7 от фазы А конденсатор 20 перезаряжается до напряжения UA к моменту т6. Нагрузки 14 — 16 соединяются с помощью моста 18 и ключа 13 правыми зажимами в общую точку. Конденсатор 19, заряженный до напряжения Ов к моменту t4, разряжается на интервале t4 — tg через ключ 10 на нагрузку 14, формируя четвертую ступеньку выходного напряжения (фиг. 3).

В момент с6 ключи 7, 10, 13 размыкаются, а ключи б, 11, 12 замыкаются (фиг. 1, 3).

На интервале ь6 — t6 через ключ б от фазы С конденсатор 19 перезаряжается до напряжения Ос к моменту t6. Нагрузки 14-16 с помощью моста 17 и ключа 12 левыми зажимами соединяются в общую точку. Конденсатор 20, заряженный до напряжения UA к моменту tS, разряжается на интервале tS-t6 через ключ 11 на нагрузку 14, формируя пятую ступеньку выходного напряжения (фиг. 3).

В момент t6 ключи б, 11, 12 размыкаются, а ключи 8, 10, 13 замыкаются (фиг, 1, 3), На интервале t6 — t7 через ключ 8 от фазы В конденсатор 20 перезаряжается до напряжения Ов к моменту t7. Нагрузки 14-16 с помощью моста 18 и ключа 13 правыми зажимами соединяются в общую точку, Конденсатор 19. заряженный до напряжения Ос к моменту М, разряжается на интервале t6 — t7 через ключ 10 на нагрузку 14, формируя шестую ступеньку напряжения {фиг. 3).

В момент t7 ключи 8, 10, 13 размыкаются, ключи 4, 11, 12 замыкаются. Процессы в схеме начинают повторяться.

В описанных процессах конденсаторы

19, 20 заряжаются от трехфазной сети, Для

55 более ясного изложения процессов на диаграммах 19, 20 фиг. 3 пунктиром показаны кривые заряда конденсаторов в апериодическом режиме, что соответствует практическим режимам большинства случаев. Цепь заряда конденсатора 19, например, при замкнутом ключе 4 включает; вывод фазы А, ключ 4, конденсатор 19, вывод "0", При замкнутом ключе 5; вывод фазы В, ключ 5, конденсатор 19, вывод "0", При замкнутом ключе 6; вывод фазы С, ключ 6, конденсатор

19, вывод "0". Аналогично для конденсатора

20. При замкнутом ключе 7: вывод фазы А, ключ 7, конденсатор 20, вывод "0", При замкнутом ключе 8; вывод фазы В, ключ 8, конденсатор 20, вывод "0". При замкнутом ключе 9: вывод фазы С, ключ 9, конденсатор

20, вывод "0".

Разряд конденсаторов 19, 20 проходит через нагрузку 14, вентильные мосты 17, 18 и ключи 12, 13 и особенностей не имеет.

Таким образом, в результате указанным переключением на нагрузке 14 формируется ступенчатая кривая выходного напряжения по эпюре 14 фиг. 3. При этом е любой момент времени эта кривая образуется в результате разряда ранее заряженного накопительного конденсатора, который на интервале разряда полностью оторван от питающей сети разомкнутыми ключами 4 — 6 для конденсатора 19 или 7 — 9 для конденсатора 20, а на интервале заряда от фазных напряжений питающей сети полностью оторван от нагрузки разомкнутым ключом 10 для конденсатора 19 или 11 для конденсатора 20. Т.е. нагрузка всегда от ранее заряженного конденсатора, не связанного с сетью. Другой конденсатор при этом заряжается и не связан с нагрузкой, Т,е. в любой момент времени нагрузка и питающая сеть оказываются не связанными между собой и их взаимное влияние отсутствует, Надежность работы нагрузки повышается и проникновение информации о режиме работы нагрузки в питающую сеть лсключается, Изобретение осуществляется следующим образом. Принципиальные схемы полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью 4 — 11 могут быть выполнены на основе, например, двух встречно-параллельно включенных транзисторов или транзистора в диагонали постоянного тока диодного моста.

Принципиальные схемы полностью управляемых ключей 12, 13 — на основе одиночных транзисторов в ключевом режиме, Что касается схем задающего генератора и логического блока, то лх построение широко описано в многочисленных источниках и никаких особенностей не имеет.

1791935

Формула изобретения

Трехфазно-трехфазный преобразователь частоты, содержащий три основных моста на ключах с двусторонней проводимостью, управляемых тремя груп- 5 пами сигналов К4-К9, К4 -К9, К4"-К9", последовательно сдвинутыми между собой на угол 2л/3, причем входы этих мостов образуют входные выводы преобразователя для подключения их к трехфазной сети, два 10 трехфазных вентильных моста с полностью управляемыми ключами на их выходах, причем входы одного из них образуют одни, а другого — другие выходные выводы преобразователя для подключения нагрузки, а так- 15 же систему управления, включающую в себя последовательно связанные между собой задающий генератор, блок распределения импульсов, выполненный на основе шестиразрядного кольцевого регистра, и форми- 20 .рующий на своих выходах логические сигнал ы Х1 — Х6, представляющие собой прямоугольные импульсы длительностью 60 зл. град„сдвинутые между собой на 60 эл. град., и логический блок, формирующий на 25 своих выходах для управления ключами преобразователя сигналы К10-К13, K10, K11, К10"-К11", причем К10-K10

=К10"=K13=X2+X4+X6, К11=К11, =К11"=K12=X1+X3+X5, отличающийся 30 тем, что, с целью повышения надежности работы путем ослабления взаимного влияния формы кривой напряжения трехфазной сети на режим работы нагрузки и режима работы нагрузки на трехфазную сеть, дополнительно введены на каждую фазу преобразователя два идентичных упомянутым полностью управляемых ключа с двусторонней проводимостью, через которые выходные выводы преобразователя подсоединены к выходным выводам основных трехфазных мостов, и два накопительных конденсатора, первые обкладки которых подключены каждая к одному выходному выводу соответствующего основного трехфазного моста, вторые обкладки соединены между собой и с дополнительным входным выводом для подключения его к нулевому выводу трехфазной сети, а связь управляющих входов упомянутых ключей основных мостов с выходными блок распределения импульсов определяется следующим образом:

К4=К5 — Кб"=Х1

К5=К6 К4"=X3

К6=К4 =К5"=Х5

К7=К8 =K9"=Х4

К8=К9 =К7"=Х6

К9=К7 =К8"=Х2.

1791935

Редактор

Заказ 158 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 (xr) zq

{ХЗ) К 5 ()(5) K G () к (xs) Kl (Хф 19

КЮ

k5 кб

К3, К6,КЧ"

К6, кИ,Ко

gP, к8, K9 ,, к9, KF"

gg, к т, к8"

К Р, К О, Afar ;и, кн, ни"

К<

Кf3

Г оставитель Б. Пьяных

Техред М,Моргентал Корректор С. Патрушева