Преобразователь частоты

 

Использование: в преобразовательной технике для управления двигателями переменного тока. Сущность изобретения: устройство содержит силовые вентильные группы на симисторах 1-3, вспомогательный симисторный мост 5-10 с конденсатором 11. Момент отпирания симисторов определяется поступлением импульса от программируемого запоминающего устройства 18 через элементы задержки 19-27. Вход устройства 18 соединен с выходом счетчика 16, подключенного к выходу элемента 3 ИЛИ 15, вход которого соединен с выходами синхронизаторов 12-14. В устройстве исключены режимы прерывистого тока на низких частотах вращения при естественной коммутации вентилей. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано для частотного управления двигателем переменного тока.

Известен преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий три анодные, три катодные тиристорные группы, собранные по трехфазным нулевым схемам, трехфазный тиристорный мост, трехфазный диодный мост, два конденсатора, одни обкладки которых соединены с выводами постоянного тока диодного и тиристорного мостов, вторые объединены, образуя вывод для подключения нулевой точки нагрузки [1].

Известен маловентильный преобразователь частоты, содержащий трехфазную нагрузку, подключаемую к фазам сети через три симистора, три конденсатора, подключаемых параллельно фазам нагрузки через три дополнительных симистора, схему управления симисторами преобразователя [2].

Известен преобразователь частоты, содержащий два встречно-параллельно включенных по цепи постоянного тока выпрямительный и инверторный мосты, вспомогательные диодный и тиристорный мосты, соединенные между собой разноименными выводами постоянного тока и выводами переменного тока, подключенными к выходным выводам преобразователя, между выводами постоянного тока вспомогательных мостов включена цепочка из двух последовательно включенных конденсаторов, точка соединения которых предназначена для подключения к нейтрали нагрузки, систему управления преобразователем.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь частоты, содержащий силовые вентильные группы, соединяющие нагрузку с фазами сети, вспомогательные вентильные мосты, соединенные выводами переменного тока с выходными зажимами преобразователя, конденсатор, соединяющий выводы постоянного тока вспомогательных мостов, систему управления вентилями преобразователя.

Целью изобретения является упрощение схемы, подключение режима прерывистых токов.

Это достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем силовые вентильные группы, соединяющие нагрузку с сетью, вспомогательный вентильный мост, подключенный выводами переменного тока к выходным зажимам преобразователя частоты, конденсатор, соединяющий выводы постоянного тока вспомогательного моста, систему управления преобразователем частоты, силовые вентильные группы выполнены в виде трех симисторов, соединяющих входные и выходные зажимы преобразователя частоты, вспомогательный мост выполнен симисторным, в систему управления введены три синхронизатора, логический элемент 3 ИЛИ, счетчик, имеющий вход для подачи тактовых импульсов и вход для подачи импульса перевода в нулевое состояние, делитель с переменным коэффициентов деления, постоянное запоминающее устройство, имеющее информационные входы и выходы, адресные входы, девять элементов задержки импульсов, переключатель режимов, причем синхронизаторы подключены входами к фазам сети, выходами - к входам логического элемента 3 ИЛИ, выход логического элемента 3 ИЛИ подключен к входу подачи тактовых импульсов счетчика, к входу подачи импульса перевода в нулевое состояние которого подключен выход делителя с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с выходом одного из синхронизаторов, информационные входы постоянного запоминающего устройства подключены к выходам счетчика, выходы - к входам элементов задержки импульсов, выходы которых подключены к управляющим входам симисторов преобразователя частоты, выходы переключателя режимов подключены к адресным входам запоминающего устройства, дополнительным входам делителя с переменным коэффициентом деления и элементов задержки импульсов.

Такое устройство позволяет получать выходные напряжения, аналогичные по форме к напряжениям преобразователя частоты со звеном постоянного тока, но при естественной коммутации вентилей, исключает прерывистые токи при больших углах управления вентилями.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2-4 - форма выходного напряжения и тока, токи элементов схемы, формы импульсов элементов системы управления при выходных частотах соответственно 50; 7, 15; 3,85 Гц.

Устройство содержит три симистора 1-3, соединяющих фазы сети с фазами нагрузки 4, вспомогательный симисторный мост 5-10, подключенный выводами переменного тока к выходным зажимам устройства, конденсатор 11, соединяющий выводы постоянного тока вспомогательного моста, три синхронизатора 12-14, подключенные входами к фазам сети, выходами - к входам логического элемента 3 ИЛИ 15, счетчик 16, подключенный входом для подачи тактовых импульсов к выходу логического элемента 3 ИЛИ 15, входом для подачи импульса установки нуля - к выходу делителя 17 с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с выходом синхронизатора фазы А 14, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 18, подключенное информационными входами к выходам счетчика 16, элементы задержки импульсов 19-27, подключенные входами к выходам ПЗУ 18, выходами - к управляющим входам симисторов 1-9, переключатель 28 режимов, подключенный выходами к адресным входам ПЗУ, дополнительным входам делителя с переменным коэффициентом деления 17 и элементов задержки импульсов 19-27.

На фиг. 2, 3, 4 представлены: 14, 15, 17 - импульсы на выходах элементов 14, 15, 17; 1, 9, 10, 5 - импульсы на входах симисторов 1, 9, 10, 5; U_АВ - напряжение между фазами А и В нагрузки;i_АВ- ток между фазами А и В нагрузки; i₁, i₁₀, i₅ - токи через симисторы 1, 10, 5.

Симисторы 1-3 служат для подачи напряжения сети к нагрузке 4, симисторы 5-10 - для заряда конденсатора 11 и разряда его через фазы нагрузки. Синхронизаторы 12-14 служат для получения коротких импульсов в моменты смены полярности сетевого напряжения, логический элемент 3 ИЛИ 15 формирует тактовые импульсы счетчика 16.

Делитель 17 с переменным коэффициентом деления предназначен для получения импульса перевода счетчика в нулевое состояние в зависимости от кода, подаваемого на дополнительный вход, коэффициент деления имеет значения 2, 14, 26, следовательно перевод счетчика в нулевое состояние производится при подаче шестого, сорок второго либо семьдесят восьмого тактового импульса. Энергозависимое ПЗУ 18 служит для получения на каждом из девяти выходов логического "0" или "1" в зависимости от состояния счетчика в данный момент. Элементы задержки импульсов 19-27 предзназначены для получения импульсов, задержанных по времени относительно импульсов ПЗУ. Переключатель 28 режимов позволяет получить коды для переключения адреса ПЗУ 18, коэффициенты деления делителя 17 и степени задержки импульсов в 19-27.

Устройство согласно изобретению работает следующим образом.

Переключатель режимов установлен в положение, соответствующее выходной частоте 50 Гц, его код устанавливает коэффициент деления 2, задержки импульсов нет.

Импульсы ПЗУ, фронты которых синхронны фронтам импульсов синхронизаторов, поддерживают постоянно открытыми симисторы 1-3, симисторы 5-10 не открываются. Переключатель 28 режимов установлен в положение, соответствующее выходной частоте 7,15 Гц, его код переключает адрес ПЗУ, устанавливает коэффициент деления делителя 14 и задержку импульсов в элементах 19-27.

Предположим в начальный момент времени открыты симисторы 5, 6, 10, конденсатор 11 разряжается через фазы нагрузки. В момент времени, определяемый поступлением импульса ПЗУ и его задержкой в элементах 19-21, отпираются симисторы 1, 2. Напряжение сети прикладывается к фазам нагрузки А и В, одновременно ток протекает по цепи: симистор 5, конденсатор, симистор 6, запирая симисторы. Через промежуток времени, определяемый элементами задержки импульсов 22-27, открывается симистор 9 для возможности перетока реактивной энергии, накопленной в индуктивности нагрузки, т.е. выполняет функцию диода обратного моста. По окончании перетока реактивной энергии конденсатор разряжается через фазы нагрузки с помощью открытых симисторов 5, 9, 10.

Для дозаряда конденсатора в момент времени, определяемый поступлением импульса ПЗУ и его задержкой в элементах 19-21, отпираются симисторы 1, 2. Напряжение сети прикладывается к фазам А и В нагрузки. Через промежуток времени, определяемый элементами задержки импульсов 22-27, отпираются симисторы 5, 6, ток протекает по цепи: симистор 5, конденсатор, симистор 6, дозаряжая конденсатор. При спадании амплитуды сетевого напряжения до нуля и смены его полярности запираются симисторы 1, 2, 5, 6.

Переключатель режимов установлен в положение, соответствующее выходной частоте 3,85 Гц, его код переключает адрес ПЗУ, устанавливает коэффициент деления 26 и соответствующую задержку импульсов в элементах 19-27.

Процессы коммутации и дозаряда конденсатора при выходной частоте 3,85 Гц аналогичны предыдущему случаю.

Длительность задержки импульсов элементов 19-21 определяет амплитуду импульса сетевого напряжения, коммутирующего симисторы вспомогательного моста. Длительность задержки импульсов элементов 22-27 определяет напряжение заряда конденсатора. Возможно производить дозаряд конденсатора чаще, чем показано на фиг. 3, 4. Вместо симисторов можно использовать встречно-параллельно включеннные тиристоры.

Использование изобретения позволяет исключить режимы прерывистого тока на низких частотах вращения при естественной коммутации вентилей. Устройство можно использовать в подъемно-транспортных механизмах (краны, лебедки, лифты, эскалаторы, конвейеры и т.д.), где при высоких требованиях к компактности, надежности и простоте наладки в большинстве случаев необходимы 2-3 скорости вращения: трогания с места (дотягивания), разгонная, маршевая.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий включенные между фазными входными и выходными выводами силовые вентильные группы, конденсатор, подключенный параллельно вспомогательному вентильному мосту, выводы переменого тока которого соединены с выходными выводами, систему управления, отличающийся тем, что силовые вентильные группы выполнены в виде трех симисторов, вспомогательный мост выполнен симисторным, а в систему управления введены три синхронизатора, логический элемент 3 ИЛИ, счетчик, имеющий вход для подачи тактовых импульсов и вход для подачи импульса перевода в нулевое состояние, делитель с переменным коэффициентом деления, постоянное запоминающее устройство, имеющее информационные входы и выходы и адресные входы, девять элементов задержки импульсов, переключатель режимов, причем синхронизаторы подключены входами и фазным входным выводам, выходами - к входам логического элемента 3 ИЛИ, выход логического элемента 3 ИЛИ подключен к входу подачи тактовых импульсов счетчика, к входу подачи импульса перевода в нулевое состояние которого подключен выход делителя с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с выходом одного из синхронизаторов, информационные входы постоянного запоминающего устройства подключены к выходам счетчика, выходы - к входам элементов задержки импульсов, выходы которых подключены к управляющим входам симисторов, выходы переключателя режимов подключены к адресным входам постоянного запоминающего устройства, дополнительным входам делителя с переменным коэффициентом деления и элементов задержки импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4