Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах

Авторы патента:


Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах
Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии при низких выходных частотах

 

H02P27/06 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2487458:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления многофазным выпрямителем переменного тока с, по меньшей мере, двумя модулями (100) фаз, имеющими, соответственно, две ветви (T1,…, T6) вентилей - одну верхнюю и одну нижнюю, имеющие, соответственно, две соединенные последовательно двухполюсные подсистемы (10, 11). Техническим результатом является обеспечение управления многофазным выпрямителем при работе его на низких выходных частотах (f), вплоть до работы на постоянном токе. В способе управления многофазным выпрямителем на номинальное значение (u1(t),…,u6(t)) напряжения ветви накладывается синфазное напряжение (uсм(t)) таким образом, что сумма двух напряжений (u1(t), u2(t), или из u3(t), u4(t), или u5(t), u6(t)) ветвей вентилей каждого модуля (100) фазы равна напряжению (Ud) промежуточного контура этого многофазного выпрямителя переменного тока. Тем самым указанный полупроводниковый преобразователь переменного тока, который на стороне сети и на стороне нагрузки или только на стороне нагрузки имеет трехфазный выпрямитель переменного тока с распределенными накопителями энергии, можно применять в качестве полупроводникового преобразователя переменного тока приводов, которые могут запускаться из состояния покоя. 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к способу управления выпрямителем переменного тока с по меньшей мере двумя модулями фаз, имеющими, соответственно, две ветви вентилей - одну верхнюю и одну нижнюю, имеющие, соответственно, две соединенные последовательно двухполюсные подсистемы, при низких выходных частотах.

Подобный выпрямитель переменного тока с распределенными накопителями энергии известен из публикации «Modular Stromrichterkonzept für Netzkupplungsanwendung bei hohen Spannungen», Rainer Marquardt, Anton Lesnicar, Jürgen Hildinger, ETG-Tagung, 2002. В этой публикации подобный выпрямитель переменного тока применяется для выпрямителя переменного тока сетевой и нагрузочной стороны, причем эти оба выпрямителя переменного тока с распределенными накопителями энергии связаны друг с другом на стороне постоянного напряжения.

На фиг.1 подробный выпрямитель переменного тока с распределенными накопителями энергии показан более подробно. Согласно этому схемному устройству, данная известная схема выпрямителя переменного тока имеет три модуля фаз, которые обозначены соответственно как 100. Эти модули 100 фаз на стороне постоянного напряжения электропроводно связаны соответственно с выводом P или N с положительной или отрицательной сборной шиной P0 или N0 постоянного напряжения. Между этими обеими сборными шинами P0 или N0 постоянного напряжения существует постоянное напряжение U0. Каждый модуль 100 фазы имеет одну верхнюю и одну нижнюю ветвь вентилей, Т1, или Т3, или Т5 и Т2, или Т4, или Т6. Каждая из этих ветвей вентилей с Т1 по Т6 имеет некоторое число электрически последовательно соединенных двухполюсных подсистем 10. В этой эквивалентной схеме на каждую ветвь вентилей с Т1 по Т6 показаны четыре подсистемы 10. Каждая точка соединения двух ветвей вентилей Т1 и Т2, или Т3 и Т4, или Т5 и Т6 модуля 100 фазы образует вывод стороны переменного напряжения L1, или L2, или L3 этого модуля 100 фазы.

На фиг.2 более подробно представлена форма выполнения известной двухполюсной подсистемы 10. Схемное устройство по фиг.3 представляет функционально равноценный вариант. Эти обе подсистемы 10 и 11 более подробно описаны в DE 10103031 А1, причем также их способ функционирования раскрыт в этой выложенной заявке.

Другая форма выполнения двухполюсной подсистемы 20 более подробно представлена на фиг.3. Эта форма выполнения двухполюсной подсистемы 20 также известна из DE 10103031 А1. Структура и способ функционирования этой двухполюсной подсистемы 20 подробно описаны в этой выложенной заявке, так что повторного их описания здесь не требуется.

Число последовательно включенных независимых накопителей 9 или 29, 30 энергии между положительным выводом Р и выводом L1, или L2, или L3 со стороны переменного напряжения модуля 100 фазы обозначено как число n последовательного включения. При этом предпочтительно, но необязательно необходимо, между выводом L1, или L2, или L3 со стороны переменного напряжения и отрицательным выводом N модуля 100 фазы реализовать то же самое число n последовательного включения. Согласно фиг.1, каждая ветвь вентилей с Т1 по Т6 многофазного выпрямителя переменного тока имеет четыре двухполюсные подсистемы 10, которые включены электрически последовательно. Так как эти подсистемы 10 содержат соответственно только один независимый накопитель 9 энергии, получается число последовательного включения, равное n = 4. Если вместо этой подсистемы 10 применяются четыре подсистемы 20 по фиг.2, то получается число последовательного включения, равное n = 8, так как каждая подсистема 10 имеет два независимых накопителя 29 и 30 энергии.

Для следующего объяснения принимается, что все накопители 9 энергии подсистемы 10 каждой ветви вентилей с Т1 по Т6 этого многофазного выпрямителя переменного тока заряжаются до одинакового напряжения UC. Способ заряда этих накопителей 9 энергии описан, например, в документах ETG-Tagung 2002.

Напряжения u1(t),…,u6(t) на ветвях вентилей с Т1 по Т6, также обозначаемые как напряжение u1(t),…,u6(t) ветви вентилей, составляется из постоянной величины 1/2Ud и величины переменного напряжения u10(t), u20(t), u30(t). Эта величина переменного напряжения u10(t), или u20(t), или u30(t) имеет, с одной стороны, частоту и амплитуду желательного выходного напряжения выпрямителя переменного тока. Эти величины переменного напряжения u10(t), u20(t) и u30(t), согласно фиг.1, отнесены к фиктивной средней точке 0 между обеими сборными шинами P0 и N0. Это приводит к синусоидальным выходным напряжениям u10(t), u20(t) и u30(t), причем для амплитуд, отнесенных к средней точке 0 напряжений u10(t), u20(t) и u30(t), должно выполняться условие, что каждая амплитуда величины переменного напряжения u10(t), u20(t) и u30(t) всегда меньше, чем половинное постоянное напряжение Ud. Напряжение u1(t), или u2(t), или u3(t), или u4(t), или u5(t), или u6(t) ветви вентилей Т1, или Т2, или Т3, или Т4, или Т5, или Т6 должно также всегда быть положительным, так как все включенные последовательно двухполюсные ветви вентилей с Т1 по Т6 независимо от направления тока ветви вентилей во всех состояниях включения могут создать только одно короткое замыкание или одно положительное напряжение на выходных клеммах Х1 и Х2 каждой двухполюсной подсистемы 10. Отрицательные напряжения, ввиду структуры этих двухполюсных подсистем 10, 11 или 20, невозможны. Таким образом, напряжение u1(t), или u2(t), или u3(t), или u4(t), или u5(t), или u6(t) ветви вентилей Т1, или Т2, или Т3, или Т4, или Т5, или Т6 варьируется между нулем и n-кратным значением конденсаторного напряжения UC n независимых накопителей 9 или 29, 30 энергии.

На фиг.5 представлена характеристика напряжения u1(t) ветви вентилей и тока i1(t) ветви вентилей для ветви Т1 вентилей модуля 100 фазы многофазного выпрямителя переменного тока согласно фиг.1 на диаграмме по времени t. Если перемножить обе характеристики, то получим характеристику мгновенной мощности PT1(t) этой ветви Т1 вентилей, которая представлена на диаграмме по времени t на фиг.6. Если проинтегрировать эту мгновенную мощность PT1(t) ветви Т1 вентилей за период напряжения u1(t) ветви вентилей (соответствует площади под участком кривой мгновенной мощности PT1(t)), то получим в стационарном состоянии постоянно значение нуль. Это означает, что накопитель 9 энергии двухполюсной подсистемы 10 в этой ветви Т1 вентилей в сумме не потребляет и не отдает энергии. Соответствующий вывод справедлив для всех других ветвей вентилей с Т1 по Т6 многофазного выпрямителя переменного тока по фиг.1.

Отсюда следует, что содержание энергии каждого накопителя 9 энергии каждой ветви вентилей с Т1 по Т6 многофазного выпрямителя переменного тока по фиг.1 и тем самым этого многофазного выпрямителя переменного тока является стационарно постоянным. По этой причине эти двухполюсные подсистемы 10, или 11, или 20 не требуют ввода действительной мощности на соответствующие выводы накопителей 9 или 29, 30 энергии.

Расчет содержания энергии каждого накопителя 9 или 29, 30 энергии двухполюсных подсистем 10, или 11, или 20 в каждой ветви вентилей с Т1 по Т6 осуществляется предпочтительным образом согласно максимальному требуемому размаху энергии. При этом следует учитывать, что пульсация напряжения ΔU, накладываемая на стационарное среднее значение напряжения в накопителях 9 или 29, 30 энергии, не должна превышать максимального заданного граничного значения. Это максимальное напряжение определяется электрической прочностью применяемых в двухполюсных подсистемах 10, 11 или 20 отключаемых полупроводниковых переключателей и накопителей 9 или 29, 30 энергии, а также с точки зрения техники регулирования. Решающим фактором при расчете накопителей 9 или 29, 30 энергии является выходная частота многофазного выпрямителя переменного тока согласно фиг.1. Чем меньше эта выходная частота, тем больше размах энергии за период в накопителях 9 или 29, 30 энергии. Это означает, что для заданной пульсации напряжения ΔU требуемая величина накопителей 9 или 29, 30 энергии двухполюсных подсистем 10, 11 или 20 при уменьшении частоты вплоть до режима постоянного напряжения (частота равна нулю) изменялась бы гиперболически до бесконечности.

Эта взаимосвязь пульсации напряжения ΔU и выходной частоты f многофазного выпрямителя переменного тока по фиг.1 представлена на диаграмме на фиг.7. На этой диаграмме показаны гиперболическая кривая А для пульсации напряжения накопителя энергии (сплошная линия) и гиперболическая кривая В для пульсации напряжения при применении трех параллельных частичных накопителей энергии на каждый накопитель 9 или 29, 30 энергии, то есть трехкратной емкости промежуточного контура (прерывистая линия). Из гиперболической кривой А видно, что исходя из выходной частоты f=50 Гц при снижении частоты пульсация напряжения ΔU существенно возрастает. Если при половинной выходной частоте пульсация напряжения ΔU должна быть равна пульсации напряжения ΔU при выходной частоте f=50 Гц, то значение накопителя 9 или 29, 30 энергии двухполюсной подсистемы 10, 11 или 20 должно быть многократно выше.

На диаграмме согласно фиг.8 представлена характеристика по времени напряжения u1(t) ветви вентилей при выходной частоте f=50 Гц и характеристика этого напряжения u1(t) ветви вентилей при выходной частоте f=5 Гц. Амплитуда напряжения u1(t) ветви вентилей при выходной частоте f=5 Гц снижена соответственно u-f-характеристике. Если рассчитывать вновь с учетом соответствующего тока ветви вентилей в ветви Т1 вентилей многофазного выпрямителя переменного тока по фиг.1, то получим соответствующую мгновенную мощность PT1(t) при выходной частоте f=50 Гц и f=5 Гц. Эти обе характеристики по времени t мгновенной мощности PT1(t) ветви Т1 вентилей показаны на диаграмме на фиг.9. Размах мощности при выходной частоте f=5 Гц по сравнению с размахом мощности при выходной частоте f=50 Гц существенно повышен. В этом представленном примере размах энергии при f=5 Гц в 25 раз выше, чем при f=50 Гц.

Чтобы и в этой рабочей точке (f=5 Гц) получить ту же самую пульсацию напряжения ΔU, как и при выходной частоте f=50 Гц, нужно было бы проектировать накопитель 9 или 29, 30 энергии двухполюсных подсистем 10, 11 или 20 увеличенным с коэффициентом 25.

Чтобы получить решение, приемлемое с точки зрения величины и стоимости, является предпочтительным, если определение параметров накопителей 9 или 29, 30 энергии двухполюсных подсистем 10, 11 или 20 ветвей вентилей с Т1 по Т6 многофазного выпрямителя переменного тока по фиг.1 выполняется для номинальной точки размаха мощности. Это означает, что в этой номинальной точке размах мощности уже приводит к заданной максимально допустимой пульсации напряжения ΔU. Для работы при более низких частотах, то есть ниже номинальной частоты fN, вплоть до режима работы на постоянном токе (f=0 Гц), как это имеет место при пуске приводов, способ управления согласно уровню техники для реалистического и конкурентоспособного проектирования двухполюсных подсистем 10, 11 или 20, применяющих накопители 9 или 29, 30 энергии, не применим.

В основе изобретения лежит задача создать способ для управления многофазным выпрямителем переменного тока с распределенными накопителями энергии, посредством которого возможен режим работы при низких выходных частотах, вплоть до работы на постоянном токе.

Эта задача в соответствии с изобретением решается признакам пункта 1 формулы изобретения.

Согласно изобретению, на номинальное значение всех напряжений ветвей вентилей многофазного выпрямителя переменного тока с распределенными накопителями энергии накладывается синфазное напряжение. Так как это наложенное переменное напряжение одновременно изменяет потенциалы всех трех выводов со стороны переменного напряжения многофазного выпрямителя переменного тока с распределенными накопителями энергии по сравнению с потенциалами его сборных шин постоянного напряжения, это наложенное модулирующее переменное напряжение обозначается как синфазное напряжение. За счет наложенного синфазного напряжения обеспечивается то, что выходные напряжения между проводниками многофазного выпрямителя переменного тока с распределенными накопителями энергии остаются неизменными.

В предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа синфазное напряжение задается таким образом, что пульсация напряжения всех накопителей 9 или 29, 30 энергии не превышает заданное максимальное значение. За счет этого максимальное напряжение на накопителях энергии остается также ниже заданного максимального значения, которое выбирается согласно электрической прочности полупроводников и накопителей энергии.

В другой предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа синфазное напряжение задается таким образом, что соответственно не превышается заданное максимальное значение для токов ветви вентилей. Благодаря этому возникающие потери пропускания и переключения в отключаемых полупроводниковых переключателях применяемых двухполюсных подсистем ограничиваются определенным значением.

В другой предпочтительной форме выполнения соответствующего изобретению способа амплитуда синфазного напряжения обратно пропорциональна возрастанию выходной частоты. За счет этого достигается то, что это синфазное напряжение действует только в частотном диапазоне ниже номинальной частоты.

Другие предпочтительные выполнения соответствующего изобретению способа следуют из зависимых пунктов 5-9.

Для дополнительного разъяснения изобретения даются ссылки на чертежи, с помощью которых способ, соответствующий изобретению, будет пояснен более подробно.

Фиг.1 - блок-схема известного трехфазного выпрямителя переменного тока с распределенными накопителями энергии,

фиг.2-4 - соответствующие эквивалентные схемы двухполюсной подсистемы выпрямителя переменного тока согласно фиг.1,

фиг.5 - диаграмма по времени t напряжения ветви вентилей и соответствующий ток ветви вентилей,

фиг.6 - диаграмма по времени t мгновенной мощности, соответствующей напряжению ветви вентилей и току ветви вентилей по фиг.5 по времени t,

фиг.7 - диаграмма пульсации напряжения в зависимости от выходной частоты выпрямителя переменного тока по фиг.1,

фиг.8 - диаграмма по времени t напряжения ветви вентилей выпрямителя переменного тока по фиг.1 при выходной частоте 50 Гц и 5 Гц,

фиг.9 - диаграмма по времени t соответствующих мгновенных мощностей,

фиг.10 - диаграмма по времени t напряжения ветви вентилей при выходной частоте 5 Гц с синфазным напряжением, не равным или равным нулю,

фиг.11 - диаграмма по времени t трех напряжений ветвей вентилей выпрямителя переменного тока по фиг.1 с синфазным напряжением, не равным нулю,

фиг.12 - предпочтительная форма выполнения трехфазного выпрямителя переменного тока по фиг.1.

Как уже описывалось выше, для временных характеристик напряжений u1(t), …, u6(t) ветви вентилей справедливы следующие уравнения:

u1(t)~1/2·Ud-u10(t),

u2(t)~1/2·Ud+u10(t),

u3(t)~1/2·Ud-u20(t),

u4(t)~1/2·Ud+u20(t),

u5(t)~1/2·Ud-u30(t),

u6(t)~1/2·Ud+u30(t).

Это означает, что каждая ветвь вентилей с T1 по T6 в каждый момент времени всегда вырабатывает половинное постоянное напряжение Ud между общими для всех модулей 100 фаз сборными шинами P0 или N0 постоянного напряжения. Эта величина постоянного тока накладывается на, как правило, синусоидальную составляющую с заданной частотой и желательной амплитудой выходного напряжения u10(t), u20(t) или u30(t) выпрямителя переменного тока, которая относится к фиктивной средней точке между сборными шинами P0 или N0 постоянного напряжения.

В соответствии с изобретением на эти напряжения u1(t), …, u6(t) ветви вентилей соответственно накладывается синфазное напряжение uсм(t) таким образом, что связанные выходные напряжения остаются не затронутыми этим. Для временных характеристик этих напряжений u1(t), …, u6(t) ветви вентилей справедливы следующие уравнения:

u1(t)~1/2·Ud-u10(t)+uсм(t),

u2(t)~1/2·Ud+u10(t)-uсм(t),

u3(t)~1/2·Ud-u20(t)+uсм(t),

u4(t)~1/2·Ud+u20(t)-uсм(t),

u5(t)~1/2·Ud-u30(t)+uсм(t),

u6(t)~1/2·Ud+u30(t)-uсм(t).

На диаграмме согласно фиг.10 представлено напряжение u1(t) ветви вентилей при выходной частоте f=5 Гц с синфазным напряжением uсм(t), не равным нулю и равным нулю, по времени t. Из сигнальной характеристики напряжения u1(t) ветви вентилей с наложенным синфазным напряжением uсм(t), не равным нулю, можно видеть, что это напряжение u1(t) ветви вентилей является синусоидальным и его амплитуда выбрана таким образом, что пиковое значение û1(t) напряжения u1(t) ветви вентилей соблюдает верхнее граничное условие, так что справедливо следующее:

0<u1(t)<ud(t).

Так как выходные токи iL1(t), iL2(t) и iL3(t) выпрямителя переменного тока, также называемые токами iL1(t), iL2(t) и iL3(t) нагрузки, и тем самым также мощности PT1(t), …, PT6(t) каждой ветви T1, …, T6 вентилей при работе с низкой выходной частотой f, вплоть до выходной частоты f=0 (режим постоянного тока), на временной характеристике имеют лишь очень мало или вообще не имеют нулевых значений (фиг.9), больше недостаточно, в противоположность работе при номинальной частоте fN при одинаковой величине накопителей энергии, симметрирования накопителей энергии 9 внутри ветви T1, …, T6 вентилей и, следовательно, внутри электрического периода выходного напряжения u10(t), u20(t) и u30(t) выпрямителя постоянного тока. Периоды, в которые ветви T1, …, T6 вентилей с соответственно постоянным направлением тока вентилей нагружены, при работе без наложенного модулирующего синфазного напряжения uсм(t) слишком длинны. Из-за этого накопители 9 или 29, 30 энергии применяемых двухполюсных подсистем 10, 11 или 20 слишком сильно разряжаются и соответственно слишком сильно заряжаются, что привело бы к недопустимо высокой пульсации напряжения ΔU в двухполюсных подсистемах 10, 11 или 20.

За счет модулирования синфазного напряжения uсм(t) вынужденным образом происходит обмен энергией между находящимися во включенном состоянии II (UX=UC) подсистемами 10, 11 или 20, подключенных к сборным шинам P0 или N0 постоянного напряжения модулей 100 фаз многофазного выпрямителя переменного тока, согласно фиг.1. Если потенциалы выходных напряжений u10(t), u20(t) и u30(t) находятся вблизи сборной шины Р0 постоянного напряжения (фиг.11), то накопители 9 или 29, 30 энергии подсистем 10, 11 или 20 нижних ветвей T2, T4, T6 выравнивают между собой свое содержание энергии. Если потенциал выходных напряжений u10(t), u20(t) и u30(t) находится вблизи сборной шины N0 постоянного напряжения многофазного выпрямителя переменного тока по фиг.1, то накопители 9 или 29, 30 энергии подсистем 10, 11 или 20 верхних ветвей T1, T3, T5 выравнивают между собой свое содержание энергии.

Это выравнивание содержания энергии имеет следствием дополнительный ток ветви вентилей, который является составной частью имеющегося выходного выпрямленного тока. В этом случае выравнивание энергии осуществляется пассивным образом, то есть без влияния со стороны наложенного управления/регулирования. Кроме того, также возможно целенаправленно воздействовать на выравнивание энергии путем активного влияния на токи ветвей вентилей. При этом применяется способ, известный из патентной публикации 102005045090.

Синфазное напряжение uсм(t) может, однако, применяться независимо от типа обмена энергией (пассивного или активного). Только за счет одновременного, вследствие синфазного напряжения uсм(t), сдвига потенциалов выходных напряжений u10(t), u20(t) и u30(t) выпрямителя переменного тока можно ограничить размах энергии накопителей энергии за счет токов выравнивания таким образом, что высота этих токов выравнивания не приведет к нежелательному проектированию с завышенными допусками в отношении полупроводников.

Дополнительный ток ветвей вентилей приводит к слишком высоким потерям пропускания и переключения в отключаемых полупроводниковых переключателях применяемых двухполюсных подсистем 10, 11 или 20. Но тем самым обеспечивается более благоприятное проектирование накопителей энергии применяемых подсистем 10, 11 или 20. То есть этот недостаток по сравнению с обеспечиваемым преимуществом (более благоприятное проектирование) следует расценивать как незначительный.

При выборе амплитуды, формы кривой (синусоидальная, трапецеидальная, треугольная, …) и частоты синфазного напряжения uсм(t) при выборе параметров, в принципе, имеется много степеней свободы. Следующие факторы играют важную роль при выборе параметров синфазного напряжения uсм(t):

- предпочтительным образом максимальная скорость изменения

накладываемого синфазного напряжения uсм(t) выбирается таким образом, что немногие накопители 9 или 29, 30 энергии применяемых подсистем 10, 11 или 20 ветви T1, …, T6 вентилей должны были включаться одновременно, чтобы следовать заданной характеристике изменения номинального значения. Из-за этого следовало бы вновь частично отказаться от преимущества меньшей мощности изоляции двигателя за счет меньших амплитуд скачков напряжения по сравнению с вентильными преобразователями частоты переменного тока с меньшим числом ступеней. Кроме того, меньшие амплитуды скачков напряжения положительным образом действуют на величину токов в валах и подшипниках и повышают тем самым срок службы привода;

- чем дольше остаются с потенциалами вблизи выводов сборных шин P0 или N0 постоянного напряжения многофазного выпрямителя согласно фиг.1, тем лучше можно выровнять друг с другом содержания энергии накопителей 9 или 29, 30 энергии подсистем 10, 11 или 20, находящихся во включенном состоянии II. По этой причине трапецеидальная характеристика кривой синфазного напряжения uсм(t) с выраженной плоской фазой представляется особенно предпочтительной, хотя необязательно требуемой.

Синфазное напряжение uсм(t) должно выбираться таким образом, чтобы результирующие токи ветвей вентилей не превышали заданных максимальных значений.

Синфазное напряжение uсм(t) должно выбираться таким образом, чтобы результирующая пульсация напряжения ΔU в накопителях 9 или 29, 30 энергии применяемых подсистем 10, 11 или 20 не превышала заданных максимальных значений.

При применении соответствующего изобретению модулирования синфазным напряжением uсм(t) при использовании стандартных сетевых двигателей следует обращать внимание на то, чтобы не превышалось максимальное напряжение ULE между проводником и землей на двигателе, чтобы не повредить изоляцию двигателя. При незаземленном выпрямителе переменного тока с гальванической развязкой от питающей сети посредством трансформатора на стороне питания, как правило, имеет место то, что потенциал нулевой точки (нейтрали) машинной обмотки, ввиду емкостных связей, остается вблизи потенциала земли. За счет тактирования выпрямителя переменного тока соотношения потенциалов в выпрямителе переменного тока сдвигаются самостоятельно. За счет этого то положительная сборная шина P0 постоянного напряжения находится вблизи потенциала земли, то отрицательная сборная шина N0 постоянного напряжения находится вблизи потенциала земли. При этом при высоких синфазных напряжениях uсм(t) может произойти, что все напряжение Ud промежуточного контура будет приложено как напряжение ULE между проводником и землей к машинным клеммам. Для максимального значения ûLE напряжения ULE между проводником и землей в нормальном случае справедливо максимально следующее:

где uм - эффективное значение напряжения двигателя между проводниками.

Правда, возможны еще более высокие напряжение Ud промежуточного контура и тем самым более высокие значения ûLE, но они приводят к неблагоприятному выбору параметров выпрямителя переменного тока.

В случае стандартных сетевых двигателей, которые спроектированы для работы непосредственно в синусоидальной сети энергоснабжения, максимально допустимое значение ûLE напряжения ULE между проводником и землей в два раза меньше:

Чтобы решить эту проблему, является предпочтительным привязать среднюю точку промежуточного контура к потенциалу земли. Это может осуществляться с помощью сопротивления 40 посредством конденсатора 50 или посредством параллельного включения сопротивления 40 и конденсатора 50 согласно фиг.12. За счет этого максимальная нагрузка напряжением уменьшается наполовину, и максимальное напряжение между проводником и землей на машинных клеммах может, таким образом, приводиться на максимальное значение ûLENetz при синусоидальном сетевом питании.

Посредством этого соответствующего изобретению способа можно известный из публикации ETG-Tagung 2002 полупроводниковый преобразователь переменного тока, который на стороне сети и на стороне нагрузки имеет трехфазный выпрямитель переменного тока с распределенными накопителями энергии согласно фиг.1, использовать в качестве полупроводникового преобразователя переменного тока приводов, которые могут запускаться из состояния покоя. При этом применении достигается то, что даже при низких частотах вплоть до режима работы на постоянном токе этого полупроводникового преобразователя переменного тока накопители 9 или 29, 30 энергии применяемых подсистем 10, 11 или 20 могут проектироваться оптимальным образом.

1. Способ управления многофазным выпрямителем переменного тока с, по меньшей мере, двумя модулями (100) фаз, имеющими соответственно две ветви (T1, …, T6) вентилей - одну верхнюю и одну нижнюю, имеющие соответственно, по меньшей мере, две соединенные последовательно двухполюсные подсистемы (10, 11) при низких выходных частотах (f), причем на номинальное значение (u1(t), …, u6(t)) напряжения ветви накладывается синфазное напряжение (u(t)) таким образом, что сумма двух напряжений (u1(t), u2(t), или u3(t), u4(t), или u5(t), u6(t)) ветвей вентилей каждого модуля (100) фазы равна напряжению (Ud) промежуточного контура этого многофазного выпрямителя переменного тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что синфазное напряжение (u(t)) задается таким образом, что заданная пульсация напряжения (ΔU) не превышает заданного максимального значения (Umax).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что синфазное напряжение (u(t)) задается таким образом, что соответственно не превышается результирующий ток (i1, …, i6) ветви вентилей.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитуда синфазного напряжения (u(t)) обратно пропорциональна возрастанию выходной частоты (f) многофазного выпрямителя переменного тока.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что синфазное напряжение (u(t)) задается таким образом, что для максимального значения ûLE напряжения (uLE) между проводником и землей, приложенного к соединительным клеммам двигателя, выполняется следующее условие:
u ^ L E U d 2 2 3 U M ,
где UM эффективное значение напряжения двигателя между проводниками.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что синфазное напряжение (u(t)) задается таким образом, что для максимального значения (ûLE) напряжения (uLE) между проводником и землей, приложенного к соединительным клеммам стандартного сетевого двигателя, который предназначен для работы непосредственно от синусоидальной сети энергоснабжения, выполняется следующее условие:
u ^ L E N e t z 2 3 U M ,
где Uм эффективное значение напряжения двигателя между проводниками.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что синфазное напряжение (u(t)) имеет трапецеидальную форму.

8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что синфазное напряжение (u(t)) имеет синусоидальную форму.

9. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что синфазное напряжение (u(t)) имеет треугольную форму.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электрическими машинами с помощью импульсно-фазового управления. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем, имеющего ротор с постоянными магнитами. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем, имеющего ротор с постоянными магнитами. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах ударного действия с линейным электромагнитным двигателем, в котором возвратно-поступательное движение бойка осуществляется за счет катушек рабочего и холостого хода, питающихся от однофазного источника.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразования мощности электромобиля. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразования мощности электромобиля. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления возбуждением вращающейся машины переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразователями. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах питания и управления с вентильными преобразователями частоты. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления с полупроводниковыми преобразователями частоты для электротехнологии.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для заряда емкостных накопителей в радиоэлектронных, электрофизических и электротехнологических установках.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках питания повышенной частоты для индукционного нагрева металлов и в других электротехнологических установках.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных вторичных источниках питания в диапазоне мощностей от 3 кВт до сотен кВт, например в электросварочных аппаратах дуговой воздушной сварки, плазмотронах, дуговых электропечах и других устройствах, требующих стабилизации мощности в нагрузке.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в агрегатах бесперебойного питания, используемых, в частности, в ветроэнергетике. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти широкое применение в системах индукционного нагрева металлов. .

Изобретение относится к преобразовательной технике, а конкретно к преобразователям энергии постоянного тока в энергию переменного тока повышенной частоты. .

Изобретение относится к способу регулирования источника сварочного тока с резонансным контуром и может найти применение в сварочных аппаратах в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.
Наверх