Преобразовательное устройство для питания трехфазной нагрузки

 

О П И С А Н И Е 396797

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидсте lbcTBB №

Заявлено 01 VI.1970 (№ 1440672/24-7) М. Кл. Н 02m 7, 52 с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет

Опубликовано 29Х111.1973. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 17.1.1974

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

УДК 621.314.58 (088.8) Авто,.р изобретения

В. С. Высочанский

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ

ТРЕХФАЗНОЙ НАГРУЗКИ

Изобретение относится к области преобразовательной техники.

Известны многофазные инверторы напряжения, в которых вентили для протекания реактивного тока объединены в анодную и катодную группы и подключены к источнику коммутирующего напряжения, например инвертор по авт. св. № 307941.

Для улучшения формы кривой выходного напряжения инвертора предложенного устройства аноды анодной группы вентилей реактивного тока и катоды катодной группы этих вентилей подключены к среднему выводу источника питания с помощью встречно параллельно включенных вентилей, запираемых принудительно от источника коммутирующего напряжения.

На фиг. 1 изображены предложенное устройство и диаграмма выходных замков, где

1 — б — основные вентили; 1 — б — вентили реактивного тока; 7 — 10 — коммутирующие вентили, 7 — 8 — вспомогательные вентили;

11 — 18 — потенциалы точек А, В, С относительно точки 0; 14 — линейное напряжение

U,, 15, 1б — напряжение и ток фазы А; 17, 18 — источники коммутирующего напряжения (ИКН); 19 — источник питания постоянного тока; 20 — управляющие импульсы вентилей.

На диаграмме обозначены интервалы времени, в течение которых следует подавать управляющие импульсы на вентили инвертора. Потенциальная диаграмма построена для случая т0 — — 30 эл. град. и не зависит от величины Cos cp нагрузки для всех значений

Cosy)Cos срр —— . 0,7. При Cos q,(Cos y,; Båличина т0 должна быть увеличена тем больше, чем меньше величина cos (p.

Независимость этих кривых от Cosy нагрузки обеспечивается постоянством времени возможной проводимости т основных вентилей инвертора (в данном случае т=150 эл. град) и действием вентилей для протекания реактивного тока нагрузки.

В качестве источников коммутирующего напряжения (ИКЕ-Е) могут служить конденсаторы, генератор переменного тока, последовательный инвертор или какие-либо другие устройства, способныс подать знакопеременное напряжение в зажимы О,— О., Π— Ое.

Если в качестве ИКН используются конден-. саторы, то первоначальный их заряд может быть обеспечен с помощью вентилей самого инвертора, например по цепи вентилей 1, 4, 8 для первого и 1, 4, 10 для второго.

25 Рассмотрим работу вентилей инвертора при питании симметричной нагрузки с отстающим

Cos (p= 0,75. Пусть в исходном положении при fp(L(11 инвертор находится в работе, стационарный процесс установился, ток про30 водят основные вентили 1, 2 и 8 (подан отпи396797

3 ря!Ощии импульс ня Bcilòèëü 8, я запас энергии, накопленный полем фазы В, ещс lie израсходован, и потому сс ток сщс протекает по цепям вентилей 6 и 1, вентиль I совместно с вентилем 1 формирует ток фазы А, Вс!!тиль 2 проводит ток фазы С, а вентиль 8 Ilo;Iготовлен к тому, чтобы рсверсировать ток г, фазе В). В момент tl отпирают вентиль 7.

Анодное напряжение вентиля 1 становится отрицательным и он запирается. Одновременно, или спустя время запаздывания, меньшсе времени перезаряда кондспсатора С1, отпирают вентиль 9 и ток фазы А на пшаст замыкаться по цепи; фаза С, вентиль 2, нижняя половина конту ра цепи источника питания, вентили 9 и 1 . Напряжение на фазе А нагрузки становится равным нулю, и энергия магнитного поля фазы t1 в нс1! >кс и расходуется.

Через время М(Т /12 оказывается израсходованной энергия поля фазы В и благодаря открытым вентилям 8 и 2 сс ток сразу жс меняет направление. В момент lg отпирают вентили 2 и 7 . Вентиль 9 запирастся, а ток вентиля 2 уменьшается на величину, равную току фазы А, который теперь начинает замыкаться по цепи 2, 1 . Напряжение фазы А нагрузки меняет знак и потому энергия, накопленная ее магнитным полем, начинает расходоваться не только в фазе А, но и в фазе С, по цепи которой протекает ток фазы А. В этот же момент времени 12 или чуть позже, подают отпирающий импульс на вентиль 4, чтобы он был готов к изменению направления тока в фазе А после того, как будет израсходована энергия ее поля и ее ток спадет до нуля.

В момент t3 отпирают вентиль 8 и вслед за ним вентиль 10, Вентиль 2 запирается, а конденсатор С1 перезаряжается током фазы С до напряжения ) U J =U после чего ток фазы С начинает замыкаться по цепи: вентили

2, 10, верхняя половина контура цепи источника питания, вентиль 8, фаза В. Дальнейшая работа инвертора происходит аналогично изложенному. Периодическое подключение выходных зажимов инвертора к среднему (промежуточному) выводу источника питания существенно приближает форму кривой напряжения к синусоидальной. Коэффициент гармоник К, в зависимости от выбираемой величины то может быть снижен до величины около 0,17 — 0,15 вместо 0,31, как это имеет место у известных трехфазных инверторов напряжения. Суммированием напряжений двухтрех инверторов с фазовым сдвигом !!е кду ними, можно сформировать практичсски синусоидальное общее выходное напряжсние.

Чтобы исключить сбои в работе инвертора при нагрузке с Cos cp

65 а продолжительность интервалов времени с ну левы !! мгновенны !! зпя !ение напряжения дол)кпя уВели и!Вяться при снижении Co» lp нагрузки. Благодаря этому интервалы времени, когда нагрузка накапливает и рассеивает энсрги!о будут чередоваться с интервалами времени, когда потребление энергии от источника питания равно пулю и потому энергия, накопленная магнитными полями нагрузки, будет полностью р сссиваться в активных сопротивлениях (совершать работу).

Таким образом, при нагрузке с os с,<0,7 взаимокомпенсяция реактивной энергии фаз нягру зки дол)к!!я соп13ОВО>кдяться снижением напряжения, что в данном случае, осуществляется широтным методом регулирования напряжения.

В тех случаях, когда инвсртор питается от обратимого источника и требуется рекуперация энергии из сети псременного тока в сеть постоянного тока с сохранснием знака Входного напряжения, например, для обсспечения независимости кривой выходного напряжения при любой величине фазового сдвига между током и напряжением предлагается вариант устройства, показанный на фиг. 2.

В этом инверторс нулевые общие точки анодной и катодной групп вентилей реактивного тока разделены управляемыми вентилями 21 и 22 и соединены диодами (вентилями) с входной цепью инвертора. Вентили 21 и 22 отпираются одновременно с вентилями 7 и 8.

При питании oi. источника с двусторонней проводимостью вентили реактивного тока после осущсствлсния индивидуальной коммутации основных вентилей благодаря вентилям

28 и 24 работают как известные «обратныс диоды».

В тех случаях, когда не требуется независимость формы кривой напряжения инвсртора, но требуется рекуперация энергии с сохранением знака входного напряжения инвертора, управляемые вентили 21 и 22 могут оыть заменены одним вентилем. Управляющий переход этого вентиля должен быть открыт при питании нагрузки инвертора и закрыт при возврате энергии в сеть постоянного тока. При этом ИКН может быть подключен как только к катоду, так и только к аноду этого вентиля.

В тех случаях, когда максимальная частота

ИКН многократно (не менее, чем в 4 т раз, где m число фаз инвертора) превышает частоту переменного тока нагрузки, а величина максимального напряжения ИКН превосходит U/2, инвертор может быть упрощен за счет исключения из его состава вентилей 7, 8 и ИКН 17.

Таким образом, изобретение позволяет сущсствсино улучшить форму кривой напряжения на нагрузке, прибли>кая ее к синусоиде, и уменьшить отрицательное влияние преобразователя на питающую его сеть переменного тока. Достигается это, в основном, за счет более рационального использования вентилей

396797

1с

Г+

l-u

1 0

1 !

1я реактивного тока нагрузки, которыс участвуют и в индивидуальной коммутации основных вентилей инвертора и в процессе взаимокомпснсацпи энергии магнитных полей многофазиой нагрузки. Дополнительным преимуществом устройства яьляется его высокий к.п.д., так к: к в полной мере используетсоя энергия, нак":пливасмая конденсаторами при каждой коммy танин вентилей, а основные вентили разгружены от реактивного тока нагрузки.

Предмет изобретения

Преобразовательное устройство для питания трехфазной нагрузки, содержащее источлик питания постоянного тока имеющий отвод от средней точки, и трехфазный инвертор, имеющий источник коммутирующего напряжения, соединенный одним концом с зажимамп источника питания через коммутирующие вентили, а другим — с общими точками анодной и катодпой гр .ппы вентилей реактивного тока, отличп ощийся тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения и всртора, общие точки аноднэй и катоднои групп вентилей реактивного тока соединены с помощью дополнительных принудительно коммутируемых вентилей с отводом от средней точки источника питания.

396797

Составитель В. Моин

Техред А. Камышникова

Редактор В. Девятов

Корректор В. Жолудева

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 3702/19 Изд. № 1893 Тираж 755 П од пи св ое

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5