Преобразователь частоты с непосредственной связью
О П И С А Н И Е !»1 5!6160
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.05.73 (21) 1922972/07 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Опубликовано 30.05.76. Бюллетень X 20
Дата опубликования описания 04.10.76 (51) М. Кл.- H 02M 5, 293
Государственный комитет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) . ДК 621.313.323 (088.8) (72) Авторы изобретения В. А. Фокин, В. А. Кравцов, E. В. Павлова, В. А. Чикина и В. Г. Басов (71) Заявитель Запорожский машиностроительный институт им. В. Я. Чубаря (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ
Изобретение относится к области преобразовательной техники, а именно к преобразователям частоты, применяемым для управления асинхронными трехфазными двигателями и может найти применение в электроприводах с упомянутыми двигателями.
Известный прсобразователь частоты с непосредственной связью содержит трехфазный трансформатор и два диодных ivlocTB, зашунтированных тиристорами. В этом преобразователе первичная обмотка трехфазного трансформатора подключена к сети переменного тока. Трехфазная нагрузка подключена к средним точкам каждой фазы, разделенной на две одинаковые секции вторичной обмотки трансформатора. Поочередное замыкание начал либо концов такой секционированной вторичной обмотки трансформатора шунтированием упомянутых выше трехфазных мостов приводит к циклическому изменению на сто восемьдесят градусов напряжения на нагрузке. Частота основной составляющей несинусоидального напряжения на нагрузке определяется разностью частоты циклов шунтирования (коммутации) трехфазпых диодных мостов и частоты питающей сети, а наименьшая частота помехи — - их суммой.
Один из недостатков известного преобразователя частоты состоит в прерывистом характере тока Icpc3 кажду!0 из трсхфазньlх сскциll вторичной обмотки используемого там трансформатора. Когда шунтированисм одного из двух трехфазных мостов объединяются в нулевую точку одноименные зажимы одной из двух секций трсхфазной вторичной обмотки трансформатора, трехфазная нагрузка получает питание от этой секции вторичной обмотки, между тем «а«другая се сс«ция (одноIIVIeHHb10 зажимы IcOTOpOII II 3TOI IlpOVICllc) TOIx
И времени не зашунтированы через посредство соответствующего трехфазного диодного моста и тиристора) оказывается обесточенной.
Учитывая активно-индуктивный характер реальной относительно мощной нагрузки (уста15 павка электромагнитного псрсмсшпвания жидких металлов, асинхронный эле«тропривод и т. д.) можно утверждать, что при последующем замыкании накоротко группы одноименных зажимов другой ранее разомкнутой сск20 ции вторичной обмотки трансформатора ток в ней, плавно нарастая Ilo э«споненциальному закону, не успеет достигнуть сколько-нибудь значительнои величины за весьма короткий (менее десяти х!иллпсскунд) промежуток Вре25 мспи подключения нагрузки «этой сс«цш1.
Это неудобно при питании 07 преобразователя
Относительно мО»!»ОГО по греби с,1!!1.
Другой недост;по«состоит и TOvl. что при работе преобразователя па входе того трек30 фазного диодного моста. который соединен с
516160
3 одноименными зажимами обесточенной секции трсхфазной втори«ной обмотки даже без у«ета переходных процессов должно появиться удвоенное по величине напряжение по сравнению с соответствующим напряжением на нагрузке, что приводит к повышению типовой мощности и понижснию надежности полупроводниковых элементов преобразователя.
Целью изобретения является повышение энергетических показателей преобразователя.
Указанная цель достигается тем, что преобразователь содержит две пары трехфазных трансформаторов, первичные обмотки каждой пары которых соединены пофазно последовательно в два треугольника, одни концы вторичных обмоток каждого из трансформаторов первой пары соединены с включенными в треугольник вторичными обмотками каждого из трансформаторов второй пары, а другие концы вторичных обмоток первой пары трансформаторов подключены к противоположным концам фазных обмоток асинхронного двигателя, причем каждая из соединенных в треугольник вторичных обмоток одной пары трансформаторов и дополнительных не связанных с нагрузкой вторичных обмоток другой пары трансформаторов подключена на вход соответствующего модулятора.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя частоты; на фиг. 2 — диаграммы переключений модуляторов.
Преобразователь частоты содержит четыре попарно одинаковых трансформатора 1 — 4 и четыре полупроводниковых модулятора 5 — 8.
Каждая из вторичных обмоток 9 и 10 трансформаторов 1 и 2 соединена треугольником, а каждая из вторичных обмоток 11 и 12 трансформаторов 3 и 4 — звездой. В разомкнутую нулевую точку вторичной обмотки 11 или 12 включена соединенная треугольником соответствующая вторичная обмотка 9 или 10. Между другими одноименными зажимами вторичных обмоток 11 и 12 включены соответствующие фазы трехфазной обмотки 13 статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 14. Первичные обмотки 15 и 16трансформаторов 1 и 2, также как и первичные обмотки 17 и 18 трансформаторов 3 и 4 соединены пофазно последовательно в общие для них схемы треугольника.
Одноименные за>кимы вторичных обмоток
11 и 12, так же как и за>кимы соединенных треугольником обмоток 9 и 10 подключены на вход одного из четырех полупроводниковых модуляторов 5 — 8, представляющих собой трехфазные диодные мосты, анодная и катодная группа которых шунтируются соответствующим тиристором 19 — 22.
Если не учитывать указанного выше соединения вторичных обмоток 9 и 10 с модуляторами, то следует заметить, что каждая фаза обмотки 13 статора соединена последовательно с такими фазами вторичных обмоток 11 и 12, соответствующие фазы первичных обмоток которых соединены между собой последователь10
ЗО
4 но н образуют одну из сторон оощего для них треугольника, другим зажимом каждая из фаз втори шой обмотки 11 (12) подключена к такому зажиму вторичной обмотки 10 (9), который пе соединен непосредственно с фазойтреугольника вторичной обмотки трансформатора
2 (1), соответствующая фаза первичной обмо гни 16 (15) которого подключена к питающей сети точно так же, как и соответствующая фаза первичной обмотки 17 (18), при этом угол сдвига по фазе между напряжениями соответствующих фаз, соединенных указанным образом вторичных обмоток 10 и 11 (а также обмоток 9 и 12) будет составлять
90 .
В том случае, когда заперты все тиристоры коммутаторов, напряжение на зажимах каждой фазы обмотки двигателя равно нулю изза идентичности характера соединений соответствующих фаз как обмотки 10 с обмоткой
11, так и обмотки 9 с обмоткой 12, а также из-за взаимно встречного характера соединения соответствующих фаз обмоток 11 и 12 (9 и 10).
Из принципиальной схемы преобразователя следует, что открытому состоянию тиристора
20 соответствует короткое замыкание вторичной обмотки 10 трансформатора 2, в этом случае входное сопротивление первичной обмотки 16 будет черезвычайно малым и потому практически все напряжение питающей сети будет приложено к первичной обмотке 15 другого трансформатора, на вторичной обмотке 9 которого будет тогда наибольшее напряжение, подаваемое через последовательно соединенную вторичную обмотку 12 к первой группе одноименных зажимов статорной обмотки 13 двигателя.
При последующем отпирании тиристора 19 происходит запирание тиристора 20 обратными напряжениями на коммутирующих конденсаторах, замыкается накоротко вторичная обмотка 9, что в конечном итоге приводит к подаче наибольшего напряжения к левой группе одноименных зажимов статорной обмотки 13 от вторичной обмотки 10 трансформатора 2 через последовательно соединенную вторичную обмотку 11 трансформатора 3.
Аналогичные процессы перераспределения напряжений между обмотками трансформаторов 3 и 4 происходят при поочередной коммутации тиристоров 21 и 22, шунтирующих диодные мосты 7 и 8, к входу которых подключены трехфазные обмотки 11 и 12, не имеющие электрической связи с нагрузкой (статорная обмотка 13 двигателя).
При работе предлагаемого преобразователя частоты его полупроводниковые модуляторы
5 — 8 переключаются согласно диаграммам фиг. 2.
На фиг. 2,а приведена диаграмма переключений модуляторов 5 — б; на фиг. 2б — модуляторов 7 и 8.
Положительные импульсы соответствуют разомкнутому состоянию модуляторов 5 и 7
516160 (2) 5
20 (в эти отрезки времени замкнуты накоротко анодная и катодная группы модуляторов 6 и
8), а отрицательные — разомкнутому состоянию модуляторов б и 8(в эти отрезки времени замкнуты модуляторы 5 и 7). Из диаграмм следует, что переключение коммутаторов производится с частотой циклов так, что включенное состояние каждого из модуляторов продолжается половину времени периода коммутации, что соответствует углу л; сдвиг во времени между очередными переключениями модуляторов 5 или 6 по сравнению с модуляторами 7 и 8 составляет четвертую часть периода коммутации, что соответствует углул/2.
Такой закон управления модуляторами 5 и
8 реализуется использованием пересчетного делителя импульсов задатчика на четыре, а с выхода отдельных ячеек такого делителя отпирающие импульсы через усилители мощности и импульсный трансформатор подаются на один из тиристоров 19 — 22 (нечетные ячейки посылают импульсы тиристору 19 или 21, а четные — тиристору 20 или 22); при отпирании очередного тиристора происходит одновременное запирание с помощью коммутирующих конденсаторов тиристора, парного ранее замкнутому модулятору.
Если выбрать число витков вторичных обмоток 9 и 10, в ) 3 раз большими чисел витков обмоток 11 и 12, то из диаграмм переключений модулятора и принципиальной схемы следует, что напряжение на одной из фаз статорной обмотки асинхронного двигателя будет определяться выражением;
U,=U у,(Qt) cos U, = — U„, sin(Q — 4. 4 Зт X (ЗЯ + а) t + U,„sin (52 — о) t + + — U„, sin (72 + со) t + .. Напряжения на двух других фазах двигателя будут представлены аналогичными слагаемыми, сдвинутыми на угол 4-120 по отношению к соответствующим слагаемым приведенного выше выражения. Выражение (2) свидетельствует о достаточно хорошем спектральном составе фазы выходного напряжения преобразователя даже в режиме холостого хода. В связи с активно-индуктивным характером нагрузки ток в каждой фазе статора двигателя будет еще ближе к синусоидальной форме, поскольку данке ближайшая слагаемая помехи, имея относительно высокую частоту, легко подавляется. Формула изобретения Преобразователь частоты с непосредственной связью, нагрузкой которого является трехфазный асинхронный двигатель, содержащий трехфазные трансформаторы и трехфазные модуляторы, выполненные на трехфазных диодных мостах, шунтированных тиристорами, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей преобразователя, оа содержит две пары трехфазных трансформаторов, первичные обмотки каждой пары которых соединены пофазно последовательно в два треугольника, одни концы вторичных обмоток каждого из трансформаторов первой пары соединены с включенными в треугольник вторичными обмотками каждого из трансформаторов второй пары, а другие концы вторичных обмоток первой пары трансформаторов подключены к противоположным концам фазных обмоток асинхронного двигателя, причем каждая пз соединенных в треугольник вторичных обмоток одной пары трансформаторов и дополнительных несвязанных с нагрузкой вторичных обмоток другой пары трансформаторов подключена на вход соответствующего упомянутого модулятора. 516160 47иг. 2 Составитель В. Кузнецова Техред Т. Курилко Корректор А. Дзесова Редактор В. Левятов Заказ 2051/7 Изд. № 1564 Тираж 882 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2
