Непосредственный преобразователь частоты

 

ОП ИСА НИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ!

1!! 53:". I59

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.06.74 (21) 2037574/07 с присоединением заявки № (. з * 1, 1. о;!!1 .-, 1:-Р м";- ; с Ф ф ф-3

Государственный комитет I (23) Приоритет

Совета Министров СССР оп делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.10.76. Бюллетень № 38

Дата опублпкoB=ния описания 09.11. .:6 (1) т П1т 2! 31е (088.8) ;!

В. А. Фокин, А. К, Кулиш и H. B. Бутаков т .

Запорожский машиностроительный институт им. В. Я-.--Чутзпря----- ----- — = (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЕЕНССРЕДС ГЕЕН11ЫЙ 111з1Б!1зЬРАЗСВА РЕЛЬ 11АС! ОТЫ

Изобретение отнолтся к электротехнике и разделу тиристорных преобразователей частоты с непосрсдственноп связью и искусственной ком мутац1;ей.

Известны непосредст!вснные преобразователи частоты с и" êóññòâåííîé коммутацией, содержащие коммутирующие конденсаторы, р а сполозк сп и ъ! е между дВумя согласно BI o110ченными выпрямительными мостами, один из которых на стороне переменного тока соединен с входными, а другой — с выходными шинами преобразователя. Б этом преобразователе параллельно выпрямительному мосту, соединенному с входными шинами преобразоВаТе;lsI, подключен тиристор, а параллельно второму выпрями. Слы-,*ому мосту подключен дросссль. Однако в нем коммутирующие конденсаторы со знакоперемепным напряжением подключаются на определенное время непосредственно к выходу полупроводникового коммутирующего моста, вход которого соединен непосредственно с трехфазным активно-IlндуктиВнь!м источником (т1зан I1Iopv>BTop, синхронный генератор) энергии. Б момент времени, непосредственно следующий за запиранием главных тиристоров питающая сеть через подсоединенный к ней коммутирующий

H kI I IP II c H H o É включенным с ней мощным источником энергии — заряженными коммутирующими кондспсаторами; B соответствующий этому моменту времени IQK псрвпчпогO источника энергии зпачптслы;о превышает аварш.ный

ТОК I OPOTI OI 0 За\!Ы1:.аНПя, Что HpHBO+H К резкому паденшо выходного напряжения -icpВи lHQI о источиiIKB эне1згпп и к 1зезкому возрасташпо реактпвнои эпе1зпги запасаемои В эквпвалептной индуктпзностп, соответствующей виугренпему coilpoTHD:IåHIIIO пер пч юго !!Сто !Нш а энерп1и, а также к icHepiipoBBHH10

В пита!О!цу!о сеть из выходпо:! цспп коммутирующего мола нсдо устимо оольшой мощIlc :.ажсн IB. В пос;!еду !Ощий этих! !!ИтерВа;! Врез!е!!и пмсст з!есго Ко. Соатсльпый процесс перезарядки коммутиру!Ощи. кондснса горов через эквивалентную индуктивность первичного источника энергии с Внутренним активно-индук гивным

coHp0TiIBлснием. 111зоцссс пс1зсза1зядки закан20 чпвается, после израсходования той очень большой pea»THBI1ои эпсрпш, которая была запасена в э вивалснтной инду тпвности внутреннего сопротпвлс Ия г1зсхфазпого nepBll !HO! о пото !Ника эпс1згии, !! достижсния пап11>.жсl!!Пем Hk! эк:1!!Ва, IcliTИОИ ипдук! H 11;Остll (так жс как 1зсзул ьтиру 10щп vi н апр!1 зксHII е i пс1зВичного источника энс1згllll) HBHQoëüu!его значения. Диапазон изменения папряЖеl!ПЯ На 3KBiIBII. IcHTHOH Инду к гiiiiliOOTH ВНУТ, O рсннег з сопротивления первичного псточни532159

3 ка энергии (равно, как и ооусловленный этим диапазон изменения результирующего напряжения на входе преобразователя частоты) тем больше, чем больше эквивалентная индуктивность внутреннего сопротивления трехфазного первичного источника энергии (т. е. чем больше индуктивности рассеяния питающего трансформатора или синхронного генератора) и чем больше разница между величинами тока первичного источника энергии в начале и в конце процесса перезарядки коммутирующих конденсаторов.

Из изложенного следует, что крайне неблагоприятные условия работы узла коммутации в известном преобразователе неизбежно приводят к недопустимо большим колебаниям его ьходного напряжения в продолжение интервала перезарядки коммутирующих конденсаторов, когда они подключены к питающей сети через полупроводниковый коммутирующий мост; это приводит к недопустимым превышениям напряжения на входе главных тиристорных мостов, к опасности отпирания их в неподходящий момент и к пробою. Другое нежелательное следствие описанного коммутационного процесса — относительное увеличение времени открытого состояния коммутационных тиристоров (эти тиристоры должны быть открытыми до тех пор, пока не будет передана в коммутирующие конденсаторы реактивная энергия, запасенная ранее в эквивалентной индуктивности внутреннего сопротивления,первичного источника энергии) .

Описываемый непосредственный преобразователь позволяет существенно ограничить пределы изменения тока первичного источника энергии в процессе перезарядки коммутирующих конденсаторов и тем самым существенно ограничить пределы изменения напряжения на входе преобразования, а также производить сброс реактивной энергии, запасенной в эквивалентной индуктивности первичного источника, в продолжение всего времени отключенного состояния нагрузки от питающей сети по цепи, не содержащей коммутирующих тиристоров, что .повышает его надежность. От известного описываемый преобразователь отличается тем, что в нем первый диодный мост, входные зажимы которого соединены с первичными,шинами преобразователя, зашунтирован дополнительным конденсатором, второй диодный мост, входные зажимы которого непосредственно соединены с нагрузкой и средними точками шунтирующих дросселей, зашунтирован цепочкой из дросселя и тиристора, а третий диодный мост, входные зажимы которого соединены с крайними зажимами шунтирующих дросселей тиристорных мостов, зашунтирован цепочкой из трех тиристоров, между точками взаимного соединения которых и зажимами шунтирующего тиристора второго диодного моста соединены два коммутирующих конденсатора, а между катодными группами первого и третьего диод ых мостов включена индуктивность.

1О

20 -д

9,:

33

На чертеже показана принципиальная электрическая схема описываемого преобразователя.

Он содержит подключенные стороной переменного тока к сети трехфазные мосты 1 — 3 из силовых тирнсторов, анодные и катодные группы которых зашунтированы индуктивностями 4 — 6 с выводами посередине для подсоединения трехфазной связанной нагрузки 7 и на вход переменного тока диодного моста

8; анодные группы силовых тиристорных мостов соединены с катодной 9, а катодные группы силовых тиристорных мостов — с анодной 10 группой диодов другого моста.

Непосредственно к трехфазной питающей сети подключен третий мост из неуправляемых вентилей, между катодной 11 и анодной 12 группами которого присоединен конденсатор

13. Лнодная и катодная группы диодного мосТВ 8 посредством нндуктивности 14 зашунтированы тиристором 15. Между катодной 9 и анодной 10 группами другого диодного моста подсоединена цепочка из последовательно соединенных тиристоров 16, 17 и 18; между анодом тиристора и общей точкой .последовательного соединения тиристоров 16 и 18 соединен коммутирующий конденсатор 19, а между катодом тиристора 15 и общей точкой соединения тиристоров 18 и 17 — коммутирующий конденсатор 20. Между катодными группами 9 и 11 второго и третьего диодных мостов подсоединена индуктивность 21, а анодные группы 10 и 12 этих мостов соединепы непосредственно.

Преобразователь рассчитан на циклическое скачкообразное изменение фазы питающего напряжения, прикладываемого к трехфазной нагрузке, что достигается циклическим подключением фаз нагрузки к различным линейным проводам питающей сети с помощью соответствующего сочетания силовых тиристоров трехфазных мостов 1 — 3. При подключенном состоянии нагрузки токовая цепь нагрузки проходит как через один силовой тиристор анодной (или катодной) и два тиристора катодной (или анодной) групп мостов 1 — 3, так

II шунтирующие эти мосты индуктивности 4—

6, к средним точкам которых подсоединена трехфазная нагрузка 7. В этот отрезок времени закрыты все коммутирующие тиристоры 15, 16, 17 и 18. В следующий отрезок диодный мост 8 посредством индуктивности !4 замыкается накоротко тиристором 15, одновременно подаются отпирающие импульсы на управляющие электроды тиристоров 16 и 17, что приводит к появлению проводящих контуров: катодпая диодная группа 9, тиристор 16, конденсатор 19, тиристор 15, конденсатор 20, тиристор 17, анодная диодная группа 10, индуктивпости 4 — 6; катодная диодная группа 9, тиристор 16, конденсатор 19, тиристор 15, конденсатор 20, тиристор 17, анодная диодная группа 12, открытые тиристоры анодной группы силовых тиристорных мостов 1 — 3; левый электрод lc положительным зарядом) кон532159

25 ьо

50 г .:u (\ денсатора 13, индуктивность 21, тиристор 16, «Онденсатор 19, тиристор 15, конденсатор 20, iHpHciop l /, правыи электрОД конДенсатОра

13; катодная группа диодов 11, индуктивность 2l, тиристор lо, конденсатор 19, тиристор !о, конденсатор 20, тиристор 17, анодная группа диодов l2. В связи с тем, что в предшествующий отрезок времени конденсаторы зарядились до напряжения так, что их правые зажимы получили положительнь5Й заряд, э1о приводит к запиранию открытых (одного или двух) силовых тиристоров анодной группы соотве5ствующих (одного или двух) мостов l — 3 обратным напряжением коммутирующих конденсаторов. !!осле запирания силовых тиристоров происходит колебательный процесс перезарядки коммутирующих конденсаторов !н и НО Iio третьему контуру (поскольку кондснсатор 13 в предшествующий интервал времени зарядился от диодного моста с группами 11 и l2 и имеет наиоольшее

IIaIIp5ImeIIHe к моменту начала рассматриваемого коммутационного ин"ерзала, по сравнению с источниками энергии в 5рех других приведенных выше кон rypax) . l!оскольку кондспсатор 13 постоянно подключен между катоднои l i и анодноп 12 группами диодного моста, непосредственно соединенного с линейными проводами IIHTaioiileH сети, то колебательного процесса перезарядки конденсатора

l3 до напряжения противоположной полярност и не происходит; вместо а I îl о имеет место циклическое уменьшение величины напряжени51 конденсатора 13 (Осз изменения ei0 знака), ooycJIOIIJleailoe передачей abaci H запасеннои в нем энергии колебательному. контуру из 5шдуктпвности 21, и коммутирующих конденсаторов 19 и 20; если IipH этом процесс пе1>езар55дки ком мутиру ющих кондепса гopoB

59 и 20 не заканчивается, то он может продолжа гься по первому контуру через индук-ивности z — о до полного напряжения llpoTHвоположнои полярности зарядов на этих конденсаторах, что приводит к прекращению тока через гиристоры lb и 1/ и запиранию их.

l!осле запирания тири горов (лиоо одного тиристора) аноднои группы тHpHciopHbix мос5ов l — О исключается возможность прохождения ока B нагрузку только через тиристоры катодпых груш; этих мостов и последние также за5п5ра(отся, на5рузка 7 замыкается накоротко диодным мостом ь при помощи шунгирующеи его цепочки из индуктивности и OTI pbiioi o IHpHcTopa 15. Запирание cHJIOвых тиристоров мостов 1 — 3 приводит к разрыву токовои цепи через источник трехфазного напряжения, подключенный к шинам питающей сети.

Учитывая активно-индуктивный характер внутреннего сопротивления источника трехфазного Haitp5!жени 51, следуeT Ожида гь резкого увели-5ения напряжения на шинах, питаюгцего преобразователь трехфазной сети, обусловленного соросом реак гивнои энергии из эквивалентной пндуктивности источника энергии, запасенной там перед отключением источника от нагрузки.

Реактивная энергия, запасенная в эквивалентной вну гренней индуктивности первичного многофазного источника перед разрывом цепи сеть — нагрузка сбрасывается в конденсатор 13 через выпрямитель на неуправляемых диодах с катодной 11 и аноднои 12 группами этих диодов.

Для очередного подключения нагрузки к

5штающей сети неооходимо запереть шунтирующий тиристор 15 на выходе диодного моста 8. Для этого подается отпирающий импульс на управляющип электрод тиристора ь, и напряжением предварительно заряженных указанным способом коммутирующих .онденсаторов 19 и 20 происходит запирание тиристора !5 через тирпстор 16. Затем следует колеоательнып процесс перезарядки конденсаторов 19 и 20 по пути: конденсатор 19, тиристор 1Ь, конденсатор 20, индуктивность

14 п диодныи мост Ь, после зарядки конденсаторов 19 и 20 ток через них прекращается, и тиристор I8 загшрается. 1lоскольку одновременно с тирпстором 18 подаются отппрающие импульсы на управляющие электроды соответствующих силовых тиристоров мостов 1—

3, то вслед за запиранием тиристора 15 нагрузка 7 оказывается подключенной к питающей трехфазной сети так, как это диктуется алгоритмом управления.

Формула изобретения

Непосредственный преобразователь частоты с искусственноп коммутацией, содержащий зашунт 5рованные дросселями TllpilcTopные мосты, .конденсаторы и диодные коммутиру)ощис мосты, о гличающийся тем, что, с целью повышения надежности, первый диодный мост, входнь5е зажимы которого соединены " первичными шинами преобразователя, зашунтирован дополнительным конденсатором, второп диодный мост, входные зажимы которого непосредственно соединены с нагрузкой и средними точками шунтирующих дросселей, зашунтпрован цепочкои из дросселя и тирпстора, а третий дподный мост, входные зажимы которого соединены с крайними зажимами шунтирующих дросселей тиристорпых мостов, зашун гирован цепочкой из трех тиристОрОВ, между точками взаимного соединения которых и зажпх амп шунтпрующего тпрпстора второго диодного моста соединены два коммутирующих конденсатора, а между катодными группами первого и третьего диодных мостов включена индуктивность.

532159

Составитель Б. Кикоиоров

Текред 3. Тараненко

Корректоры: В. Петрова и О. Данишева

Редактор Л. Тюрина

Типография, пр. Сапупога, 2

Заказ 2264;9 Из., . ¹ 1097 Тиран< 882 Подписное

ЦНИИПИ Государствсниогэ комитета Совета Министров СССР по делам изобретений li открытий

1!3035, Москва, К-35, Ратшская наб., д. фб