Способ управления преобразователем частоты

 

Союз Советскки

Социалнсткческии

Республик и 723752

;ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (51 ) И. Кд. (22) Заявлено 24.11.72 (2l ) 1849571/24-07

Н 02 P 13/30 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет (23) Приоритет ло делам изобретений и открытий

Опубликовано 25.03.80. Бюллетень ¹ 11 (53 ) Уд К 62 1.3 14..27 (088.8) Дата опубликования описания 27.03.80 (72) Авторы изобретения

В. A. Иванченко, И. С. Кисельгоф и А. И, Харитонов

Научно-исследовательский институт постоянного тока (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике, к способам статического преобразования трехфазного или однофазного тока промышленной частоты в однофазный ток, имеющий регулируемую частоту и любую заданную форму, аппроксимируемую ступен5 чатой функцией.

В частности, оно может быть использовано для создания мощных преобразователей трехфазного тока промышленной час а тоты в однофазный синусоидальный ток регулируемой частоты в пределах от единиц до сотен Герц.

Известен способ, решающий такую же функциональную задачу (1), Согласно этому способу вырабатывают напряЖение ступенчатой формы, аппроксимирующей заданную кривую.

Устройство, реализующее этот способ, потребляет от источника напряжения лита-зо ния пульсирующие с удвоенной выходной частотой ток и мощность, что требует установки на выходе источника питания конденсаторного фильтра. При больших мошностях и низких выходных частотах преобразователя вес, стоимость и сложность эксплуатации конденсаторной батареи оказывается непомерно большими, а очень ма« лое внутреннее сопротивление источника напряжения определяет весьма большие скорости нарастания токов короткого замыкания и требует использования сложных и дорогих быстродействующих электронных схем зашиты вентильного преобразователя. Кроме того, при работе схемы в широком диапазоне регулирования выходной частоты требуется ступенчатая перенаст ройка фильтров при помощи системы коммутационных аппаратов. Отмеченные не достатки схем, в которых реализуется известный способ преобразования тока, приво дят к снижению надежности устройств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ, реализованный в устройстве, выполненном в виде несколь ких инверторных ячеек на управляемых ключах с параллельно соединенными выхо3 7237 дами и шинами питания, через дроссели индуктивности подключенными к разным источникам постоянного напряжения f2(.

Известный способ управления этим устройством состоит в том, что на первой и нв второй четвертях каждого полупериода выходного тока многоступенчатой формы через интервалы времени, равные длительности соответствуюших его ступеней, последовательно включают те ключи разных ip инверторных ячеек, которые одними кондами подключены к одному выходному выводу преобразователя и образуют его группы.

Недостатки такого способа управле- 15 ния появляются при его вппврвтурной реализации.

11елью изобретения является уменьшение влияния на питаюшую сеть и повышение функциональной надежности при алпара-20 турной реализации повышенных мошностей преобразования, Это достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты смежные ключи каждой инверторной ячейки, свя- 25 эанные с одним и тем же выходным выводом соответствуюшего источника напряжения, переключают в противотакте, а Во второй четверти каждого полупериода выходного тока включают в упомянутом поряд- ЗО ке, но в обратной последовательности ключи инверторных ячеек смежной группы, точки соединения одних концов которых образуют тот же выходной вывод преобрвзова теля.

Сушность предлагаемого способа преобразования тока заключается в питании нагрузки от источников энергии с большим внутренним сопротивлением, т.е, от источников тока, что обеспечивается наличием

40 в их цепи соответствуюшей индуктивности. При формировании полуволны выходного .тока вначале источники подключают поочередно и параллельно друг другу к нагрузке, а затем поочередно отключают от

45 нее, замыкая их накоротко, В результате на протяжении полуволны ток в нагрузке вначале увеличивают, а затем уменьшают ступенями, аппроксимируя заданную кривую тока.

Каждый источник тока работает либо в режиме короткого замыкания, либо в режиме питания нагрузки.

Реализация предлагаемого способа возможна, например, в преобразователе трех55 фазного тока в однофазный.

На фиг. 1 изображена схема трехфаэно-однофаэного преобразователя с трех52 4 ступенчатой формой кривой выходного тока; на фиг, 2в изображен упрошенный вариант схемы преобразователя на фиг. 2бкривые токов i напряжений 0 и мошностей Р для этой схемы, на фиг, 2вкривые 0 Р в схеме преобразователя ф Ф с трехступенчатой формой выходного тока; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняюшие работу преобразователя с трехступенчатой формой выходного напряжения.

Формирование выходного тока трехступенчатой формы по описанному способу может производиться с помошью преобразователя, содержвшего силовой трансформатор 1 выпрямителя, выпрямители 2, 3 и 4 источников тока, сглаживаюшие дроссели 5, 6 и 7 источников тока, ключи 819 (полностью управляемые вентили) и нагрузку 20. Каждыи выпрямитель 2, 3 и 4 имеет два режима работы, на цепь, состояшую из нагрузки и сгпаживаюшего дросселя, и на цепь, состояшую только из сглаживаюшего дросселя. При этом индуктивность дросселей выбрана настолько большой, что при самой низкой выходной частоте обеспечивается незначительная пульсация тока, потребляемого от выпрямителей.

Коммутацию тока ключами (вентилями) прн аппроксимировании тока синусоидальной формы производят в следуюшем порядке, B промежутке времени 0 — t (см, фиг. 3) замыкают ключи 8, 12 и 16 и

9, 13 и 17, т,е, все три выпрямителя замыкают нв сглаживаюшие дроссели.

В момент с замыкают ключ 10 и размыкают ключ 8, в результате чего ток выпрямителя 2 начинает протекать через нагрузку 20, В моменты времени 1 и t> замыкают ключи 14 и 18 и размыкают 12 и

16, подключая к нагрузке вначале выпрямитель 3, а затем — выпрямитель 4. В момент Ф.д замыкают ключ 19 и размыкают ключ 17, в результате чего третий выпрямитель отключают от нагрузки и замыкают нв сглаживаюший дроссель, в моменты т. и замыканием ключей

5 6

15 и 11 и размыканием 13 и 9 поочередно отключают от нагрузки и замыкают на дроссели второй и первый выпрямители.

В промежутке 1е и 4.у все выпрямители работают на сглвживаюшие дроссели.

В момент t начинают формирование обратной полуволны тока путем раэмыкания ключей 10, 14, 18, 19, 15, 11 и замыкания ключей B 12, 16, 17, 13, 9.

723

Ось 3-1 — управляющие отпираюшие (над осью) и запирающие (под осью) импульсы соответствующих обозначениям ключей (вентилей); ось 3-2 1„0 - ток и напряжение нагрузки; l ц — первые н) гармоники тока и напряжения нагрузки; оси 3-3 - . 3-14 — алгорит ы переключе ния ключей.

Проследим энергетические соотношения в упрощенной схеме преобразователя, на IO выходе которого получают напряжение прямоугольной формы (фиг. 2а).

Выпрямитель, замешенный источником напряжения Е, питает через дроссель L однофазный мост, в плечах которого име» ются идеальные ключи Кl--К4. Когда зам— круты нечетные ключи, ток (, в омичесн кой нагрузке Ц имеет обозначенное наН правление, При замкнутых ключах К 1 и К2 или

КЗ и К4 ток в омической нагрузке равен нулю, 2О

При замкнутых четных ключах ток в нагрузке имеет противоположное направление.

Величина индуктивности дросселя выбирается такой, чтобы обеспечить задан25 ную допустимую пульсацию тока, а следовательно, мощность, потребляемую от выпрямителя. При конечной индуктивности и > Т ток и напряжение нагрузки

L н

U "будут иметь форму, близкую к траН1 Н пецеидальной (ось О). При этом условии ток id. потребляемый от выпрямителя, имеет переменную составляюшую треугольной формы. В промежутках, когда питается нагрузка, ток выпрямителя (d. падает, з а в промежутках замыкания выпрямителя только на дроссель (замкнуты ключи Kl, К2 или КЗ и К4) возрастает, В проме жутках, когда питается нагрузка, вследствие уменьшения тока (Д на дросселе

40 возникает напряжение д . —, совпадаюc% (3

dt щее по направлению с напряжением выпрямителя Е, и амплитуда напряжения на нанагрузке равна E +g .Таким образом, 45

c3t в этих промежутках электромагнитная энергия, запасенная в дросселе, расходуется, выделяясь на нагрузке, т.е. добавляется к энергии, потребляемой от выпрямителя.

В промежутках, когда питание нагрузки не производится, а выпрямитель замкнут на дроссель L (в паузах между блоками), ток выпрямителя возрастает со скоростью †. и электромагнитная

did Ей а энергия дросселя;" увеличивается за

2 счет потребления энергии от выпрямителя.

7." 2 6

Папряжение. 0„ на входных зажимах моста, а следовательно, и мощность 1,-потребляемая инвертором и выделяемая HA нагрузке (если пренебречь пульсацией тока 1д. ), показаны на оси 0 . На оси 04 построена кривая напряжения и мощности

Р на дросселе L . Мощность, выделяемая на нагрузке, «Р

Р4 = Р— Р =Согьт.. Дроссель являе ся аккумулятором энергии, который запасает энергию, потребляя ток от выпрямителя в паузах между блоками тока нагрузки и отдает энергию в нагрузку, уменьшая ток, потребляемый от выпрямителя, в промежутках питания нагрузки.

На фиг. 2в показаны диаграммы мощностей преобразователя. Диаграммы показывают, что мощность, потребляемая из сети, переменного тока Р< (мощность выпрямителя), практически постоянна и находится на уровне среднего значения пульси« руюшей мощности нагрузки Р, а мгновенная разность между постоянной мощностью, потребляемой из сети, и мощностью на нагрузке, уравновешивается знакопеременной реактивной мощностью дросселей.

Технико-экономические преимушества устройств, выполненных по предлагаемому способу, заключаются в увеличении надежности за счет снижения величины токов короткого замыкания и уменьшения влияния на питающую сеть.

Формула изобретения

Способ управления преобразователем частоты, выполненным в виде нескольких инверторных ячеек на управляемых ключах с параллельно соединенными выходными выводами и шинами питания, через дроссели индуктивности подключенными к разным источникам постоянного напряжения, I путем последовательного включения на первой и на второй четвертях каждого лолупериода выходного тока многоступенчатой формы через интервалы времени, равные длительности соответствующих его ступеней, тех ключей разных инверторных ячеек, которые одними концами подключены к одному выходному выводу преобразователя и образуют его группы, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что, с цепью уменьшения влияния на питающую сеть и ловышения функциональной надежности при аппаратурной реализации повышенных мощностей преобразования, смежные ключи каждой инверторной ячейки, связанные с

7 723752 8 одним и тем же выходным выводом соот- Источники информации, ветствуюшего источника напряжения, не- принятые во внимание при экспертизе реключают в противотакте, а во второй чет верти каждого полупериода выходного то- 1. Лекоргийс. Ж. Управляемые электриas включают в упомянутом порядке, но в 5 ческие вентили и их применение, М., Знер обратной последовательности ключи инвер- гия, 1971, с. 399. торных ячеек смежной группы, точки соединения одних коннов которых образуют 2. Авторское свидетельство СССР тот же выходной вывод преобразователя, % 414693, кл. Н 02 М 5/48, 1974.

723752 а; с

Оу

INtPg g NQV

4r- 1 ц@ м, ламИммюю ю ссмг

Фьаl Ф

ЦНИИПИ Заказ 450/42

Тираж 783 Подписное филиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектная,4