Преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией

 

Ссноз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (t ii758430 (61) Дополнительное к àsT.-сBHд-ву (22) Заявлено 17.07.78(21) 26447S 1/24 — 07 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 23.08.80. Бюллетень 3631

Дата опубликования описания 25.08.80 (51 ) М. Кл.

Н 02 М 5/27

Гевудврстевнимй комитет ло илам нзобретеннй и отхрмтлй (53) УДК 621. .3 1 4.572 (088.8) (72) Авторы изобрстения

В. С. Федий, А. В. Козлов и А. В. Попов

Институт электродинамики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ

СВЯЗЬЮ И ИСКУССТВЕННОЙ КОММУТАЦИЕЙ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования и стабилизации напряжения и частоты при помощи преобразователей частоты (ПЧ) с непосредственной связью и искусственной коммутацией.

Известны ПЧ с непосредственной связью, выполненные по нулевой схеме, которые содержат основные тиристорные мосты и общие узлы искусственной комму10 тации, включающие коммутирующие конденсаторы, дроссели и тиристоры 11) и12)

Недостатками первого ПЧ являются нестабильность напряжения на коммутирующих конденсаторах, которые подключены параллельно зажимам нагрузки, возможность появления самовоэбуждения асинхронных двигателей при тастотном управлении (так как коммутирующие конденсаторы подключены параллельно выходным выводам ПЧ), перезаряд коммутирующих конденсаторов переменным током нагрузки после отключения силовых тиристоров, чта также способствует

2 увеличению неравномерности напряжения . на комму1ируюших конденсаторах.

К недосTQTKBM узла искусственной коммутации второго ПЧ относятся зависимость напряжения на коммутирующих конденсаторах от напряжения питающей сети, поскольку указанные конденсаторы, соединенные в звезду, подключены непосредственно к входным выводам ПЧ и перезаряжаются от сети в межкоммутацнонные интервалы.

Кроме того, в данном ПЧ отсутствует цепь для замыкания реактивного тока нагрузки на интервале коммутации, что приводит к появлению перенапряжений в схеме. Вследствие того, что в моменты коммутации необходимо определять потенциалы входных фаз, указанный узел искусственной коммутации должен быть снабжен датчиками напряжения.

Известен ПЧ с непосредственной связью, содержащий .анодные и катодиые группы силовых тиристоров, два узла

75843 О

3 искусственной коммутации с зарядными источниками постоянного тока и вспомогательный мост распределительных тиристоров, диагональ постоянного тока которого связана с узлами искусственной коммутации, при этом каждый из последних содержит три конденсатора, соединенных в звезду, лучи которой связаны с выводами для подключения фаз сети, а общая точка зарядных источников постоянного тоха соединена с выводом для подключения нулевого провода сети 3 .

Недостатком данного ПЧ является сложность узла искусственной коммутации из-за большого количества распредели.тельных и зарядных тиристоров (8 шт.) и наличия двух источников постоянного тока для заряда коммутирующих конденсаторов. Наличие холостого перезаряда коммутирующих конденсаторов в межкоммутационные интервалы снижает частотный диапазон ПЧ и вызывает увеличение потерь в узле искусственной коммутации, Наиболее близкий предлагаемому ПЧ с искуственной коммутацией не содержит зарядных источников постоянного тока, имеет меньшее количество распределительных и зарядных тиристоров (7 шт.) . .Он содержит основные тиристорные мосты и общий узел искусственной коммутации, состоящий из двух вспомогательных полууправляемых вентильных мостов, между входными выводами которых включены цепочки из последовательно соединенных двух коммутирующих конденсаторов, распределительные вентили, зарядные тиристоры и дроссель. При этом выводы постоянного тока вспомогательных полууправляемых мостов связаны с одноименными по полярности выводами основных мостов через две группы распределительных вентилей, аноды которых объединены, соответственно, в общие точки, а выводы переменного тока основных мостов и общие точки соединения коммутирующих конденсаторов образуют входные выводы преобразователя f4).

Хотя в узле коммутации данного ПЧ отсутствуют источники постоянного тока, он содержит большое количество коммутируемых тиристоров (7 шт.) и дросселей, что усложняет систему управления преобразователем и снижает ее надежность.

Кроме того, необходимость холостого перезяряда коммутирующих конденсаторов приводит к сужению диапазона выходных

"е:.тот 11Ч и увеличению потерь в узле яскусс венной коммутации, поскольку узел и ботает с удвоенной частотой °

25 зо

4О

45 ф

Цель изобретения — расширение час— тотного диапазона преобразователя и снижение потерь в узле искусственной коммутации в два раза.

Указанная цель достигается тем, что известный преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, содержащий гг основных тиристорных мостов и общий узел искусственной коммутации, состоящий из двух вспомогательных мостов, между входными выводами которых включены цепочки из последоват ельно соединенных двух коммутирующих конденсаторов, и распределительные вентили, причем выводы постоянного тока вспомогательных мостов связаны с одноименными по полярности выводами основных мостов через две группы распределительных вентилей, аноды и катоды которых объединены соответственно в общие точки, выводы переменного тока основных мостов и общие точки соединения коммутирующих хонденсаторов образуют входные выводы преобразователя, а каждый из выходных выводов преобразователя через дроссели подключен z выводам постоянного тока одного из основных мостов, снабжен дополнительными тиристорами, включенными в проводящем направлении между одноименными выводами постоян— ного тока вспомогательных мостов и упомянутыми точками объединения анодов и катодов, а вспомогательные вентильные мосты выполнены неуправляемыми., На фиг, 1 приведена схема предлагае- мого ПЧ с непосредственной связью и искусственной коммутацией в случае питания от трехфазной сети; на фиг. 2— диаграммы импульсов управления силовыми и коммутирующими тиристорами преобразователя; на фиг. 3 — то же, для случая, когда напряжение на нагрузке регулируется широтно-импульсным способом.

ПЧ в каждой фазе построен по нулевой схеме и содержит три основных тиристорных моста на вентилях 1-18.Узел коммутации преобразователя содержит три цепочки из двух последовательно соединенных коммутирующих конденсаторов 19-20, 21-22, 23-24, общие точки соединения которых подключены к ,рходным выводам преобразователя, две группы распределительных вентилей 2527 и 28-30, аноды и катоды которых объединены, соответственно, и общие точки, дроссели 31-36, образующие выход758430 ные выводы преобразователя, два вспомо— гательных вентильных моста на диодах

37-48, между входньеми выводами кото— рых включены цепочки коммутирующих конденсаторов 19 — 24, а между одноименными выводами постоянного тока вспомогательных мостов и точками объединения анодов и катодов включены в проводяшем направлении тиристоры 49-52.

Преобразователь работает следующим Ео образом.

Пусть в проводяшем состоянии находятся тиристоры 1, 10, 16, напряжение на конденсаторах имеет полярность, указанную без скобок, а нагрузка — ак— тивно-индуктивный характер. Включение силовых тиристоров, например, 2, 11, 17 может быть осушествлено лишь после гашения ранее открытых тиристоров. Для этого импульсы управления подают на 20 тиристоры 49-52 (см. фиг. 2) и напряжение конденсаторов 19-24 обратной полярности прикладывается к тиристорам 1, 10, 16 через распределительные диоды 25-30. При этом включается 25 только два коммутирующих тиристора, на которых в данный момент действует положительное анодное напряжение, например 49 и 52. Процесс колебательного перез аряда коммутирующих конденсаторов 30 происходит минуя сеть в цепи нагрузки: конденсаторы 19, 21, 23 — диоды 37, 38, 39 — тиристор 4.9 — распределительные диоды 25, 2 6, 27 — дроссели 3136 — диоды 28, 29-30 — тиристор 52 — 35 диоды 46-48 — конденсаторы 20, 22, 24.

В конце перезарядки конденсаторы приобретают полярность, показанную на фиг. 1 в скобах. Данная полярность 4о используется в последующих циклах для гашения очередных силовых тиристоров, вступаюших в .работу (см. фиг. 2).

В случае, если осуществляется широтно-импульсное регулирование напряже- 45 ния (см. фиг. 3), на время паузы включаются силовые тиристоры, подключенные к одному линейному проводу сети, например l(4), 8 (11), 15 (18). При этом образуется короткоэамкнутый кон- щ тур для замыкания реактивного мэка нагрузки.

Выключение упомянутых тиристоров осуществляется аналогично описанному выше за счет отпирания тиристоров 4952 (см. фиг, 3). изобретения

Формула

Преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутапией, содержаший m основных тиристорных мостов и общий узел искусственной коммутации, состоящий иэ двух вспомогательных вентильных мостов, между входными выводами которых включены цепочки из последовательно соединенных

Далее одобные циклы повторяются и лереклеочение тиристоров преобразователя производится согласно диаграмме (ф .32.

Начальный заряд коммутпруюших кон денсаторов осушествляется путем отпирания тиристоров 49-52,,например, для конденсаторов 20, 21 по пепи: конденсатор 20 — диод 45 — тристор 51— диоды 25-27 — дросселее 31-36, диоды

28-30 — тирпстор 50 — диод 41 — конденсатор 21 — сеть (фазы В и С) конденсатор 20. .Поскольку процесс колебательного перезаряда коммутируюших конденсато ров происходит минуя сеть, в даепеой схеме отсутствует накопление энергии на коммутируюшнх конденсаторах, а значит не требуется применение специальных средств для ограничения вели— чины напряжения на коммутирующих конденсаторах.

Потери энергии в контуре переэаряда покрываются за счет протекания реактивного тока нагрузки через узел коммутапии на интервале гашения силовых тиристоров. Регулируя момент включения вступаюших B работу сехловых THpHcторов можно ограничивать величину напряжения на коммутируюших конденсаторах на требуемом уровне (см. фиг.2).

Прн широтно-импульсном регулировании величину напряжения на коммутируюших конденсаторах ограничивают, регулируя моменты включения, например, тиристоров 1(4), 8(11), 15 (18) во время паузы.

Использование изобретения позволяет создавать ПЧ с непосредственной связью с раширенным диапазоном выходных частот и простым узлом искусственной коммутации. Количество тиристоров в узле искусственной коммутации уменьшено до четырех, отсутствуют зарядные дросселя.

При этом значительно упрощается система управления преобразователем, что повышает надежность работы всего устройства.

7 7584 двух коммутирующих конденсаторов, и распределительные вентили, причем выводы постоянного тока вспомогательных мостов связаны с одноименными по полярности выводами основных мостов через две

5 группы распределительных вентилей, аноды и катоды которых объединены, соответственно, в общие точки, выводы переменного тока основных мостов и общие точки соединения коммутирующих конденсато-,о ров образуют входные выводы преобразователя, а каждый из выход ных выводов преобразователя через дроссели подключен к выводам riocтоянного тока одного из основных мос l5 тов, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и снижения потерь в узле искусственной

30 8 коммутации, он снабжен дополнительными тиристорами, включенными в проводящем направлении между одноименными выводами постоянного тока вспомогательных мостов и упомянутыми точками объединения анодов и катодов, а вспомогательные вентильные мосты выполнены неуправляемыми.

Источники информ ации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 213958, кл Н 02 М 5/30, 1965, 2. Авторское свидительство СССР № 264527, кл. Н.02 М,7/52, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР № 476646, кл. Н 02 М 5/22, 1973.

4. Авторское свидетельство СССР

¹ 492983, кл. Н 02 М 5/28, 1973.

758430

Составитель Г. Мыцык

Редактор А. Маковская Техред Pl.Ðåéâåñ Корректор M. Внгула

Заказ 8765/19 Тираж 783 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Ра ская, наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4