Трехфазно-однофазный преобразователь частоты с непосредственной связью

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<» 764063

Союз Соеетскнх

Соцналнстнческна

Реснублик (61). Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 05.01.78 (21) 2664997/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень ¹ 34

1 (51) М. Кл.а

Н 02 М 5/27 тлсудлрстааллма ItoMNTOT

СССР г

1 (53) УДК 621.314. .27 (088.8} ав илам лзабретенлй к етармтлл

Дата опубликования описания 23.09.80 (72) Авторы изобретении

А. К. Шидловский, В. С. Федий и С. Л. Чередниченко

Институт электродинамики AH Украинской ССР (71) Заявитель (54) ТРЕХФАЗНО-ОДНОФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ

Изобретение относится к силовой преобразовательной. технике, а именно к непосредственным преобразователям частоты (НПЧ), и может быть использовано преимущественно для питания различных однофазных нагрузок пониженной частоты: электровозов переменного тока, печей электрошлакового переплава, -электромагнитов вибрационных машин, обмоток возбуждения машинных генераторов низкой (0,2 — 5 Гц) или стабильной частоты, измерительных йриборов с номинальной частотой 50 Гц при включении их в системы электроснабжения 60 илн 400 Гц и т. д. й

Известны НПЧ, используемые. для питания различных одно- и многофазных потребителей переменного тока напряжением регулируемой или стабильной частоты (1ЯЗ). ,В таких преобразователях кривая выходного напряжения при питании от трехфазной сети формируется из многофазной системы напряжений, эквивалентное число фаз (лнэ) которой может достигать 12, что позволяет существенно снизить уровень гармоник кривой выходного напряжения по сравнению с НПЧ, где iver =. б.

Первое из известных устройств 1 11 содержит трехфазный мост на неполностью управляемых симметричных вентилях (симисторах), нагруженный на однофазную нагрузку. Между сетью и мостом включены дополнительные реакторы. Благодаря некоторому усложнению закона управления вентилями кривая выходного напряжения формируется нз l2-фазной несимметричной системы напряжений, шесть векторов которой равны линейному напряжению сетиlli., а

30 остальные — 86,6а% m 0». Коэффициент гармоник данной кривой напряжения, как указывает автор, равен около 200/о.

Наличие входных реакторов - снижает жесткость внешней характеристики НПЧ, а также вызывает коммутационные провалы в сетевом напряжен(ти, поэтому такие преобразователа могут быть выполнены на небольшие мощности. Как правило, для их работы требуется установка согласующих тра нсформаюров между сетью н входом

10 НПЧ.

Более совершенным является трехфазнооднофазный НПЧ 12), выполненный на уп.-. равляемых ключах переменного тока, в котором для создания эквивалентного числа

764063 фаз, равного 12, используется согласующий трехобмоточный трансформатор. Теоретический коэффициент гармоник кривой выходного напряжения данного НПЧ составляет 15,20/О. Однако с целью применения данного НПЧ для питания однофазных нагрузок требуется увеличение установленной мощности укаэанного трансформатора. Кроме того, из-за большого количества вентилей, включенных последовательно с нагрузкой в каждый момент времени, ухудшается жесткость внешней характеристики НПЧ и возрастают потери в силовой схеме.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является трехфазиооднофазный НПЧ 131. Он содержит трехфазный мост иа управляемы ключах с двусторонней проводимостью и автотрансформатор (AT) с ответвлениями, подключенный к выходным выводам моста, при этом ответвления AT через вспомогательные ключи соединены.с входным нулевым выводом преобразователя. Кривая выходного напряжения формируется из 12-фазной симметричной системы линейных напряжений (<> = 12), благодаря чему коэффициент гармоник ее составляет 15,20/О, как g в предыдущей схеме.

Основными недостатками прототипа являются: а) ограничение нижнего предела регулирования выходной частоты, так как при частотах Свых (Фiх масса и габариты AT существенно возрастают; б) необходимость установки согласующего трансформатора между сетью и НПЧ, поскольку в общем случае номинальное напряжение нагрузки отличается от линейного (фазиого) напряжения сети. Так как теоретический коэффициент преобразования по напряжению схем данных ПЧ всегда ниже 1, то даже в частном случае, когда номинальное напряжение нагрузки совпадает с линейным напряжением сети, НПЧ не сможет обеспечить питание нагрузки ее номинальным напряженйем. (Практический коэффициент преобразования по напряжению, учитывающий потери в схеме, естественно, будет меньше теоретического).

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования выходных частот.

Указанная цель достигается тем, что известный трехфазно-однофазный НПЧ, содержащий основной трехфазный мост на управляемых ключах с двусторонней проводимостью, автотрайсформатор с повышающим ответвлением и два вспомогательных управляемых ключа с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразователя, снабжен дополнительным трехфазным мостом упомянутых ключей автотрансформатор выпоЛнен трехфазным

5s мых ключей 12 — 17, входы которого соедииены с понижаюгцими ответвлениями AT.

Выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей 9, 10 подсоединены к выходным выводам преобразователя. Основной мост 1 подключен к повышающим ответвлениям AT.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в данный момент времени замкну ты один ключ (например, ключ 2) основного с понижающими ответвлениями, входы основного и дополнительного мостов floJIKJlloчены, соответственно, к повышающим и понижающим ответвлениям, причем коэффициенты трансформации ответвлений связаны между собой соотношением

-> = /3, кн где К, ̈́— коэффициенты трансформации соответственно повышающего и понижающего ответвлений, выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей подсоединены к выходным выводам преобразователя, а сетевые зажимы автотрансформатора подключены к входным выводам преобразователя. н Если номинальное напряжение нагрузки близко (с точностью до нескольких процентов к фазному (линейНому) напряжению питающей сети, то вход основного (дополнительного) моста подключен непосредственно к входным выводам преобразователя.

2О

На фиг. 1 приведена векторная диаграмма, поясняющая принцип работы НПЧ данного класса; на фиг. 2 — структурная схема предлагаемого НПЧ; на фиг. 3, 4 схемы

НПЧ с уменьшенной мощностью AT соотг ветственно, когда напряжение нагрузки близко к фазному (линейному) напряжению; на фиг. 5 — - диаграмма замыкания ключей в схемах НПЧ.

Принцип работы данного НПЧ заключается в том, что нагрузка циклически, на равные промежутки времени подключается к отстающим векторам симметричной системы напряжений (фиг. I), при этом выход- ная частота 01 будет равна разности частот сети в< и управления вентилями Я (aq=

= со —.Й). Яожно также переключать нагрузку и на опережающие векторы, тогда выходная частота будет равна сумме частот сети и управления вентилями co — — ru> +Q.

НПЧ (фиг. 2) состоит из основного трехфазного моста 1 управляемых ключей 2 — 7

4о с двусторонней проводимостью, например встречно-параллельно включенных тиристоров или транзисторов, диодных мостов с тиристором (транзистором) в диагонали и т. п., трехфазного автотрансформатора. 8

4 с повышающими и понижающими ответвлениями, вспомогательных управляемых ключей 9, 10 с двусторонней проводимостью, одними силовыми концами подсоединенных к входному нулевому выл)ду преобразователя, и дополнительного моста 11 управляе764063

5 моста 1 и вспомогательный ключ 10, остальные ключи в схеме разомкнуты. Нагрузка подключена через повышающие ответвления

AT к фазе Л сети. Коэффициент трансформации Кв данного ответвления выбирается из условия

Кв= — к —, UU

Ц.к где О„: — номинальное напряжение нагрузки, В;

Uq, — фазное напряжение сети, В;

К вЂ” теоретический коэффициент преобразования схемы, равный в нашем случае 0;988.

Затем .ключи 2, 10 отключаются, одновременно замыкаются ключи 15, 16 дополнительного моста 11. Нагрузка при этом подключается через понижающее ответвление AT к линейному напряжению сети.

Коэффициент трансформации этого ответвления выбирается из условия:

Он

)(н Чз (3 К

После этого ключи 15, 16 размыкаются, а включаются ключи 7, 9 и т. д. (см. диаграмму на фиг. 5).

В каждый момент времени проводят ток только два ключа: либо в дополнительном мосте 11, либо один ключ в основном мосте 1 и один из вспомогательных ключей 9, 10. Благодаря поочередному замыканию ключей и включению AT на входе обоих мостов становится возможным, сохранив хороший гармонический состав напряжения на нагрузке, избежать насыщения AT в области частот ниже частоты сети, а значит, расширить диапазон регулирования выходной частоты.

В том случае, если номинальное напряжение нагрузки 0и = N-О „можно использовать AT меньшей мощности, подключив основной мост (фиг. 3) к входным выводам, непосредственно,а вспомогательный — через понижающий AT с коэффициентом трансформации

К. = 1ДГ3.

В случае, если номинальное напряжение нагрузки Uq — — К U< используется повышающий AT с коэффициентом трансформации

Кв=1ГЗ на входе основного моста (фиг. 4).

Помимо AT, в схеме могут быть также использованы двух- и трехобмоточные трансформаторы, вместо ключей с полным управлением — тиристоры с узлами принудительной коммутации.

Благодаря применению дополнительного моста ключей переменного тока, а также использованию автотрансформатора одновременно в качестве фаэопреобразовательного и согласующего, удалось, сохранив

6 основное преимущество преобразователяпрототипа, значительно расширить диапазон измененйя выходной частоты, регулируя ее как вверх, так и вниз от номинальной частоты сети, а также обеспечить питание нагрузки ее номинальным напряжением . При этом также уменьшается уровень гармоник в сетевом токе НПЧ.

Формула изобретения е

I.. Трехфаэно-однофазный преобразователь частоты с непосредственной связью, содержащий основной трехфазный мост на управляемых ключах с двусторонней провоимостью, автотрансформатор. с повышающим ответвлением и два вспомогательных управляемых ключа с двусторонней проводимостью, одними силовыми койцами подсоединенных к входному нулевому выводу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходных частот, он снабжен дополнительным трехфазным мостом упомянутых ключей, автотрансформатор выполнен трехфазным, с понижающими ответвлениями, входы основного и дополнительного гю мостов подключены соответственно к повышающим и понижающим ответвлениям, причем коэффициенты трансформации ответвлений связаны между собой соотношением к— ®= 1Г3, ки где K — коэффициент трансформации повышающего ответвления;

Ки — коэффициент трансформации понижающего ответвления, з выходы обоих мостов совместно с другими силовыми концами вспомогательных ключей подсоединены к выходным выводам преобразователя, а сетевые зажимы автотрансформатора подключены к входным выводам преобразователя.

2. Преобразователь частоты по п. I, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабарнтных показателей при номинальном напряжении нагрузки, близком к фазному (линейному) напряжению сети, вход основного (дополиительного) моста подключен непосредственно к входным выводам преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Проблемы технической электродина

И мики. Вып. 62. Киев, «Наукова думка», l977, с. 66.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2474784/07, кл. Н 02 М 5/27, 08.04.77.

3. Авторское. свидетельство ССС

$$ № 486437, кл. Н 02 М 5/27, 1977 (прототип).

7640Я

Составитель Г. Мыцык

Техред К. Шуфрич Корректор М. Дем чик

Тираж 783 Подписное

Редактор T. Орловская

Заказ 6299/48

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делан изобретений н открытий

I 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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